新课程标准下数字化实验在化学教学中的探索与实践

来源:用户上传      作者: 王　钢

　　【摘要】 笔者曾接触温室效应因教材而派生的多种实验，但都难以完整地表现。通过引入数字化实验，在手段、数据、图象等方面都能多维地体现与展示。我们不摒弃传统，两者并重互补，更注重运用现代手段进行新课程中的活动与探究，倡导一种学习中求索的积极的科学态度，提高人才培养的效率。
　　【关键词】 新课程标准；选修；温室效应；数字化实验；活动与探究
　　
　　在现行新课程标准的高中二年级《化学与生活》的选修教材中，专题一第一单元中有一栏目观察与思考，安排了温室效应的化学实验，以传统实验的器材，受到诸多因素的限制，难以直观、准确、形象地来体现。这也是新课程标准的实施对我们化学教学提出的要求和挑战。
　　本人在该单元的教学中，对于教材中温室效应这个实验，作了一些改进，引入了数字化实验，体现了明显的现象和效果。
　　
　　1 数字化实验的提出
　　信息技术的飞速发展，已经对当今整个社会的经济和生活结构产生了巨大的影响，并且渗透到了我们的社会生活方式与社会结构产生的每一个角落。
　　信息技术是一个国家迅速发展的重要的基本要素，可以大大地促进社会生产力的发展，它对我们社会生活方式与社会结构产生了深刻的影响。同样信息化时代对我们教育也提出了新的要求，对传统的教育提出了挑战，国际和国内的教育、教学专家指出：我们的教育必须：
　　（1）培养每一个公民具备适应信息化社会必备的基本素质。
　　（2）要求人们快速发展并掌握适应信息化社会的有用的知识。
　　（3）要求提高人才培养的效率，满足快速发展社会对人才的需求。
　　新课程的变化，是理科教育对社会的新需求的一种积极的回应。我国高中教育，为了顺应信息化社会的需求。正在实施的信息化教育的策略是：通过教育环境的数字化，教学内容的数字化，学习工具的数字化为切入点，改革我们的传统教育。在新课程教学的改革过程中，力求将信息技术作为教师的教学辅助工具、学生学习的工具。从而改变传统教学中的教师、教材、教学媒体和学生之间的关系，来实现我们全新的学习与教学理念与方式，来大幅度提高教育和教学的效率，来培养具备创新精神与实践能力，并且适应信息时代要求的新一代高素质人才。
　　数字化实验室是由计算机、计算机网络、数字化实验系统、多媒体设备等组成。数字化实验系统是根据高中新课程改革而开放的新的实验设备，主要由传感器、数据采集器，计算机及数字化实验系统软件构成。由不同的传感器检测到的不同实验过程中产生的数据，经数据采集器采集到的数据，经过A/D转换后输入计算机，再由计算机经过相应的软件平台进行数据和图形的分析、处理、给出物质运动的规律。用传感器和计算机代替人工处理，简化了实验数据的处理过程，能生动、形象地反映物理规律，使学生的精力更集中于对数据背后隐藏的科学规律的探究，提高实验效率。
　　数字化实验室建成将为我市普通高中新课程改革与实验教学提供技术支撑和条件课程。
　　
　　2 数字化实验在化学实验中的应用
　　2.1 数字化实验的引入是理念上的提升。面对我国新课程标准的颁发与实施，杭州理科教育的对策是由杭州教育技术中心通过全方位的实地考察，给我们直属中学配备了郎威（dislab）、威尼尔（vernier）加上传统实验仪器三足鼎立，阵势强大，形成了具有杭州特色的数字化理科实验室模式，通过培训，检查和督促，来提高我们杭州教师的理念和实践。为我们普通高中新课程改革与实验教学提供技术支撑和条件课程，这是杭州教育行政部门对一线教育和教学设备上的支持，行为上的鼓励。为我们新课程的改革和实施保驾护航。
　　数字化实验设备的引入。是信息技术、计算机技术在实验教学中的具体应用与实现。是传统实验室在时间与空间上的延伸。是在对传统实验室功能分析的基础上对实验室的重新架构与设计。数字化实验的参与到教学中来，它极大地敦促了教师理念的提升，促进了教师实验行为的提高以及教学效果的改善。
　　2.2 温室效应的动态实验。引言：地球周围的大气本来就存在着温室效应，它使地球保持了一个适合于人类生存及其它地球生物生存的正常温度，地球的年平均气温保持在15℃左右，昼夜温差不大，适合我们人类及其他生物生存。而现在的实际情况就是温室效应明显的加剧了。
　　实际数据（原始）与实验软件：
　　
　　实验数据（已相隔25s时间段选择数据入表）：
　　
　　实验装置：
　　
　　实验探究～二氧化碳的温室效应
　　实验器材：锥形瓶250mL×2，100w白炽灯连座，黑匣子，vernier数据采集器、温度传感器、多媒体设备（一般教室讲台都具备）。
　　实验方法：用250mL锥形瓶，以常规方法分别收集空气与二氧化碳气体，按图连接实验器材，打开logger pro?3软件，设置好取值时间，默认也可。点击start，系统自动记录实验数据并且绘出变化曲线。
　　结论解释：由于二氧化碳的存在，使锥形瓶内吸收的热能与散发的热能之比大于另一只锥形瓶内吸收的热能与散发的热能之比，导致盛二氧化碳气体的锥形瓶内温度升高。
　　实验现象直观、准确，数据与图象并重，温室效应明显。
　　补充说明：鉴于vernier实验仪器只有一套，故分别演示。作者现业已采用朗威dislab进行实验，空气与二氧化碳两者同时进行，实验数据对比明显，充分体现了多元化、智能化的实验效果。
　　
　　3 数字化实验的反思
　　传统实验所呈现的往往是单一的，而数字化实验的引入，则给我们的实验带来了生动和具体，增加了探究性，因为它所呈现的是多维的，数据和图象可以同时动态地表现，甚至可以说是随心所欲，更快更好地完成化学实验。
　　在新课程标准的实施过程中，新知识大量地快速增长，使得课程处于尴尬境地：一方面，大量新知识要加入到课程中，加重学生的负担，另一方面，课程开展的时间又不可能无限地延长。
　　解决这种问题的一种出路是：改变课程是继承人类经验知识精华这个基本观点，即学习过程为一种单纯继承的观点，新课程应该是在传授一些基础性知识的同时，注重创新性和适应能力的培养，使受教育者学会学习，并且具备终身学习的能力。
　　国际21世纪教育委员会于1996年向联合国教课文组织提交的报告中指出：要适应未来社会的发展，教育必须围绕：学会认知，学会做事，学会共同生活，学会生存。这四种基本学习能力来全新进行设计。
　　布鲁纳主张：学习任何学科都应该要学习该学科的基本结构、基本概念、基本原理。而教学过程的中心是促使这些基本知识的迁移，以及帮助学生掌握在不同应用情景中知识的迁移的技能。
　　
　　4 结束语
　　探究条件的改善，使我们教师与学生在实验中能够探索，有利于进行探究性的学习活动。而在以前传统实验方法受条件的限制，教师与学生的探究欲望不能得到很好的满足。数字化实验系统为教师与学生提供了进行探究的条件，能够在动态的空间情景中通过实验观察现象、读取数据、探索、发现与研究对象之间的数量关系和变化规律，同时也在探索中进行化学实验。
　　教育技术绝不是强加于传统教学体系上的一堆仪器，数字化绝不是在传统程序上增添或扩大一些什么东西。只有当教育技术真正统一到整个教育体系中去的时候，只有当教育技术促使我们重新考虑和革新教育体系的时候，教育技术才具有价值。（《联合国教课文组织》）
　　
　　参考文献
　　[1] 中华人民共和国教育部 普通高中化学课程标准（实验）［M］
　　[2] 化学课程标准研制组 普通高中化学课程标准（实验）解读［M］
　　[3] 王祖浩 普通高中课程标准实验教科书・化学 必修1 必修2 化学与生活 江苏教育出版社
　　收稿日期：2008-4-27

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