高中化学教学中数字化实验的应用

【摘 要】本文论述数字化实验在高中化学教学中的应用，提出结合学生学情，直击重点知识;优化教学方式，鼓励自主探究;实施小组合作，唤醒求知欲望;发挥直观优势，活跃课堂气氛;营造良好氛围，提高实验效率等教学建议，以期提高高中化学教学质量和学生学习能力。

【关键词】高中化学 数字化实验 应用策略

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2021）34-0043-02

新课程改革对各学科提出了较高的标准与要求，以期更好地满足学生日益增长的个性化学习需求。化学学科最为显著的特征是以实验理论和规律为探究知识的基础，实验教学在化学学科中非常重要。但传统实验教学模式过于单一枯燥，主要是让学生在课后直接背诵实验步骤，而学生并未理解实验的真正意义，从而影响学生综合素养的提升。数字化实验是信息技术蓬勃发展下的产物，有着较高的安全性，且以清晰直观的方式突破化学重难点，改变了传统实验教学耗时长且学生难以看到显著化学现象的状况，使学生能深入理解化学知识，提高化学学习效率和教学质量，对学生未来发展有着重要的现实意义。

一、结合学生学情，直击重点知识

毫无疑问，数字化实验的出现能在一定程度上弥补传统化学实验的不足。纵观传统的化学实验，受主客观因素的影响，教师在演示操作部分特殊实验时无法取得最佳效果，以致学生无法通过实验明确其中涵盖的化學知识，甚至还会消磨学生探究知识的兴趣，影响教学效果。数字化实验能有效避免上述问题，以清晰直观的方式为学生呈现化学原理，提高实验教学质量。与此同时，化学教师可运用数字化实验讲解抽象原理和概念，降低学生的理解难度，为学生呈现客观且清晰的实验结论，这样有利于学生理解和记忆化学知识。

以“原电池效率实验研究”为例，教师在教学中引入数字化实验，提前准备导线、砂纸、盐桥、简易量热计、量筒、烧杯、实验药品、电压传感器、电流传感器、温度传感器、图形数据采集器、平板/手提电脑等。先配制1.0mol/L ZnSO4溶液与1.0mol/L CuSO4溶液各500ml作为实验备用。再用砂纸打磨几片锌片和铜片，将各种传感器、数据采集器与电脑连接。在简易量热计中先后放入100ml 1.0mol/L CuSO4与100ml 1.0mol/L ZnSO4，再将温度传感器探头插入溶液中，保持约2分钟，等溶液温度与探头温度一致后再取一片已打磨的锌片放入CuSO4溶液中，之后随着时间变化测定反应体系的电压、电流、温度并采集相关数据。

在上述数字化实验中可以发现，锌铜双液原电池在相同条件下工作时温度变化较小，化学能极少转化为热能，产生的电压与电流相对稳定，从化学能转为电能的效率极高。数字化实验能指导学生深入理解原电池知识，使学生的认知从简单过渡到复杂，深化化学学习认知。

二、优化教学方式，鼓励自主探究

在高中化学中引入探究式实验教学的目的在于让学生改变以往依附于教师思考和学习的情况，学会自主探究与分析，并在独立实验操作中大胆猜想自身存在的问题，将问题融入实验操作中验证猜想正确与否，这样有利于深化学生对所学知识的理解。化学教师在此过程中需充分发挥学生的主体作用，其自身则从主导者转变为引导者、组织者与指导者，在学生有疑惑时适当进行点拨，通过和学生深层次讨论分析并明确问题所在，再通过指导学生提出针对性较强的建议，强化学生感知，充分教授实验中涵盖的化学知识，提高实验教学效率，最大限度地满足学生个性化学习需求。

以“油脂”教学为例，该章节教学目的之一即运用实验对油脂涵盖的化学性质进行验证，引入数字化实验，为皂化反应的发生提供全新的证据。教师在教学中先让学生观看教材中展示的油脂制作肥皂实验，随即提出问题：“是否可以运用数字化实验对油脂与氢氧化钠溶液反应过程中的温度变化进行验证？通过运用温度传感器说明反应是否存在。”实验具体操作为：分别取豆油、20ml饱和NaOH溶液放置于锥形瓶中进行充分振荡，运用温度传感器对乳浊液温度进行测定，记录温度变化曲线，学生发现在振荡中混合物温度无变化;再在锥形瓶中加入12ml乙醇，振荡后运用温度传感器测定混合物温度，学生发现乳浊液在振荡中从浑浊逐渐转为透明，最后液体转化为类似于肥皂的固体。

高中化学教师在上述教学过程中运用数字化实验能较好地弥补传统实验的不足，其中运用温度传感器进行油脂与氢氧化钠溶液的反应能使学生充分理解化学知识，并体验和感悟新技术为化学学习提供的便利，最重要的是建立起了从宏观学习过渡到微观学习的思维。

三、实施小组合作，唤醒求知欲望

数字化实验的应用能弥补传统实验教学的不足，在激发学生探究知识兴趣的同时使学生形成创新、严谨等科学精神与学习态度。随着新课程改革的全面实施，小组合作学习方式受到广大师生的欢迎，学生在小组合作学习中彰显自身主体作用，学会自主探究知识以及发现问题、分析问题、解决问题，明确化学学科特征;最重要的是，它改变了以往死记硬背实验步骤的形式，在有限的时间内通过探究实验来体验化学学科特有的价值与魅力，进而大幅提高实验教学效率和学生学习效率。故而，在信息技术蓬勃发展的背景下，教师应将小组合作学习与数字化实验相结合，以全新的视角展开教学。

以“弱电解质的电离平衡”教学为例，学生在学习该章节重点教学内容，即浓度对弱电解质电离平衡产生的影响时，容易错误地理解为，醋酸溶液的酸性会随着浓度不断下降而减弱，醋酸溶液的pH值相对较小。化学教师可运用小组合作的形式让学生运用pH值传感器对稀释醋酸溶液中的pH值进行测量，从直观的数据图像中发现pH值在溶液的稀释过程中的变化情况，深入理解稀释溶液使醋酸的电离平衡产生变化，并在此过程中引发氢离子浓度的变化。

高中化学教师在数字化实验中引入小组合作学习，充分发挥了学生的主体作用，通过小组讨论分析、教师适时点拨与引导，归纳总结出醋酸溶液pH值变化的原因，使学生对醋酸电离平衡的知识形成深刻印象。

四、发挥直观优势，活跃课堂气氛

信息技术具有显著的网络化、智能化、数字化等特征，为人们的生活生产提供了便利，也给教育领域带来了变革。高中化学和初中化学相比，知识容量和难度均有所增加，学生在理解和学习中不可避免地会存在问题。尤其是该学科需要通过实验来验证理论知识和呈现现象，而传统教学按照教材为学生演示操作的形式过于单一，导致学生在课堂观看完毕后在课下直接背诵实验步骤，并未能深入理解化学知识的内涵。数字化实验能在一定程度上弥补传统实验教学的不足，直击化学重难点，使学生在有限的课堂时间里体验知识形成过程，提升自主学习能力。

以“氯水的光照分解知识”为例，传统氯水分解实验需花费较长时间，不仅不利于学生观察实验现象，还会消磨学生探究化学知识的兴趣。部分教师在公开课上将一根弯曲的玻璃导管和圆底烧杯相连接，再将红墨水放入导管，若红墨水未褪色且位置移动则说明产生的气体为氧气。该装置受手部摇晃与手指体温的影响，故而红墨水位置移动无法准确说明是否生成氧气。运用数字化实验可将pH值傳感器与氧气传感器、数据采集器相连接，在同一时间内观察氧气含量的pH值变化。在采集实验数据后，教师要引导学生实施多变量综合探究实验，在丰富实验内容的同时使学生感悟氧气增加与不断升高的氢离子浓度，对氯水光照反应的本质形成深刻理解。

高中化学教师在教学过程中应充分发挥数字化实验的优势，使学生通过观看了解化学知识形成过程。数字化实验过程与结果极具说服力，能活跃化学课堂气氛，维持学生探究知识欲望，提高化学教学效率。

五、营造良好氛围，提高实验效率

当前我国部分地区高中学校受各方面因素影响，发展较为落后，主要体现在实验器材与设施相对陈旧，无法为高中生提供最佳的实验操作机会与环境，学生只能通过观看教师简单的实验演示或以阅读教材的形式了解实验步骤及其涵盖的化学知识，课堂枯燥乏味，无法达到预期的教学效果，更无法激发学生潜在的化学实验兴趣，长此以往会消磨学生学习化学以及参与实验的积极性和主动性。数字化实验能在一定程度改善上述现状，更重要的是它能代替传统实验操作，安全性较高，而且能反复操作，进而深化学生对所学化学知识的理解。

以“乙烯的性质实验”教学为例。高中化学教师在日常教学过程中将乙烯加入酸性高锰酸钾溶液，溶液渐渐褪去紫红色则说明已产生氧化反应，由此学生可判定运用酸性高锰酸钾溶液能鉴别甲烷与乙烯。然而，学生无法理解为何不能用酸性高锰酸钾溶液去除甲烷中的乙烯，究其原因是学生不了解乙烯会被酸性高锰酸钾氧化为二氧化碳，更不了解乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色是取代反应还是加成反应。对此，化学教师引入数字化实验，将二氧化碳传感器连接数据采集器，发现二氧化碳含量逐渐增大，由此说明酸性高锰酸钾溶液与乙烯反应形成二氧化碳，故而不能用酸性高锰酸钾溶液去除甲烷中的乙烯。教师再将压力传感器与数据采集器相结合，发现压力不断减小，说明溴的四氯化碳溶液与乙烯存在加成反应。

高中化学教师在运用数字化实验时应注重营造良好氛围，调动学生参与化学实验的积极性和主动性，提高化学教学质量。

总之，随着高中化学课程的健全与完善，传统实验教学模式已无法适应现代教育提出的新要求与学生学习的需求，相继暴露出传统实验教学的不足。数字化实验的出现在一定程度上弥补了上述不足，学生在数字化实验中能掌握难以理解的化学概念和原理，结论更加简单清晰。与此同时，数字化实验能有效处理复杂数据，尤其能处理计算误差、拟合曲线、转换数据等复杂程序，再归纳分析实验结果，使学生在理解实验数据中亲身体验与感悟化学知识形成过程，强化观察分析与解决问题的能力，大幅度提高高中化学教学质量与学生学习能力，实现学生核心素养培育的目标。

【参考文献】

[1]李俊山.高中化学教学中学生科学探究能力的培养策略[J].名师在线，2019（36）.

[2]穆丽辉.基于学科核心素养的高中化学课堂教学策略探究[J].高考，2019（36）.

[3]王文平.浅谈新课程理念下高中化学有效教学的策略[J].新课程（下），2019（12）.

【作者简介】李直蔚（1981— ），男，汉族，广西博白人，大学本科学历，高级教师，现就职于玉林市博白县第三高级中学，主要研究方向为高中化学教育。

（责编 唐玉萍）