基于數字教材的初中化學實驗教學實踐研究

廖忠等

［摘 要］隨著信息技術的發展，數字化教學資源在教育領域的應用越來越廣泛。初中化學實驗教學作為培養學生實驗技能和科學素養的重要途徑，亟待探索新的教學模式以適應時代發展的需要。文章通過對比傳統教材實驗教學和數字教材實驗教學，發現數字教材實驗教學在提高學生學習興趣、實驗技能以及科學素養等方面具有顯著優勢。

［關鍵詞］數字教材；實驗教學；初中化學

［中圖分類號］??? G633.8??????????? ［文獻標識碼］??? A????????? ［文章編號］??? 1674-6058（2024）15-0067-03

數字化技術的快速發展使得傳統紙質教材中的內容能夠以數字教材的形式呈現，數字教材具有交互性、動態性、可定制性等特點，這對于提高教學質量和學生學習效果具有重要意義。初中化學實驗是化學學科的重要組成部分，對于培養學生的實驗技能、科學素養和創新能力具有重要作用。然而，傳統的初中化學實驗教學存在一些問題，如實驗材料有限、實驗過程難以控制、實驗結果不準確等，需要采取一種新的教學手段來改進和完善。基于數字教材的初中化學實驗教學實踐研究，正是由此應運而生，它旨在探索一種新的實驗教學手段，解決傳統實驗教學存在的問題，提高實驗教學的效果和質量。

數字教材實驗教學模式具有以下優勢：首先，數字教材可以提供豐富的實驗材料和工具，使得實驗過程更加易于控制和操作。其次，數字教材可以實現實驗結果的實時監測和記錄，提高實驗結果的準確性和可靠性。再次，數字教材可以通過互動和反饋機制，及時發現和解決問題，提高實驗教學的效果和質量。數字教材的廣泛應用將改變傳統的教學模式和手段，使得教學更加生動、形象、有趣，能夠提高學生的學習興趣和積極性、實現教學資源的共享和優化配置、提高教育公平性和普及率。

不同學科的實驗教學存在一定的共性和差異。通過研究和探索基于數字教材的實驗教學的手段和方法，可以為其他學科的實驗教學提供有益的借鑒和參考；同時，還可以促進不同學科之間的交流和合作，推動教育教學的改革和創新。

一、數字教材概況

數字教材，又稱電子教材，是指通過數字化技術將傳統紙質教材轉化為電子形式，可以在電腦、手機等設備上閱讀和學習的教材。數字教材具有以下特點：

1.便攜性。數字教材可以輕松地存儲在電子設備中，這意味著學生可以隨時隨地打開數字教材進行學習。傳統的紙質教材需要占用大量的物理空間來存放，而數字教材則只需占用較小的物理空間。數字教材可以輕松地更新和修改，這使得數字教材能夠保持與時俱進，能夠為學生提供最新的學習內容。數字教材通常配備搜索功能，學生可以快速找到所需的信息和內容。因此，數字教材確實帶來了很多便利，使得學習更加靈活、高效和個性化。

2.互動性。數字教材可以通過交互式設計，實現與學生的互動，提高學習效果。交互式設計可以讓學生在學習過程中更加主動，通過與數字教材的互動，能夠激發學生的學習興趣和動力，提高他們的學習參與度和理解深度。數字教材包含的互動式內容有交互式圖表、動畫、視頻等，這使得學生在學習過程中能夠更加直觀地理解知識，并可以通過互動操作加深對知識的掌握。數字教材可以提供實時反饋，例如通過測試、練習等方式，讓學生在學習過程中及時了解自己對知識的掌握情況，并針對不足之處進行改進。數字教材還可以提供社交互動功能，讓學生在學習過程中能夠與其他學生交流、討論，實現互相幫助、共同進步。

3.多樣性。數字教材可以通過不同的形式和媒介來展現教學內容，如文本、圖片、音頻、視頻等，為學生的學習體驗增加了更多的維度和深度。這些不同的形式和媒介可以相互補充，能為學生提供更加豐富和全面的學習體驗。

4.個性化。數字教材可以根據學生的需求和學習特點，進行個性化的定制和推送。例如，數字教材可以根據學生的學習進度和掌握情況，推送相應的練習題和作業，幫助學生鞏固所學知識；可以根據學生的興趣和特長，推送相關的拓展知識和學習資源，激發學生的學習興趣和動力；可以提供更加靈活的學習方式和更加多樣化的學習資源，學生可以根據自己的時間和地點，隨時隨地進行學習，便于學生更好地理解和掌握知識。

二、基于數字教材的初中化學實驗教學方法

（一）數字教材使用指南

在使用數字教材開展實驗教學之前，學生和教師需要熟悉數字教材的使用方法。

1.下載和安裝數字教材。確保學生已經下載和安裝了正確的數字教材版本，可以在計算機或移動設備上使用。

2.熟悉數字教材界面。幫助學生熟悉數字教材的界面和功能，以便他們能夠快速找到所需的信息。

3.了解數字教材內容。確保學生了解數字教材中的內容，包括實驗目的、原理、步驟、注意事項等。

（二）實驗材料準備

數字教材中包含實驗材料清單和詳細的實驗指導。學生可以根據清單準備所需的材料和工具，包括化學試劑、實驗器材、測量工具等，以確保實驗的順利進行。在準備過程中，學生需要仔細閱讀實驗指導，了解實驗步驟、所需材料和工具以及注意事項。這有助于確保準備工作的準確性和完整性。如果有任何缺失或不足，需要及時補充或調整。

（三）實驗原理指導

使用數字教材開展初中化學實驗教學，有助于學生掌握相應的實驗原理。學生通過觀看數字教材中的實驗操作視頻或動畫，可以更加直觀地了解實驗原理和反應過程，提高實驗的成功率和準確性。

例如，酸堿中和反應是化學學科的核心概念，也是學生在化學學習過程中必須深入理解和掌握的基本知識點。傳統的紙質教材往往難以充分展示酸堿中和反應這一復雜過程的細節和動態變化，而數字教材的出現則為此提供了全新的解決方案。數字教材通過其獨特的信息展示方式，能夠生動地展示酸堿中和反應的全過程。這一過程涉及酸堿分子之間的相互作用、電荷轉移和離子結合等多個環節。數字教材可以利用動畫和三維圖形，將這些微觀層面的變化直觀地呈現出來，從而幫助學生更好地理解酸堿中和反應的本質。

通過數字教材，學生可以清晰地看到分子的三維結構，了解它們各自的性質和功能。例如，酸溶液中通常含有氫離子（H+），而堿溶液中則含有氫氧根離子（OH-），這是它們能夠進行中和反應的基礎。數字教材可以通過動畫展示酸分子和堿分子彼此接近、相互作用并最終形成水和鹽的過程。這種動態展示有助于學生理解反應是如何逐步進行的，以及每一步中分子的變化和相互作用。在酸堿中和反應中，電荷的轉移和離子的結合是關鍵步驟。數字教材通過高亮顯示或特殊標記，幫助學生注意到這些重要的變化，進而深入理解反應的進程和結果。除了展示反應原理，數字教材還提供實驗操作的指導和注意事項。如可以演示如何正確地測量和混合酸堿溶液，以及如何安全地處理實驗過程中產生的廢液。

數字教材通過其直觀、生動的展示方式，極大地提高了學生對化學原理的理解和掌握程度，進而提高他們的學習興趣和積極性。因此，在教學過程中，利用數字教材進行實驗教學是一種非常有效的教學方法。

（四）實驗數據記錄與分析

學生可以通過數字教材中的實驗數據記錄表格或軟件，記錄實驗過程中的數據和現象。在記錄數據時，需要注意數據的準確性和完整性。

例如，酸堿中和反應實驗中的實驗數據記錄如表1所示

學生可以在實驗過程中，按照實驗步驟逐一記錄實驗數據和現象。例如，在配置氫氧化鈉溶液時，記錄氫氧化鈉的質量和水的體積；在酸堿中和反應過程中，記錄滴定管初始體積和終點體積；在測定溶液pH值時，記錄pH值。通過實驗數據記錄表格，學生可以清晰地了解實驗過程中的數據和現象，方便后續的數據處理和分析［1］。

此外，數字教材中還能提供一些實驗數據記錄和分析軟件，學生可以通過這些軟件更加方便地記錄和分析實驗數據。例如，一些軟件可以自動計算滴定反應的體積變化、繪制滴定曲線等，從而幫助學生更好地理解酸堿中和反應的過程和結果。

（五）實驗結果展示與討論

學生可以通過數字教材中的實驗結果展示平臺或軟件，將自己的實驗結果進行展示和分享。同時，教師也可以組織學生進行討論和交流，對實驗結果進行分析和評價，進一步加深學生對實驗原理和過程的理解。

例如，在完成酸堿中和反應實驗后，學生通過數字教材中的實驗結果展示平臺，將自己的實驗數據、圖表、圖像等上傳到平臺上，并對其進行標注和說明。教師可以引導學生在分享實驗結果的同時互相評價彼此的實驗結果。學生可以提出自己的問題和疑惑，與同學、教師進行討論和交流。通過這種方式，學生可以更加深入地理解酸堿中和反應的原理和過程，同時也可以提高自身的溝通能力和批判性思維。此外，教師還可以根據學生的實驗數據和結果，評估學生的實驗技能和科學素養，并根據學生的討論和交流情況，了解學生對實驗原理和過程的理解程度。

（六）實驗誤差分析

誤差分析是評估實驗結果可靠性和準確性的重要手段。學生可以通過數字教材中的誤差分析方法，了解誤差的來源和影響，并掌握相應的誤差分析方法。

例如，當學生發現自己的實驗結果與預期存在一定的偏差時，可以在數字教材中找到關于誤差分析的章節。首先，了解誤差的來源。誤差主要包括系統誤差、隨機誤差和過失誤差［2］。接著，學習如何識別和消除這些誤差的方法。可以通過改進實驗方法、提高儀器設備的精度、控制環境條件等來減小系統誤差；通過多次重復實驗、取平均值等來減小隨機誤差；通過避免人為錯誤、提高操作技能等來避免過失誤差。

在學習過程中，學生還可以通過數字教材中的實例和練習題，加深對誤差分析方法的理解和掌握，學會如何分析實驗數據、找出誤差來源、評估誤差大小，并采取相應的措施減小誤差，進而在后續的化學實驗中更加注重實驗數據的分析和處理，提高實驗結果的準確性和可靠性。

三、研究結果

本研究采用實驗對比法，選取某初中兩個班級作為研究對象，分別采用傳統教材和數字教材開展實驗教學。兩個班級的教學內容、教學進度、教學目標保持一致。在使用傳統教材的實驗教學中，教師通過現場演示和學生實踐的方式進行教學。而在使用數字教材的實驗教學中，教師通過數字教材平臺進行在線教學，學生可以通過電腦或手機等設備進行學習［3］。通過問卷調查、成績對比等方式對兩種教學模式的教學效果進行評估，發現使用數字教材開展實驗教學的班級，在以下方面有突出的優勢。

1.學習興趣方面：數字教材實驗教學在提高學生學習興趣方面具有顯著優勢。學生普遍認為數字教材實驗教學更加生動有趣，能夠激發他們的學習熱情。

2.實驗技能方面：數字教材實驗教學在增強學生實驗技能方面也具有顯著優勢。通過在線學習和實踐操作，學生能夠更加熟練地掌握實驗技能，提高實驗操作水平。

3.科學素養方面：數字教材實驗教學在提升學生科學素養方面也具有顯著優勢。數字教材中的豐富素材和拓展性知識有助于學生更好地理解學科原理，培養科學思維和創新能力。

四、總結與展望

由于數字教材實驗教學比傳統教材實驗教學存在諸多方面的顯著優勢，因此建議在初中化學實驗教學中積極推廣數字教材實驗教學模式，以適應時代發展的需要，提高教學質量和效果。隨著人工智能技術的發展，數字教材可能會更加智能化，能夠根據學生的學習情況和需求進行個性化的推薦和輔導。未來可以進一步探索數字教材教學模式在其他學科中的應用，為教育改革提供更多有益的參考。

［?? 參?? 考?? 文?? 獻?? ］

［1］? 姚彬蓉.數字化轉型時代數字教材的價值意蘊、現實挑戰與優化路徑［J］.教育科學論壇，2023（35）：3-7.

［2］? 鐘麗香.基于數字教材的創新教學模式研究［J］.求知導刊，2023（27）：11-13.

［3］? 林瓊.初中化學教學中趣味化學實驗的應用探析［J］.數理化解題研究，2023（23）：139-141.

（責任編輯??? 羅??? 艷）

［基金項目］本文系廣西教育科學“十四五”規劃2022年度專項課題“基于數字教材的學科教學實踐研究”（課題編號：2022ZJY161）的階段性研究成果。