高中化學教學中數字化實驗的應用

【摘 要】本文論述數字化實驗在高中化學教學中的應用，提出結合學生學情，直擊重點知識;優化教學方式，鼓勵自主探究;實施小組合作，喚醒求知欲望;發揮直觀優勢，活躍課堂氣氛;營造良好氛圍，提高實驗效率等教學建議，以期提高高中化學教學質量和學生學習能力。

【關鍵詞】高中化學 數字化實驗 應用策略

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）34-0043-02

新課程改革對各學科提出了較高的標準與要求，以期更好地滿足學生日益增長的個性化學習需求。化學學科最為顯著的特征是以實驗理論和規律為探究知識的基礎，實驗教學在化學學科中非常重要。但傳統實驗教學模式過于單一枯燥，主要是讓學生在課后直接背誦實驗步驟，而學生并未理解實驗的真正意義，從而影響學生綜合素養的提升。數字化實驗是信息技術蓬勃發展下的產物，有著較高的安全性，且以清晰直觀的方式突破化學重難點，改變了傳統實驗教學耗時長且學生難以看到顯著化學現象的狀況，使學生能深入理解化學知識，提高化學學習效率和教學質量，對學生未來發展有著重要的現實意義。

一、結合學生學情，直擊重點知識

毫無疑問，數字化實驗的出現能在一定程度上彌補傳統化學實驗的不足。縱觀傳統的化學實驗，受主客觀因素的影響，教師在演示操作部分特殊實驗時無法取得最佳效果，以致學生無法通過實驗明確其中涵蓋的化學知識，甚至還會消磨學生探究知識的興趣，影響教學效果。數字化實驗能有效避免上述問題，以清晰直觀的方式為學生呈現化學原理，提高實驗教學質量。與此同時，化學教師可運用數字化實驗講解抽象原理和概念，降低學生的理解難度，為學生呈現客觀且清晰的實驗結論，這樣有利于學生理解和記憶化學知識。

以“原電池效率實驗研究”為例，教師在教學中引入數字化實驗，提前準備導線、砂紙、鹽橋、簡易量熱計、量筒、燒杯、實驗藥品、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、圖形數據采集器、平板/手提電腦等。先配制1.0mol/L ZnSO4溶液與1.0mol/L CuSO4溶液各500ml作為實驗備用。再用砂紙打磨幾片鋅片和銅片，將各種傳感器、數據采集器與電腦連接。在簡易量熱計中先后放入100ml 1.0mol/L CuSO4與100ml 1.0mol/L ZnSO4，再將溫度傳感器探頭插入溶液中，保持約2分鐘，等溶液溫度與探頭溫度一致后再取一片已打磨的鋅片放入CuSO4溶液中，之后隨著時間變化測定反應體系的電壓、電流、溫度并采集相關數據。

在上述數字化實驗中可以發現，鋅銅雙液原電池在相同條件下工作時溫度變化較小，化學能極少轉化為熱能，產生的電壓與電流相對穩定，從化學能轉為電能的效率極高。數字化實驗能指導學生深入理解原電池知識，使學生的認知從簡單過渡到復雜，深化化學學習認知。

二、優化教學方式，鼓勵自主探究

在高中化學中引入探究式實驗教學的目的在于讓學生改變以往依附于教師思考和學習的情況，學會自主探究與分析，并在獨立實驗操作中大膽猜想自身存在的問題，將問題融入實驗操作中驗證猜想正確與否，這樣有利于深化學生對所學知識的理解。化學教師在此過程中需充分發揮學生的主體作用，其自身則從主導者轉變為引導者、組織者與指導者，在學生有疑惑時適當進行點撥，通過和學生深層次討論分析并明確問題所在，再通過指導學生提出針對性較強的建議，強化學生感知，充分教授實驗中涵蓋的化學知識，提高實驗教學效率，最大限度地滿足學生個性化學習需求。

以“油脂”教學為例，該章節教學目的之一即運用實驗對油脂涵蓋的化學性質進行驗證，引入數字化實驗，為皂化反應的發生提供全新的證據。教師在教學中先讓學生觀看教材中展示的油脂制作肥皂實驗，隨即提出問題：“是否可以運用數字化實驗對油脂與氫氧化鈉溶液反應過程中的溫度變化進行驗證？通過運用溫度傳感器說明反應是否存在。”實驗具體操作為：分別取豆油、20ml飽和NaOH溶液放置于錐形瓶中進行充分振蕩，運用溫度傳感器對乳濁液溫度進行測定，記錄溫度變化曲線，學生發現在振蕩中混合物溫度無變化;再在錐形瓶中加入12ml乙醇，振蕩后運用溫度傳感器測定混合物溫度，學生發現乳濁液在振蕩中從渾濁逐漸轉為透明，最后液體轉化為類似于肥皂的固體。

高中化學教師在上述教學過程中運用數字化實驗能較好地彌補傳統實驗的不足，其中運用溫度傳感器進行油脂與氫氧化鈉溶液的反應能使學生充分理解化學知識，并體驗和感悟新技術為化學學習提供的便利，最重要的是建立起了從宏觀學習過渡到微觀學習的思維。

三、實施小組合作，喚醒求知欲望

數字化實驗的應用能彌補傳統實驗教學的不足，在激發學生探究知識興趣的同時使學生形成創新、嚴謹等科學精神與學習態度。隨著新課程改革的全面實施，小組合作學習方式受到廣大師生的歡迎，學生在小組合作學習中彰顯自身主體作用，學會自主探究知識以及發現問題、分析問題、解決問題，明確化學學科特征;最重要的是，它改變了以往死記硬背實驗步驟的形式，在有限的時間內通過探究實驗來體驗化學學科特有的價值與魅力，進而大幅提高實驗教學效率和學生學習效率。故而，在信息技術蓬勃發展的背景下，教師應將小組合作學習與數字化實驗相結合，以全新的視角展開教學。

以“弱電解質的電離平衡”教學為例，學生在學習該章節重點教學內容，即濃度對弱電解質電離平衡產生的影響時，容易錯誤地理解為，醋酸溶液的酸性會隨著濃度不斷下降而減弱，醋酸溶液的pH值相對較小。化學教師可運用小組合作的形式讓學生運用pH值傳感器對稀釋醋酸溶液中的pH值進行測量，從直觀的數據圖像中發現pH值在溶液的稀釋過程中的變化情況，深入理解稀釋溶液使醋酸的電離平衡產生變化，并在此過程中引發氫離子濃度的變化。

高中化學教師在數字化實驗中引入小組合作學習，充分發揮了學生的主體作用，通過小組討論分析、教師適時點撥與引導，歸納總結出醋酸溶液pH值變化的原因，使學生對醋酸電離平衡的知識形成深刻印象。

四、發揮直觀優勢，活躍課堂氣氛

信息技術具有顯著的網絡化、智能化、數字化等特征，為人們的生活生產提供了便利，也給教育領域帶來了變革。高中化學和初中化學相比，知識容量和難度均有所增加，學生在理解和學習中不可避免地會存在問題。尤其是該學科需要通過實驗來驗證理論知識和呈現現象，而傳統教學按照教材為學生演示操作的形式過于單一，導致學生在課堂觀看完畢后在課下直接背誦實驗步驟，并未能深入理解化學知識的內涵。數字化實驗能在一定程度上彌補傳統實驗教學的不足，直擊化學重難點，使學生在有限的課堂時間里體驗知識形成過程，提升自主學習能力。

以“氯水的光照分解知識”為例，傳統氯水分解實驗需花費較長時間，不僅不利于學生觀察實驗現象，還會消磨學生探究化學知識的興趣。部分教師在公開課上將一根彎曲的玻璃導管和圓底燒杯相連接，再將紅墨水放入導管，若紅墨水未褪色且位置移動則說明產生的氣體為氧氣。該裝置受手部搖晃與手指體溫的影響，故而紅墨水位置移動無法準確說明是否生成氧氣。運用數字化實驗可將pH值傳感器與氧氣傳感器、數據采集器相連接，在同一時間內觀察氧氣含量的pH值變化。在采集實驗數據后，教師要引導學生實施多變量綜合探究實驗，在豐富實驗內容的同時使學生感悟氧氣增加與不斷升高的氫離子濃度，對氯水光照反應的本質形成深刻理解。

高中化學教師在教學過程中應充分發揮數字化實驗的優勢，使學生通過觀看了解化學知識形成過程。數字化實驗過程與結果極具說服力，能活躍化學課堂氣氛，維持學生探究知識欲望，提高化學教學效率。

五、營造良好氛圍，提高實驗效率

當前我國部分地區高中學校受各方面因素影響，發展較為落后，主要體現在實驗器材與設施相對陳舊，無法為高中生提供最佳的實驗操作機會與環境，學生只能通過觀看教師簡單的實驗演示或以閱讀教材的形式了解實驗步驟及其涵蓋的化學知識，課堂枯燥乏味，無法達到預期的教學效果，更無法激發學生潛在的化學實驗興趣，長此以往會消磨學生學習化學以及參與實驗的積極性和主動性。數字化實驗能在一定程度改善上述現狀，更重要的是它能代替傳統實驗操作，安全性較高，而且能反復操作，進而深化學生對所學化學知識的理解。

以“乙烯的性質實驗”教學為例。高中化學教師在日常教學過程中將乙烯加入酸性高錳酸鉀溶液，溶液漸漸褪去紫紅色則說明已產生氧化反應，由此學生可判定運用酸性高錳酸鉀溶液能鑒別甲烷與乙烯。然而，學生無法理解為何不能用酸性高錳酸鉀溶液去除甲烷中的乙烯，究其原因是學生不了解乙烯會被酸性高錳酸鉀氧化為二氧化碳，更不了解乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色是取代反應還是加成反應。對此，化學教師引入數字化實驗，將二氧化碳傳感器連接數據采集器，發現二氧化碳含量逐漸增大，由此說明酸性高錳酸鉀溶液與乙烯反應形成二氧化碳，故而不能用酸性高錳酸鉀溶液去除甲烷中的乙烯。教師再將壓力傳感器與數據采集器相結合，發現壓力不斷減小，說明溴的四氯化碳溶液與乙烯存在加成反應。

高中化學教師在運用數字化實驗時應注重營造良好氛圍，調動學生參與化學實驗的積極性和主動性，提高化學教學質量。

總之，隨著高中化學課程的健全與完善，傳統實驗教學模式已無法適應現代教育提出的新要求與學生學習的需求，相繼暴露出傳統實驗教學的不足。數字化實驗的出現在一定程度上彌補了上述不足，學生在數字化實驗中能掌握難以理解的化學概念和原理，結論更加簡單清晰。與此同時，數字化實驗能有效處理復雜數據，尤其能處理計算誤差、擬合曲線、轉換數據等復雜程序，再歸納分析實驗結果，使學生在理解實驗數據中親身體驗與感悟化學知識形成過程，強化觀察分析與解決問題的能力，大幅度提高高中化學教學質量與學生學習能力，實現學生核心素養培育的目標。

【參考文獻】

[1]李俊山.高中化學教學中學生科學探究能力的培養策略[J].名師在線，2019（36）.

[2]穆麗輝.基于學科核心素養的高中化學課堂教學策略探究[J].高考，2019（36）.

[3]王文平.淺談新課程理念下高中化學有效教學的策略[J].新課程（下），2019（12）.

【作者簡介】李直蔚（1981— ），男，漢族，廣西博白人，大學本科學歷，高級教師，現就職于玉林市博白縣第三高級中學，主要研究方向為高中化學教育。

（責編 唐玉萍）