高中化学数字化实验教学的初步探讨

【摘 要】分析和讨论化学数字化实验的优势与不足，提出高中化学数字化实验的改良策略。

【关键词】高中化学 数字化实验

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2015）08B-0111-02

当今社会是信息化时代、数字化时代，高中课堂也应该数字化。在此，笔者将以化学课堂的实践作为蓝本，探讨高中化学如何利用数字化技术，来讲解实验原理，使学生便捷地操作实验。

一、高效直观，数字化实验的优点

（一）提升兴趣，提高效率

新的课程标准对学生知识量的要求较之以往更加突出了，因此，一线教师和学生要以更快的速度教学知识点。利用数字化实验在数据处理中可节省大量的时间，而且数字化实验形象直观，更能激发学生的学习兴趣，学生和教师都乐于参加有数字化实验的课堂。为此我们进行了一次调查，采用网络推送问卷调查页面形式进行，共收到300份样本。受调查者既有教师，也有学生。其中支持采用数字化实验教学的教师占80%，明显表示不支持的占比15%。进一步分析显示，这15%中绝大多数教师年龄在50岁左右。这可能的原因是这个群体对新事物的接受能力有限，也不想学。受调查的学生中支持数字化实验的占96%。可见此种手段在学生中的受欢迎程度较高。学生兴趣浓厚，课堂效率提高自然是情理之中。

（二）直观形象，便于理解

化学的很多概念和原理比较抽象，学生不易理解，教师借助数字技术就可以较好地把抽象的理论形象地阐释清楚。例如向学生解释何为弱电解质，教师可以利用数字技术来模拟电解质的形成过程及其电离的强弱程度。我们知道，溶液导电能力的强弱是由溶液里自由移动离子的浓度的大小决定的。因此要测量某种溶液被电解的程度，只需要测量该溶液中的离子浓度，如果离子浓度小，则该物质为弱电解质。传统的实验只能让学生理解导电性的差别，却不能展示定量分析结果。采用数字化实验后，可以定量分析弱电解质中的离子情况，让学生从模拟实验中感知容液中电离的情况，学生更容易理解了。

（三）改变方法，拓展教学内容

运用数字化实验，学生在课堂中不需要密切关注如何操作仪器，只需要简单选择传感器。如此，学生有更多的时间和精力思考化学原理，而不是协调、体能、视觉的训练。因此，数字化实验教学过程更加突出了学生在课堂教学过程中的主体地位，使学生成为主动探索知识的开拓者，而不是随波逐流者。另外一方面，教师也可借助这一利器不断钻研业务，研究利用新的实验手段解决某些用传统实验仪器难以完成的实验。

除了学生角色和教师理念的转变外，更明显的优势是实验内容的扩大化。不断面世的新的传感器类型，增加了实验种类。教学内容可以迅速扩容。

二、数字化实验的瑕疵

虽然数字化实验在教学上相比传统实验，在帮助学生理解知识、形成能力等方面都有很大的促进作用，但也不是十全十美的。

（一）仪器昂贵，不易推广

目前市面上流行的数字化仪器价格比较昂贵，以致很多经济欠发达地区的学校无条件购买。随着使用时间的延长，仪器的精准度也会有所降低，一旦出现故障，维修成本比较高，这也使得很多学校对普及数字化实验望而却步。正因此，笔者所在的学校并没有普及数字化实验仪器。根据学校调查，普通的PH传感器单价为1000元，使用寿命约为3年。而使用传统实验设备，3年的设备成本约为200元。这种成本区别是显而易见的。相反，传统实验仪器一般价廉易得，使用寿命较长，维修成本低，有些实验器材甚至可以直接使用生活废品。

（二）学生计算能力退化

使用数字化传感技术，可以采集完整数据，将计算机与手持技术仪器联用，这样，传感器可以精确地测量与传递实验中所测定的各种实验参数，且所得实验数据将通过数据采集器转到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。这种依赖计算机自动计算的结果，会使学生的计算、处理数据的能力降低。而且，学生因为不了解数字化仪器具体操作方法，学生对知识原理的认可度和信服度也会降低。

（三）内容虚无缥缈，没有真实感

化学实验的本质是要通过亲身操作，领悟生活现象，进而利用所学的理论指导生活实践，并把它作为基础知识，为深度研究提供先决条件。传统化学实验中，有很大一部分是直接将生活中的问题转化成模型进入实验室，实验过程往往来源于生活，学生思考问题更能联系实际，但数字化实验在实验过程中并没有体现出与生活的紧密结合。传统化学实验贴近生活，化学思想清晰、严谨，可以培养学生观察实验现象的能力、动手能力、數据处理能力等，这些正是数字化实验教学所欠缺的部分。

三、高中化学数字化实验的改良策略

（一）传统实验和数字化实验优势互补，以培养学生推导计算能力

由于计算机软件可以自动计算采集到的数据，而且这个运算结论通常是由既定的公式得出的。学生在观测最后的结论时，容易理解实验原理。但是忽略了运算公式和过程，造成计算能力退化。因此建议教师在数字化实验课堂中，要结合传统实验，要求学生在观测最后数据的同时，自己亲身计算一次，比较自己得出的结论与仪器显示结论是否有差别。如有差别，思考造成差别的原因。

例如，在氨的制取这一试验中，NH4Cl和Ca（OH）2反应后，会生出气体。而当仪器把对气味的感知传达给学生时，学生并不能感同身受，因此需要学生在真实的实验中亲身去闻。并且，因为氨气易溶于水，所以需要加热使氨气溢出。在加热这个过程，由学生触觉感知更有体会。此外，要求学生必须写出该反应的化学方程式：2NH4Cl+Ca（OH）2=CaCl2+2NH3+2H20。通过这一平衡过程的计算，使学生理解不同反应物和生成物的比例，然后在仪器检测的指标中得到印证。

这一过程可以弥补数字化实验造成学生计算能力和推导能力退化的缺陷，使得传统实验和数字化实验优势互补。

（二）整合资源，优化数字化实验

首先加强硬件设施和应用软件配置。2010年，我国发布《高中理科教学仪器配备标准》，其中提到的计算机数据采集处理系统包括开放式软件系统，智能接口，在线系统或离线系统，可配套专用实验仪器，温度传感器、pH 值传感器、电流传感器、压强传感器等；各学校选配高中化学多媒体教学软件、化学药品管理软件。另外，电子白板和实物投影仪也是比较有用的硬件设施；多媒体实验常用软件有 Flash，PowerPoint 等；传感器实验常用的主要是数据处理软件，如 DataStudio 数据处理软件；仿真实验软件有多种，如美国 COREL 公司开发的虚拟化学实验室 COREL Chemlab。

另外，实验资料也必不可少。各学校可以根据具体需要选配教学投影片、中学化学投影拼版、高中化学教学光盘。教材中现成的数字化实验案例比较少，而且，由于种种原因，很多学校都没有开设《实验化学（选修）》课程。 因此，还可以通过期刊，如《化学教学》《化学教育》等查找实验资料。如果市场资料还不能满足需要，可以自主开发实验资料，根据教学实际，拍摄实验图片和视频，制作实验动画和实验课件。

实验始终贯穿于整个化学学习中，但是传统实验的表现力是有限的。数字化实验的引入，给我们的实验教学带来了新的生机，增加了可供探究的课题空间。因为它所呈现的结果是多维的，包括数据、图像等，极大地丰富了化学教学。

但我们也要看到数字化实验内在的缺陷。如削弱了对学生的观察能力、动手能力、计算能力的培养。因此，如何采用适应数字化实验的教学理念、教学方法，将数字化和传统实体实验有机结合起来，是每个教师应该思考的问题。本文提到的策略也只是抛砖引玉。择其善者而从之，其不善者而改之，数字化实验教学是大势所趋。

【作者简介】朱春红（1984.12—），女，中学二级教师，本科学历，毕业于广西师范大学，现就职于玉林实验中学。