DISLab技术优化高中化学实验教学探究

摘 要：数字化信息系统实验室（Digital Information System Laboratory），简称dislab，是一种新型实验系统，笔者通过在化学实验教学中引入DISLab技术，探究其优点和局限性，倡导在传统实验基础上选择性地合理使用DISLab技术，优化高中化学实验教学。

关键词：DISLab 高中化学实验教学 优化

中图分类号：G623 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）05（c）-0000-00

1 简单介绍DISLab技术

数字化信息系统实验室（Digital Information System Laboratory），简称DISLab，它是在传统的实验仪器的基础上，通过加载智能化的传感器、数据采集器、计算机和实验分析软件，构成的新型实验系统。（1）传感器：传感器能接受外界信号并以电信号的形式传输到数据采集器。传感器种类很多，有温度传感器，压力传感器，光传感器，气体传感器、酸度传感器等。（2）数据采集器：数据采集器是连接传感器和计算机的桥梁，其模数转换装置将传感器采集到的电信号转换为计算机能识别的二进制信号并传输到计算机。（3）计算机和实验分析软件：DISLab实验分析软件运行于Windows环境下，数据分析功能强大，经其自动处理，便可输出为实验所需要的相关数据和图表。

2 DISLab技术在化学实验教学中的运用实例

2.1 中和滴定曲线的绘制

在传统实验仪器的基础上，我们增加了pH传感器、光电门传感器（自动液滴计数器）、数据采集器、计算机、磁力搅拌器。实验时用移液管移取20ml 0.1mol・L-1 NaOH溶液至一只100ml烧杯中，滴入2～3滴酚酞，将烧杯置于磁力搅拌器上。将光电门传感器接于酸式滴定管出口处；将pH传感器放入盛有NaOH溶液的烧杯中，使电极玻璃泡完全浸入液面以下，且不能与磁力搅拌子碰撞。打开预装程序，设置“计算表格”，添加变量“V”记录滴入的HCl滴数（代表HCl滴入体积）；打开磁力搅拌器，待系统显示的pH值稳定后，打开酸式滴定管活塞，使酸液以1滴/秒匀速滴下；当pH降至2时，关闭酸式滴定管活塞。点击“绘图”，设定X轴、Y轴得出一组“V-pH”数据点。点击“设置”，取消“只画离散点”即可得到酸碱反应的滴定曲线。

2.2 影响硫代硫酸钠与酸反应速率的因素

我们增加了色度传感器（浊度传感器）、数据采集器、计算机。实验时连接数据采集器、色度传感器、计算机并进入预装软件，在色度传感器显示窗口中选择“Blue”（硫为黄色，主要吸收蓝光）。向比色皿中滴加适量0.5mol・L-1 Na2S2O3溶液，将比色皿置入色度传感器样品槽内，再向比色皿中滴加适量0.5mol・L-1 H2SO4溶液，系统将自动记录下溶液不同时间下的吸光度。更换0.2mol・L-1 Na2S2O3溶液与0.2mol・L-1 H2SO4溶液重复以上操作。

2.3 铁的吸氧腐蚀实验

我们增加了氧传感器、温度传感器、数据采集器、计算机。实验时将还原铁粉、碳粉、饱和食盐水装入三颈烧瓶，连接数据采集器、氧传感器、温度传感器、计算机并进入预装软件，将氧传感器和温度传感器接入三颈烧瓶，待数据稳定后，打开搅拌器记录“时间-温度-氧浓度”数据。

以上几个实例中，体现了DISLab技术在优化高中化学实验教学中的强大功能：（1）酸碱中和滴定的教学难点是如何让学生理解滴定过程中pH值突跃的真实存在。在传统的滴定实验中，学生很难真实感受到这一现象。通过应用DISLab技术，演示滴定曲线的获得过程，学生可以直观的观察到滴定过程中pH值的突跃是客观存在的，顺利得出结论：变色点附近pH变化非常显著，指示剂的变色点虽然不是反应终点，但引起的实验误差并不大，可确保酸碱中和滴定这一分析方法的科学性和准确性；（2）影响硫代硫酸钠与酸反应速率的因素的实验中，怎样判断反应速率是一个关键点，传统实验教学中在锥形瓶下面垫的一张画有“十”字的白纸，通过溶液中出现的浑浊将“十”字完全遮盖的时间来比较反应速率，这个方法有很多人为干扰因素，而利用色度传感器就能客观准确地判断反应速率的大小，我们还可以鼓励学生积极思考，利用气体传感器通过测定反应过程中产生的二氧化硫气体的浓度来比较反应速率，也可以利用酸度传感器通过测定反应过程中氢离子的消耗来比较反应速率，从而拓展学生的视野，开阔他们的思路；（3）铁的吸氧腐蚀实验中，氧气的消耗不能被直观的观察到，传统实验中通过与试管相连的导管倒吸一段水柱的方法来间接地证明消耗了氧气，而利用氧传感器、温度传感器，就能在计算机上直接显示铁在腐蚀过程中消耗了氧气，而且放出了热量。

3 DISLab技术优化高中化学实验教学中的思考

3.1 DISLab技术的优点在于提供了改进实验手段和途径

DISLab技术的优势是能够在很短的时间内采集和处理大量的实验数据，使实验结果更真实、更精确；它能够检测信号量的微小变化和瞬间变化，使实验的研究范围大大扩展；计算机接口可实现多通道并行采集数据，数据采集和数据分析可同时进行。这些技术特点，使DISLab可以高质量的实现许多传统实验仪器难以达到的实验效果，使原本较难完成或不能完成的实验有了实施的可能，在很大程度上提高了学生的实验设计能力，有助于学生发现问题、形成假设并进行验证。

3.2 DISLab技术有其不可回避的局限性

首先DISLab技术整套系统比较先进，要达到预期教学的目标，对教师、学生的综合能力有更高的要求，正确熟练的操作DISLab技术需要一个漫长的学习过程；其次DISLab的自动化程度高，易使学生单纯关注实验数据的采集、处理，而高中化学的实验教学目标主要是培养学生观察、操作、分析、归纳、计算等能力，过度依赖DISLab技术会使化学实验形式化和游戏化的倾向，这显然与高中化学课程标准的能力要求相违背。

4 结语

DISLab技术是教育技术的进步，无论理论还是实践都证明DISLab技术应用于教学具有非常独到的优点。但考虑到高中化学的实验教学目标主要是培养学生观察、操作、分析、归纳、计算等能力，教学中对DISLab系统的利用应该做到恰到好处，传统实验与数字化实验在教学中应当取长补短。只有在用了数字化实验后能加深学生对化学原理、概念的理解，提高实验测量的精度，以及需要大量数据进行分析处理时，用数字化信息系统实验室才是比较合适的。

参考文献

[1] 田凌云.数字化校园中的三种学习方式[J].高等教育研究学报，2003（26）2：82～83.

[2] 穆玲.传感器技术在高中化学教学中的应用初探[J].中国科教创新导刊，2010，15：50.