数字化实验应用于化学实验教学的思考

陈平

【摘    要】数字化实验是实验教学数字化和可视化发展的成果，将数字化实验作为化学实验教学的发展工具对于化学实验教学有着重要作用。本文就数字化实验在化学实验中的引入以及应用进行探究和分析。

【关键词】数字化实验;化学实验教学;探究

中图分类号：G633.8       文献标识码：A      文章编号：1006-7485（2021）02-0074-02

【Abstract】Digital experiment is the result of digital and visual development of experimental teaching. It is very important to use digital experiment as the development tool of chemical experiment teaching. This paper explores and analyzes the introduction and application of digital experiment in chemical experiment.

【Keywords】Digital experiment; Chemical experiment teaching; Exploration

一、数字化实验在化学实验教学中的引入

在化学实验教学中引入数字化实验有着非常重要的作用。在当前信息技术快速发展的时代背景下，互联网技术、大数据技术等在人们的生活中有着非常重要的作用，但是究其根本主要是人们日常生活中海量的数据信息资源对于人们的生产和生活有着越来越重要的作用。而对于化学教师来说，现阶段的重要工作内容是如何在实验教学中合理地应用数字化实验，最大限度地发挥其价值。在化学实验中，例如在研究Cl2和SO2的性质的过程中，为了保证化学实验的安全性，需要在通风橱中进行有关的实验操作，而现阶段由于可燃气体的易爆性和易燃性也使人們逐渐提高了对化学实验安全的重视。分析化学实验的发展进程可以发现，化学实验的发展主要分为以下三个阶段：

第一，传统实验阶段。在此阶段，化学实验中常规玻璃仪器是实验顺利进行的主力军，大剂量以及复杂的化学装置在其中有着非常重要的作用;第二阶段是微型化学实验阶段。在这一阶段，人们充分挖掘可以直观看到的实验现象;第三个阶段是数字化实验。在此阶段通过利用先进的仪器和设备，可以有效地转变化学反应以及相关的现象，转变为人们可以直接观测的数字信息，还能提高学生的学习兴趣，积极地研究和探索化学反应的规律以及深层次的知识。

二、引入数字化实验对化学实验的影响

当前化学实验从第一阶段发展到第三阶段，其本质变化不只是化学仪器和化学设备的变化，还在一定程度上体现着人们思想的变化。分析化学实验的第一阶段和第二阶段可以发现，在实际的实验过程中相关操作步骤比较简单，但是化学实验的实验仪器以及相关设备的用途过于单一。而传统的化学实验方法和数字化实验在完善学生化学学科知识系统的过程中也有着不同的模式。相比较来说，数字化实验更重视学生的推理过程中，而此种模式有利于开阔学生的眼界，提高学生学习化学以及操作化学实验的兴趣，还可以改变和完善传统化学教学的结构和模式，更好地鼓励学生进行创新和研究，为我国社会发展提供更加优秀的人才。

三、化学教学中数字化实验的作用

（一）有利于提高学习效率

在数字化实验室中，传感器和计算机有着非常广泛的应用，而正是以上两种设备的存在相比较传统的化学实验室教学，数字化实验室有着明显的优点。数字化实验室有着比较高的精度和测量速度，同时可以实现自动化测量，并进而有效地提高测量数据信息的完整性和准确性，传感器和计算机还可以根据实验以及相关的测试结果自动对其进行分析和研究，如此一来，教师和学生就可以将所有的注意力集中在设计实验以及归纳交流方面，可以有效地对其中存在的问题及时进行探讨和研究，从而提高整体的教学效果。

（二）可以解决教学难题

分析传统的化学实验设备可以发现，传统的实验设备操作比较简单，容易掌握，但是实际用途比较单一，在实验过程中有关的研究人员需要及时记录数据信息，但是如此一来就无法对实验中的变化进行实时的观测，在研究一些复杂化的问题的过程中有较大的难度。而在数字化实验室中可以解决以上问题，不仅可以提高采集数据的精准度，还能对实验过程以及实验变化实时地进行记录和分析，帮助学生更好地进行理解和研究，有效解决了教学过程中存在的各种难题。

四、数字化实验推动了化学实验的定量化发展

在传统的化学实验教学过程中，学生可以观察到实验过程中的各种化学现象，但是学生并不能处理定量化的数据信息。而如果能在化学实验教学中合理地引进数字化实验，不仅可以帮助学生获得更加感性的知识，学生还可以对各种数据信息一目了然，通过对数据信息进行分析和观察，学生可以更好地感受到化学实验过程中相关物质的变化，还能深入了解和探究操作实验。例如，在学习呼入气体和呼出气体实验内容过程中，书本内容为了证明气体中氧气减少，会利用燃烧的木条进行有关的实验，而通过观察石灰石变浑浊可以表明呼出气体中二氧化碳大量增加。学生在进行实验操作的过程中，通过进行基本的实验操作、使用合理的实验方法，观察实验现象对其结果进行分析和探究。但是如果在此种情况下将氧气传感器和二氧化碳传感器加入实验中，就可以有效地观察实验过程中数据的变化情况，学生通过对数据进行记录和分析，从而更加准确地对实验进行验证。

在化学实验教学的过程中，通过合理地应用数字化仪器，可以有效地提高学生获取数据的能力。如果使用传统的化学实验仪器和设备，学生在实验过程中是无法准确地观测随着时间发展而变化的数据，实验数据也无法实现可视化，但是数字化实验中的数据采集器可以有效解决以上问题。在进行数字化实验的过程中，通过先进的仪器设备可以实时采集变化的数据信息和图像，帮助学生分析化学实验和有关的化学知识，有效提高学生获取数据的能力，同时可以进一步提高学生的处理数据能力和分析能力。例如，学生在学习化学变化的本质是能量的变化，可以利用生石灰和水的反应，从而进行有关的验证实验。学生通过触摸和感觉试管的外壁，可以感受到产生的热量，间接表明化学反应中有能量发生变化。但是如果在此实验中对温度传感器进行应用，那么学生就可以对温度的实际变化情况进行观测，然后使用计算机对其温度数据进行处理，以折线或者图表的形式展现出来。而如此一来，学生由感受上升到仪器测量，实现了质的飞跃。与此同时，在实验过程中，如果石灰的使用量比较少，那么产生的温度并不会发生明显的变化，学生无法直接进行感受，可能会对学生的学习产生一定的负面影响。但是如果使用数字化仪器就可以对其直观地进行展示，实验定量化能帮助学生更好地理解和学习化学知识。

五、数字化实验可以简化教学难点

学生在学习化学知识的过程中，通过进行化学实验可以更好地进行理解和记忆。对于一些抽象化的化学知识和化学原理，传统实验教学进行了有关的实验设计，这样一来就能帮助学生对一些重点化学知识进行突破。但是如果能在此基础上引入数字化实验，直观地展示相关的数据信息，学生只需要对数据进行分析和研究，如此一来就可以帮助学生进行记忆，降低学生的学习难度，还可以在一定程度上提高教师的教学效果。数字化实验主要通过对先进的技术设备进行应用，将深层次的知识和化学本质直观展示在学生面前，展示实验数据和实验图像。相比较传统的化学实验来说，数字化实验无论是实验仪器和设备还是实验结果的表现形式，对于学生来说都比较新奇，在实验的过程中学生能直接获得动态化的数据信息。数字化实验的发展，不仅可以提高学生学习的积极主动性，还能提高学生动手实践的兴趣。

六、数字化实验提高了学习的研究性

在当前新课标实施的背景下，学习化学的重点内容也发生了变化，学生不再只是单纯地对化学知识进行记忆，而是对化学知识进行深层次的探究和学习，对化学知识的研究过程进行感受，提高学生的创新能力和学习兴趣。同时在研究性学习背景下，学生的学习模式和学习内容也发生了变化，数字化实验不仅可以在学生的研究性学习中进行应用，还可以在化学兴趣小组中进行应用，从而为学生学习空间的拓展提供机会。在当前数字化实验背景下，化学实验的范畴不断拓展，同时化学实验和化学知识也在不断向着贴近生活的方向发展，还可以提高学生的学习素养。

综上所述，随着新课改以及时代的不断发展，数字化实验不仅可以改变传统的教学模式，还可以提高学生的学习兴趣，使学生能成为课堂主体。同时数字化实验的出现还可以提高学生分析数据信息的能力，培养学生的研究思维，使学生能更好地适应现代化信息社会需求。

注：本文为甘肃省教育科学“十三五”规划课题“康乐县数字化实验系统在中学化学教学中的应用研究”（课题批准号：GS[2019]GHB1920）阶段性研究成果。

参考文献：

[1]周佳梅. 数字化实验在沈阳市高中化学教学中应用的现状研究[D].沈阳师范大学，2017.

（责编  侯  芳）