“雙新”背景下高中化學數字化實驗教學實踐

數字化實驗不僅具有可量化、動態曲線等特點，而且具有同步錄像、遠距離傳輸、反復播放等優勢，能夠為學生開展化學研究創造良好的環境。在新課程、新教材的背景下，高中化學教師應當積極探索新的教學方式，為學生化學核心素養的成長創造良好的條件。化學是一門以實驗為基礎的科學課程，因此教師要重視對化學數字化實驗的研究，為高中化學教育改革的良性發展注入活力。當前，隨著數字化教學改革的深入落實，化學數字化實驗受到了廣泛關注，而從實際情況來看，實施效果遠沒有達到“雙新”要求，需要引起教師重視。

一、“雙新”背景下高中化學數字化實驗的實施意義

（一）豐富探究經歷，促進能力進階

在以往的高中化學實驗教學中，由于實驗難度較大、實驗材料不充足等原因，學生獲得的科學探究經歷較為匱乏，無法真正理解實驗思想以及實驗技能的使用方式，給學生實驗設計能力、操作能力、分析能力等綜合能力的發展帶來了極大限制。而借助數字化實驗的展開，則能夠極大降低化學實驗操作難度和危險性，讓學生在有限的資源輔助下獲得充實的科學探究經歷，為化學探究能力的發展創造良好的環境。同時，數字手段的使用能夠使學生的創新思維獲得發展，讓學生更好地體會科技發展的價值，增強學生參與科學探究的動機。

（二）滿足個性需求，挖掘學習潛能

數字化實驗操作方式更簡便，并且強調學生之間的交流討論，能夠有效改變學生被動學習的狀態，讓每一位學生都可以按照自己的思想展開討論，增強了學生在教學活動中的自主性，挖掘出學生的學習潛能。

（三）激發實驗興趣，增強參與動機

興趣是發展學生學科素養的重要因素，在以往的高中化學實驗教學中，學生大多只能按照固定的步驟進行操作，缺乏科學探究體驗，對化學知識的探索興趣也不強烈。而借助數字化實驗的使用，則可以為學生創造開放的探索空間，促使學生積極猜想、設計、驗證和討論，讓學生真正體會到化學探究的樂趣，激發學生對化學實驗探究的興趣。

二、“雙新”背景下高中化學數字化實驗中存在的不足

在新課標、新教材背景下，高中化學數字化實驗教學要關注學生學科素養的發展，讓學生在數字手段的支持下經歷科學探究的完整過程，進而提升綜合素質。而當前的教學中還存在以下問題：

一是教師采取的教學方式比較單一。當前，部分教師仍然受應試教育思想的影響，在數字化實驗教學中不關注學生對化學現象的深入探究，將教學目標限制在學生對學科知識和技能的記憶上，采取的教學方式仍然以講授為主，較少組織學生展開設計實驗、交流討論、成果遷移等活動，導致學生的探究體驗不理想，沒有充分發揮數字化實驗的育人價值。

二是采用的數字化實驗教學內容缺少與學生生活之間的關聯。為了增強學生解決問題的動機，促使學生積極主動地參與到數字化實驗中來，教師有必要加強實驗教學與學生現實生活之間的關聯，促使學生結合自己的生活經驗展開觀察、猜想等探究活動。而在實際教學中，教師選取的教學內容大多缺乏與學生生活之間的關聯，導致學生難以產生積極的探究興趣。

三、“雙新”背景下高中化學數字化實驗策略

（一）重視情境創設，增強探究意識

化學數字化實驗的目的是讓學生在科學探究中了解知識、掌握技能、提升能力，實現學科素養的發展。因此，教師要創設有助于學生自主學習的教學環境，讓學生主動地參與科學探究，對如何使用數字技術解決問題產生思考。情境創設的方式能夠有效增強教學內容與學生現實生活之間的關聯，促使學生產生多角度思考，有助于數字化實驗教學的深入開展。

例如，教師組織學生開展主題為“火焰的溫度究竟有多高”數字化實驗探究活動，本次數字化實驗的目的是幫助學生熟悉實驗室中常見的加熱裝置，增強學生的科學探究意識。為了激發學生的探究興趣，教師使用了情境創設方式，向學生提出問題：“在實驗室進行化學實驗時，經常會使用加熱裝置。今天，小明正在實驗室進行實驗，老師要求他蒸餾出沸點在150°左右的餾分，但是小明不知道應該如何做，大家知道這個問題怎樣解決嗎？”從情境出發，引導學生分析實驗室中常用的加熱裝置，學生可以發現一共有三種經常用到的加熱裝置，分別是蠟燭、酒精燈以及酒精噴燈，因此提出要驗證的內容：探索三種加熱裝置哪一種火焰溫度更高。如此，借助情境創設，能夠讓學生體會到解決問題的必要性，促使學生基于自己的生活經驗展開思考，有助于學生深入參與數字化實驗。

又如，教師組織學生展開主題為“制備‘嬌氣’的氫氧化鋁”數字化實驗活動，為了使學生帶著興趣參與實驗探究，教師使用小故事創設情境，讓學生知道氫氧化鋁是一種十分“嬌氣”的物質，無法在很多環境下獨立存在，從而引發學生好奇心，引導學生對氫氧化鋁的性質是什么、如何制備氫氧化鋁產生思考，為學生的數字化實驗參與奠定良好的基礎。

在創設情境的過程中，教師在激發學生興趣的同時要重視啟發學生思維，讓學生能夠將自己的科學探究經驗、生活經驗與新的問題關聯在一起，進而獲得更好的情境創設效果。

（二）鼓勵自主設計，鍛煉實驗技能

在“雙新”背景下，教師應建立以學生為中心的教育思想，關注學生自身潛能的釋放。因此，在數字化實驗教學中，教師可以組織學生開展自主設計實驗方案的活動，讓學生學會綜合運用自己掌握的實驗探究方法，鍛煉學生的實驗技能。在這一過程中，教師應積極引導學生之間交流合作，碰撞出思維的火花，使創新思維獲得發展。

例如，在主題為“美麗的噴泉”數字化實驗教學中，學生需要利用氨氣易溶于水的性質制作美麗的噴泉，在這一過程中要用到壓強傳感器。為了提升學生的科學探究素養，教師組織學生開展自主設計實驗方案的活動。

首先，教師將學生分成幾個小組，向學生介紹實驗目標：使用壓力傳感器，利用氨氣的性質來制作美麗的噴泉。

其次，為了打開學生思維，教師讓學生在班級內自由討論，說出自己的看法。在這一過程中，由于學生還沒有經歷解決問題的過程，因此給出的思路大多實用性較低，但是通過這樣的討論，有助于學生形成樂于實踐的意識，助力學生科學素養的發展。

再次，在學生有了初步認識后，教師再讓學生在小組內交流討論，對以下問題進行深入探索：氨氣的哪些性質可以用于噴泉制作？壓強傳感器在本次實驗中的作用是什么？需要用到哪些實驗器材？實驗過程中需要注意的問題是什么？學生需要對這些問題進行深入討論，并基于討論結果制作一份具有可操作性的實驗方案。

最后，教師引導學生展示設計的實驗方案，讓全班學生共同進行深入討論，最終明確了實驗方案：第一，確定實驗原理，需要用到氨氣易溶于水的性質，燒瓶內的氨氣溶于水之后會與外界的大氣產生大氣壓，將水擠到燒瓶中，從而形成噴泉；第二，確定實驗中需要使用的素材，包括壓強傳感器、數據采集器、圓底燒瓶等；第三，確定實驗操作步驟，一是組裝實驗裝置，將適合的藥品放入裝置中，二是使用壓強傳感器和數據采集器收集數據，觀察壓強的變化，將微觀現象與宏觀現象聯系在一起。

如此，讓學生自主探索數字化實驗方案，能夠有效改善學生被動的學習狀態，鍛煉學生的科學探究能力，加深學生對實驗過程的認識，激發學生對實驗的興趣，促進學生綜合素質的提升。

（三）親身經歷探究，促進能力發展

“雙新”背景下，高中化學教師要為學生創造充足的自主發展空間，因此在數字化實驗教學中，教師要注重引導學生親身經歷完整的科學探究過程，讓學生正確理解實驗中涉及的思想以及需要注意的事項，有效發展學生的分析能力和觀察能力。在這一過程中，教師應起到引導作用，基于學生科學探究的需要，適當地為學生提供學習支架，幫助其更好地參與到科學探究中去。

例如，教師引導學生使用數字化技術探索析氫腐蝕和吸氧腐蝕的臨界pH值，讓學生對電化學腐蝕的實質形成更深刻的認識。在本次數字化實驗教學中，主要用到了PH傳感器、氣體壓力傳感器、氧氣傳感器等數字手段，需要用到的實驗試劑包括鐵粉、碳粉等。為了讓學生獲得更充實的實驗探究經歷，教師將學生分成幾個小組，為其提供充足的實驗工具以及學習任務單，讓學生按照以下方式展開實驗探究：

一是展開小組內交流討論，分析實驗原理，制作更完善的學習任務單。在本次實驗中，主要運用了金屬的電化學腐蝕相關原理，需要學生將電化學與壓強等知識相關聯，對科學現象進行全面分析。

二是給予學生充足的時間進行實踐探索，讓學生經歷完整的實驗探究過程。在探究中，學生需要使用高純鐵粉和碳粉的混合物來代替鐵釘，將準備好的實驗材料放入酸性體系中，模擬金屬受到腐蝕的場景，在這一過程中不斷向裝置中滴加堿性溶液，從而調節電解質的酸堿性，要使用各種傳感器以及數據采集器來收集信息，連續測定。

三是在學生有了充足的實踐體驗之后，教師引導學生展開交流討論活動，讓學生對析氫腐蝕和吸氧腐蝕交替發生的臨界pH值進行分析，進一步思考其中的科學原理。

總之，教師要注重改變以往教學中過于強調知識灌輸的教學方式，為學生創造充足的自主探索空間，讓學生親身經歷從提出問題到解決問題的完整過程，進而充分鍛煉學生的能力，提升學生的化學學科素養。

（四）加強實驗歸納，完善邏輯認識

在數字化實驗中，由于學生獲取信息、科學探究的方式更加便利，導致一部分學生容易產生惰性心理，無法較好地理解結論生成的過程，為學生科學素養的發展帶來了阻礙。因此教師要注重培養學生良好的化學學習態度，強化學生的科學探究意識，讓學生養成追根究底的科學探究習慣。在學生獲得充足的實驗探究體驗之后，教師要重視學生對實驗現象的歸納總結，鼓勵學生從多個角度分享自己的發現，在大膽質疑、主動分享中對科學現象形成更加完整的認識，獲得更好的科學探究體驗。

一方面，在學生開展實驗探究的過程中，教師要重視對學生實驗過程的觀察，深入挖掘課堂生成性資源。高中生的科學探究能力還不完善，在數字化實驗中會出現較多錯誤，包括對數據的處理不到位、使用的材料不合理、態度不專注等。因此教師要重視起對學生的觀察，發現學生在學習中存在的問題，之后對學生進行必要引導，幫助學生完善認識。

例如，在“為何雙氧水擦拭傷口時反應更加劇烈”這一數字化實驗教學中，教師通過對學生的觀察，發現部分學生存在照搬學習任務單結論、缺乏自己見解的問題，因此使用提問的方式引導學生回顧科學探究過程，讓學生認識到自己的問題，學會用科學的方法獲取知識，改變學生死記硬背的學習方式。

另一方面，教師要注重營造開放的學習氛圍，鼓勵學生質疑。在學生完成科學探究之后，教師要注重及時引導學生分享自己的收獲，并鼓勵學生發表自己的觀點。針對學生的質疑，教師要鼓勵學生之間相互幫助，共同解決問題，從而促使學生在思維碰撞中對實驗過程和實驗結論產生更加深刻的認識。

此外，教師在數字化實驗教學之前應當做好教學預設，加強對學生學情的分析，深入了解學生的認知規律，從而在教學中給予學生更具有針對性的指導，促使學生獲得完善的數字化實驗探究體驗。同時，教師要善于使用過程性評價的方式強化學生的學習態度，讓學生積極參與到實驗分析中來。

四、結語

在高中化學教學中開展數字化實驗教學活動，符合“雙新”教育思想，有助于學生對化學現象的深入探索，加深學生對化學本質的認識，促進學生化學觀念、科學探究、科學態度等素養的發展，實現核心素養育人目標，從而提升高中化學教學質量。因此，教師要重視對數字化實驗教學的開發利用，解決傳統實驗教學中效率低、學生參與度不高等問題，讓學生在數字化實驗的積極參與中完成對化學知識的有效構建，提升高中化學教學質量，促進學生化學綜合素養的發展。

（宋行軍）