基于數字化實驗的初中化學教學的三大特色

劉艷

化學是一門以實驗為基礎的學科，以實驗為主進行科學探究是化學學習的主要方式。自1978年美國人Robert Tinker設計并完成了第一個數字化實驗——萘的冷卻曲線開始，信息技術和化學教學已經融合在一起，密不可分。近幾年，越來越多的國內學校和老師開始認識到數字化實驗在中學化學教學中的作用，致力于將數字化實驗和傳統實驗有機結合，有利于激發學生學習興趣，促進學生對知識的理解，創新教學模式，更新已有化學知識，改革實驗方法等 [1]。

與傳統實驗相比，數字化實驗為初三化學實驗教學和研究提供了更為廣闊的平臺。其優點如下：

一、幫助學生對知識的理解記憶

初中化學的學習中有很多抽象、難懂的記憶性內容，學生在學習過程中，由于不理解，產生認知障礙。數字化實驗是我們感官的延伸，能見原先之不可視，聽原先之不能聞，觸原先之不宜碰。數字化實驗可以實時動態地呈現實驗過程的變化，可以根據實驗需求將實驗數據以圖表或曲線等形式呈現出來，學生可以清晰直觀地觀察到實驗中的變化。在第七章學習“酸堿鹽”的化學知識時，老師都會講濃硫酸具有吸水性的特性，可誰也沒親眼見過濃硫酸在“吸水”，一直是采用老師講授、學生死記硬背的方式，缺乏說服力，時間一長，學生很容易遺忘或和其他物質搞混。引進數字化實驗技術，可以通過相對濕度傳感器（裝置見圖1） [2]，觀察空氣在濃硫酸環境下相對濕度的變化，讓學生能真正見到濃硫酸確實在“吸水”，讓沒有現象的實驗變得現象明顯，這既激發了學生的學習興趣，又有利于學生對知識的記憶。

空氣中氧氣含量測定的實驗是九年級化學的一個重要實驗，實驗中抽象的壓強變化一直是學生理解的難點。在以往的教學過程中教師只是從理論角度，紙上談兵式地分析壓強先升高后降低的整個過程。若將氣體壓力傳感器（見圖2） [3]引進該實驗，不僅能夠將氣壓變化以數據和圖像的“可視化”方式呈現出來，而且還可以定量測定紅磷燃燒前后密閉體系內的壓強，進而算出空氣中的氧氣含量。與傳統實驗（見圖3）相比，該實驗更準確、直觀，使實驗結論的獲得與具體的情境和過程有機結合。

二、幫助學生深層次地學習化學知識

在新課標的要求下，華南師大錢揚義教授于2009年首次提出“曲線表征”的定量分析方法，并構建化學“四重表征”教學模式，包括宏觀表征、微觀表征、符號表征、曲線表征。“四重表征”模式有利于學生從本質上理解化學概念、反應本質和實驗原理。初中化學對復分解反應發生的條件只要求停留在宏觀層次，即有氣體，或沉淀或水生成，而且該內容還在書本“拓展視野”部分，這使得學生對酸堿鹽的化學性質的學習總感覺一知半解，不透徹。我們在講授該部分內容時可以將宏觀和微觀相結合，先幫助學生理解復分解反應發生的微觀本質是溶液中自由移動的離子數目減少，再過渡到宏觀上的條件，真正做到從本質上理解該知識，這也有利于學生高中段化學的學習。通過引進電導率傳感器，實時監測在化學反應過程中溶液的導電性變化，通過導電性的減弱來驗證化學反應發生的微觀本質。

三、幫助學生更新已有化學知識

長期以來，由于受到傳統化學儀器的限制和化學反應復雜性的影響，中學化學教材和老師的教學中常會出現一些含糊其辭，甚至錯誤的知識。例如：空氣中氧氣含量的測定的實驗應選擇什么反應？帶火星木條驗滿氧氣的方法科學嗎？鐵絲燃燒一定要在純氧中嗎？在密封容器中蠟燭熄滅是不是意味著氧氣沒有了，如果有氧氣，還有多少？收集CO2一定不能用排水法嗎？等等一系列大家似乎都知道答案的問題，通過采用數字化實驗，以其多類型的傳感器，多通道的數據采集器，測得的實驗結果往往與我們原先的認知大相徑庭，這有利于教師在平時教學過程中及時糾正和更新化學知識。

數字化實驗以其直觀、便攜、實時、綜合、綠色的優點，在中學化學教學過程中的應用深度和廣度也將不斷被拓展。正如唐增富（第一屆數字化實驗一等獎獲得者）老師所說，數字化實驗應該研究如何更好地為學生服務，而不是為教學服務，為老師的科研服務。

參考文獻：

[1]夏建華.數字化實驗與中學化學教學深度融合[M].安徽：安徽教育出版社，2016.

[2]唐增富.用數字化實驗演示濃硫酸的吸水性[J].化學教育，2011（6）：62.

[3]王壽紅.氣體壓力傳感器在“空氣中氧氣含量測定”實驗中的應用[J].教學儀器與實驗，2014，30（8）：28-29.

編輯 張珍珍endprint