浅谈化学实验数据化

诸允妮

摘要：化学常被学生评为枯燥而困难的学科，传统化学实验只是依样画葫芦地按步骤实现目标。借助智能电子设备使化学实验数据化，让学生直观的了解反应过程中的环境温度、温度、产物生成持续时间等等数据，促使学生结合学科知识，掌握分析数据的能力。这些将会对学生、教师和设备都有新的要求。

关键词：化学实验;数据化;传感器

化学常常被学生评为是一门枯燥而困难的学科，特别是在高中化学实验当中。实验在字面上表达能看到各种生成物。然而，化学实验是一个危险而又难与观察的学习过程。生成物时常需要其他手段验证。例如一些无色无味的氢气，常需要通过点燃来验证。点燃氢气在实验室中进行应该是一种危险行为，特别是一整个班的学生同时进行。学生实验过程中氢气的排出时机、生成量、收集瓶中氢气与空气的比例等结果较难把握。学生在此过程中可能会觉得无趣，仅按老师或书本上的指完成。因此，提高化学实验的趣味性和可视化是教师组织化学实验急需解决的问题。

一、增养高新科技应用型人才

随着中国产业升级进程，对人才的需求也越来越高，特别是在自动化，智能化方面尤为明显。在化工产业中，无论是在产出检测还是关乎安全生产的泄漏检测方面的要求大幅提高。因此，化学实验教学中不能固步自封，应与时俱进，不断的添加智能化设备在实验中的比重。如铁和水蒸汽反应制氢实验，在实验的各个环节添加氢气传感器、氢气含量传感器、温度传感器、湿度传感器，让整个实验数据化，更清晰的反映出实验过程。而不再是仅仅通过点燃或其他反应来验证。数据化实验是现阶段实验教学的大趋势。

回看近几年，人们的生活在不知不觉中发生了天翻地覆的变化。智能手机不断普及且功能越发强大，人体智能穿戴监测设备，智能家电，智能机器人等等。过往的劳动密集型产业也逐渐增加工业机器人替代人工，因此对工人的要求也更高。而化学教学对标的是医药和化工产业，安全生产，精准生产，环保生产等等的要求不断提高，实际也是对人的要求在提高。而这些要求都是建立在高新科技设备的基础上。对学生的学科教学更应该贴合对应学科的高新科技设备的应用。

二、学生知识要求

首先，高新科技是一个系统工程，不可能靠着一门非专业学科能学全。不能抱有在化学实验中学会使用高新科技设备的想法，这将会本末倒置。我们主张的是让化学实验过程借助设备实现数据化，而不是教学生了解数据化。因此，这需要学生本身事先了解这些高新科技设备，理应要有专门的课程讲解。学生或者通过自学了解。只要求了解使用方法而非原理。能根据仪器使用手册指引确定检测位置、电源接线端、信号接线端、显示屏接线端等。

其次，要对化学实验进行监测实现数据化，必须对实验的反应过程充分了解。诸多传感器应加装在哪个位置要做到胸有成竹。同时实验安全要求又会有更进一步提高。这些监测的传感器都带有导线，如何保障导线的安全是以往的化学实验从未有过的问题。化学实验常常伴随有高温、腐蚀等极端问题。因此，如何保障这些电子设备的安全是在实验过程中要解决的新问题。

三、教师知识要求

化学教师要实现化学实验数据化，对化学教师有相当高的要求。以往的实验可能走走过程能有正确的产物产生就可以了。然而数据化后，实验的各种因素都一一呈现。各学生小组做出的成果可能会存在差导，即使加入的原料是一样的。有的产量会比较多，有的产物的产生时长会比较短等等，学生会提问：“为什么会这样？”当学生提出这样的问题的时候，那这节实验课就已经是成功了，因为已经激起了学生的好奇。但对教师来说考验才刚开始。解答这些实验现象不能再像以后那样笼统，整个实验过程的数据都有详细的数字记录，必须给成一个针对性的回答。学生是探究化学实验教学，就必须增强学生的主体意识，充分发挥他们的主观能动性。

以铁和水蒸汽反应制氢实验为例，A、B两组学生实验装置如图一，实验设备一样，原料质量一样，但氢气产生的持续时间截然不同。面对学生的疑问，教师如何解答。这考验的是教师的知识储备和对该实验是否完全掌握。由图中可看到A组的铁粉较B组的更为平铺，这一细节需要教师在备课过程中考虑到，需要对实验过程中可能出现的各种情况心中有数。

其次，较传统实验不同，除了需要掌握对基本的化学实验器材检查外，还需掌握这些传感器或电子器件的基本检查，判断好坏。这对教师的教学提出更高的要求。因此可以设计一些简单快速的验证实验来判断仪器是否正常。真正让教师思维也活跃起来。新时代的教师应该做到一专多长，不能局限在自己所在学科。计算机刚普及时，多媒体技术是教学培训的主旋律。这几年教师的继续教育，高新技术和智能化明显。

最后，制作新的实验记录表，记录实验过程中的数据，如产物输出时间，反应环境温度、湿度，压力等等数据。较传统实验能收齐更多资料，教师还需教会学生分析数据，分析实验过程与理论计算所存在的误差，以及误差存在的原因。验证意识是科学方法和科学态度中的重要组成之一。鼓励學生一次实验多次验证，以不同份量和环境重复多次实验。统合比较数据找出共性。

四、场地设备要求

数据化学实验，是一种新的趋势。为适应化学实验数据化，实验场地的设备需要做到以下两点：

第一点，添置新的电子传感设备和显示设备。制定规范的数据化实验的操作章程，特别是如何保障这此电子设备在化学反应过程中不会损坏;修订实验使用手册，以简洁的图文指引实验人员操作。

第二点，更新传统实验器材。因为有些实验过程中需要传感器靠近反应源，所以更新传统实验器材能有安装传感器的地方。还需要有隔热耐压耐腐蚀的连接部件。通过专门订制实验器材解决实验传感器准确安装。

由此可见，这需要一笔大的教育支出实现更新换代。这需要政府财政的支出与校方领导的积极组织和配合。但化学实验实现数据化，可以更贴合企业的人才需求，也可以提高学生的各学科的知识整合能力，以及学生的数据分析能力。使化学实验由实现教师或书本的目标，变成学生去验证分析实验，让学生真正成为学习的主人翁。

参考文献

[1] 郑长龙. 化学实验及其教学改革——能动的化学实验教学[J]. 中学化学教学参考， 2001（12）：5-6.

[2] 宋心琦. 有关化学实验改革的想法与建议[J]. 化学教育， 2001， 22（3）：36-38.