数字化实验在化学教学中的应用

崔文瑜

一、研究背景

信息技术与学科课程整合已经成为当前国际基础教育改革的趋势与潮流。数字化传感技术作为一种新型的教学实验工具，具有便携性、实时性、准确性、综合性、直观性等特点。这些特点决定了它会对科学教育产生重大的影响和帮助。

在大数据时代，我们需要不断地更新教育理念，依托新的教育技术来进行教育改革。在化学教学过程中，数字化传感技术不仅仅是一种单一的技术手段，而应该成为教学创新的支点。基于数字化传感实验的探究学习过程可以增加学生合作交流的机会，学生利用传感实验得到的定量数据，可以自我建构对化学理论的理解。

二、研究意義

数字化传感技术作为一种利用现代电子数码科技进行实验的方法，使用方便快捷，且准确度较高，深受教师和学生欢迎。将数字化传感实验与化学探究学习相结合，可以为探究学习和提高学生科学素养提供新思路。

新的探究学习模式能有效地改变学生静坐听讲、一味枯燥地被动接受知识的局面，引导学生感受高新科技时代的气息，增强他们探究科学问题的兴趣和求知欲。让学生用科学探究的方式获得知识和体验科学探究的步骤、过程，培养他们科学探究的能力和对科学探究的理解力。

三、数字化传感实验的特点

与动画模拟和教学课件这类信息技术相比，数字化传感技术能够深入化学知识内部，更加直观、定量和全面地辅助化学教学。目前，在化学上使用较多的传感器有pH值传感器、温度传感器、电导率传感器等。

pH值传感器是测量酸碱度的，可以表征溶液的氢离子浓度。一般可以用来测量反应过程中的pH值变化。常见的反应有酸碱中和反应;也可测量某种溶液的pH值，某种溶液不仅指化学药品，也可是天然的蔬菜和水果，还可指示不同pH值条件下物质的溶解或水解情况，如，硫酸铅在不同pH值条件下的溶解。

温度传感器是用来测定温度的。一般可以用来测反应热，如，酸碱中和反应，也可用来测定某一物质的温度，如，酒精灯火焰;还可指示不同温度下溶液中的电离情况，如，温度对醋酸的电离度的影响。

电导率传感器用来测量溶液的电导率，可以表征溶液中自由移动离子的浓度变化。一般可以测定化学反应过程中的电导率变化，如，酸碱滴定过程中的电导率变化;也可测量某一溶液的电导率，如，果蔬原电池电解液的电导率;还可通过换算得到化学反应速率，如，乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定。

除了上述几种传感器，离子传感器、光传感器、溶解氧传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、电压传感器、色度计传感器、电流传感器和气压传感器等在化学中也有应用。

化学数字化传感实验具有以下特点：

（1）实验测量手段多样化。利用传感技术，可以同时测量同一实验过程中的pH值、温度、电导率等，可以做传统实验手段做不好和做不出的实验，丰富实验测量的手段。

（2）实验过程可视化。可以将反应的过程以数据和曲线图的形式展现，特别是对那些肉眼无法观察到反应是否发生的化学反应，如，无色的离子反应、气体反应等。

（3）化学实验过程化。化学传感技术是将化学信号转化为可检测的物理信号通过计算机显示出来，实验系统可以自动、连续收集实验数据，通过图像、数据表格等形式动态实时地显示化学实验的变化过程。

（4）实验测量结果数字化。通过应用实验中收集到的大量数据，进行数据统计、数据公式计算、曲线拟合等数据处理，得出定量的数据表示实验测量的结果。

这四个特点中，前两个特点的研究和应用已经较多，后两个的研究还相对较少，而传感实验的价值更多地体现在后两点上。

编辑 王团兰