在高中化學(xué)教學(xué)中實(shí)施數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的策略

【摘要】?jī)?yōu)化教學(xué)理念、完善教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)手段是提升教學(xué)質(zhì)量的主要措施。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是一種全新的教學(xué)方式，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行高中化學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)教學(xué)可以提升教學(xué)實(shí)驗(yàn)的專業(yè)性，落實(shí)綠色化學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和實(shí)驗(yàn)意識(shí)。本文概述了高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的作用，探討了實(shí)施策略，并舉例進(jìn)行了說(shuō)明，以供參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化實(shí)驗(yàn);高中化學(xué)教學(xué);實(shí)施

作者簡(jiǎn)介：譚大鵬（1982—），男，江蘇省鎮(zhèn)江市第一中學(xué)。

在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要利用有效的教學(xué)手段幫助學(xué)生建立自身的邏輯體系，促進(jìn)學(xué)生的全面成長(zhǎng)。在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師可以利用多樣化的教學(xué)手段，凸顯學(xué)生的主體地位，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是當(dāng)前化學(xué)教學(xué)研究的熱門(mén)話題，利用數(shù)字化手段可以提升實(shí)驗(yàn)的精確度，提升教學(xué)效果，從而更好地引導(dǎo)學(xué)生形成正確的實(shí)驗(yàn)意識(shí)，讓學(xué)生進(jìn)行更加專業(yè)的學(xué)習(xí)。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)概念

信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，教育行業(yè)對(duì)信息技術(shù)的應(yīng)用也取得了非常顯著的效果。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是一種新的利用信息技術(shù)開(kāi)展教學(xué)的方式，在高中教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以更加直觀地展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，幫助學(xué)生理解、掌握實(shí)驗(yàn)技巧，促進(jìn)教學(xué)效果的提升。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要是利用數(shù)據(jù)采集器、傳感器及其他配套軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，將操作煩瑣、難以定量、觀察難度大的化學(xué)實(shí)驗(yàn)變得更加便捷、直觀和準(zhǔn)確[1]。我國(guó)將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)課堂的時(shí)間相對(duì)較晚，但發(fā)展速度很快，并且已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)。高中化學(xué)知識(shí)相對(duì)抽象，一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易觀察，教師可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，幫助學(xué)生突破教學(xué)的重、難點(diǎn)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)技巧，從而落實(shí)高中化學(xué)教學(xué)的改革創(chuàng)新工作。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的價(jià)值

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是為了探究、驗(yàn)證化學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象理解化學(xué)理論。但是在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中可能存在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗(yàn)品存在腐蝕性、反應(yīng)速度慢等一系列問(wèn)題。應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則是為了規(guī)避實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)，讓學(xué)生更好觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而提升高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

（一）保證實(shí)驗(yàn)安全

一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒、有害的氣體，要進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室必須具有良好的通風(fēng)系統(tǒng)，但是當(dāng)前仍有高中實(shí)驗(yàn)室并不具備這樣的條件。應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以將實(shí)驗(yàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)降低，保證實(shí)驗(yàn)安全、穩(wěn)定進(jìn)行，避免出現(xiàn)有毒物體泄露等安全事故。同時(shí)，應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以有效地降低實(shí)驗(yàn)成本，降低硬件支出，學(xué)校可以將更多的經(jīng)費(fèi)用于軟件升級(jí)。

（二）提升化學(xué)教學(xué)效果

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的部分實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，還有部分實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，這導(dǎo)致教師難以有效演示甚至無(wú)法演示這些實(shí)驗(yàn)，教學(xué)時(shí)只能利用圖片、文字等形式生硬地講解相關(guān)知識(shí)。而應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以有效解決上述問(wèn)題，便捷、直觀地展示那些具有危險(xiǎn)性、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更好地理解化學(xué)知識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。與此同時(shí)，在應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以重復(fù)觀看實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，有效地提升化學(xué)教學(xué)效果。

（三）提升學(xué)習(xí)效率

應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以親自動(dòng)手實(shí)踐，對(duì)化學(xué)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行探究，從而更加透徹地理解、掌握相關(guān)知識(shí)，真正提升學(xué)習(xí)的效率。同時(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作便捷，學(xué)生在教室就可以完成相關(guān)操作，于是學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)時(shí)不需要受到過(guò)多時(shí)間、空間因素的限制，這有利于學(xué)生的知識(shí)鞏固、能力提升。

三、在高中化學(xué)教學(xué)中運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的前提

（一）具備良好的教學(xué)意識(shí)

目前，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐還不夠豐富，要在高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，化學(xué)教師必須要具備良好的教學(xué)意識(shí)，需要勇于接受新事物，愿意嘗試新的教學(xué)手段，并且教師要在實(shí)踐中反復(fù)觀察、改進(jìn)自己的教學(xué)方法，才能讓數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)。

隨著新課改的不斷深入，許多教師逐漸轉(zhuǎn)變了教學(xué)觀念，并通過(guò)不斷學(xué)習(xí)具備了良好的教學(xué)意識(shí)，這些教師注重教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新，也往往能夠認(rèn)識(shí)到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。但是仍然存在部分教師并未具備良好的教學(xué)意識(shí)，他們?nèi)栽谘赜门f有的教學(xué)方法，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中更注重理論知識(shí)的傳授，也沒(méi)有認(rèn)識(shí)到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)于教學(xué)活動(dòng)的促進(jìn)作用。舊有的教學(xué)方法沒(méi)有突出學(xué)生的教學(xué)主體地位，會(huì)影響課堂教學(xué)氛圍，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。因此，高中化學(xué)教師要注重自身教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，加深對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)和理解，在應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)合理使用各種教學(xué)手段，讓學(xué)生掌握相關(guān)操作流程，深度參與實(shí)驗(yàn)，突出數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，教師也要加強(qiáng)自我學(xué)習(xí)，積極參與培訓(xùn)活動(dòng)，交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，確保自己有能力開(kāi)展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并有意識(shí)地對(duì)教學(xué)進(jìn)行改良。

（二）豐富數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段

教師在應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果沒(méi)有采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，僅僅將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為輔助實(shí)驗(yàn)的一種方式，那么數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)也會(huì)難以體現(xiàn)出來(lái)。

因此，教師要豐富自己的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段，意識(shí)到提升教學(xué)專業(yè)技能的必要性，勇于創(chuàng)新，采用適當(dāng)?shù)摹⑿问蕉鄻拥慕虒W(xué)手段，確保數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的作用充分發(fā)揮出來(lái)。在教學(xué)時(shí)，教師還要將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有機(jī)融合，提升數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的整體質(zhì)量，讓數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)既有靈活多變的教學(xué)形式，又具有豐富的實(shí)踐內(nèi)容，從而更有效地提升教學(xué)效果。

（三）落實(shí)教學(xué)資源共享

要在高中化學(xué)教學(xué)工作中更好地開(kāi)展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，教師還需要進(jìn)一步豐富教學(xué)資源，提供學(xué)生更多的學(xué)習(xí)資料，為學(xué)生營(yíng)造良好的教學(xué)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí)。基于此，教師之間可以加強(qiáng)教學(xué)合作，利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享，提供學(xué)生更加豐富的教學(xué)資源。

四、在高中化學(xué)教學(xué)中實(shí)施數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的策略

（一）應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)突破教學(xué)難點(diǎn)

和初中階段的化學(xué)知識(shí)相比，高中階段的化學(xué)知識(shí)更加抽象，學(xué)習(xí)難度更大。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生難以對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入的自主探究，對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握不夠，學(xué)習(xí)效率相對(duì)低下[2]。應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)會(huì)變得更加直觀，學(xué)生進(jìn)行自主探究也會(huì)更便捷。

以電解的教學(xué)為例，電解是高中化學(xué)中比較重要的知識(shí)概念，強(qiáng)電解質(zhì)和弱電解質(zhì)最主要區(qū)別是已溶解于水的電解質(zhì)電離是否完全。電解的教學(xué)是化學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)，如果教師在教學(xué)時(shí)完全根據(jù)教材進(jìn)行講解，而不演示直觀的電解實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)影響電解的因素的理解會(huì)不夠深入，教學(xué)效果不佳。然而電解的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，直接展示電解實(shí)驗(yàn)，效果也有限。應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以利用傳感器對(duì)實(shí)驗(yàn)中的乙酸溶液的pH值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)以圖表的形式展示出來(lái)，由此學(xué)生可以更加直觀地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。由此可見(jiàn)，合理應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以有效優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提升教學(xué)效率，突破教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（二）引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)

將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與信息技術(shù)結(jié)合，可以讓實(shí)驗(yàn)變得內(nèi)容更加豐富、方式更加靈活。當(dāng)然，在此基礎(chǔ)上，教師還需要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)探究問(wèn)題的答案，讓學(xué)生在觀察、實(shí)踐的基礎(chǔ)上，不斷提升自身實(shí)踐操作能力，積極分析影響實(shí)驗(yàn)的因素，通過(guò)探究得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論[3]。

以化學(xué)反應(yīng)速度的教學(xué)為例，教師可以在教授該內(nèi)容時(shí)應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，學(xué)生可以自行運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在此過(guò)程中，學(xué)生的分析、交流、討論以及實(shí)踐操作能力都會(huì)得到提升，學(xué)生還會(huì)逐漸形成探究知識(shí)和交流協(xié)作的習(xí)慣。

（三）培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力

一些教師應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)，沒(méi)有注重讓學(xué)生自行進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，只是為了驗(yàn)證教材理論，幫助學(xué)生理解化學(xué)原理和化學(xué)知識(shí)概念，雖然這樣做可以在一定程度上提升教學(xué)效果，但是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的作用并沒(méi)有被充分發(fā)揮出來(lái)，學(xué)生的實(shí)踐能力也被忽視了，這樣不利于學(xué)生綜合能力的提升，同時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也會(huì)受到影響[4]。因此，在應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師要注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，讓學(xué)生深度參與實(shí)驗(yàn)探究，得到相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并在對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理、分析過(guò)程中，通過(guò)討論得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。由此，教學(xué)活動(dòng)會(huì)變得更加生動(dòng)有趣，學(xué)生也能夠在實(shí)驗(yàn)課堂中提升自己的實(shí)踐操作能力。

五、在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的例子

在高中化學(xué)教學(xué)中合理應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以提升化學(xué)教學(xué)效果。下文以Fe3+水解的教學(xué)為例，介紹在化學(xué)教學(xué)中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的具體應(yīng)用。

Fe3+水解是高中階段化學(xué)學(xué)科的重要知識(shí)內(nèi)容，探究Fe3+水解的影響因素時(shí)，教師常開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生更加直觀地觀察、理解影響水解平衡的因素。本次數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是根據(jù)化學(xué)方程式Fe3++3 H2OFe（OH）+3 H+設(shè)計(jì)的，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)教師利用色溫傳感器檢測(cè)FeCl3溶液的吸光度，判斷影響水解的因素，并觀察在反應(yīng)過(guò)程中溫度、反應(yīng)物及生成物濃度的變化對(duì)水解的影響。該實(shí)驗(yàn)需要的實(shí)驗(yàn)藥品和器材有：HCl溶液與FeCl3溶液，其中FeCl3溶液濃度為0.5 moL/L，色溫傳感器、100 mL的燒杯、溫度計(jì)、量筒、比色皿、滴管、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等。

（一）溫度對(duì)FeCl溶液水解的影響

教師先連接好實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)置好采樣率，隨后將適量的FeCl3溶液置于比色皿中，再將比色皿放入傳感器中，設(shè)置初始溫度為20 ℃。接下來(lái)觀察初始溫度下溶液吸光度的變化，并記錄下來(lái)。然后對(duì)溶液進(jìn)行加熱，繼續(xù)記錄30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃時(shí)溶液的吸光度變化。

由此實(shí)驗(yàn)可以得出，在保持20 ℃的情況下，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，溶液的吸光度會(huì)逐漸降低;對(duì)溶液進(jìn)行加熱后，隨著溶液溫度的上升，溶液吸光度不斷增加。

（二）反應(yīng)物濃度對(duì)FeCl溶液水解的影響

準(zhǔn)備4個(gè)100 mL燒杯并編號(hào)，倒入等量FeCl3溶液，然后分別將3個(gè)燒杯中的FeCl3溶液稀釋到0.25 mol/ L、0.01 mol/ L、0.05 mol/ L，由此形成對(duì)照組。接下來(lái)，分別取4個(gè)燒杯中的適量溶液放入比色皿中，用傳感器對(duì)4個(gè)燒杯中的溶液的吸光度進(jìn)行檢測(cè)。

由此實(shí)驗(yàn)可以得出，隨著反應(yīng)物濃度降低，溶液的吸光度逐漸減小，溶液顏色逐漸變淺。

（三）生成物濃度對(duì)FeCl溶液水解的影響

準(zhǔn)備5個(gè)100 mL燒杯并編號(hào)，在這5個(gè)燒杯中倒入20 mL的0.5 mol/ L的FeCl3溶液，然后分別滴入0、1、2、3、4滴HCl溶液，等待一段時(shí)間后，取燒杯中的適量溶液放入比色皿，用傳感器對(duì)5個(gè)燒杯中的溶液的吸光度進(jìn)行檢測(cè)。

由此實(shí)驗(yàn)可以得出，隨著溶液中HCl濃度的提高，F(xiàn)eCl3水解生成物的濃度下降，溶液的吸光度逐漸降低，溶液顏色逐漸變淺。

（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)以上三組對(duì)照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生可以較為直觀地得到如下結(jié)論：Fe3+水解受到溫度、反應(yīng)物與生成物溶度的影響，溫度的升高會(huì)促進(jìn)溶液水解，反應(yīng)物濃度升高和生成物濃度降低也會(huì)促進(jìn)溶液水解。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高中化學(xué)教學(xué)中合理應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以提升教學(xué)效果，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，確保化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性，讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)突破時(shí)間和空間限制。要合理應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，教師需要具備良好的教學(xué)意識(shí)，掌握豐富的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段，落實(shí)教學(xué)資源共享。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)突破教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)部分，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行探究，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，讓學(xué)生更加直觀地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論印象更加深刻。

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