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你认为数字实验在化学教学中的应用怎么样?

评论:0 发布时间: 2019-11-24 浏览: 8335

你认为数字实验在化学教学中的应用怎么样?

在今天分享的文章中,作者通过案例告诉我们如何在化学教学中应用数字实验。你认为数字实验怎么样?

化学数字实验“五化学”教学实例

安徽省宣城市第六中学文|魏明贵老师

数字实验是化学教学中定量研究的重要方法。它不仅能有效提高课堂教学效率,而且是信息技术与化学教学相结合的新途径。笔者结合案例谈数字实验在化学教学中的应用。

1。数字化:让化学教学更有说服力

用玻璃仪器和试剂做实验操作简单,对发光、放热、变色等现象明显的化学反应有很好的教学效果。然而,对于肉眼难以观察到的现象的实验,学生很难理解变化的微观过程,只能凭空想象,教学效果不好。

如何在实验室收集二氧化碳?在中学化学教科书中,二氧化碳通常是通过向上的空气排放来收集的(在20℃,标准大气压下,0.88体积的二氧化碳可以溶解在1体积的水中)。因此,人们普遍认为二氧化碳不能通过排水来收集。在传统实验中,二氧化碳通过向上排气的方法收集,并填充燃烧的木条。实验证明,当二氧化碳的体积分数超过30%时,点燃的木条可以熄灭。然而,传统的实验无法提供令人信服的“数据”来解释二氧化碳的纯度是可以通过排水法还是向上排气法来测量的。

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压力传感器可用于监控一定时间内二氧化碳在水中的溶解速率(如图1所示)。根据实验数据计算,排水法收集气体过程中二氧化碳的损失约为0.083%。据此,可以得出结论,在正常情况下,二氧化碳气体在水中的溶解速度非常慢,远远低于二氧化碳的生成速度。因此,它可以通过排水方法收集,并且收集的二氧化碳比排气方法更纯。

数字实验的应用可以在短时间内获得完美的曲线和相关数据,从而可视化以前看不见的现象。此外,用数据说话不仅解决了传统实验中无法解决的难题,而且使教学中得出的结论更有说服力。

2。量化:使实验教学更加科学

关于九年级第一卷第二单元“话题1——空气”中的“空气成分是什么”的问题,200多年前,拉瓦锡通过传统实验对空气成分进行了定量分析(如图2所示)。在教室里,作者通过红磷燃烧测量空气中的氧含量(如图3所示),并使用数字仪器进行数据分析,以图形的形式呈现出来,从而使实验现象可视化。

在封闭的容器中,可燃气体烧尽空气中的氧气,冷却后,瓶内压力低于外界大气压力,烧杯中的液体回流到集气瓶中。燃烧法能准确测量空气中的氧含量吗?作者用氧传感器测量了红磷燃烧的耗氧量,发现氧含量下降到8.0%时不会下降。

数字实验的精确“量化”使我们能够清晰地看到传统“量化”实验在教学中的实际情况。在实验教学中,除了教给学生基本的实验操作方法和探究的一般步骤外,教师还有一个重要的使命,那就是培养学生严谨的态度、科学的方法和良好的习惯。为了达到预期的目标,实验现象与结论之间的不一致性是不可忽视的,这背离了化学实验的教育目的。空气中的氧含量不能用燃烧方法精确测量(可燃燃烧对氧浓度有一定的要求)。通过数字方法继续探索(还原铁粉代替红磷),可以得出科学结论(如图4所示)。

图4 用还原铁粉测空气中氧气含量耗氧测定图4用还原铁粉测定空气中的氧含量和耗氧量

数字实验(尤其是传感器实验)准确度高,误差小,使得化学定律的发现或验证更加严格和可信。数字实验为学生的“定量”研究提供了一个研究平台,有助于学生理解科学的本质,使实验教学更加科学。

三。可视化:提高学生的分析能力

教师期望学生在科学探究中处理和整理事实和证据,并在教师的指导下或通过讨论,总结所获得的事实和证据,得出正确的结论。在数字实验中,实验者通过与计算机相连的传感器实时采集和记录数据,从而实现实验过程数据的自动记录,相当于用传感器和计算机代替人眼、手、纸和笔记录数据,不仅实现了数据记录的连续性,而且实现了瞬时变化的“可视化”。学生不仅能看到美丽而准确的曲线,还能通过曲线的特点交流、讨论和得出结论。

将酚酞溶液滴入氢氧化钠溶液中会变成红色,过一会儿红色消失。对于这种异常现象,在传统的实验条件下,如果老师演示的氢氧化钠溶液浓度低,学生很难在短时间内看到颜色的变化,老师可能会因为缺乏“可视性”而不予提及;或者可以通过对比实验制备不同浓度的氢氧化钠溶液,但对该过程的分析仍然缺乏,因此实验不完善。

在数字化实验条件下,如果用比色传感器测量溶液的颜色变化,不仅可以通过“视觉”曲线变化观察到实验过程中的细微变化,而且可以通过曲线分析实验结论(如图5所示)。根据曲线,我们不仅可以分析“氢氧化钠溶液的浓度是酚酞溶液变色的主要原因”,还可以得出“溶液浓度越大,酚酞溶液开始变红的颜色越深,变色越快”的结论。分析曲线变化趋势,发现酚酞溶液在5%氢氧化钠溶液中的褪色时间大于280秒。

活性炭对有色物质(如红墨水)的吸附可以通过传统的实验方法进行。如果用传统的实验方法吸附无色二氧化硫气体,实验者看不到实验现象,用二氧化硫传感器实现实验的“可视化”,这样实验者不仅可以在电脑屏幕上看到二氧化硫曲线的变化,还可以进行分析。例如,学生使用活性炭吸附二氧化硫,然后升高温度(如图6所示)。根据曲线变化趋势,可以分析和推断出活性炭的吸附能力下降,解吸发生在升温后。

借助数字实验,不仅展现了化学的美,而且通过实验的“可视化”提高了学生分析数据和图像的能力。

四。智力:让困难的实验成为现实

有些化学实验现象很难用肉眼观察,也很难通过传统实验得出相关结论,因此在课堂教学中讨论某些知识点时,教师往往会让学生生硬地接受。

至于酒精灯(或蜡烛)三层火焰的温度,很多老师认为“外部火焰温度最高,加热物质时应该放在外部火焰中”,学生也机械地记得。利用温度传感器的“智能”可以解决这一传统实验问题,实现实验的数字化和可视化。学生们分析了实验数据,发现蜡烛火焰应该具有内部火焰的最高温度,而外部火焰与空气完全接触,所以正确的试管加热方法是将试管放置在外部火焰和内部火焰之间。

五.手持设备:让实验教学绿色环保

化学实验应高度重视安全,避免环境污染。数字实验的特点是“手持”。手持技术是通过使用尽可能少的化学试剂在微型化学仪器中进行实验来获取化学信息的实验方法和技术。该实验具有“实验仪器微型化”和“节省试剂用量”两个基本特点,具有环保、安全、反应时间短、节省费用等优点。

开展微型化学实验有利于激发学生学习化学的兴趣,培养学生的实践能力和观察能力,提高学生的创造性思维能力和探究能力,培养学生的环境意识和绿色化学观念。例如,在探索吸附剂吸附二氧化硫的影响因素的实验中,二氧化硫的量非常小,并且只有将1-2 ml注入封闭的容器中才能完成实验。数字化实验使教师能够在实验教学中突出化学实验的环保性。

在化学教学中,教师及时利用数字实验,使学生借助信息技术获得准确的实验数据。同时,对数据进行整理和分析,不仅可以更好地解释化学反应的原理,还可以提高化学实验教学的效率。这也是信息技术与化学教学相结合的新途径。

文章来源:《中小学数字化教学》2018年第9期,原标题为《例谈化学数字化实验“五化”教学》,文章有删减

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