數字化實驗應用于化學實驗教學的思考

陳平

【摘? ? 要】數字化實驗是實驗教學數字化和可視化發展的成果，將數字化實驗作為化學實驗教學的發展工具對于化學實驗教學有著重要作用。本文就數字化實驗在化學實驗中的引入以及應用進行探究和分析。

【關鍵詞】數字化實驗;化學實驗教學;探究

中圖分類號：G633.8? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-7485（2021）02-0074-02

【Abstract】Digital experiment is the result of digital and visual development of experimental teaching. It is very important to use digital experiment as the development tool of chemical experiment teaching. This paper explores and analyzes the introduction and application of digital experiment in chemical experiment.

【Keywords】Digital experiment; Chemical experiment teaching; Exploration

一、數字化實驗在化學實驗教學中的引入

在化學實驗教學中引入數字化實驗有著非常重要的作用。在當前信息技術快速發展的時代背景下，互聯網技術、大數據技術等在人們的生活中有著非常重要的作用，但是究其根本主要是人們日常生活中海量的數據信息資源對于人們的生產和生活有著越來越重要的作用。而對于化學教師來說，現階段的重要工作內容是如何在實驗教學中合理地應用數字化實驗，最大限度地發揮其價值。在化學實驗中，例如在研究Cl2和SO2的性質的過程中，為了保證化學實驗的安全性，需要在通風櫥中進行有關的實驗操作，而現階段由于可燃氣體的易爆性和易燃性也使人們逐漸提高了對化學實驗安全的重視。分析化學實驗的發展進程可以發現，化學實驗的發展主要分為以下三個階段：

第一，傳統實驗階段。在此階段，化學實驗中常規玻璃儀器是實驗順利進行的主力軍，大劑量以及復雜的化學裝置在其中有著非常重要的作用;第二階段是微型化學實驗階段。在這一階段，人們充分挖掘可以直觀看到的實驗現象;第三個階段是數字化實驗。在此階段通過利用先進的儀器和設備，可以有效地轉變化學反應以及相關的現象，轉變為人們可以直接觀測的數字信息，還能提高學生的學習興趣，積極地研究和探索化學反應的規律以及深層次的知識。

二、引入數字化實驗對化學實驗的影響

當前化學實驗從第一階段發展到第三階段，其本質變化不只是化學儀器和化學設備的變化，還在一定程度上體現著人們思想的變化。分析化學實驗的第一階段和第二階段可以發現，在實際的實驗過程中相關操作步驟比較簡單，但是化學實驗的實驗儀器以及相關設備的用途過于單一。而傳統的化學實驗方法和數字化實驗在完善學生化學學科知識系統的過程中也有著不同的模式。相比較來說，數字化實驗更重視學生的推理過程中，而此種模式有利于開闊學生的眼界，提高學生學習化學以及操作化學實驗的興趣，還可以改變和完善傳統化學教學的結構和模式，更好地鼓勵學生進行創新和研究，為我國社會發展提供更加優秀的人才。

三、化學教學中數字化實驗的作用

（一）有利于提高學習效率

在數字化實驗室中，傳感器和計算機有著非常廣泛的應用，而正是以上兩種設備的存在相比較傳統的化學實驗室教學，數字化實驗室有著明顯的優點。數字化實驗室有著比較高的精度和測量速度，同時可以實現自動化測量，并進而有效地提高測量數據信息的完整性和準確性，傳感器和計算機還可以根據實驗以及相關的測試結果自動對其進行分析和研究，如此一來，教師和學生就可以將所有的注意力集中在設計實驗以及歸納交流方面，可以有效地對其中存在的問題及時進行探討和研究，從而提高整體的教學效果。

（二）可以解決教學難題

分析傳統的化學實驗設備可以發現，傳統的實驗設備操作比較簡單，容易掌握，但是實際用途比較單一，在實驗過程中有關的研究人員需要及時記錄數據信息，但是如此一來就無法對實驗中的變化進行實時的觀測，在研究一些復雜化的問題的過程中有較大的難度。而在數字化實驗室中可以解決以上問題，不僅可以提高采集數據的精準度，還能對實驗過程以及實驗變化實時地進行記錄和分析，幫助學生更好地進行理解和研究，有效解決了教學過程中存在的各種難題。

四、數字化實驗推動了化學實驗的定量化發展

在傳統的化學實驗教學過程中，學生可以觀察到實驗過程中的各種化學現象，但是學生并不能處理定量化的數據信息。而如果能在化學實驗教學中合理地引進數字化實驗，不僅可以幫助學生獲得更加感性的知識，學生還可以對各種數據信息一目了然，通過對數據信息進行分析和觀察，學生可以更好地感受到化學實驗過程中相關物質的變化，還能深入了解和探究操作實驗。例如，在學習呼入氣體和呼出氣體實驗內容過程中，書本內容為了證明氣體中氧氣減少，會利用燃燒的木條進行有關的實驗，而通過觀察石灰石變渾濁可以表明呼出氣體中二氧化碳大量增加。學生在進行實驗操作的過程中，通過進行基本的實驗操作、使用合理的實驗方法，觀察實驗現象對其結果進行分析和探究。但是如果在此種情況下將氧氣傳感器和二氧化碳傳感器加入實驗中，就可以有效地觀察實驗過程中數據的變化情況，學生通過對數據進行記錄和分析，從而更加準確地對實驗進行驗證。

在化學實驗教學的過程中，通過合理地應用數字化儀器，可以有效地提高學生獲取數據的能力。如果使用傳統的化學實驗儀器和設備，學生在實驗過程中是無法準確地觀測隨著時間發展而變化的數據，實驗數據也無法實現可視化，但是數字化實驗中的數據采集器可以有效解決以上問題。在進行數字化實驗的過程中，通過先進的儀器設備可以實時采集變化的數據信息和圖像，幫助學生分析化學實驗和有關的化學知識，有效提高學生獲取數據的能力，同時可以進一步提高學生的處理數據能力和分析能力。例如，學生在學習化學變化的本質是能量的變化，可以利用生石灰和水的反應，從而進行有關的驗證實驗。學生通過觸摸和感覺試管的外壁，可以感受到產生的熱量，間接表明化學反應中有能量發生變化。但是如果在此實驗中對溫度傳感器進行應用，那么學生就可以對溫度的實際變化情況進行觀測，然后使用計算機對其溫度數據進行處理，以折線或者圖表的形式展現出來。而如此一來，學生由感受上升到儀器測量，實現了質的飛躍。與此同時，在實驗過程中，如果石灰的使用量比較少，那么產生的溫度并不會發生明顯的變化，學生無法直接進行感受，可能會對學生的學習產生一定的負面影響。但是如果使用數字化儀器就可以對其直觀地進行展示，實驗定量化能幫助學生更好地理解和學習化學知識。

五、數字化實驗可以簡化教學難點

學生在學習化學知識的過程中，通過進行化學實驗可以更好地進行理解和記憶。對于一些抽象化的化學知識和化學原理，傳統實驗教學進行了有關的實驗設計，這樣一來就能幫助學生對一些重點化學知識進行突破。但是如果能在此基礎上引入數字化實驗，直觀地展示相關的數據信息，學生只需要對數據進行分析和研究，如此一來就可以幫助學生進行記憶，降低學生的學習難度，還可以在一定程度上提高教師的教學效果。數字化實驗主要通過對先進的技術設備進行應用，將深層次的知識和化學本質直觀展示在學生面前，展示實驗數據和實驗圖像。相比較傳統的化學實驗來說，數字化實驗無論是實驗儀器和設備還是實驗結果的表現形式，對于學生來說都比較新奇，在實驗的過程中學生能直接獲得動態化的數據信息。數字化實驗的發展，不僅可以提高學生學習的積極主動性，還能提高學生動手實踐的興趣。

六、數字化實驗提高了學習的研究性

在當前新課標實施的背景下，學習化學的重點內容也發生了變化，學生不再只是單純地對化學知識進行記憶，而是對化學知識進行深層次的探究和學習，對化學知識的研究過程進行感受，提高學生的創新能力和學習興趣。同時在研究性學習背景下，學生的學習模式和學習內容也發生了變化，數字化實驗不僅可以在學生的研究性學習中進行應用，還可以在化學興趣小組中進行應用，從而為學生學習空間的拓展提供機會。在當前數字化實驗背景下，化學實驗的范疇不斷拓展，同時化學實驗和化學知識也在不斷向著貼近生活的方向發展，還可以提高學生的學習素養。

綜上所述，隨著新課改以及時代的不斷發展，數字化實驗不僅可以改變傳統的教學模式，還可以提高學生的學習興趣，使學生能成為課堂主體。同時數字化實驗的出現還可以提高學生分析數據信息的能力，培養學生的研究思維，使學生能更好地適應現代化信息社會需求。

注：本文為甘肅省教育科學“十三五”規劃課題“康樂縣數字化實驗系統在中學化學教學中的應用研究”（課題批準號：GS[2019]GHB1920）階段性研究成果。

參考文獻：

[1]周佳梅. 數字化實驗在沈陽市高中化學教學中應用的現狀研究[D].沈陽師范大學，2017.

（責編? 侯? 芳）