數字化實驗在高中化學反應原理教學中的實踐研究

（貴州省雷山民族中學貴州 551700）

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.21.050

Practical Research on Digital Experiment in Teaching Chemical Reaction Principles in High School

Taking the determination of neutralization reaction heat as an example

YANG Jianming

（LeishanEthnic Middle School， Qiandongnan， Guizhou

AbstractWith theadvancementofeducational informatization，highschoolchemistryexperimental teaching faces the need for innovation.This paper focuses on theapplication ofdigital experiments inthe teaching of highschoolchemistry reaction principles，conducting a practical study exemplified bythe determination of neutralization reaction heat.It expounds on the advantages of digital technology in experimental teaching，such as real-time monitoring，visual representation，andhighprecision.Thepaperalsodetailsdigitalpracticestrategies，includingtheadaptationofexperimental instruments and reagents， pre-experiment preparations， operation specifications，data processing，and teaching interactions.The study shows that digital experiments effectively enhance the efectiveness of experimental teaching， assist students inunderstandingabstractchemicalconcepts，andcultivate theirscientific inquiryandanalyticalabilities， providing new paths and methods for the reform of high school chemistry experimental teaching.

Keywordsdigital experiments; high school chemistry; reaction principles; neutralization reaction heat

高中化學作為一門以實驗為基礎的學科，化學反應原理部分的教學對于學生構建化學知識體系、理解化學本質具有關鍵作用。傳統實驗教學在反應過程監測、抽象概念呈現及數據準確性方面存在局限，難以滿足學生對知識深入探究的需求。數字化技術的興起為高中化學實驗教學帶來新契機，其在實驗數據采集、處理與呈現方式上的變革，有望突破傳統教學瓶頸，提升化學反應原理教學的質量。

1數字化技術對高中化學實驗教學的賦能

1.1實時性：動態追蹤實驗進程

在傳統實驗中，學生往往難以精準捕捉反應過程中的細微變化，而數字化實驗設備能夠實時記錄實驗數據。例如，在酸堿中和滴定實驗里，傳感器可實時采集溶液的pH值，數據同步傳輸至電腦并繪制成曲線。學生通過觀察曲線的實時變化，能清晰看到滴定過程中pH值的突變點，準確判斷滴定終點，而不再依賴傳統指示劑顏色變化的模糊判斷。這種實時性使得學生能全程動態追蹤實驗進程，及時發現實驗中的異常情況，如反應速率的突然變化等，從而深入探究背后的化學原理，培養敏銳的觀察力與問題分析能力]。

1.2可視化：具象呈現抽象概念

高中化學涉及諸多抽象概念，傳統實驗難以將其直觀展現。數字化技術通過可視化手段，將微觀世界與復雜的反應機理直觀呈現給學生。以化學平衡移動實驗為例，借助數字化模擬軟件，學生能看到不同條件下反應物和生成物分子的動態變化。溫度升高時，分子運動加劇，反應向吸熱方向進行的過程以動畫形式清晰呈現；壓強改變時，氣體分子間距離變化以及平衡移動的方向一目了然[。在電解池實驗中，利用數字化設備可將電極表面發生的氧化還原反應以可視化圖像展示，學生能直觀看到電子的轉移方向和離子的定向移動，將抽象的電極反應具象化。這種可視化極大地降低學生理解抽象化學概念的難度，幫助學生構建起宏觀現象與微觀本質之間的聯系，促進化學思維的發展。

1.3精準性：提升實驗數據質量

精準的實驗數據是化學實驗的關鍵。傳統實驗方法在數據測量和記錄過程中易受人為因素影響，導致誤差較大。數字化技術憑借高精度的傳感器和先進的數據處理系統，顯著提升實驗的精準性。在中和熱測定實驗中，傳統溫度計測量溫度存在讀數誤差，且難以精確記錄反應過程中的溫度最高點。而數字化溫度傳感器能以極高的精度實時測量反應體系的溫度變化，數據精確到小數點后多位。同時，數據采集器可自動采集并處理數據，快速計算出中和熱，避免人工計算可能出現的錯誤。在物質的量濃度配制實驗中，數字化天平能夠精確測量溶質質量，電子密度計可精準測量溶液體積，確保實驗結果高度準確。這種精準性為學生提供可靠的數據支持，有助于學生基于準確數據進行科學分析和結論推導，培養嚴謹的科學態度。

2中和反應熱測定的數字化實驗實踐策略

2.1實驗儀器與試劑的數字化適配

在中和反應熱測定實驗中，儀器的選擇至關重要。教師應精心挑選精度高的數字化溫度傳感器。這類傳感器需具備極快的響應速度，能夠在極短時間內感知反應體系內溫度的細微變化。比如，當酸堿溶液混合瞬間，溫度急劇升高或降低，高精度溫度傳感器可迅速捕捉到，為后續準確測定反應熱提供關鍵數據[3]。

配套的數據采集器同樣不容忽視。其必須擁有強大的高速數據處理能力，能夠實時接收并處理溫度傳感器傳輸的數據。在實驗過程中，數據傳輸量大且時間緊迫，數據采集器需將傳感器傳來的溫度數據及時分類、整理，確保數據的完整性與準確性，為后續的分析工作筑牢根基。

對于試劑，教師應借助數字化分析儀器嚴格把控酸堿溶液的濃度。常見的酸堿溶液，如鹽酸、氫氧化鈉等，其濃度的精確程度直接影響反應熱測定結果。教師可利用數字化的滴定儀，依據化學反應的計量關系，精確量取溶質并配制溶液，保證每一次實驗酸堿溶液濃度的精準性，為后續準確測定反應熱奠定堅實基礎，確保實驗結果的可靠性與可重復性。

2.2實驗前的數字化準備工作

在中和反應熱測定實驗開展前，教師應積極引導學生運用數字化模擬軟件開啟預實驗環節。學生在操作模擬軟件過程中，能夠以虛擬形式完整再現實驗流程。從實驗儀器的搭建，如量熱器的組裝，到酸堿溶液的量取與配制，每一步操作都能在軟件中模擬進行。在此過程中，軟件會依據預設程序，模擬出不同操作可能引發的結果，幫助學生了解各步驟中潛在的問題，如溶液混合不充分導致反應不完全，或是儀器密封不佳造成熱量散失等情況，并提示相應的解決方法。

同時，學生可充分利用軟件的參數設置功能，對實驗條件進行精細預設。對于酸堿溶液，可調整體積數值，探索不同體積配比下反應熱的變化趨勢；還能精準設定溶液濃度，依據化學計量關系，模擬不同濃度組合對反應熱測定結果的影響，為實際實驗操作參數的確定提供重要參考[4。

此外，教師要充分借助數字化平臺，向學生推送豐富且實用的實驗相關資料。這些資料涵蓋實驗原理的深度剖析，從化學反應的本質層面解釋中和反應熱產生的原因；還有詳細的儀器操作說明，包括數字化溫度傳感器的校準步驟、數據采集器的操作流程等內容，讓學生在實際操作前，在腦海中構建起清晰的操作框架，提前做好知識儲備，為順利開展實驗筑牢根基。

2.3實驗操作中的數字化規范

實驗開始前，學生需仔細檢查溫度傳感器與數據采集器的連接情況。將溫度傳感器插頭平穩插入數據采集器對應接口，確保二者連接穩固。隨后，借助數據采集器的自檢功能，檢查設備是否正常運行。若設備提示異常，學生可以依據手冊排查問題，如查看傳感器是否損壞、接口是否松動等，保障實驗設備處于良好工作狀態。

正式實驗時，學生用量筒精準量取一定體積的酸溶液與堿溶液。準備就緒后，迅速將二者倒入已裝配好溫度傳感器的量熱器中，動作要快且穩，盡量減少熱量在混合過程中的散失。與此同時，學生需立即按下數據采集器的啟動按鈕，使設備即刻開始實時記錄溫度數據。此時，溫度傳感器將反應體系內的溫度變化轉化為電信號，傳輸至數據采集器，后者以秒為單位，快速記錄并生成溫度數據。

在整個反應過程中，學生要時刻密切留意數字化設備屏幕上顯示的溫度變化曲線。學生需依據手冊中的規范曲線特征，判斷實驗操作是否得當。若發現曲線走勢異常，如溫度上升過緩或出現波動，應立即檢查操作環節，看是否存在溶液混合不均勻、量熱器密封不嚴等問題，及時調整操作，避免操作不當導致數據偏差，確保實驗數據的準確性與可靠性。

2.4實驗數據的數字化處理與分析

中和反應熱測定實驗完成后，學生需著手對采集到的溫度數據進行數字化處理與分析。首先，學生將數據采集器中的溫度數據，通過專用數據線或無線傳輸方式，準確導入專業的數據處理軟件。該軟件具備強大的數據識別與整理功能，能迅速對雜亂的原始數據進行分類。

導入數據后，軟件依據內置算法，自動生成精準的\"溫度一時間”曲線。學生仔細觀察曲線走勢，曲線起始段為酸堿溶液初始溫度對應的平穩線段，隨著反應開始，溫度逐漸上升，形成上升曲線。在曲線上升過程中，學生需精準確定反應的最高溫度點。這一最高溫度點對于后續計算中和反應熱至關重要，學生可借助軟件的放大、標注功能，確保定位準確無誤。

確定最高溫度后，學生依據化學反應熱計算公式，如Q mc△T（Q為反應熱， m 為反應體系質量，c為比熱容，△T為溫度變化），結合軟件自帶的計算功能，輸入相應參數，快速得出中和反應熱數值。軟件計算高效且精準，極大減少人工計算可能出現的失誤。

同時，該數據處理軟件還具備完善的誤差分析功能。軟件能依據預設的理論值與實驗所得數據進行比對，自動生成誤差報告。學生依據報告內容，仔細回顧實驗操作過程，查找對應問題。例如，若誤差分析顯示可能存在熱量散失，學生可檢查實驗過程中量熱器的密封情況、攪拌時間是否過長等，從而為優化后續實驗提供有力依據，不斷提升實驗的準確性與科學性。

2.5實驗教學中的數字化互動策略

教師應充分借助功能多樣的數字化教學平臺，有效開展中和反應熱測定實驗的教學活動。

實驗前，教師利用平臺發布預習任務，要求學生通過平臺查閱實驗相關資料，了解實驗目的、原理與大致流程。

學生可在平臺上留言提問，教師及時答疑解惑，提前掃清學生知識障礙，讓學生帶著充分的知識準備進入實驗環節。

在實驗過程中，教師通過平臺實時查看各小組學生的實驗數據。平臺能將學生數據采集器中的數據同步展示，教師一旦發現某小組數據出現異常，比如溫度變化趨勢不符合理論預期，可迅速通過平臺的即時通信功能，與該小組學生取得聯系。教師在線上詳細詢問學生操作步驟，指導學生排查問題，如檢查溫度傳感器是否正確放置、溶液混合是否充分等，確保學生實驗順利推進。

實驗結束后，教師組織學生在平臺上開展小組討論。各小組將實驗結果與心得整理成文檔或簡短報告上傳至平臺討論區。教師此時利用平臺展示優秀實驗案例，從數據準確性、實驗操作規范性、誤差分析合理性等多方面進行講解。引導學生將自己小組的實驗與優秀案例對比，分析差距所在。例如，對比“溫度一時間”曲線的走勢，探討為何有的小組曲線更平滑、數據更精準。通過這樣的對比分析，深化學生對中和反應熱測定實驗的理解，讓學生從不同角度認識實驗的關鍵要點與易錯環節，提升學生的實驗探究與分析能力。

3結語

本研究以中和反應熱測定為例，通過對數字化實驗在高中化學反應原理教學中的實踐探索，明確數字化技術在提升實驗教學效能方面的顯著優勢。從實驗儀器與試劑的數字化適配，到實驗各環節的數字化規范操作與互動，構建一套較為完整的數字化實驗教學策略。學生在這一過程中，不僅對中和反應熱等抽象概念有更深入的理解，實驗探究與問題分析能力也得到鍛煉。然而，數字化實驗在推廣應用中仍面臨技術成本、教師培訓等挑戰。未來研究可進一步拓展數字化實驗在更多化學反應原理教學中的應用，優化教學策略，提升教師信息化教學能力，以推動高中化學實驗教學的持續創新與發展。

參考文獻

[1]姚增鳳.數字化實驗在高中化學教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2024（16）：36-37.

[2] 覃宏.數字化實驗在高中化學教學中的應用研究[J].中學教學參考，2024（32）：75-77.

[3]周春春.基于高中化學核心素養的數字化實驗校本課程的開發與實踐[J].安徽教育科研，2024（35）：74-77.

[4]陳靖明.高中化學數字化實驗在教學中的應用探索[J].家長，2024（30）：76-78.