基于數字化實驗室與初中化學實驗教學融合初探

胡家峰 陸漢鋒

【內容摘要】數字化實驗易于操作且現象明顯顯現、過程更直觀、結果更更科學等優勢，在初中化學學科實驗教學中發揮著重要的作用，應該不斷實踐、總結、反思中提高與化學實驗教學的融合度。

【關鍵詞】數字化實驗室? 初中化學實驗? 深度融合? 化學核心素養

引言

數字化實驗室是由傳感器、數據采集器、計算機硬件系統和相關專業的數據處理軟件等構成，集實驗、測量、傳輸、采集、處理、呈現于一體且互相匹配、交互作用的實驗儀器裝備組成的實驗室，是傳統實驗課程與信息技術整合的重要載體，也是學生主體與化學實驗課程的媒介。傳統化學實驗為基礎，傳感器——計算機實時數據采集、處理軟件的計算機建模和圖像分析是開展化學實驗教學的兩大技術支撐。

一、數字化實驗室的模式及優勢

與傳統實驗室相比，數字化實驗室擁有以下優勢：采用傳感器采集實驗數據，分辨率遠高于傳統實驗儀器，提高了準確性，更具科學性和時效性，為學生發現和掌握化學原理提供支撐;自動采集數據，超過10kHz以上采集頻率，提高數據采樣率，精確實驗結果及時呈現，輕松解決傳統實驗室無法解決的問題;專業軟件精、準、快處理數據，學生及時得到實驗反饋和掌握規律，省時省力，啟發學生再發現，培養創新精神和化學核心素養。

二、數字化實驗室在初中化學實驗教學中的實踐

1.初中化學數字化實驗教學的有力保障

發揮初中化學數字化實驗教學的優勢，須多維尋求保障：一是深入研讀初中化學實驗的規程，站穩化學實驗教學本位立腳點，夯實化學核心素養培養的堅實基礎;二是熟練學習數字化實驗室技術并與傳統實驗相融合，提高實驗有效性;三是不斷總結和反思，提高數字化化學實驗的意識和技能。

2.初中化學數字化實驗教學的實踐案例

（1）數字化實驗易于操作且現象明顯顯現

初中化學堿的化學性質實驗的重點內容是二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應。此傳統實驗反應現象難以觀察到，學生也難判斷此反應是否發生。氣體壓力傳感器對此類有反應發生無明顯現象可察的反應卻能火眼金睛地顯現出來，讓學生觀察一目了然。用氣體壓力傳感器檢測等量（20 ml）的40%氫氧化鈉溶液和水分別與等體積（500 ml）、等壓強的二氧化碳氣體反應，壓力傳感器作用顯示，氫氧化鈉溶液中有水，二氧化碳溶于水。但是，到底是二氧化碳溶于水導致反應體系壓強變小，還是氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應致使體系的壓強變小了，是壓力傳感器敏捷地捕捉到了信息：由于一體積水溶解一體積二氧化碳，因此注水燒瓶里面二氧化碳氣體壓強幾乎無變化;而注氫氧化鈉溶液的燒瓶，二氧化碳氣體幾乎耗盡且壓強明顯降低。鐵證說明，氫氧化鈉溶液與二氧化碳發生了反應。

（2）實驗過程明顯更加地直觀

人教版《化學》九年級下冊“溶解時的吸熱或放熱現象”探究實驗的目的是探究三種固態物質分別溶于水時的放熱、吸熱真實性。用溫度傳感器定量測量相同質量的NaOH、NaCl、NH4Cl溶解于等體積水時溶液溫度變化可見，NaOH溶于水時溶液升溫是放熱過程;NH4Cl溶于水時溶液降溫是吸熱過程;NaCl溶于水時溶液溫度稍降也是吸熱過程，但是其降溫程度較相同條件下的NH4Cl小不少。數字化實驗能同時使用三支溫度傳感器，而且能夠使不同物質溶解于水時的溫度變化一同呈現在同一張曲線圖里一覽無余可比較，大大地提高了實驗教學的效率。

（3）實驗結果準確更科學

初中化學中有個非常重要的“空氣中氧氣含量測定”實驗，既是學習重點，也是實驗難點，其原理是將紅磷置于密閉容器燃燒消耗容器內空氣中的氧氣，容器內壓強逐漸減小，溫度降至室溫，打開止水夾，因大氣壓作用，流到容器內的水和減少的氧氣體積等同。學生初涉抽象的“氣壓變化”實驗，很難理解。氣體壓力傳感器的運用，對隱身的氣壓能測其變化使之可視化，使學生掌握了原理、實驗思路、操作方法后學會定量分析解決問題所方法。

三、數字化化學實驗室實踐反思

教師數字化實驗熟練的技能是保障。因此，加強自我技能和師生整體技能的培訓至關重要。還要辯證看待數字化和傳統化的關系，完全數字化代替傳統實驗是極端，不利于學生動手操作能力培養。要重視興趣遷移扶正實驗態度：學生對傳感器感興趣而忽視實驗過程和結果，或數字化實驗操作不熟練導致興趣不濃，要予以糾正，端正態度、提高技能、強化管理要多維實施。

結語

國家教育信息化長遠規劃指出，教育信息化與學科教學要深度融合。數字化實驗室與初中化學實驗教學的深度融合，具有實時、快速、準確、直觀等特點，操作更簡便，易于觀察降低了難度，促進學生對知識的理解、記憶、鞏固和應用，提高化學實驗探究能力，也使傳統化學實驗教學獲得了新的生命力，更給教師提高信息技術水平，促進教師職業發展提供了良好的機遇，應該不斷總結和反思邁向更高的境界。

【參考文獻】

[1] 羅嘉. 數字化傳感技術與初中化學教學的整合研究[D]. 蘇州大學，2014.

[2] 熊丹. 數字化實驗室和傳統實驗室的比較研究[J]. 中華少年，2016.