信息技术和化学新课程整合的研究--数字化实验室和化学实验探究.pdfVIP

全国化学教师教育第三届学术研讨会论文集 西安 2007．5 信息技术与化学新课程整合的研究 ——数字化实验室与化学实验探究 赵成兰1陆真1，2邹正3+ (1南京师范大学化学教育研究所2南京师范大学教师教育研究所3南京外国语学校江苏南京210008) 摘要：论文讨论了数字化实验室的组成和教学特征，重点介绍了应用传感技术开设高中化学探究性实验的选 修课程，并以中和胃酸药物为例，做了传感技术应用的案例介绍。 关键词：数字化实验室传感技术科学探究化学实验 以实验为基础是化学学科的重要特征之一。2005年，江苏省进入了新课程实验区，开始全面实 施高中新课程，全新的课程结构和模块设置必然需要相适应的教学手段、学习方式和教学技术环境 来支持和匹配。实验中最大的变化是开始涉及传感技术和数字化实验内容。一些条件较好的中学开 始尝试着应用基于传感技术的数字化实验室来进行化学实验探究，为教师和学生提供一个更好的教 学和学习手段。将化学知识学习与实验探究有机地融合起来，使学生逐步形成较为完整和系统的化 学知识结构，达到提高动手能力和科学素养的目的。 1 数字化实验室简介 随着计算机技术和传感器技术的不断发展，计算机实时测量技术已经广泛应用到科学技术研究 以及生产领域中，开始应用于中学实验教学，它改变了传统的实验教学方法，形成了新型的教学环 境。 数字化实验室的实验系统由数据采集器、各种传感器(电压传感器、电流传感器、力传感器、 位移传感器、温度传感器、气体压强传感器、声音传感器、磁场传感器、光电门传感器、光照传感 器、pH值传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、C02传感器、湿度传感器等)和相关专用软件及 计算机组成。进行实验时，首先通过传感器测量各种物理量的变化，并把测量的值传递给数据采集 器：然后由数据采集器将采集到的实验数据传递给计算机：最后通过专业软件处理并以数值显示、 图表、曲线等各种方式表现实验数据，体现实验的变化及结果，并可根据教学要求对实验数据进行 各种分析与处理。 ’Email：赵成兰zhaochenglan@126．tom陆真zhlu@njnu．edu．cn 515 III中学化学教学研究 1．1传感器 传感器的作用是把实验中测量的各种非电信号(例如：温度、电导率、浊度、PH值等)转换成 标准的电信号，并把这些电信号传递给采集器。在中学化学实验中常用的传感器有温度传感器、压 强传感器、电导率传感器、pH传感器、色度计传感器、电流传感器和电压传感器等。 1．2采集器 采集器是传感器与计算机的接口。它的作用是把实验中各种传感器输出的电信号转换成数字信 号并输入到计算机中。 1．3数字化实验室专用软件 数字化实验室软件主要用于传感器数据的采集、数据表现与数据分析。软件在数据表现上提供 了数据表格、数据曲线等表现形式。在数据分析上，提供了数据统计、数据公式计算、曲线猜想与 拟合等方式，操作简单，使用方便。采集器与计算机之间通过USB接口相联，具有优秀的兼容性、 稳定性和操作上的灵活性。 2数字化实验室的主要特征 数字化实验室具有以下三个突出特征： 2．1 智能性 数字化实验室是一个智能型实验室，其智能性特征基本贯穿整个科学实验过程。譬如，智能工具能 够显示数据点的坐标，测量的是真实的数据点，精确测量任何两点的距离等；虚拟仪器仪表(如示波器 ／FFT／电压电流表)可同步显示真实数据等。 2．2开放性 根据教学的实际需要，数字化实验室既可用于演示实验，也可进行学生实验；既适用于必修模块， 也可作为选修模块；既可课堂教学使用，也可用于综合实践活动。因此，数字化实验室是一个开放性的 实验平台，既表现为时空的开放性，也表现为教学内容、教学方式的开放性。 2．3整合性 以传感器为主的数字化实验室以学生的真实实验为基础，很好地进行了信息处理的三个重要环 节(采集、处理和表达)，从而有效实现了信息技术与理科学科的整合。 3应用数字化实验室进行化学实验探究的实践研究 2006年9月至2007年1月，我们在南京市外国语学校高一年级开设了“掌上实验室——基于传感技 术