中學化學數字化實驗教學研究畢業(yè)論文

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文（設計）</p><p>　　題 目 中學化學數字化實驗教學研究 </p><p><b>　　二○一四年五月</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p

2、><p>　　Abstract1</p><p><b>　　引言2</b></p><p>　　1.中學化學數字化實驗使許多定性實驗轉變?yōu)槎繉嶒灣蔀榭赡?</p><p>　　2.中學化學數字化實驗更加適合現代新課標下的探究性實驗的開展5</p><p>　　3.中學化學數字化實驗能夠更好

3、地彌補傳統化學實驗的一些不足之處6</p><p>　　4.中學化學數字化實驗在可操作性、可重復性、時效性等方面更具有優(yōu)勢7</p><p><b>　　結論8</b></p><p><b>　　參考文獻9</b></p><p><b>　　致 謝10</b>&

4、lt;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文在介紹中學化學數字化實驗系統及傳統實驗教學的基礎上，對數字化系統的應用及與傳統化學實驗相比而顯示出的優(yōu)勢進行了四大方面的論述; 中學化學數字化實驗使許多定性實驗轉變?yōu)槎繉嶒灣蔀榭赡埽恢袑W化學數字化實驗更加適合現代新課標下的探究性實驗的開展；中學化學數字化實驗能夠更好地彌補傳統化學實驗的一些不足之

5、處；以及中學化學數字化實驗可操作性、可重復性、時效性等方面更具有優(yōu)勢；然而在我省，盡管數字化實驗具有很多傳統實驗無法比擬的優(yōu)勢，但是中學化學數字化實驗不能完全代替?zhèn)鹘y化學實驗，它與傳統化學實驗可優(yōu)勢互補、相得益彰。</p><p>　　關鍵詞： 化學; 數字化; 數字化實驗; 教學</p><p><b>　　Abstract</b></p><p

6、>　　This paper introduces the digital experiment system and the traditional middle school chemistry experiment teaching on the basis of the application of digital system and compared with the traditional chemical exper

7、iment and shows the advantages of introduced in four aspects; Digital experiment middle school chemistry made it possible to many qualitative experiment into quantitative experiment; Middle school chemistry experiment is

8、 more suitable for modern digital under the new standard of the ze</p><p>　　Keywords: Chemistry ;experiment; teaching of digital;digital</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　中學數字

9、化實驗系統是由本身的系統軟件、數據采集器、傳感器組成，將數字溫度計、pH計、電導率計、分光光度計等整合為一體后將化學反應和現象的本質轉化為可監(jiān)測的信號，再以圖表的形式呈現在計算機屏幕上，從而幫助人們更深入地研究化學現象和反應的本質和規(guī)律，具有先進性、便捷性、實時性、準確性、綜合性以及直觀性等顯著特點。使用化學數字化實驗系統可以使一部分常規(guī)的實驗變得簡單，同時能很大程度降低實驗教學過程中的難度；數字化系統在對理論性課堂教學、學生自主研究性

10、學習以及探究驗證性學習等方面也都有很大的幫助。</p><p>　　中學化學數字化實驗是社會進步的需要，是化學實驗教學現代化的一種體現形式，它能更好地培養(yǎng)學生具有適應未來信息社會需要的創(chuàng)新能力、動手操作能力和思維想象能力，對此課題的研究還能客觀地認識到傳統的化學實驗與現代的數字化實驗之間的利弊問題。此外，隨著科學技術的快速發(fā)展，許多國外的學校已經依托現代的數字化技術來實現一些對學生來說難度較高的實驗教學，因此，不

11、論是在提高國內的化學教育質量還是要大力發(fā)展中國的數字化實驗教學，研究中學化學數字化實驗這一課題已經成為大多數教育工作者的必要任務；再者，鑒于我省目前的中學化學教學質量仍處于一個相對落后，中學化學實驗儀器和基本操作仍停留在十九世紀末二十世紀初的水平的現狀，而今一門先進、高效的教育技術—中學化學數字化實驗教學在全國各地迅速推廣，為了使我省的中學化學教學的步伐跟上將先進的科學技術的引進教育教學及科學發(fā)展的節(jié)奏，對中學化學數字化實驗的研究具有不

12、可忽視的必要性。</p><p>　　作為一項先進的技術引入課堂教學中甚至在課堂教學中的廣泛應用，必然是個長期的過程，需要研究和解決的問題還很多。本文將圍繞中學化學數字化實驗教學在中學化學教育教學中的幾大優(yōu)越性方面的內容進行論述：</p><p>　　1 中學化學數字化實驗使許多定性實驗轉變?yōu)槎繉嶒灣蔀榭赡?lt;/p><p>　　在以往的傳統實驗在操作過程中，雖然能

13、體會和觀察到實驗過程中出現的現象，但是那往往是學生的感性認識或者直接感知現象的存在；假如我們將數字化實驗的傳感器，數據采集器以及處理數據的計算機運用到實驗當中，那么在實驗過程中出現的各種參數變化就會以數據集表格和圖像的形式呈現在我們的眼球里，并且還能通過計算機的分析和處理得出更加細致的實驗數據[1]，如此一來，我們就能獲取到實驗過程中可能出現的某些超出人能感知的范圍的細微變化的數據，因為人的感官和感知是有局限的，那么，下面筆者就如下實驗

14、案例來具體說明。</p><p>　　例如在研究化學反應的過程中能量的變化時，我們選取中和熱的測定實驗來進行具體分析：</p><p>　　由上述實驗可知，從傳統實驗中學生僅僅能通過感覺及主觀認識認為燒杯外壁有熱量產生，亦即是燒杯內實驗有熱量的放出，但是對于有多少熱量產生及在反應一段時間后熱量的變化情況等一無所知，又假如實驗過程中放出的熱量極小不足以使人能夠在燒杯外壁感覺到，用溫度計測量的

15、變化也不明顯，那么學生又如何去了解此實驗是吸熱反應還是放熱反應，難道只能靠書本理論來檢驗這些問題嗎，當然，對比一下此實驗的數字化實驗的效果：實驗數據每秒采集10個溫度數據，共采集1000個數據，并同步將采集的數據繪制成圖像顯示與計算機屏幕上，如圖示： </p><p>　　此實驗溫度數據采集前溫度為17.5攝氏度，開始反應后溫度上升至22攝氏度，反應結束后溫度不再改變。由此數字化實驗結果可知傳統的定性實驗可通過

16、數字化設備來像定量實驗過渡，因為它能夠直觀地將實驗過程中產生的客觀實際的熱量以溫度變化的實際數據采集后并繪制成圖像呈現在學生的眼前，并且學生能夠從t-T圖像上讀出很多傳統實驗中不能夠掌握的數據，例如反應前溫度是多少，反應過程得一中又變化了多少，整個反應過程是吸熱還是放熱等問題均可以一一準確直接地解答，而不是通過主觀臆測有多少，變化多少，靠書本理論去判斷是吸熱反應還是放熱反應；因此，數字化實驗使學生避開了走主觀感覺及主觀認識這條路線，而依

17、靠數字化實驗設備解決了傳統實驗過程中不能夠定量的數據問題，不僅數據準確而且直觀，同時更具有科學性。可想而知，中學化學數字化實驗設備能使許多定性實驗轉變?yōu)槎繉嶒灣蔀榭赡堋?lt;/p><p>　　2 中學化學數字化實驗更加適合現代新課標下的探究性實驗的開展</p><p>　　根據義務教育化學課程標準，主要對科學探究的內容和學習目標從四個方面提出具體要求；分別是對科學探究的理解、發(fā)展科學探究能

18、力、學習基本的實驗技能及完成基礎的學生實驗[2]。其中在增進對科學探究的理解中就提到學生要認識到科學探究可以通過實驗、觀察等多種手段獲取事實和證據，認識到科學探究既需要觀察和實驗、又要進行推理和判斷;那么，在進行實驗及收集數據的過程中，傳統的實驗過程中難免會遇到這樣或那樣的難題，加之繁瑣的步驟、復雜的數據收集及處理等高難度的操作，作為義務教育階段的學生還有去將正在進行的實驗可能產生的問題考慮清楚嗎？還會有清晰的思路和發(fā)散的思維去探究是否

19、還可以將參加反應的物質替換后會不會出一樣或者不一樣的實驗現象及結果呢？</p><p>　　面對以上問題，采取數字化實驗方案就可以一一的避開了上訴問題。首先，數字化實驗只需要簡單的對應的數據傳感器及計算機及簡便常用的化學實驗儀器即可完成實驗的裝置組裝；其次，數字化實驗本身就具備一套采集數據及處理的設備，且實驗結果能更加清晰、直觀地通過計算機處理后呈現在學生的面前；并且，步驟簡單、清晰，實驗時間短，結果準確數字化實

20、驗能為學生節(jié)省出更多的時間去進行實驗的探究及拓展;最后，對于探究性試驗采取數字化實驗進行探究，可有效地實施，在較快時間內就能得出結果，就有更多的時間去討論或解決更多的問題和重復實驗。</p><p>　　由此，輕松而又能獨自操作且實驗效果明顯的數字化實驗更能夠吸引學生的實驗興趣，更能夠實現科學探究學習的目標，因此，中學化學數字化實驗更加適合現代新課標下的探究性實驗的開展。</p><p>

21、　　3 中學化學數字化實驗能夠更好地彌補傳統化學實驗的一些不足之處</p><p>　　在教學方式逐漸由傳統實驗教學向運用現代科學設備進行數字化實驗教學的今天，傳統實驗雖然一直貫穿在整個化學實驗教學的過程中，但是，傳統的實驗方法仍然有許多不足之處暴露無遺，例如，傳統實驗在實驗現象的呈現上往往表現得很模糊不清，實驗結果也往往差強人意，事半功倍，但是引進數字化實驗后，許多實驗的結果都以圖形、表格的形式清晰、直觀地呈現

22、在我們的面前[3];又如許多的實驗往往需要記錄十多個甚至幾十個數據，有的甚至還要限定實驗數據記錄的時間，這難免會給實驗結果帶來很多的偶然誤差，最后還得花時間處理收集和記錄的數據，有的甚至還得親自制作表格，繪制曲線圖譜等過程；如此一來整個實驗就得花費掉很多的時間，這無疑只能增加學生自己動手的能力卻不能充分發(fā)揮學生的思維及發(fā)現問題、解決問題、進行探究式學習不足之處等方面的能力，那么，用數字化實驗就能夠有效地解決這些傳統實驗的不足之處。<

23、;/p><p>　　4 中學化學數字化實驗在可操作性、可重復性、時效性等方面更具有優(yōu)勢</p><p>　　在傳統實驗與數字化實驗的步驟以及實驗過程中，實際操作永遠是最重要的環(huán)節(jié)，例如在研究堿溶解與堿溶液的pH變化的傳統實驗過程中，首先涉及的步驟是溶解堿，再是測定pH值，最后是總結變化規(guī)律，也就是學生要一手加固體氫氧化鈉，一手均勻攪拌，還得時刻關注pH的變化，那么如此操作得到實驗結果是否準確就

24、不言而喻了;假如我們引進數字化實驗設備，先將pH溫度傳感器與pH傳感器置于盛有少量水的燒杯中，再慢慢加入氫氧化鈉固體，那么此時計算機屏幕就會呈現出兩條逐漸上升的實驗曲線，同時在表格中還實時顯示溫度與pH值的數據變化情況[4]。那么就兩者的可操作性對比一下就優(yōu)劣可見了;另外，有些實驗在步驟上和過程上相當的繁瑣，（比如在探究驗證醋酸是弱電解質時，傳統實驗的步驟大概有測定已知濃度的醋酸的pH值、測定已知pH值醋酸的濃度、然后比較同pH值下醋酸

25、與鹽酸的濃度、又比較同濃度下的醋酸與鹽酸的pH值，比較同濃度醋酸、鹽酸與鎂條反應的起始速率、比較醋酸鹽與鹽酸鹽的pH值等步驟。）當遇到步驟如此多的實驗時，學生如何思路清晰并且在短時間內得出實驗結果，如何能保證在操作的過程中不出現人為的偶然誤差，影響實驗結果的準確性，鑒于這</p><p><b>　　結論 </b></p><p>　　總而言之，數字化實驗與傳統實

26、驗在相比之下的優(yōu)越性，相信很多的專家或學者們也都有在做這方面的研究，但是歸根究底也是為了能使中學化學實驗的教學以及相關的研究日趨完善，為了使數字化實驗更好地運用和服務到化學教學與化學研究當中去；因此，我們不僅要研究它的優(yōu)越性，也要去研究它與傳統實驗之間的關系，在現階段我國的基礎教育還有待進一步發(fā)展的今天，一味地追求新興的科學技術帶來的方便而完全摒棄傳統的可取的優(yōu)點又顯得有些華而不實，所以中學化學數字化實驗不能完全代替?zhèn)鹘y化學實驗，它與傳

27、統化學實驗可優(yōu)勢互補、相得益彰，讓中學化學實驗實驗更加的豐富多彩，讓學生能夠提起更濃厚的學習興趣，更好地激發(fā)學生強烈的探究及求知的欲望。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]唐吉川：中學化學數字化實驗與傳統實驗. 四川省瀘化中學. </p><p>　　[2]中義務化學課程標準（實驗）.北京：北京師范大學出版

28、社.2011.</p><p>　　[3]汪明微:數字化化學實驗應用于化學實驗教學的反思. 廣州天河中學. [4]張玲 楊宇翔. 關于在高中化學中開展學生數字化實驗的研究 上海市浦光 中學 </p><p>　　[5]錢揚義：手持技術在理科實驗中的應用研究.北京：高等教育出版社.2003.</p><p>　　[6]葉春峰.高中化學實驗中手持技術

29、的應用.教育管理（理論版).2006(4).</p><p>　　[7]馬宏佳：南京師范大學化學與材料科學學院.江蘇南京. 210097 </p><p>　　[8]宋延林：《瞭望新聞周刊》2010025期 作者：孫英蘭 </p><p><b>　　致 謝 </b></p><p>　　本論文在

30、**導師的悉心指導下完成的。導師淵博的專業(yè)知識、嚴謹的治學態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風范，樸實無法、平易近人的人格魅力對本人影響深遠。不僅使本人樹立了遠大的學習目標、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在導師的悉心指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向導師表示崇高的敬意和衷心的感謝！在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導