数字化实验在高中化学教学中的应用

吴惠华

实验主要是指学生利用化学仪器和试剂，通过实验条件的改变和用量的控制观察化学物质变化，检验化学猜想或者论证化学结果的过程，是在教师的引导下运用化学知识解决化学问题的过程．当前阶段的高中化学课程中大部分内容都需要在实验环境下进行讲解，但有些学校缺乏相关的教材、设备，有些实验有一定的危险性，有些实验在短暂的课堂时间内无法完成．面对这种情况，教师可以借助数字化实验来解决．数字化实验以计算机、传感器、数据采集器和系统软件构成，让学生借助数字化的实验室，将传统实验和信息技术有机整合，使学生的自主学习能力、合作学习能力得到全面的发展．

１ 数字化实验在高中化学教学中应用的重要价值

数字化實验系统包含自主操作平台、数据采集器、多类型传感器和强大的函数图像处理系统．该系统利用信息技术弥补了化学实验存在的不足，能够结合化学实验和信息技术教学，在真实演示的基础上，实现信息技术和实验教学的有机整合．对于高中化学而言，实验所涉及的气体部分是有毒的，因此学校实验室需要配备通风设备．但由于资金的限制和诸多学校对实验的重视程度有限，很多学校的实验室并没有完整的通风设备，导致很多化学实验无法进行．数字化实验的使用，能够降低学校的实验成本，而且能将危险规避掉，降低教学难度，提高学生的学习兴趣．在学生操作实验的过程中，教师可借助数字化平台清晰地展示错误的实验操作所带来的不利影响，这对提高学生的化学水平，促进教师教学能力的发展都有着突出的作用．

数字化实验能够突破时间、地点的限制，能更好地满足学生的学习需要．对于学校而言，开展数字化实验能保障学生的安全；对于教师而言，能够将各种实验展现在学生面前，同时对化学实验涉及的重点和难点，可以集中在相关的平台展现，使学生能够更加有针对性地观察实验现象，这对提升教学效果有很大的帮助；对于学生而言，可以亲自完成数字化实验，反复验证思考实验原理，让实验在复习过程中也可以突破时间和地点等众多因素的限制．

２ 数字化实验在高中化学教学中的应用策略

２．１ 利用化学实验，激发学生的学习兴趣

为了培养学生的学习兴趣，在教学过程中教师可以利用数字化实验吸引学生的注意力，在实验导入中将晦涩的化学文字描述转化为具体形象的实验过程，降低学生的理解难度，提升学习效率．

例如，弱电解质的电离是高中化学教学中的难点，课本中对弱电解质的电离度并没有进行充分的分析解释，也缺乏实践操作，造成学生对此知识点理解起来比较困难．数字化实验可以测试不同浓度的乙酸溶液ｐＨ 的变化，通过传感器及数据采集器，在电脑中显示出相关的数据．分析这些数据能够帮助学生直观了解到弱电解质的浓度对其电离度的影响，从而得出最终的结论．数字化实验的过程形象具体，既能帮助学生理解掌握知识，又能激发学生学习化学的兴趣．

２．２ 利用探究实验，培养学生的探究意识

在传统高中化学教学中，学生很少有独立思考和自主探究的机会，对化学知识的认识仅限于教师讲解的内容．为了培养学生的探究能力和化学思维，教师需要通过实验的方式引导学生进行设计和探究，培养学生的化学核心素养．在探究实验中，学生需要自主设计实验步骤，设计实验流程，选择实验器材和化学物质，通过控制化学试剂的加入量和化学实验条件等观察不同的化学现象．在探究问题的引导下，学生的学习兴趣得到提升，对化学知识的掌握更加全面．数字化实验可以明显提高学生的探究意识，可以引导学生拓展思路．例如，给学生一些有干扰性的选项，引导学生做出正确选择，并了解错误选项存在的问题是什么，让学生的探究意识得到更好的发展．

在苏教版高中化学高一必修第一册专题３ 第二单元“金属钠及钠的化合物”教学中，教师提出问题：过氧化钠与二氧化碳反应会出现什么样的现象？产生什么样的结果？要求学生围绕所提出的问题，进行实验探究．但是在课堂上能够给予学生实验的时间是有限的．同时，实验过程中相关的实验记录、实验操作对学生而言也有极大的难度．面对这种情况，就需要将数字化实验融入其中，通过数字化实验将实验过程中所产生的数据进行清晰详细的记录，然后学生围绕着整体实验过程进行总结，并得出结论．利用数字化实验，学生可以围绕着金属钠及钠的化合物进行多样化的研究．例如，在增加某些物质后，会有哪些实验现象的变化．

新课改要求，在高中化学实验中，强调学生的主体性，鼓励学生亲自实验．在这种情况下，教师可以借助数字化实验调动学生的学习积极性．例如，在学习苯酚的化学性质时，可以让学生互相讨论，然后进行相关操作：取３ｍＬ 苯酚浊液于试管中，然后向其中逐渐滴加氢氧化钠溶液，让浊液变澄清．这时，继续提出问题：如果将澄清的溶液分到２ 支试管中，向其中１支试管中加稀盐酸，向另一支试管中通入二氧化碳气体会产生怎样的实验现象？课堂上是无法给予充足的时间让学生进行验证的．通过数字化实验，展开相关的观察，让学生能够在亲自动手操作的过程中，快速了解具体的现象．教师可以继续提出相关的问题，让学生巩固课堂所学的知识．例如，苯酚溶液对皮肤有腐蚀性，如果不慎沾到皮肤上，要怎么处理？可以用热水或氢氧化钠溶液洗涤吗？学生会发现两者都不可以，因为借助实验会发现，热水可能会烫伤皮肤，氢氧化钠溶液有极强的腐蚀性，会腐蚀皮肤，应该用一种对人体没危害的溶液来溶解苯酚试剂，即可以用酒精尝试．利用数字化探究实验，培养学生的探究意识，体现学习过程中学生的主体地位，提升学生的学习能力．

２．３ 数字化实验与传统实验相结合，探究化学反应原理

在高中化学教学过程中，数字化实验有诸多优势，能够将微观的化学现象以宏观样式呈现出来，把抽象的化学知识直观化与具体化，但是也有一定的局限性，那就是学生无法直接操作化学仪器和使用药品等展开研究，他们获得的感知不够真切，学习效果也会受到一定的影响．因此，高中化学教师应当根据具体教学内容与实际情况，将数字化实验与传统实验结合起来，分别展现各自的优势，一起探究化学反应原理，带领学生在双重实验模式下展开深度学习，助推学生真正理解化学反应原理．

比如，在苏教版高中化学高二选择性必修第一册专题３第一单元“弱电解质的电离平衡”教学中，醋酸电离平衡是平衡思维具体应用的一种，运用传统实验方法学生很难透彻理解，特别是在面对醋酸是否会出现电离平衡状态，以及电离平衡状态是否会出现移动等问题时，教师可采用数字化实验和传统实验相结合的方式，体现出感性认知的同时穿插理性辨析，对醋酸电离平衡相关知识点展开探究，助推学生轻而易举理解疑难知识，让他们顺利了解醋酸在弱电解质状态下的活动行径，具体探究过程如下．

探究１：证明醋酸是弱电解质．

教师先使用试管演示实验，在相同浓度、相同体积的醋酸和盐酸中，分别加入镁条，观察反应情况，发现镁条上面出现气泡的速度不同，并采取数字化实验方式把ｐＨ 传感器放入溶液中展开检测，体现出醋酸部分电离是弱电解质．

探究２：证明醋酸溶液中存在电离平衡．

为体现出醋酸电离是可逆反应，首先可利用数字化实验方式，通过强酸变弱酸与化学平衡移动的方式，将传统实验中难以体现出来的现象在数字化实验中明显地展示出来，体现化学平衡移动现象，操作如下：

１）仔细分析醋酸在电离平衡状态时，改变温度会产生哪些影响．这时缓缓加热，把ｐＨ 传感器放入溶液里，会发现有明显的变化．

２）分析醋酸电离平衡状态下离子浓度所产生的变化与影响，往溶液中加入适量的醋酸铵粉末，这时把ｐＨ 传感器放入溶液中，ｐＨ 会出现明显变化．

３）分析醋酸溶液的浓度对电离平衡产生的影响，往原溶液中加入少量的蒸馏水，这时使用电导率传感器可以发现电导率数值出现明显变化．

综上所述，化学与人们的生活息息相关，教师要摆脱传统教学观念的影响，将数字化实验渗透在化学教学中，提升学生的学习兴趣，促使学生在数字化实验中探究和掌握知识，获得能力的发展．

（完）