基于数字化实验的初中化学教学的三大特色

刘艳

化学是一门以实验为基础的学科，以实验为主进行科学探究是化学学习的主要方式。自1978年美国人Robert Tinker设计并完成了第一个数字化实验——萘的冷却曲线开始，信息技术和化学教学已经融合在一起，密不可分。近几年，越来越多的国内学校和老师开始认识到数字化实验在中学化学教学中的作用，致力于将数字化实验和传统实验有机结合，有利于激发学生学习兴趣，促进学生对知识的理解，创新教学模式，更新已有化学知识，改革实验方法等 [1]。

与传统实验相比，数字化实验为初三化学实验教学和研究提供了更为广阔的平台。其优点如下：

一、帮助学生对知识的理解记忆

初中化学的学习中有很多抽象、难懂的记忆性内容，学生在学习过程中，由于不理解，产生认知障碍。数字化实验是我们感官的延伸，能见原先之不可视，听原先之不能闻，触原先之不宜碰。数字化实验可以实时动态地呈现实验过程的变化，可以根据实验需求将实验数据以图表或曲线等形式呈现出来，学生可以清晰直观地观察到实验中的变化。在第七章学习“酸碱盐”的化学知识时，老师都会讲浓硫酸具有吸水性的特性，可谁也没亲眼见过浓硫酸在“吸水”，一直是采用老师讲授、学生死记硬背的方式，缺乏说服力，时间一长，学生很容易遗忘或和其他物质搞混。引进数字化实验技术，可以通过相对湿度传感器（装置见图1） [2]，观察空气在浓硫酸环境下相对湿度的变化，让学生能真正见到浓硫酸确实在“吸水”，让没有现象的实验变得现象明显，这既激发了学生的学习兴趣，又有利于学生对知识的记忆。

空气中氧气含量测定的实验是九年级化学的一个重要实验，实验中抽象的压强变化一直是学生理解的难点。在以往的教学过程中教师只是从理论角度，纸上谈兵式地分析压强先升高后降低的整个过程。若将气体压力传感器（见图2） [3]引进该实验，不仅能够将气压变化以数据和图像的“可视化”方式呈现出来，而且还可以定量测定红磷燃烧前后密闭体系内的压强，进而算出空气中的氧气含量。与传统实验（见图3）相比，该实验更准确、直观，使实验结论的获得与具体的情境和过程有机结合。

二、幫助学生深层次地学习化学知识

在新课标的要求下，华南师大钱扬义教授于2009年首次提出“曲线表征”的定量分析方法，并构建化学“四重表征”教学模式，包括宏观表征、微观表征、符号表征、曲线表征。“四重表征”模式有利于学生从本质上理解化学概念、反应本质和实验原理。初中化学对复分解反应发生的条件只要求停留在宏观层次，即有气体，或沉淀或水生成，而且该内容还在书本“拓展视野”部分，这使得学生对酸碱盐的化学性质的学习总感觉一知半解，不透彻。我们在讲授该部分内容时可以将宏观和微观相结合，先帮助学生理解复分解反应发生的微观本质是溶液中自由移动的离子数目减少，再过渡到宏观上的条件，真正做到从本质上理解该知识，这也有利于学生高中段化学的学习。通过引进电导率传感器，实时监测在化学反应过程中溶液的导电性变化，通过导电性的减弱来验证化学反应发生的微观本质。

三、帮助学生更新已有化学知识

长期以来，由于受到传统化学仪器的限制和化学反应复杂性的影响，中学化学教材和老师的教学中常会出现一些含糊其辞，甚至错误的知识。例如：空气中氧气含量的测定的实验应选择什么反应？带火星木条验满氧气的方法科学吗？铁丝燃烧一定要在纯氧中吗？在密封容器中蜡烛熄灭是不是意味着氧气没有了，如果有氧气，还有多少？收集CO2一定不能用排水法吗？等等一系列大家似乎都知道答案的问题，通过采用数字化实验，以其多类型的传感器，多通道的数据采集器，测得的实验结果往往与我们原先的认知大相径庭，这有利于教师在平时教学过程中及时纠正和更新化学知识。

数字化实验以其直观、便携、实时、综合、绿色的优点，在中学化学教学过程中的应用深度和广度也将不断被拓展。正如唐增富（第一届数字化实验一等奖获得者）老师所说，数字化实验应该研究如何更好地为学生服务，而不是为教学服务，为老师的科研服务。

参考文献：

[1]夏建华.数字化实验与中学化学教学深度融合[M].安徽：安徽教育出版社，2016.

[2]唐增富.用数字化实验演示浓硫酸的吸水性[J].化学教育，2011（6）：62.

[3]王寿红.气体压力传感器在“空气中氧气含量测定”实验中的应用[J].教学仪器与实验，2014，30（8）：28-29.

编辑 张珍珍endprint