6.2.2浓度对化学反应速率的影响—“智慧课堂”与数字实验联动 教学设计 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

智慧与数字的交融 ——“浓度对化学反应速率的影响”实验改进 教师姓名： 学校名称： 使用教材：人教版 实验器材：3d 打印自制试管台 LED 灯、光敏传感器、树莓派 pico 化学实验图像绘制平台 实验设计思路： 使用 LED 灯和光敏传感器测量沉淀影响下的光强度变化数值进行 定量分析。使用微处理器代替电脑使数字实验装置便携化，让数字实 验可以进行分组实验。使用自制网页构建化学实验图像绘制平台，在 线进行实验数据处理。 实验原理： Na2S2O3 + H2 SO4== Na2SO4 + SO2 ↑+ S↓ + H2O 实验教学目标： 宏观辨识与微观探析 观察辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象,初步掌握影 响化学反应速率的因素。 证据推理与模型认识 收集证据,提出假设;分析推理,证实假设;预测实验结果.依据实 验信息结构模型，建立”控制变量”的思维框架。 科学探究与创新意识 发现和提出问题,依据探究目的设计并优化实验方案,完成实验 操作,对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。 实验教学内容： 1. 引入——浓度对化学反应速率的影响定性实验 进行分组实验 Na2S2O3 + H2 SO4== Na2SO4 + SO2 ↑+ S↓ + H2O 通过生成沉淀的快慢比较浓度对化学反应速率的影响。 提出问题——能不能“定性”到“定量”。 2.介绍课本实验——浓度对化学反应速率的影响定量实验 3.讨论——书本实验不足之处 学生讨论、分析该实验原理，提出疑问： 针筒压强问题、反应放热问题、锌粒表面积问题等等。 指出解决问题方法——控制变量。 4.实验改进 引导学生提出改进方案 提出要求，将实验反应回归于 Na2S2O3 + H2 SO4== Na2SO4 + SO2 ↑+ S↓ + H2O 引导得出实验改进方案——利用反应生成沉淀挡光进行定量分析。 讨论可行性，进行实验设计。 【实验改进设计】 5.介绍实验准备物品： 遮光的立体框架——由 3D 打印制作，也可以由学生手工制作。 光源——LED 传感器。 光敏传感器——接收光信号,将信号强度输出。 微处理器——树莓派 pico，负责传感器数据采集与 PC 端输出。 和学生一起讨论分析设计思路，教授传感器使用方法，可以稍微介绍 下各种技术，提示与化学的联系。 进行演示实验与分组实验。 强调数据收录。 在演示实验时可以选择 PC 端两种数据收集方式。 一是在电脑端 shell 口输出时间与光亮强度。 二是在电脑端自动生成一个 jilu.csv 的数据文件,记录下 shell 端数据，可以使用 excel 打开并生成图像。 在分组实验可以通过处理器上添加 leod 显示屏输出数据。 6.数据处理 课本上实验数据处理极少，这与我们实际理科实验的现状相违背，也与高考要求相违背，所以在教学中对其补充十分必要。之所以实验数据处理被忽视自然是因为图表制作的繁琐，传统教学中记录数据并手绘图表的方式枯燥且浪费时间，所以本节课我们在此环节也提出第二个创新部分——在线实验数据处理平台。 使用 Python 的 streamlit 库搭建 Web 应用，并将其置于云服务器上，学生可以使用智慧课堂的平板进行登录并使用。此环节目的有二： 一是解决实验数据的可视化问题。 二是对智慧课堂功能的扩展。 网址为 120.26.49.47，支持电脑、手机、平板使用。 打开网址后学生可以选择实验条件与数据类型，输入实验数据并将其 绘制成折线图、面积图、散点图。还可以将绘制出的图形保存在平板 里方便各个小组进行对比分析。 最后，进行课堂小结，总结实验结论，并发散讨论相关技术的使用。 实验效果评价： 以上是本节课的设计思路，主要设计意图集中在两个方向： 1. 光敏传感器及树莓派 pico 等硬件的使用，相比于传统实验来说，在控制变量方面本实验改进更有说服力；相比于手持技术等传统数字实验技术来说，使用更方便、更可控、更便宜。 2. 实验数据处理平台的使用，一个出发点是与智慧课堂的结合，学生可以使用平板做更多事，还是可以体现自己参与的有技术含量的事情；第二就是让学生见到实验图表，绘制图表，完善实验流程，在迎接高考中图表类习题时可以更轻松一些。 学科网（北京）股份有限公司 $$