DIS化学创新实验室建设的探索

唐文伟+凌一洲

摘要：建设DIS化学创新实验室和开设配套校本课程，其课程设计思路以学牛需要和改变学牛的学习方式为本，激发学牛对化学实验的兴趣，培养学牛动于操作、理论联系实际、应用规律解决问题的能力。化学创新实验室建设内容包括DIS数字化信息系统的使用、利用DIS装备改进传统实验、设计创新化学实验等。实践表明，该课程受到了学牛的欢迎，DIS化学创新实验室的建设获得了预期成果。

关键词：DIS；数字化实验室；传感器；实验室建设；校本课程

文章编号：1005-6629（2017）8-0030-03

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

1建设背景

近年来，教师与学生充分体验了用数字化手段进行实验的优越性。新时期学生普遍有较强的计算机应用能力，而DIS（数字化信息系统）正是传感器和计算机组合的新的实验形式。但是，教材中利用DIS的演示实验与学生实验是比较基本、有限的，为了满足学生多做实验的愿望，笔者基于DIS创新实验室开设了《菁创实验》校本课程，为有需求的学生提供更多的实验机会。

校本课程相对于基础课程有其自身的特点：灵活性、适应性、及时性。DIS环境下校本课程的开设体现了教与学的需要，是现代技术发展与新课改不断推进的必然产物。

2实验室概况

2009年9月，江苏省南菁高级中学新校区建成使用，学校以建设“数字化”校园为契机，高度重视实验室的建设和投入，配备了物理、化学和生物三个DIS数字化实验室。在随后的几年中，学校不断加大实验室硬件建设，更新并添置了部分仪器及设备，如高精度天子天平、分光光度计、实验室净水装置、制氧机、pH计、电导率仪、快速水质分析仪等分析仪器，实现建设标准化、管理规范化，这些硬件设施的配置也为依托于化学创新实验室开设的《菁创实验》校本课程提供了坚强的硬件支撑。

3课程目标

（1）学会并熟练使用数字化实验系统，并能利用现有DIS数字化实验系统及部分化学分析仪器，对传统实验进行优化并二次开发。

（2）帮助学生更好地获得和全面了解化学学科知识，从不同角度去探索科学的研究方法，培养严谨的科学态度。

（3）激发学生的潜能，培养创新意识和创新能力，通过对传统化学实验创新探索实践，培养学生的动手操作能力和创新能力。

（4）增强学生学习化学的兴趣，树立科学的世界观。

4课程设计思路

以校本课程形式开展DIS教学实践，其课程设计思路始终以学生需要和改变学生的学习方式为本。课程开发设计思路应紧紧围绕激发学生对DIS实验的兴趣，培养学生动手操作能力、理论联系实际能力、应用规律解决问题能力。在这样的设计思路指引下开展实验的每一个环节，学生能通过实验探究（以DIS实验为主，但不局限于DIS实验），探索科学规律，培养科学探究思维，提升情感态度与价值观。

5课程内容

（1）化学实验中传感器和常见分析仪器的使用（DIS实验系统分光光度计、电导率仪等）。

（2）课本中的化学实验问题二次探究（质量守恒定律、化学反应过程中的能量变化、催化剂效能比较、软硬水检测）。

（3）生活中的化学问题探究（南菁高中校内水系、敌山湾水pH和溶氧量分析，自来水中余氯量检测、室内空气检测、不同风味的米酒制作等）。

（4）化学“异常”实验探究（酒精灯、酒精喷灯各层火焰温度的测定，氯化铵固体与氢氧化钡固体相遇生成“冰淇淋”实验等）。

（5）利用温度传感器，探索化学反应过程中的能量变化（白热米饭原理探究、模拟温室效应、温室气体研究）。

（6）探索电化学过程中电流的大小及变化（铜锌原电池实验、水果电池实验、原电池的串并联）。

（7）利用数字pH计，总结归纳生活中常见食物的酸碱度（中和滴定实验、测定常见蔬果和市售饮料的pH）。

（8）利用氧气传感器和压强传感器，比较几种制氧方式的优缺点（制氧机的使用、氧化法制纳米四氧化三铁、双氧水分解实验）。

（9）利用电导率传感器，进一步理解强弱电解质的区别（自制蒸馏水、硬水软化、测定不同溶液的电导率实验；同种溶液不同浓度溶液的电导率曲线；利用c-K曲线图测定未知溶液的浓度）。

此外还有提取指纹实验、比色法测定果蔬中维C含量的不同、根据镁氧化前后的质量变化验证质量守恒定律、DIS实验系统对温室气体的探究、米酒的制作实验、探究反应条件对双氧水分解速率的影响等探究实验。

6具体实验案例

《菁创实验》教学实验案例是利用碘一淀粉法测定果蔬中维生素C含量的探究实验。

6.1实验目的

利用色度传感器测定未知溶液中的维生素C的含量。

6.2实验原理

碘液可使淀粉变蓝，碘离子（I^-）则不能使淀粉溶液变蓝。维生素C具有较强的还原性，可使碘分子还原成碘离子，使淀粉溶液的蓝色消退。配制一定浓度的淀粉溶液，定量滴加碘液，维生素C含量的多少决定蓝色消退的程度。在一定的浓度范围内，维生素C的多少与蓝色溶液的颜色深浅呈线性关系。利用色度傳感器可测量并绘制出V_c含量标准曲线。测量未知溶液，根据色度传感器测得数值比对标准曲线，即可得到对应的V_c，含量值。

6.3实验仪器与药品

DIS实验系统、色度传感器、计算机；抗坏血酸、待测样品（鲜榨梨汁、橙汁、蔬菜汁）、0.1%水溶性淀粉溶液、0.02mol/L碘液、试管、试管架、蒸馏水、SmL移液管、吸管

6.4实验步骤

（1）配制下列试剂。

①配制0.02mol/L碘液：称取0.25g KI溶于lOmL蒸馏水中，再加入0.127g碘，待碘完全溶解后定容至50mL，装棕色滴瓶待用。endprint

②配制淀粉溶液：称取O.lg可溶性淀粉，加水lOOmL，加热搅拌至透明，冷却待用。

③配制V_c标准液：称取抗坏血酸0.05g，溶解于蒸馏水中，定容至50mL；利用lOOmg/lOOmL母液，按表1在小烧杯中配制V_c，标准液各lOmL。

④取1～5号5支试管，各加入lOmL 0.1%淀粉溶液和l滴碘液，振荡变蓝。1号试管加5滴水，2～5号试管各滴加A、B、C、D标准液5滴，振荡后待测。

（2）连接计算机、数据采集器材和色度传感器，打开通用软件，显示色度传感器读数。

（3）点击表格，添加变量c（浓度），点击“公式”，点击“白定义公式”，将Fx修改成A，在下面方框内输入“2-lg（CLl）”。

（4）将1号试管内的溶液加至色度传感器的比色皿中，将比色皿放入色度传感器，盖上盖子，选择“R”待读数稳定后，点击“校零”。将色度传感器中的比色皿取出，倒出溶液，用蒸馏水冲洗干净待用。

（5）在比色皿中加入2号试管中的溶液，将比色皿放人色度传感器中，盖上盖子，读数稳定后在表格菜单中点击“点击记录”。将色度传感器中的比色皿取出，倒出溶液，用蒸馏水冲洗干净待用。

（6）换3、4号溶液重复实验步骤（5）。将变量c数值依次修改为10、20、30。绘制‘c-A”曲线，显示离散点。做直线拟合，得到A与浓度c之间的关系式。

（7）利用拟合公式，反推未知溶液浓度x。添加至白定式公式。

（8）榨取少量西红柿、黄瓜、苹果、西瓜汁分别滴加至比色皿中，用色度传感器测量，点击“点击记录”。根据色度传感器的测量数值可得到相对应的“x”值。

（9）在实验报告纸上绘制标准曲线。

6.5实验结论

将实验所测定的西红柿、黄瓜、苹果、西瓜的测定结果列于表2中。

由以上数据可见，4种蔬菜水果中V_c的含量顺序是：西红柿>苹果>黄瓜>西瓜。

经实验分析，运用本方法测定蔬菜或水果中V_c的含量快速、准确、简便，有利于提高工作效率。

7课程实施计划

（1）课程教学结构。创设情境、小组探究、科技小制作等。

（2）组织形式。实行小组合作探究制。

（3）课时安排。每周1次，每次2课时，每课时40—45分钟。

（4）活动地点。校内活动地点以DIS数字化实验室为主，同时利用化学实验室、物理实验室、生物实验室等其他资源，校外活动视情况另行安排。

8课程实施建议

（1）考虑到大多数实验从仪器准备到实验过程，再到实验数据分析处理，占用时间较长，建议每次课的时长为连续的2课时。

（2）理论结合实践，进一步加强校企合作，提供更多的机会让学生到相关企业参观见习。

（3）落实经费保障，加大资金投入，添置实验仪器，进一步满足课程发展的需要。

9课程评价方式

（1）对《菁创实验》开发方案和课程纲要进行评价（课题的合理性、安全性、有效度等进行论证）。

（2）对任课教师的评价（主管领导评价、邀请同行评价、选修学生对教师评价，通过信息反馈和过程监控保证评价的时效性和客观性）。

（3）對选修学生的评价（学生在学习过程中的表现，态度、积极性、参与状况、学习效果等，动手能力考核，期末评定“优秀学员”和“最佳学员”，颁发荣誉证书）。

10体会与反思

由于DIS课程是一门全新的、技术要求相对较高的校本课程，《菁创实验》本着从现有实验条件、设备、环境等具体情况出发，力求优化课程的每一环节，大胆尝试、不断探索，努力为DIS化学创新实验室建设积累经验。endprint