数字化实验应用于初中化学实验教学的思考

刘静

【内容摘要】数字化实验能实现实验手段的数字化和实验现象的可视化，将其与化学实验教学进行融合，能有效帮助学生理解化学知识，新技术的应用也能激发学生学习的积极性。本文就教学中应用数字化实验的一些想法与大家分享。

【关键词】数字化实验 应用 教学

化学是一门以实验为基础的学科，化学实验教学是学习化学的重要方式。数字化实验系统由计算机、数据采集器、传感器和系统软件组成，该实验能定量采集数据，并以清晰明了的图表形式呈现。与传统化学实验相比，数字化实验更加直观显现，学生能更直观的观察实验现象，为实验教学提供有力的技术和数据支持。

一、数字化实验使实验定量化

在传统化学实验教学过程中，学生能观察到实验过程出现的现象，但少有定量化数据需要处理。如果在实验教学中引用数字化实验，学生不仅能获得感性的认识，还能获得各种数据，这样对于实验学生既可以感受到实验变化，也可以通过对实验数据的分析，使学生更加准确认识该实验。例如九年级化学第一单元实验“对吸入空气和呼出气体的探究”，课本中利用燃烧的木条熄灭证明呼出气体中氧气减少，利用澄清石灰石变浑浊证明呼出气体中二氧化碳变多。学生在该实验中能学习基本实验操作、实验方法，能根据实验现象进行实验分析。如果在此基础上加入氧气传感器和二氧化碳传感器分别测定其在实验前后的数据变化，学生获得具体的数据这样有利于学生对实验进行分析，学生对实验的理解将更加深入。

使用数字化仪器过程中，还能培养学生获取数据的能力。传统的实验仪器难以测量和储存随时间变化的大量数据，实验数据也不能快速的可视化，数据采集器能解决这个问题。适当组合的使用数字化实验过程中出现的各种数据和利用实时图像来呈现各种数据，适时让学生对数据进行分析和评价，有利于培养学生获取数据的能力、处理数据能力和实验分析能力。 在九年级化学上册第七单元课题2中，如何让学生认识到化学反应是由能量变化的，课本中利用生石灰和水反应的实验，让学生听声音并用手触摸试管的外壁，从而感受到有热量放出，得出化学反应中有能量变化。如果在此实验基础上再加入温度传感器测量反应前后的温度变化数据，计算机的数据处理，以图表形式呈现。学生从直接的感官器官的感受变化，到通过仪器定量测量，实现了实验学习层次的飞跃。该实验中使用的生石灰量较少，产生的热量不多，人的感官是有局限性的，有些学生在做该实验时认为几乎没有热量变化，当在课堂上借助数字化仪器就能直观呈现，实验定量化有助于化学知识的理解。

二、数字化实验使教学难点简单化

化学实验可以帮助学生学习化学知识。特别是抽象的化学概念和化学原理，传统实验中对此设计了很多实验，在教学中帮助学生突破难点。在此基础上借助数字化实验，它能直观演示和提供准确的数据，学生再对数据进行分析，对化学原理的认知会变得更容易，可更快速达到突破教学难点的目的。数字化实验通过各种表现手法，将内在的、重要的、本质的东西表现出来，进行实验数据处理和图像输出。与传统化学实验相比，数字化实验从器材到实验再到呈现形式对学生来说都是新颖的，学生在实验过程中能即时获取动态信息，从而形成鲜明的感官认识，为进一步上升为理性认识奠定了基础。数字化实验的出现不仅激发学生的学习兴趣，还调动学生学习的积极性，课堂效率得到有效提高。例如酸碱中和反应，课本中实验是利用酸碱指示剂的变色证明酸与碱发生了反应，学生对该实验有很大的兴趣，就像魔术一样会变色。本人在学生学完pH后再次做实验，先用pH试纸然后利用pH传感器进行实验。通过一系列实验，学生在获得感性认知的基础上还获得实验数据，对酸碱中和反应认识更加深入，为复分解反应的学习打下坚实的基础。

三、数字化实验可为研究性学习提供技术支持

根据新课标的要求，研究性学习是其中重要的学习化学的方式，通过研究性学习能培养学生科学探究的方法和意识，体会科学家研究未知领域的过程，增强热爱钻研的精神。研究性学习模式和学习内容不固定，化学内容例如实验可以设计成研究性学习方式，给师生学习化学提供了更广阔的思维空间。数字化实验不仅可以应用于学生的研究性学习，还能用于化学兴趣小组，极大的拓展了学生的学习空间，可以培养学生的探究思维和激发学习兴趣。

在数字化实验的支持下将化学实验扩展到科学、技术、社会、环境的范畴，让化学更贴近社会，贴近生活，促进学生学科素养的提升。

四、数字化实验与传统实验对比

数字化实验主要是从具体实验数据分析归纳实验结论，侧重于实验数据提取能力的培养和数据分析能力的培养。而传统实验在设计中以定性分析居多，侧重于实验过程的具体操作、常用仪器的规范使用、实验现象的细致观察以及从现象得出结论，在实验过程中培养学生的实验操作能力和实验分析能力。两者各有优势。把数字化实验和传统实验有机的结合在一起，相互配合使用，才能充分发挥各自的优势，取长补短、相得益彰。

但在具体实施过程中有一些想法。首先选择适当的实验用数字化实验方式呈现是在化学实验教学设计中必须考虑的问题。例如课本中的经典实验如蜡烛燃烧、水的组成等和学生实验建议不需要使用数字化。再者数字化实验使用不能流于形式，充分利用好实验中出现的数据，争取达到利用最大化。最后学校配套设施不能让数字化实验充分利用，学生兴趣小组和研究性学习还难以发展。

信息技术与学科教学融合是现代教育发展方向，为中学化学教学带来改革。数字化实验是化学实验教学现代化的一种体现形式，它能有利于改变传统的教学模式，强化学生自主、合作学习，让学生成为课堂的主体。其次数字化实验能有效地提高化学实验教学的质量，从定性认识实验到定量理解实验，培养学生学習和应用信息技术的兴趣和意识，从而培养学生获取信息、分析信息和处理信息的能力，让学生获得适应未来信息社会需要的创新能力、分析能力和思维能力。

【参考文献】

[1]高斌.在手持技术环境下对学生主体作用的教学探索[M].中国现代教育装备，2018（8）：8-11.

（作者单位：南京市第三高级中学文昌初中）