数字化实验转化为情境试题的策略与教学价值——以电解法测定阿伏伽德罗常数为例.pdf
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1、2024 年第 4 期 中小学数字化教学|5化学专题在现代教育实践中,数字化实验已成为重要的教学手段,它既具备跟传统实验类似的真实性和可操作性,又可为学生提供充足可靠的实验数据及便利的实验分析工具,还极大弥补了传统实验的不足,为学生拓展了实践领域。情境试题是一种依托现实生活与科学情境,且紧密融合理论知识与实际问题的考试形式。教师设计情境试题旨在评估学生在特定情境中运用知识解决实际问题的能力,强调知识的实际与综合运用。教师用情境试题进行测试能有效激发学生的学习热情,提升其分析和解决问题的能力,进而培养其创新精神和实践能力。目前,情境试题已逐步成为各类考试的重要组成部分。笔者将以电解法测定阿伏伽德
2、罗常数为例,阐述将数字化实验转化为情境试题的具体实施策略和数字化实验情境试题的教学价值。一、数字化实验情境试题的特点数字化实验情境试题1,2充分展现了实践性与应用性特点。此类试题以实际实验为背景,要求学生在掌握基本知识的基础上,运用所学知识解决实际问题,从而培养其问题解决能力和实践能力。同时,数字化实验情境试题涉及多个知识领域,鼓励学生在分析问题时综合运用所学知识,以提升知识整合能力并培养创新精神。教师借助为充分发挥信息技术和情境试题的教学优势,促进学生深度学习,教师有必要分析数字化实验情境试题的特点,总结并运用将数字化实验转化为情境试题的具体策略,发挥数字化实验情境试题的教学价值。电解法测定
3、阿伏伽德罗常数的实践证明,数字化实验情境试题的设计与应用不仅有助于纠偏,避免教师步入误区,而且能突破教学难点,有效提高学生在信息整合、定量分析和概括表达等方面的高阶思维能力。关键词:化学;数字化实验;情境试题;教学价值摘要:文|佘平平 周业虹 数字化实验转化为情境试题的策略与教学价值 以电解法测定阿伏伽德罗常数为例计算机技术、网络技术和电子仪器等设备,命制数字化实验情境试题将实验过程进行数字化呈现,使得实验现象更加直观,有助于学生理解和掌握实验原理。此外,此类试题具有很强的灵活性和适应性,教师可根据学生的学习进度和能力水平进行调整(修改和更新),以满足多样化的教学需求。教师用数字化实验情境试题
4、能全面评价学生的知识水平、应用能力和创新精神。二、将数字化实验转化为情境试题的策略如何将数字化实验转化为情境试题?教师需深入理解实验内涵,结合实际情境设计问题,并考虑试题难度与梯度。这种试题的设计与应用有助于教师更好地评估学生知识应用能力与问题解决能力,并在真实情境中促进学生运用所学知识解决问题。笔者以电解法测定阿伏伽德罗常数为例,阐述将数字化实验转化为情境试题的策略。(一)明确实验目标与要求在将数字化实验转化为情境试题过程中,教师应明确实验目标与要求。首先,需科学设置实验目标,如提高学生信息整合、定量分析和概括表达能力。其次,根据目标确定实验要求,如要求学生完成特定实验操作、收集分析数据或解
5、决特定情境问题。以测定阿伏伽德罗常数实验为例,6|数字化实验转化为情境试题的策略与教学价值 化学专题教师将提高学生定量分析能力定为目标,要求学生借助数字化实验仪器采集数据,利用软件进行分析,并基于分析结果解决相关化学问题。(二)选择合适的数字化实验仪器在将数字化实验转化为情境试题的过程中,选择合适的数字化实验仪器与软件至关重要。例如,在阿伏伽德罗常数测定实验中,选用的数字化实验仪器应满足建立宏观与微观联系的需求。如果使用电化学方法,则需要实现宏观电量与微观电子数之间的转换。可行的做法是选用电流传感器或电压传感器结合恒定电阻,再结合电解池或原电池实验来完成阿伏伽德罗常数的测定。(三)设计合理的数
6、字化实验内容并采集数据3针对电解法测定阿伏伽德罗常数,如何设计合理的数字化实验呢?1.设计测量电量的方案在电路中串联一个恒定 0.18 的电阻,利用数据采集器结合电压传感器测量电解过程中此电阻的电压随时间变化量,系统自动对时间积分(电压单位是 V,时间单位是 s),积分值除以0.18 可得到反应过程的电量。2.利用电镀铜实验结合电压传感器测定阿伏伽德罗常数用两块已知质量的铜片分别作为阴极和阳极,以铜氨溶液作电解液进行电解,在阴极上铜氨溶液电离的 Cu2+获得电子后析出金属铜,使得阴极质量增加;在阳极上等量的金属铜溶解进入溶液,阳极质量减少。由于铜电极通常有杂质,人们一般用阴极增重的方式计量反应
7、的量。阴极的电极反应式为Cu(NH3)42+2e-=Cu+4NH3,阴极质量的增量和转移的电子数存在定量关系。教师测定阴极增加的质量和电路的电量1 个电子的电量(1.610-19 C),建立宏观和微观的关系,计算阿伏伽德罗常数。3.对实验结果进行数据分析以铜作为电极用 10 V 电压电解铜氨溶液 40分钟,填写实验测量数据(见表 1)。表 1 电镀铜实验结果次数电压(V)对时间(s)积分电量Q/C初始质量/g终止质量/g阴极增重/g154.563303.12812.97813.0800.102254.535302.97213.01213.1130.101354.647303.59413.024
8、13.1280.104阿伏伽德罗常数的计算公式:NA=。计算结果如下(见表 2)。63.55电量2增重 1.6 10-19表 2 电镀铜实验计算阿伏伽德罗常数次数123阿伏伽德罗常数/mol-15.90210235.95710235.7971023(四)将“电解法测定阿伏伽德罗常数的数字化实验”转化为情境试题根据电解法测定阿伏伽德罗常数的数字化实验结果,教师设计了以下 8 道情境试题,用来评估学生对实验的理解与应用能力。这些试题要求学生熟练掌握实验的原理,并能够在实际操作中运用所学知识解决实际问题。请描述电解实验中离子的运动方向并写出电极反应方程式。命制此题旨在检验学生对电解池工作原理的理解程
9、度。请正确连接各仪器完成实验。此题要求学生将理论与实践相结合,基于实际操作检验对实验原理的掌握程度。如果阴极产生的铜不致密,对实验会产生什么影响?如何让阴极产生的铜更加致密?命制此题旨在让学生基于实践操作理解致密铜的重要性,以减少误差。如何减小测量阴极析出铜质量的误差?此题要求学生从实验操作的角度出发,思考减小误差的方法。请描述电解法测定阿伏伽德罗常数的实验原理。命制此题旨在检验学生对实验原理的掌握程度,并锻炼学生的信息整合与概括表达能力。请列出计算阿伏伽德罗常数的表达式。此题在问题五的基础上,增加了定量分析的要求,旨在提高学生的高阶思维能力。根据实验原理,思考实验过程中2024 年第 4 期
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