利用數字化實驗促進學生對化學定量實驗的研究

胡曉霞

摘要：新的基礎教育課程體系倡導學生主動參與，交流、合作、探究等多種學習活動，改進學習方式，使學生真正成為學習的主人；強調培養學生的創新精神、實踐能力，收集、處理、使用信息的能力；發現、分析和解決實際問題的能力，形成科學態度，學會科學方法；具有獨立思考、自主探究的精神與求實創新的意識。

關鍵詞：數字化；實驗；化學

一、引言

在大數據時代，我們需要不斷地更新教育理念，依托新的教育技術來進行教育改革。在化學教學過程中，數字化傳感技術不僅僅是一種單一的技術手段，而應該成為教學創新的支點。基于數字化傳感實驗的探究學習過程可以增加學生合作交流的機會，學生利用傳感實驗得到的定量數據，可以自我建構對化學理論的理解。

二、數字化實驗對化學實驗教學產生的影響

從總體上講，數字化實驗是以計算機及傳感器為核心器件的實驗體系，而與傳統實驗有較大區別，從而使實驗教學的設計思想、學生的操作過程和實驗中間環節將發生很大變化。

在這種情況下，實驗教學將使一些層面相對簡化，而使另一些層面更深入。比如，在數據處理上，有明確的處理形式的機械性工作，可以交給計算機來自動完成，使處理數據層面上工作簡單化；這樣做的目的是否意味我們對數據的關注可以減少呢？答案是否定的。因為我們要求學生轉而關注數據之間的化學原理和數據背后更深入層次上的分析，就是說可以引導學生把精力從簡單層面上轉移到較深入的地方。

數字化實驗功能全面增強，為化學實驗教學在實驗內容上調整帶來機遇。很多在傳統中學化學實驗中不能做或沒有條件做的實驗，在數字化設備下就可以成功地完成。這樣，我們可以設計出各種探究型實驗，以適應高中化學課程標準中“化學實驗專題”選修模塊的需要。

數字化實驗將打破傳統實驗教學的固有模式，使中學化學實驗具有高度的自主性、開放性和探索性。一方面，學生可以比較方便地根據不同的目的設計實驗，如可以設計某個實驗專門為了仔細深入地觀察某一過程，研究一些物理量之間的關系，等等。另一方面，對于同一個實驗，不同學生之間在學習目的上可以互不相同。實驗既可以探究性的，又可以是驗證性的，由于數字化實驗設備具有便于使用的模塊，學生可以更自由設計某個實驗來驗證他們的想法，為學生大膽創造提供實驗平臺。

三、信息技術融入化學實驗教學模式的探究

1、課件式的信息化實驗教學模式。示例：《實驗化學》第一單元《從實驗走進化學》中，“保證實驗安全”等內容的教學可采用課件式的信息化實驗教學模式。首先，教師可播放一些國內外的實驗或生產事故的錄像，引出問題“安全是實驗的先決條件，如何預防實驗傷害事故的發生”。然后，讓學生從試劑、儀器的正確使用、實驗操作的規范化、實驗操作的先后順序、尾氣處理等角度展開討論，教師可根據學生的討論將課件中已有的相關內容播放給學生看，增強學生的感性認識，并在此基礎上提煉出安全完成化學實驗所必備的條件。最后，教師讓學生將一些易錯、易忽略的基本操作進行實戰演練。

策略：課前教師根據教學內容和學生的特點，選擇適合的資源制成課件，并在課堂上演示課件內容。課件設計的重點在于解決化學實驗中的難點和盲區。如：對于現象不明顯的實驗，可利用計算機模擬將“現象”放大；做微型實驗時，可利用投影設備將“現象”放大；對于嚴重污染、較危險或在一般實驗室條件下難以完成的實驗，可利用多媒體來演示或播放錄像；模擬錯誤的實驗操作，起到反面教材的作用等。

2、數字化實驗的信息化實驗教學模式。示例：《實驗化學》中，實驗3—4“酸堿滴定曲線的測繪”可以讓學生利用pH傳感器和數據采集器測定和記錄酸堿中和滴定過程中pH的數據，并用計算機將數據進行處理，同時畫出相應的滴定曲線。

策略：數字化實驗與傳統實驗方法并不沖突，關鍵在于教師指導學生如何將兩種方法有效結合，取長補短。教師應鼓勵學生使用溫度傳感器、壓強傳感器、pH傳感器等傳感設備進行實驗，解決傳統化學實驗方法難以解決的問題。運用數據采集器和計算機的數據處理功能，可以有效降低數據記錄和數據處理的難度，教師應引導學生將更多的精力轉移至實驗方案的設計、實驗數據的分析等環節，以期在實驗設計和實驗能力上有更多的創新和突破。

3、探究式的信息化實驗教學模式。示例：《實驗化學》第四單元中，實驗4—5“綜合實驗設計實踐”等內容可采用信息化探究式的教學模式。每個學生可以根據自己的興趣確立大致的研究方向，如“氣體的噴泉實驗裝置設計”、“巧用Y型管進行微型實驗設計”、“巧用生活中的物品自制實驗儀器”，通過上網查閱資料、分析資料將研究的課題進一步明確、細化，并且自愿組合成研究小組，制定研究計劃。教師對課題的大小、可行性進行評估，并提出建議。每個研究小組按照計劃分工合作，提出假設并設計實驗方案，在通過理論的檢驗論證后進行實驗檢驗。學生在不斷的實驗中總結經驗，形成知識，最終形成實驗成果。

策略：在探究式的信息化實驗教學模式的教學中，教師應對這些不同小組多加關注。教師要關心各小組的研究進程、研究方案，尤其是實驗方案的設計，應從實驗的可行性、科學性、簡約性等角度對學生進行指導。每個合作小組的實驗內容、實驗時間不同。不同的實驗內容所需的儀器、試劑有所不同。教師應對每個課題小組的實驗了然于胸，盡可能作好統一安排。評價角度的不同。不同的課題小組研究的方案和過程不同，教師在最后的集體講評中，應列舉不同的研究方案，從不同角度進行評價和總結。

參考文獻

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