数字化实验在城乡结合地区高中化学教学中的合理应用

李琳

摘要：针对城乡结合地区数字化实验教学的滞后现象，以人教版选修四《化学反应原理》中“强弱电解质”的教学为例，在传统实验基础上，借助数字化实验，深入探讨强弱电解质的本质区别。

关键词：数字化实验；城乡结合地区；高中化学教学；合理应用

文章编号：1008-0546（2014）07-0082-03中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.030

课程改革对基础科学教育，有两个主流的科学教育观点：“做中学”科学，“科学学习与生活结合”。课改强调科学探究，强调学生科学素养、创造性思维、问题解决能力的培养。现代信息技术和传感技术的发展，伴随教育改革的迫切需要，中学数字化实验室应运而生。数字化实验运用实时测量、数据采集、数据分析和智能控制等先进技术，实现了中学理科实验教学与信息技术的全面整合，适合于中学理科新教材，能够完成新教材要求的数字化物理、化学、生物等各学科实验。

笔者所在的学校地处城乡结合地区，学校在落实传统实验教学的基础上，近年投资建成数字化实验室3个。但实验室建成至今，使用次数寥寥无几。是什么原因导致数字化实验教学的滞后现象呢？

1. 教学观念落后

课改强调交流、合作、探究，强调学生在课堂中的主体性，师生虽然表面上也承认这些能力对于终生发展的重要性，但在高考的指挥棒下，仍旧是把考试和成绩看得最为重要。在这一现实目标的影响下，为了省事省时，将宝贵的教学时间用在 “刀刃”上，实验教学就不可能真正地被重视起来。数字化实验室更像是一个花瓶，它的装饰功能大于实际作用。

2. 师资力量薄弱

这里的师资力量，不是指传统的教学师资，而是能跟上时代发展、与时俱进、不断自我提升和发展的教师力量。

我校化学教师骨干力量主要集中在40岁左右，最年轻的31岁，最年长的56岁，年龄段相对偏大，据笔者了解只有其中年纪较轻的两三位教师对数字化实验室及教学媒体有所了解。实验室建成之时，并未对在校化学教师进行全面系统的培训。

3. 宣传力度不够

笔者对我校高中生进行随机寻访，近80%的学生不知道数字化实验室，也没有去过学校的数字化实验室。学生对数字化实验的空白程度之大，一方面是他们的认知水平和知识层面尚未涉及，另一原因是学校和任课教师对于数字化实验的了解和宣传介绍并不到位。学生不知道这是用来干什么的，更不会主动提出在数字化实验室上化学课。

数字化实验，有不同于传统实验仪器的信息工具仪器，如传感器、数据采集器、计算机等。通过对各种传感器的应用，结合数据和曲线，学生可以直接观察实验的动态变化过程，从数据中体验化学微观世界的变化，帮助学生从定性认识转变到定量思维。高中化学教材特别是选修教材中有很多抽象问题是可以借助数字化实验来进行定量分析的，笔者以人教版选修4《化学反应原理》中“强弱电解质”的教学为例。

一、课题设计背景

人教版选修4《化学反应原理》中，弱电解质的电离是重要章节。教材在处理强、弱电解质的不同时，采用了盐酸、醋酸的两组对比试验（见表1），旨在帮助学生认识化学现象的本质，构建强、弱电解质的概念，并对二者进行本质上的区分。

［实验3-1］分别试验等体积、等浓度的盐酸、醋酸溶液与等量镁条的反应；并测这两种酸的pH。

从实验现象得出结论：

1.相同条件下，镁条与酸反应的实质都是与溶液中的H+反应，c（H+）决定反应速率的快慢，说明同体积、同浓度的盐酸比醋酸溶液中c（H+）大，在水溶液中盐酸比醋酸易电离。

2.相同物质的量浓度的盐酸比醋酸的pH小，说明盐酸电离程度比醋酸大。

强、弱电解质是两个宏观概念，而电解质在溶液中的反应实质是离子之间的反应，将宏观现象与微观粒子联系起来，教学中需要借助“电离”。该实验本身对于理论本质的阐释是存在局限性的，例如：⑴要说明盐酸在水中是完全电离，必须解决的问题：1mol/L盐酸所测pH换算为c（H+）是多少？c（H+）与盐酸浓度是否相等？怎样解释原因？⑵1mol/L醋酸中c（H+）是多少？与醋酸浓度的大小关系？怎样从电离程度解释其原因？

高二学生在经过一年的化学学习之后，虽然已经初步具备一定思维、分析的能力，但由于“强、弱电解质的电离”内容的理论性和抽象性较强，要解释清楚 “完全电离”和“部分电离”，传统实验虽然能观察到实验过程的现象，却很难进行定量化处理，学生仍旧无法透彻理解二者的区别。

二、设计思路

1. 课标分解

课标要求：“能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡”，课标的分解、细化、整合如表2。

2. 教法分析

数字化实验的介入，作为传统教学的辅助，有着他自身的不可替代性。本节课的教学方式是分组实验，注重小组成员间的交流讨论、实验方法的设计、对实验结果的分析。在进入本节课的中心环节之前，笔者给学生创设一定情境氛围。弱电解质的概念学生并不陌生，可启发学生通过以往所学自行设计一些方法对强弱电解质加以验证，激起学生强烈的求知欲和探索欲，在对学生的表现给予评价之后，再将问题深入：强弱电解质的电离是微观理论，微观可以以宏观形式来表现，从数字化实验的角度来设计方案，四人为一小组进行合作和讨论，让每一位学生参与到实验中来，充分发挥出学生的主观能动性。有了传统方式和数字化实验的相互辅佐，强弱电解质的电离这一抽象内容即变得具体和直观，学生更容易接受，也能与此同时体验尝试新的实验手段探索知识的快乐。

3. 教学准备

仪器：电脑、数据提存器、pH传感器、电导率传感器、烧杯、量筒、pH试纸。

药品：1mol/L盐酸、1mol/L醋酸、蒸馏水、镁条。

三、教学过程

（一）创设情境：现有两瓶无色液体，一瓶是1mol/L盐酸，一瓶是1mol/L醋酸，请同学们结合以往所学考虑该如何鉴别？

学生活动：小组讨论，探讨出以下鉴别方法：

1. 用干燥的玻璃棒分别蘸取两种溶液，点在pH试纸上对比颜色；

2. 闻气味；

3. 取等体积的样品于干净的小试管中，放入相同大小的镁条，观察放出气体的快慢情况；

……

分组实验：课本［实验3-1］

学生通过实验现象的分析得出结论：造成现象不同的原因是溶液中氢离子浓度的不同，由此引出强弱电解质电离程度的不同。情境创设以旧引新，起点不高，可以很快地让学生参与进来，接着过渡至是否可以利用数字化实验从新角度来鉴别同浓度的盐酸和醋酸，因为有了铺垫，学生的学习信心和探索欲望都比较高，课堂氛围逐渐变得轻松活跃。

（二）运用数字化实验鉴别同浓度盐酸和醋酸

学生活动流程（见图1）：

（三）实验数据处理（表3、图2、图3）

四、教学反思

比较两酸酸性强弱，用pH试纸和镁条，宏观现象明显，简单易操作，但是在帮助学生构建化学微观概念方面，没有数据支撑，说服力不强。数字化实验在教学中的运用，解决了中学实验定性不定量的局限性，通过数字、图像的读取，强化了对于抽象知识点理解。高中生拥有对新鲜事物的好奇心理，数字化实验对于我们的学生来说是一种全新的尝试，让他们接触到了除试管、烧杯以外更能与时代接轨的实验器材和操作，激发了学生探索的兴趣，也能培养学生实验操作与处理数据的能力。

当然，鉴于高中所学内容的深度、广度以及学生现有的认知水平，我们还不能做到与世界最前沿的科技接轨，只能让学生尽可能对于基本数字化实验操作熟知并熟练掌握。由于教师与学生接触数字化实验时间不长，对教学媒体的使用不太熟悉，在时间的分配上还有待于调整，让课堂的每一分钟都用在实处。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准 （实验）［M］. 北京：人民教育出版社，2003

［2］人教社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书：化学反应原理［M］. 北京：人民教育出版社，2007

endprint

摘要：针对城乡结合地区数字化实验教学的滞后现象，以人教版选修四《化学反应原理》中“强弱电解质”的教学为例，在传统实验基础上，借助数字化实验，深入探讨强弱电解质的本质区别。

关键词：数字化实验；城乡结合地区；高中化学教学；合理应用

文章编号：1008-0546（2014）07-0082-03中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.030

课程改革对基础科学教育，有两个主流的科学教育观点：“做中学”科学，“科学学习与生活结合”。课改强调科学探究，强调学生科学素养、创造性思维、问题解决能力的培养。现代信息技术和传感技术的发展，伴随教育改革的迫切需要，中学数字化实验室应运而生。数字化实验运用实时测量、数据采集、数据分析和智能控制等先进技术，实现了中学理科实验教学与信息技术的全面整合，适合于中学理科新教材，能够完成新教材要求的数字化物理、化学、生物等各学科实验。

笔者所在的学校地处城乡结合地区，学校在落实传统实验教学的基础上，近年投资建成数字化实验室3个。但实验室建成至今，使用次数寥寥无几。是什么原因导致数字化实验教学的滞后现象呢？

1. 教学观念落后

课改强调交流、合作、探究，强调学生在课堂中的主体性，师生虽然表面上也承认这些能力对于终生发展的重要性，但在高考的指挥棒下，仍旧是把考试和成绩看得最为重要。在这一现实目标的影响下，为了省事省时，将宝贵的教学时间用在 “刀刃”上，实验教学就不可能真正地被重视起来。数字化实验室更像是一个花瓶，它的装饰功能大于实际作用。

2. 师资力量薄弱

这里的师资力量，不是指传统的教学师资，而是能跟上时代发展、与时俱进、不断自我提升和发展的教师力量。

我校化学教师骨干力量主要集中在40岁左右，最年轻的31岁，最年长的56岁，年龄段相对偏大，据笔者了解只有其中年纪较轻的两三位教师对数字化实验室及教学媒体有所了解。实验室建成之时，并未对在校化学教师进行全面系统的培训。

3. 宣传力度不够

笔者对我校高中生进行随机寻访，近80%的学生不知道数字化实验室，也没有去过学校的数字化实验室。学生对数字化实验的空白程度之大，一方面是他们的认知水平和知识层面尚未涉及，另一原因是学校和任课教师对于数字化实验的了解和宣传介绍并不到位。学生不知道这是用来干什么的，更不会主动提出在数字化实验室上化学课。

数字化实验，有不同于传统实验仪器的信息工具仪器，如传感器、数据采集器、计算机等。通过对各种传感器的应用，结合数据和曲线，学生可以直接观察实验的动态变化过程，从数据中体验化学微观世界的变化，帮助学生从定性认识转变到定量思维。高中化学教材特别是选修教材中有很多抽象问题是可以借助数字化实验来进行定量分析的，笔者以人教版选修4《化学反应原理》中“强弱电解质”的教学为例。

一、课题设计背景

人教版选修4《化学反应原理》中，弱电解质的电离是重要章节。教材在处理强、弱电解质的不同时，采用了盐酸、醋酸的两组对比试验（见表1），旨在帮助学生认识化学现象的本质，构建强、弱电解质的概念，并对二者进行本质上的区分。

［实验3-1］分别试验等体积、等浓度的盐酸、醋酸溶液与等量镁条的反应；并测这两种酸的pH。

从实验现象得出结论：

1.相同条件下，镁条与酸反应的实质都是与溶液中的H+反应，c（H+）决定反应速率的快慢，说明同体积、同浓度的盐酸比醋酸溶液中c（H+）大，在水溶液中盐酸比醋酸易电离。

2.相同物质的量浓度的盐酸比醋酸的pH小，说明盐酸电离程度比醋酸大。

强、弱电解质是两个宏观概念，而电解质在溶液中的反应实质是离子之间的反应，将宏观现象与微观粒子联系起来，教学中需要借助“电离”。该实验本身对于理论本质的阐释是存在局限性的，例如：⑴要说明盐酸在水中是完全电离，必须解决的问题：1mol/L盐酸所测pH换算为c（H+）是多少？c（H+）与盐酸浓度是否相等？怎样解释原因？⑵1mol/L醋酸中c（H+）是多少？与醋酸浓度的大小关系？怎样从电离程度解释其原因？

高二学生在经过一年的化学学习之后，虽然已经初步具备一定思维、分析的能力，但由于“强、弱电解质的电离”内容的理论性和抽象性较强，要解释清楚 “完全电离”和“部分电离”，传统实验虽然能观察到实验过程的现象，却很难进行定量化处理，学生仍旧无法透彻理解二者的区别。

二、设计思路

1. 课标分解

课标要求：“能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡”，课标的分解、细化、整合如表2。

2. 教法分析

数字化实验的介入，作为传统教学的辅助，有着他自身的不可替代性。本节课的教学方式是分组实验，注重小组成员间的交流讨论、实验方法的设计、对实验结果的分析。在进入本节课的中心环节之前，笔者给学生创设一定情境氛围。弱电解质的概念学生并不陌生，可启发学生通过以往所学自行设计一些方法对强弱电解质加以验证，激起学生强烈的求知欲和探索欲，在对学生的表现给予评价之后，再将问题深入：强弱电解质的电离是微观理论，微观可以以宏观形式来表现，从数字化实验的角度来设计方案，四人为一小组进行合作和讨论，让每一位学生参与到实验中来，充分发挥出学生的主观能动性。有了传统方式和数字化实验的相互辅佐，强弱电解质的电离这一抽象内容即变得具体和直观，学生更容易接受，也能与此同时体验尝试新的实验手段探索知识的快乐。

3. 教学准备

仪器：电脑、数据提存器、pH传感器、电导率传感器、烧杯、量筒、pH试纸。

药品：1mol/L盐酸、1mol/L醋酸、蒸馏水、镁条。

三、教学过程

（一）创设情境：现有两瓶无色液体，一瓶是1mol/L盐酸，一瓶是1mol/L醋酸，请同学们结合以往所学考虑该如何鉴别？

学生活动：小组讨论，探讨出以下鉴别方法：

1. 用干燥的玻璃棒分别蘸取两种溶液，点在pH试纸上对比颜色；

2. 闻气味；

3. 取等体积的样品于干净的小试管中，放入相同大小的镁条，观察放出气体的快慢情况；

……

分组实验：课本［实验3-1］

学生通过实验现象的分析得出结论：造成现象不同的原因是溶液中氢离子浓度的不同，由此引出强弱电解质电离程度的不同。情境创设以旧引新，起点不高，可以很快地让学生参与进来，接着过渡至是否可以利用数字化实验从新角度来鉴别同浓度的盐酸和醋酸，因为有了铺垫，学生的学习信心和探索欲望都比较高，课堂氛围逐渐变得轻松活跃。

（二）运用数字化实验鉴别同浓度盐酸和醋酸

学生活动流程（见图1）：

（三）实验数据处理（表3、图2、图3）

四、教学反思

比较两酸酸性强弱，用pH试纸和镁条，宏观现象明显，简单易操作，但是在帮助学生构建化学微观概念方面，没有数据支撑，说服力不强。数字化实验在教学中的运用，解决了中学实验定性不定量的局限性，通过数字、图像的读取，强化了对于抽象知识点理解。高中生拥有对新鲜事物的好奇心理，数字化实验对于我们的学生来说是一种全新的尝试，让他们接触到了除试管、烧杯以外更能与时代接轨的实验器材和操作，激发了学生探索的兴趣，也能培养学生实验操作与处理数据的能力。

当然，鉴于高中所学内容的深度、广度以及学生现有的认知水平，我们还不能做到与世界最前沿的科技接轨，只能让学生尽可能对于基本数字化实验操作熟知并熟练掌握。由于教师与学生接触数字化实验时间不长，对教学媒体的使用不太熟悉，在时间的分配上还有待于调整，让课堂的每一分钟都用在实处。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准 （实验）［M］. 北京：人民教育出版社，2003

［2］人教社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书：化学反应原理［M］. 北京：人民教育出版社，2007

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摘要：针对城乡结合地区数字化实验教学的滞后现象，以人教版选修四《化学反应原理》中“强弱电解质”的教学为例，在传统实验基础上，借助数字化实验，深入探讨强弱电解质的本质区别。

关键词：数字化实验；城乡结合地区；高中化学教学；合理应用

文章编号：1008-0546（2014）07-0082-03中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.07.030

课程改革对基础科学教育，有两个主流的科学教育观点：“做中学”科学，“科学学习与生活结合”。课改强调科学探究，强调学生科学素养、创造性思维、问题解决能力的培养。现代信息技术和传感技术的发展，伴随教育改革的迫切需要，中学数字化实验室应运而生。数字化实验运用实时测量、数据采集、数据分析和智能控制等先进技术，实现了中学理科实验教学与信息技术的全面整合，适合于中学理科新教材，能够完成新教材要求的数字化物理、化学、生物等各学科实验。

笔者所在的学校地处城乡结合地区，学校在落实传统实验教学的基础上，近年投资建成数字化实验室3个。但实验室建成至今，使用次数寥寥无几。是什么原因导致数字化实验教学的滞后现象呢？

1. 教学观念落后

课改强调交流、合作、探究，强调学生在课堂中的主体性，师生虽然表面上也承认这些能力对于终生发展的重要性，但在高考的指挥棒下，仍旧是把考试和成绩看得最为重要。在这一现实目标的影响下，为了省事省时，将宝贵的教学时间用在 “刀刃”上，实验教学就不可能真正地被重视起来。数字化实验室更像是一个花瓶，它的装饰功能大于实际作用。

2. 师资力量薄弱

这里的师资力量，不是指传统的教学师资，而是能跟上时代发展、与时俱进、不断自我提升和发展的教师力量。

我校化学教师骨干力量主要集中在40岁左右，最年轻的31岁，最年长的56岁，年龄段相对偏大，据笔者了解只有其中年纪较轻的两三位教师对数字化实验室及教学媒体有所了解。实验室建成之时，并未对在校化学教师进行全面系统的培训。

3. 宣传力度不够

笔者对我校高中生进行随机寻访，近80%的学生不知道数字化实验室，也没有去过学校的数字化实验室。学生对数字化实验的空白程度之大，一方面是他们的认知水平和知识层面尚未涉及，另一原因是学校和任课教师对于数字化实验的了解和宣传介绍并不到位。学生不知道这是用来干什么的，更不会主动提出在数字化实验室上化学课。

数字化实验，有不同于传统实验仪器的信息工具仪器，如传感器、数据采集器、计算机等。通过对各种传感器的应用，结合数据和曲线，学生可以直接观察实验的动态变化过程，从数据中体验化学微观世界的变化，帮助学生从定性认识转变到定量思维。高中化学教材特别是选修教材中有很多抽象问题是可以借助数字化实验来进行定量分析的，笔者以人教版选修4《化学反应原理》中“强弱电解质”的教学为例。

一、课题设计背景

人教版选修4《化学反应原理》中，弱电解质的电离是重要章节。教材在处理强、弱电解质的不同时，采用了盐酸、醋酸的两组对比试验（见表1），旨在帮助学生认识化学现象的本质，构建强、弱电解质的概念，并对二者进行本质上的区分。

［实验3-1］分别试验等体积、等浓度的盐酸、醋酸溶液与等量镁条的反应；并测这两种酸的pH。

从实验现象得出结论：

1.相同条件下，镁条与酸反应的实质都是与溶液中的H+反应，c（H+）决定反应速率的快慢，说明同体积、同浓度的盐酸比醋酸溶液中c（H+）大，在水溶液中盐酸比醋酸易电离。

2.相同物质的量浓度的盐酸比醋酸的pH小，说明盐酸电离程度比醋酸大。

强、弱电解质是两个宏观概念，而电解质在溶液中的反应实质是离子之间的反应，将宏观现象与微观粒子联系起来，教学中需要借助“电离”。该实验本身对于理论本质的阐释是存在局限性的，例如：⑴要说明盐酸在水中是完全电离，必须解决的问题：1mol/L盐酸所测pH换算为c（H+）是多少？c（H+）与盐酸浓度是否相等？怎样解释原因？⑵1mol/L醋酸中c（H+）是多少？与醋酸浓度的大小关系？怎样从电离程度解释其原因？

高二学生在经过一年的化学学习之后，虽然已经初步具备一定思维、分析的能力，但由于“强、弱电解质的电离”内容的理论性和抽象性较强，要解释清楚 “完全电离”和“部分电离”，传统实验虽然能观察到实验过程的现象，却很难进行定量化处理，学生仍旧无法透彻理解二者的区别。

二、设计思路

1. 课标分解

课标要求：“能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡”，课标的分解、细化、整合如表2。

2. 教法分析

数字化实验的介入，作为传统教学的辅助，有着他自身的不可替代性。本节课的教学方式是分组实验，注重小组成员间的交流讨论、实验方法的设计、对实验结果的分析。在进入本节课的中心环节之前，笔者给学生创设一定情境氛围。弱电解质的概念学生并不陌生，可启发学生通过以往所学自行设计一些方法对强弱电解质加以验证，激起学生强烈的求知欲和探索欲，在对学生的表现给予评价之后，再将问题深入：强弱电解质的电离是微观理论，微观可以以宏观形式来表现，从数字化实验的角度来设计方案，四人为一小组进行合作和讨论，让每一位学生参与到实验中来，充分发挥出学生的主观能动性。有了传统方式和数字化实验的相互辅佐，强弱电解质的电离这一抽象内容即变得具体和直观，学生更容易接受，也能与此同时体验尝试新的实验手段探索知识的快乐。

3. 教学准备

仪器：电脑、数据提存器、pH传感器、电导率传感器、烧杯、量筒、pH试纸。

药品：1mol/L盐酸、1mol/L醋酸、蒸馏水、镁条。

三、教学过程

（一）创设情境：现有两瓶无色液体，一瓶是1mol/L盐酸，一瓶是1mol/L醋酸，请同学们结合以往所学考虑该如何鉴别？

学生活动：小组讨论，探讨出以下鉴别方法：

1. 用干燥的玻璃棒分别蘸取两种溶液，点在pH试纸上对比颜色；

2. 闻气味；

3. 取等体积的样品于干净的小试管中，放入相同大小的镁条，观察放出气体的快慢情况；

……

分组实验：课本［实验3-1］

学生通过实验现象的分析得出结论：造成现象不同的原因是溶液中氢离子浓度的不同，由此引出强弱电解质电离程度的不同。情境创设以旧引新，起点不高，可以很快地让学生参与进来，接着过渡至是否可以利用数字化实验从新角度来鉴别同浓度的盐酸和醋酸，因为有了铺垫，学生的学习信心和探索欲望都比较高，课堂氛围逐渐变得轻松活跃。

（二）运用数字化实验鉴别同浓度盐酸和醋酸

学生活动流程（见图1）：

（三）实验数据处理（表3、图2、图3）

四、教学反思

比较两酸酸性强弱，用pH试纸和镁条，宏观现象明显，简单易操作，但是在帮助学生构建化学微观概念方面，没有数据支撑，说服力不强。数字化实验在教学中的运用，解决了中学实验定性不定量的局限性，通过数字、图像的读取，强化了对于抽象知识点理解。高中生拥有对新鲜事物的好奇心理，数字化实验对于我们的学生来说是一种全新的尝试，让他们接触到了除试管、烧杯以外更能与时代接轨的实验器材和操作，激发了学生探索的兴趣，也能培养学生实验操作与处理数据的能力。

当然，鉴于高中所学内容的深度、广度以及学生现有的认知水平，我们还不能做到与世界最前沿的科技接轨，只能让学生尽可能对于基本数字化实验操作熟知并熟练掌握。由于教师与学生接触数字化实验时间不长，对教学媒体的使用不太熟悉，在时间的分配上还有待于调整，让课堂的每一分钟都用在实处。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准 （实验）［M］. 北京：人民教育出版社，2003

［2］人教社课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书：化学反应原理［M］. 北京：人民教育出版社，2007

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