倪凱群

摘 要：主要介紹如何在等效平衡的學(xué)習(xí)過程中進行數(shù)字化化學(xué)實驗的探究，以及如何培養(yǎng)中學(xué)生化學(xué)實驗探究能力的問題。

關(guān)鍵詞：等效平衡；數(shù)字化實驗；研究

等效平衡的問題就是指利用與某一種平衡狀態(tài)等效的過渡平衡狀態(tài)（相同平衡）進行與之有關(guān)的問題分析和判斷，或利用相似平衡的相似原理進行有關(guān)量的計算。同時等效平衡也是一種思維分析方式和解題方法。由于等效平衡問題其豐富的知識點和靈活的考查方式，所以其對思維能力起到較強的鍛煉效果；因此，它也一直是學(xué)生在學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)“化學(xué)平衡”這一部分內(nèi)容時最大的難點。很多學(xué)生在接觸到這一問題時，恐懼感很強，自信心不足。等效平衡的概念說明了化學(xué)反應(yīng)的途徑與化學(xué)平衡的狀態(tài)無關(guān)。對于相同的條件，無論反應(yīng)從什么方向開始，可逆反應(yīng)達到的化學(xué)平衡時的狀態(tài)是相同的。等效平衡也是利用平衡等效來解題的一種很好的思維方式和解題方法。

數(shù)字化實驗主要是以手持式數(shù)據(jù)儀器為主的實驗，其中采集器與傳感器（各類探頭）為主要工作原件。采集器負責(zé)實驗數(shù)據(jù)的采集并儲存；傳感器根據(jù)實驗需要測定的參數(shù)而自行選擇；同時，數(shù)字化儀器的輕巧還為學(xué)生課外活動探究提供了方便。對于教師而言可以根據(jù)實際情況，把課堂開設(shè)在數(shù)字化探究實驗室，加強學(xué)生對化學(xué)知識和化學(xué)原理的理解。以“酸堿中和滴定”為例，利用pH傳感器、溫度傳感器和計算機，在化學(xué)課堂上演示“中和反應(yīng)”實驗，計算機可以以表格和圖像的形式呈現(xiàn)并快速的分析處理。數(shù)字化儀器很大程度上能使過去的定性實驗得以定量化的驗證。

本文的著手點在于如何將數(shù)字化實驗技術(shù)應(yīng)用于等效平衡。經(jīng)過實踐研究在這里選取3個有代表性的實驗簡單說明。

對于中學(xué)化學(xué)實驗而言，數(shù)字化的意義在于精確地定量。數(shù)字化儀器測量的優(yōu)勢在于無論實驗時間很長或很短，或者需要同時獲得多種數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)傳感器和數(shù)據(jù)收集器能夠很容易的解決。如果能夠巧妙地組合搭配使用數(shù)據(jù)傳感器和數(shù)據(jù)收集器來采集數(shù)據(jù)分析處理，使學(xué)生能夠有更多的時間在分析處理數(shù)據(jù)，找尋其中的規(guī)律。這幾個實驗都是傳統(tǒng)課堂無法演示的實驗。有了數(shù)字化傳感器后，能夠?qū)⒉豢筛兄淖兂煽筛兄?。第一個實驗傳統(tǒng)只能讓學(xué)生看顏色變化，用了數(shù)字化儀器后可以直觀地看到壓強的變化，顏色轉(zhuǎn)變對透光率的影響。第二個實驗可以看到醋酸鈉的水解反應(yīng)與醋酸與氫氧化鈉的中和反應(yīng)之間具有微妙的可逆性，因為關(guān)系到放熱和吸熱，所以必須要用到溫度傳感器，通過計算算出溫度對反應(yīng)的影響，進而使學(xué)生得出溫度方面的正逆向反應(yīng)互斥的結(jié)論。第三個實驗是典型的溶解與析出平衡，因為溶解度與溫度密切相關(guān)，所以需要對溶液濁度進行測量的同時，需要對溫度進行跟蹤，同時檢測溶液中氧含量對平衡速率及時間的影響。

同時通過這三個實驗的操作和要求可以看出數(shù)字化化學(xué)實驗探究技術(shù)對廣大的化學(xué)教師可以說是提出了一個更加嚴苛的要求。我們可以從以下幾方面來分析：（1）從課堂教學(xué)與教師專業(yè)水平關(guān)系看，要求教師能夠教會學(xué)生使用（最好能獨立使用）數(shù)字化儀器進行感興趣的化學(xué)探究實驗；（2）從課程與教學(xué)的關(guān)系看，要求教師善于從生活、社會及教科書中挖掘能運用數(shù)字化實驗技術(shù)探究與解決的化學(xué)問題；（3）從學(xué)生與教師的關(guān)系看，要求教師主動引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化儀器進行探究解決各類問題，對于提高學(xué)生實驗探究的能力是有促進作用的；（4）從教學(xué)與自我認識的關(guān)系看，反思型的教師可以使自己的教學(xué)經(jīng)驗不斷地成熟，理論不斷完善，有利于今后對數(shù)字化實驗應(yīng)用的研究與探索。對于學(xué)科教學(xué)而言，這有助于廣大化學(xué)教師提高自身的素養(yǎng)，使學(xué)科內(nèi)容與教學(xué)過程有機融合，提高自己的教學(xué)設(shè)計能力、課題開發(fā)與研究的能力、促進學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)的能力等。數(shù)字化實驗技術(shù)極大程度地改變了學(xué)生過多依賴教師的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生在新的學(xué)習(xí)環(huán)境中利用數(shù)字化實驗技術(shù)從多渠道獲得所需數(shù)據(jù)信息，提高了學(xué)生的質(zhì)疑能力、動手能力等。當(dāng)然，這是需要一定前提條件的，即學(xué)生需要具有符合學(xué)習(xí)要求的學(xué)習(xí)策略、獨立自主學(xué)習(xí)的精神、善于獲取知識的自學(xué)能力。數(shù)字化實驗技術(shù)能夠快捷方便的測定數(shù)據(jù)，并以圖表的形式直觀地呈現(xiàn)整個探究過程。在此過程中，學(xué)生對圖像變化的觀察與理解及時對實驗條件做出合理的調(diào)整，并在調(diào)整實驗方案或控制探究變量的過程中引導(dǎo)自己走向更深層次的學(xué)習(xí)。

數(shù)字化化學(xué)實驗在培養(yǎng)學(xué)生的探究能力方面起到較好的推動作用，當(dāng)然在實際的運用中，這種方式培養(yǎng)學(xué)生探究能力時存在許多難以回避和克服的實際問題。從教師的角度看，一線的許多教師仍然青睞“黑板+粉筆”的教學(xué)模式，在心理上畏懼數(shù)字化實驗技術(shù)；一少部分教師雖然掌握了相當(dāng)?shù)挠嬎銠C技術(shù)，但是限于自身專業(yè)水平，不善于運用數(shù)字化實驗技術(shù)，不能夠很好地融合到化學(xué)實驗的改進和相關(guān)課題的研究中。

就學(xué)生這個角度而言，他們大部分都早已經(jīng)習(xí)慣于“聽著”學(xué)化學(xué)，在題海里做題學(xué)化學(xué)，面對如何在數(shù)字化實驗儀器進行自主探究學(xué)習(xí)，產(chǎn)生深深的畏懼心理而不知所措。

從選題的角度看，現(xiàn)有的教科書中并無現(xiàn)成的探究案例可循，如果想要充分發(fā)揮數(shù)字化實驗儀器的功能，就要求教師和學(xué)生對日常生活中出現(xiàn)的有關(guān)問題共同探討，提出有意義的課題；而課題的選擇與確定，則要求師生平日里多觀察留心，要具備較強的概括能力，能夠概括提出發(fā)現(xiàn)的問題，這在目前具有很大的操作難度。

從課時的角度看，一般學(xué)?；瘜W(xué)周課時為2～3課時；借助數(shù)字化實驗儀器學(xué)進行化學(xué)研究性學(xué)習(xí)則會比較耗時，對于這一問題要妥善處理好是有難度的。

從推廣的角度看，雖然在我國發(fā)達地區(qū)的少數(shù)中學(xué)中，不少學(xué)校還運用它開設(shè)了一系列的校本課程，在日常教學(xué)與研究性的學(xué)習(xí)中又積極地培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)探究能力，具有象征性，從教育的廣泛意義上來說取得了一定的成效。但是數(shù)字化實驗技術(shù)的具體應(yīng)用依然還處于起步的階段，還有很大的前景可以作為，也有許多的實際問題等待解決。

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編輯 魯翠紅