中学化学数字化实验的特点探析

吉林师范大学化学学院(136000) 刘 畅 王 铮 王秀艳

1 引言

数字化实验是整合了实验教学和信息技术的一种新兴实验模式。数字化实验的开展是基于传感器实时灵敏的捕捉反应中各物理量的细微变化，并以数据采集器为纽带，最终传输到计算机系统并使用特定的数据处理软件以及实验仪器装备而进行的。数字化实验的独道之处在于可同时运用多种类型的传感器监测多种物理量的细微变化，有利于学生从多角度观察实验现象并直接获取精确的实验数据，提高学生的数据分析能力。借助数字化实验进行学习，学生的注意力更加集中，思考问题也变得更加缜密。数字化实验在教学中的出现改善了传统实验枯燥乏味的教学模式，提升了教学效果。

2 数字化实验的特点

在传统的教学方式中融入数字化实验，这无疑为实验教学注入了新鲜的“血液”，为教学过程增添了活力。数字化实验具有实验过程可视化、实验现象客观化、实验属性定量化、变量监测多样化、实验材料绿色化、实验操作易控化等特点。

2.1 实验过程可视化

数字化实验借助灵敏的传感器时刻监测反应系统里各物理量的变化情况，并且最终以清晰的图像方式呈现出来，这一特点使整个实验变得直观可视化，帮助学生对之前繁重复杂的知识进行更透彻的理解。数字化实验可直接将变化过程中各种物理量的变化以图像方式展现出来，学生可直接分析图像得出结论，节约了学生实验后处理复杂数据的时间，提升了学生对图像的分析与总结能力。刘建祥教师以探究浓度对硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响为例，引入数字化实验，分别准备不同浓度含量的反应物进行对比实验。学生通过观察宏观现象与变化曲线加深了对知识的理解和掌握程度，提高了学生知识迁移能力。

2.2 实验现象客观化

受传统实验手段的制约，在进行化学实验时学生通常难以捕捉到那些细微变化的反应现象。数字化实验的出现在一定程度上将实验现象变得更加显著客观。数字化实验借助特定的数据采集软件，依据其强大的数据处理功能在观察实验现象的同时提供精密准确的实验数据，使实验现象变得有据可依，更具说服力。数字化实验改变了传统意义上学生对实验现象仅凭主观臆断的学习方式，反应现象对于学生而言变成了“看得见摸得着”的状态，满足了学生的好奇心，有利于学生深刻理解化学实验原理。教师借助数字化实验进行教学，使每位学生在课堂上都可以真切的观察到实验现象，亲身参与实验的过程，丰富了学生的体验感、提高了学习成就感。

2.3 实验属性定量化

传统实验往往注重定性实验的研究，数字化实验更加注重定量实验的研究，能够最大化的发挥出定量实验的优势。唐增富教师运用数字化实验测定空气中氧气的含量，借助压强传感器监测反应容器中压强的变化，分析出氧气在空气中的含量。数字化实验将量化研究引入教学中，完善了化学概念的教学，提高了学生对量变学习的关注度，有利于学生养成缜密的科学思维。

2.4 变量监测多样化

数字化实验在应用过程中可同时采用多种类型的信息传感器，借助多通道的数据采集器以及强大的数据处理能力可以实现变量监测的多样化，从多个角度对实验现象进行深入的分析。数字化实验对化学基础性实验有良好辅助作用，对拓展创新类实验也发挥着重要的作用。张灵丽教师借助pH传感器、温度传感器探究不同品牌矿泉水的电导率和pH值随温度的变化情况。将数字化实验应用到教学过程中，潜移默化的提高了学生的科学意识，使学生乐于学习、学会学习，开发了创新实践的潜能，提高了动手操作的能力。

2.5 实验材料绿色化

传统实验难免会使用或生成有毒物质，要求在通风橱中进行。例如氯气在制备过程中会产生刺激性味道，在一定程度上污染了空气。对传统实验进行改进，采用低毒或无害的实验材料进行实验，借助数字化实验的优势获得理想的实验效果，并对有污染的产物进行无害化处理，在一定程度上实现了实验绿色化，增强了实验的安全性，提高了学生的绿色环保意识。

2.6 实验操作易控化

利用传统手段进行实验教学时，对于一些难控制的实验学生往往难以驾驭。例如在进行酸碱中和滴定实验时，通常难以准确判断反应的终点和溶液消耗的体积。蒋直娥教师借助pH传感器实时得到变化的曲线，学生能够准确、快速的掌握滴定终点。依靠滴数传感器实时记录反应中溶液体积的变化，便于学生控制滴加溶液的体积，让学生清楚地认识到实验变化的本质，使实验易于操作，增强实验可控性。

3 结束语

数字化实验主要依靠传感器、数据采集器以及计算机软件进行实验，在一定程度上简化了实验步骤，拓展了实验应用范围，将传统课堂上学生“听实验”的学习方式转变为学生“做实验”。数字化实验的广泛应用优化了学习方式，充实了学习内容，降低了实验难度，提高了学生的参与度，增强了动手实践能力，激发了学生进行科学探究的欲望，丰富了学生的实验体验感。数字化实验的介入拓宽了学生学习领域的广度，深化了学生所学知识的深度，让学生真切感受到信息技术的发展给学习带来的变革，激发学生运用信息技术进行科学创新的意识，数字化实验对于促进基础教学的发展起到了积极的推动作用。