數字化實驗提升化學教學有效性之初探

潘 健

紹興市上虞區崧廈中學 浙江紹興 312000

一、研究背景

當今社會的信息技術日新月異，那么加快實現教育的現代化就顯得更為迫切。化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗在中學化學教學中有著不可替代的作用。實現高中化學實驗的信息化是實現化學教育現代化、建設學習型社會的必由之路。由此，數字化實驗技術應運而生，它的出現對整個高中化學實驗教學的變革產生了深遠的影響。

（一）傳統實驗的弊端

1.教學方式單一

2.評價方式缺失

（二）數字化實驗的優勢

1.促進核心素養的培養

2.提高課堂效率

二、數字化實驗室的建設

（一）數字化實驗室的發展

自1986年美國首次將計算機開發成為儀器分析的核心平臺，通過傳感器采集數據、計算機分析和處理數據等手段進行“虛擬儀器分析”以來，各個高校和教育機構也逐步開發適合自己研究的配套軟硬件設施，慢慢形成了各自的實驗教學系統。

中國數字化實驗起步于上世紀九十年代，興起于新世紀。上海作為新課改的試點區，在2002年就組建了上海市中小學數字化實驗系統研發中心，成為了中國首個，也是目前唯一一家專業的數字化實驗研發機構。上海教委的嘗試，為數字化實驗室在全國范圍地鋪開起了個好頭。之后，全國幾十個省份也紛紛建立起數字化實驗室，并逐步向偏遠農村學校普及。

（二）數字化實驗室建設的必要性

2010年我國頒布的《國家中長期教育改革和發展規劃綱（2010-2020年）》，其中體現了技術的作用，以技術為改革的驅動力，明確了教育信息化的重要性。在其第十九章中明確提出“加快教育信息化進程”，就包括加快教育信息基礎設施建設、加強優質教育資源開發與應用、構建國家教育管理信息系統三個方面內容。面對時代的要求，我們要勇挑重擔。

筆者通過走訪上虞區內多所中小學校，了解了目前中學化學數字化實驗儀器的配備和使用狀況，了解了教師、學生在實驗過程中對相應儀器設備的實際需求。

問卷調查顯示88%的教師認為有必要建設專門的化學數字化實驗室。

（三）數字化實驗室的一般配置

數字化實驗室的組建與傳統實驗室不同，除了與傳統實驗室相仿的藥品、儀器等設備以外，它對多媒體裝備、數字化實驗裝置的要求很高。

高中階段的化學實驗主要以物質性質分析和反應原理探究為主，所以在諸多數字化化學實驗裝置中尤以各種系列的傳感器最為重要。教師在組建數字化實驗室時，必須對傳感器精挑細選。

（四）數字化實驗室建設的建議

筆者通過查閱數字化實驗的相關文獻，結合學校實際情況，對普通高中化學數字化實驗室的建設有以下幾點建議：1.中學階段的實驗主要以驗證物質性質或探究反應原理為主，可以選擇性價比較高國內品牌，如勝昔、蘇威爾等；2.高中階段實驗探究以物質性質和反應原理為主，常用的傳感器有pH傳感器、電導率傳感器、溫度傳感器、壓強傳感器、色度傳感器等，使用頻率較大的傳感器作為基礎配備，對有些使用率低，保管時效短、存放要求高的傳感器暫時不建議配備，如氣體傳感器、離子傳感器等；3.常用傳感器配備的數量一般建議教師端 2-3 個/種，學生端 12-14 個/種，備用 1-2 個/種；4.相比傳統實驗儀器，數字化實驗的儀器成本高，要求儀器供應商在提供儀器的同時，要對教師進行相關的培訓，讓他們了解儀器的使用、維護、原理等方面的知識，并建立長期的聯系。

三、數字化實驗技術的教學效果

通過信息技術手段實現對實驗數據流的掌控，并對學生的認知提供有力的支持，是數字化實驗最為根本的教學價值。所以筆者選取了 SO2這種學生們熟悉的無機化合物進行數字化實驗的探究。

SO2是一種中學階段常見的無機化合物，其性質的介紹出現在蘇教版《必修一》專題4“二氧化硫的性質”一節中，其特殊的理化性質使其成為高考中的常客。比如在2015年安徽省理綜第28題中“某研究小組將純凈的 SO2氣體通入0.1mol·L-1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀”，對于該實驗現象，學生們已基本形成共識，但BaSO4沉淀產生的原理卻眾說紛紜：有人認為是SO2通入溶液中，形成H2SO3溶液，提供H+，使溶液中NO3-表現為強氧化性，進而氧化SO2；也有人認為是溶液中的溶解氧氧化了SO2。學生們單純地利用所學的高中化學知識，很難分析出其真正的反應原理，但若能借助數字化實驗技術，這個難題就能迎刃而解。

數字化實驗技術的不斷推廣，并不是對傳統實驗的否定，而是與時俱進。隨著信息技術的迅猛發展，作為信息技術與化學實驗教學整合的產物，基于傳感器技術的數字化實驗注定在未來將不斷升級，與各種教學大數據形成聯系，構成完整數據鏈，為高中化學實驗教學改革提供有力的支持，為學生化學學科核心素養的培養保駕護航。