中學化學數字化實驗的特點探析

吉林師范大學化學學院(136000) 劉 暢 王 錚 王秀艷

1 引言

數字化實驗是整合了實驗教學和信息技術的一種新興實驗模式。數字化實驗的開展是基于傳感器實時靈敏的捕捉反應中各物理量的細微變化，并以數據采集器為紐帶，最終傳輸到計算機系統并使用特定的數據處理軟件以及實驗儀器裝備而進行的。數字化實驗的獨道之處在于可同時運用多種類型的傳感器監測多種物理量的細微變化，有利于學生從多角度觀察實驗現象并直接獲取精確的實驗數據，提高學生的數據分析能力。借助數字化實驗進行學習，學生的注意力更加集中，思考問題也變得更加縝密。數字化實驗在教學中的出現改善了傳統實驗枯燥乏味的教學模式，提升了教學效果。

2 數字化實驗的特點

在傳統的教學方式中融入數字化實驗，這無疑為實驗教學注入了新鮮的“血液”，為教學過程增添了活力。數字化實驗具有實驗過程可視化、實驗現象客觀化、實驗屬性定量化、變量監測多樣化、實驗材料綠色化、實驗操作易控化等特點。

2.1 實驗過程可視化

數字化實驗借助靈敏的傳感器時刻監測反應系統里各物理量的變化情況，并且最終以清晰的圖像方式呈現出來，這一特點使整個實驗變得直觀可視化，幫助學生對之前繁重復雜的知識進行更透徹的理解。數字化實驗可直接將變化過程中各種物理量的變化以圖像方式展現出來，學生可直接分析圖像得出結論，節約了學生實驗后處理復雜數據的時間，提升了學生對圖像的分析與總結能力。劉建祥教師以探究濃度對硫代硫酸鈉與硫酸反應速率的影響為例，引入數字化實驗，分別準備不同濃度含量的反應物進行對比實驗。學生通過觀察宏觀現象與變化曲線加深了對知識的理解和掌握程度，提高了學生知識遷移能力。

2.2 實驗現象客觀化

受傳統實驗手段的制約，在進行化學實驗時學生通常難以捕捉到那些細微變化的反應現象。數字化實驗的出現在一定程度上將實驗現象變得更加顯著客觀。數字化實驗借助特定的數據采集軟件，依據其強大的數據處理功能在觀察實驗現象的同時提供精密準確的實驗數據，使實驗現象變得有據可依，更具說服力。數字化實驗改變了傳統意義上學生對實驗現象僅憑主觀臆斷的學習方式，反應現象對于學生而言變成了“看得見摸得著”的狀態，滿足了學生的好奇心，有利于學生深刻理解化學實驗原理。教師借助數字化實驗進行教學，使每位學生在課堂上都可以真切的觀察到實驗現象，親身參與實驗的過程，豐富了學生的體驗感、提高了學習成就感。

2.3 實驗屬性定量化

傳統實驗往往注重定性實驗的研究，數字化實驗更加注重定量實驗的研究，能夠最大化的發揮出定量實驗的優勢。唐增富教師運用數字化實驗測定空氣中氧氣的含量，借助壓強傳感器監測反應容器中壓強的變化，分析出氧氣在空氣中的含量。數字化實驗將量化研究引入教學中，完善了化學概念的教學，提高了學生對量變學習的關注度，有利于學生養成縝密的科學思維。

2.4 變量監測多樣化

數字化實驗在應用過程中可同時采用多種類型的信息傳感器，借助多通道的數據采集器以及強大的數據處理能力可以實現變量監測的多樣化，從多個角度對實驗現象進行深入的分析。數字化實驗對化學基礎性實驗有良好輔助作用，對拓展創新類實驗也發揮著重要的作用。張靈麗教師借助pH傳感器、溫度傳感器探究不同品牌礦泉水的電導率和pH值隨溫度的變化情況。將數字化實驗應用到教學過程中，潛移默化的提高了學生的科學意識，使學生樂于學習、學會學習，開發了創新實踐的潛能，提高了動手操作的能力。

2.5 實驗材料綠色化

傳統實驗難免會使用或生成有毒物質，要求在通風櫥中進行。例如氯氣在制備過程中會產生刺激性味道，在一定程度上污染了空氣。對傳統實驗進行改進，采用低毒或無害的實驗材料進行實驗，借助數字化實驗的優勢獲得理想的實驗效果，并對有污染的產物進行無害化處理，在一定程度上實現了實驗綠色化，增強了實驗的安全性，提高了學生的綠色環保意識。

2.6 實驗操作易控化

利用傳統手段進行實驗教學時，對于一些難控制的實驗學生往往難以駕馭。例如在進行酸堿中和滴定實驗時，通常難以準確判斷反應的終點和溶液消耗的體積。蔣直娥教師借助pH傳感器實時得到變化的曲線，學生能夠準確、快速的掌握滴定終點。依靠滴數傳感器實時記錄反應中溶液體積的變化，便于學生控制滴加溶液的體積，讓學生清楚地認識到實驗變化的本質，使實驗易于操作，增強實驗可控性。

3 結束語

數字化實驗主要依靠傳感器、數據采集器以及計算機軟件進行實驗，在一定程度上簡化了實驗步驟，拓展了實驗應用范圍，將傳統課堂上學生“聽實驗”的學習方式轉變為學生“做實驗”。數字化實驗的廣泛應用優化了學習方式，充實了學習內容，降低了實驗難度，提高了學生的參與度，增強了動手實踐能力，激發了學生進行科學探究的欲望，豐富了學生的實驗體驗感。數字化實驗的介入拓寬了學生學習領域的廣度，深化了學生所學知識的深度，讓學生真切感受到信息技術的發展給學習帶來的變革，激發學生運用信息技術進行科學創新的意識，數字化實驗對于促進基礎教學的發展起到了積極的推動作用。