DISLab支持下指向深度学习的初中化学教学实践

基金项目：

本文系福建省教育科学“十四五”规划2022年度专项课题“新课标背景下指向深度学习的结构化教学策略研究”（Fjxczx22-352）的阶段性研究成果。

摘" 要：在初三化学新授课教学中，本文运用传感器进行实验，在仪器上突破了传统化学实验旧模式，增强了课堂趣味性，提高了课堂参与度。在基于情境和问题的背景下，引导学生立足于数字化实验所得到的证据进行推理、归纳、建模，进一步促进了学生的深度学习。

关键词：初中化学；传感器；深度学习；信息技术

文章编号：

1008-0546（2024）14-0011-03""" 中图分类号：

G632.41""" 文献标识码：

B

一、

DISLab简述与优势分析

1. DISLab简述

本文所说的“DISLab”是指数字化信息系统实验室，其由硬件和软件构成。本次教学实践中所用到的硬件包括：传感器、传感器转接模块、数据采集器、传感器连接线、计算机通讯线等；软件为DISLab 8.0，该软件对计算机硬件的要求较低，可以广泛应用。

DISLab在使用时需先用计算机通讯线（A/B型USB插头）连接数据采集器和计算机，再使用传感器连接线，将所需使用的传感器和数据采集器相连；连接完成后，便能通过传感器采集数据，实时传回软件，最后通过软件处理得出相应结果。

2. DISLab优势分析

《教育部关于加强初中学业水平考试命题工作的意见》中提出，考试命题要注重引导学校落实德智体美劳全面培养的教育体系，引导教师积极探索基于情境、问题导向、深度思维、高度参与的教育教学模式，引导学生自主、合作、探究学习。［1］这要求教师应多思考如何不断探索符合时代特点的情境来组织教学，为学生在新的情境中进行深度思考创造条件，以达到深度学习、转“知”成“慧”的最终目标。而传感器以其所具有的高效、便携、精确等特点，目前已广泛应用于实验室实验、户外探究、野外观察等多种场景中，代替传统的测量工具成为主流。

DISLab软件的快速获取数据、自动作图等功能也能极大地提高课堂效率。一个化学反应常常需要一定的时间，自动作图功能将化学反应中的某个变量按照时间绘制成图像，学生可以快速把握该变量的变化趋势。［2］

基于上述分析并结合本课题教学实际，笔者以三种传感器进行教学实践，阐述教学实践方案及教学感悟，传感器的型号、分度和测量范围等信息如表1所示。

二、DISLab辅助教学的优点

1. 提高温度变化可视度

在氢氧化钠溶液能否与稀盐酸反应的教学中，教师一般会采用启发式的方法，引导学生“化无形为有形”来设计实验。学生能联想到酸、碱的一般性质，先利用指示剂、硫酸铜溶液、活泼金属单质、碳酸钠等验证氢氧化钠或盐酸是否参与反应，再利用蒸发结晶的方式，证明二者反应，生成了一种新物质。

然而，若仅进行上述实验，对于酸碱中和反应是否为放热反应的问题，学生只能通过触摸的方式加以感受，这种方式较为局限。考虑到本节课的演示实验装置一般不具有保温功能，且中和反应的放热现象并不十分明显，因此，上述方式难以在短时间内为全班学生提供较为直观的体验。

利用温度传感器搭设实验装置，学生可以通过电脑屏幕直观地看到由软件处理后所得到的稀盐酸与氢氧化钠溶液反应时的温度

变化曲线（见图1）。随着反应的进行，溶液的温度上升，而在反应结束后，由于溶液与空气发生热交换，温度又缓慢下降。该实验方案所呈现的实验结果，不仅更有说服力，同时也能大大提高课堂效率。

2. 促进微观变化理解

在传统教学过程中，教师对中和反应的微观分析往往停留在中和反应的微观实质，即氢离子和氢氧根离子反应生成水，但并未对溶液中的离子浓度变化、离子种类进行探究。

在本节课中，教师通过中和反应的微观实质，引导学生分析反应前、后的离子数目变化，进而结合溶液体积增大，判断离子浓度变化，以此来预测溶液的导电能力。随后，利用电导率传感器搭设实验装置，学生通过观察电脑屏幕所呈现的软件处理后的稀盐酸与氢氧化钠溶液反应时的电导率变化曲线（见图2），验证自己的猜想，并在教师引导下，结合宏观现象，进一步分析推理不同反应阶段下溶液中的溶质种类。

与传统教学相对比，通过传感器绘制的变化曲线引导学生进行学习，能最大程度地使学生对酸碱中和反应的认识向纵深发展。这并非仅仅停留在对宏观现象和微观本质的学习，而是能将宏观现象、微观本质与平面直角坐标系相结合，分析不同反应阶段在溶质种类上的差异，并在进行多次分析推理后逐步建立模型，形成一种“理论推理猜想—实验探究搜证—证据推理建模”的科学探究思路。

3. 提升中和反应认识

本节课第二课时，学生主要学习的是pH试纸的使用，但受限于精准度等因素，若仅仅停留在使用pH试纸测定溶液酸碱度这一层面，无论是从知识、观察或实践等角度，都难以达到促进学生深度学习的目的。

结合土壤酸碱度的调节这一真实情境，笔者利用pH传感器搭设实验装置。通过软件绘制稀释氢氧化钠溶液、稀释稀盐酸、氢氧化钠溶液滴入稀盐酸及稀盐酸滴入氢氧化钠溶液四个实验的pH变化曲线（见图3—6），能更好地促进学生深度分析不同pH状态下中和反应进行的程度及溶质种类，更加直观地观察到pH试纸使用前因润湿而造成的误差。

三、总结与展望

信息化是当今时代发展的趋势，课堂教学中教师要注重学生的阅读、思考和表达，培养学生分析和处理信息的能力。［3］通过运用DISLab教学对比传统教学，教师可以明显感觉到学生的学习热情有所提高，并且他们更愿意在课堂上思考与表达。在以往新授课作业中，笔者发现图像问题通常是学生的难点，而经过了课堂上的直观观测和深度思考，学生的答题准确率也有了显著提高，难点得到了较好突破。

但是需要注意的是，并非所有的课题都适合用传感器进行实验，盲目使用可能会适得其反。在应用前，教师应先思考使用DISLab设备的合理性及可行性，让信息技术能更加有效地与化学课堂结合，更好地发挥信息技术与学科融合的价值。

同时，使用DISLab授课时，课前的准备工作较为烦琐，备课量较大。若在今后能以全备课组之力来共同完成此项研究，可以进一步拓展应用场景，以获取更多的真实使用感受。此外，若在备课组或同个执教者的不同教学班中采取不同的教学模式，通过前测与后测进行数据对比，量化分析两种教学方式与学生现阶段成绩的相关性，质性分析与未来发展的相关性，或许更能体现出运用DISLab教学的优势。

参考文献

［1］教育部关于加强初中学业水平考试命题工作的意见［J］.中华人民共和国教育部公报，2019（11）：27-29.

［2］徐明利.DisLab在高中化学教学中的优化应用探讨［J］.中学化学教学参考，2019（24）：50-51.

［3］姜淼，张贤金.2022年福建省初中学业水平考试化学试题研究——基于“一核三层三翼”中考评价体系的视角［J］.福建基础教育研究，2022（11）：105-107.