數字化實驗譜寫精彩，合作性學習引領成功

袁 園

（江蘇省溧陽市光華高級中學，江蘇 溧陽）

教育信息化已經成為現代教育的必然發展趨勢，在數字化環境下進行授課已成為現代課堂的流行模式。在高中化學教學過程中，若是能以小組合作的形式，借助先進的數字化實驗技術，引導學生從問題和假設出發，在合作中進行探究，在探究中學會合作，則能更好地培養學生的交際能力、觀察、數據分析處理能力、理性思維能力以及實事求是、嚴肅認真的科學態度，從而全面提高學生的科學素養。

目前化學實驗教學的現狀大多是為了一個結論，或者是對某些物質性質進行驗證。學生邊觀看老師演示，邊記實驗結論。即便學生有動手操作的機會，也是在老師給定步驟的前提下進行，缺少獨立思考和合作探究。基于小組合作的數字化實驗注重在學生合作學習的氛圍中進行實驗操作，數字化實驗性能穩定，測定快速直觀，結果準確。

一、高中化學數字化實驗包含的要點

高中化學數字化實驗系統由系統軟件、數據采集器、傳感器組成，配備的傳感器可以檢測溫度、壓強、電流、電壓、pH、電導率等物理量，支持對相關化學反應的監測。

該系統可以將化學反應和現象的本質轉化為可監測的信號，從而幫助學生更深入地認識化學現象和反應的本質規律。它可以將一些定性實驗設計成定量實驗，幫助學生從關注現象上升到關注實質。該系統尤其能對化學概念原理的課堂教學、研究性學習起到有效的輔助作用，對培養學生良好的化學學科素養具有明顯的推動作用。

高中化學數字化實驗對學生探究活動有很大的影響。數字化實驗的使用，能拓展探究問題的深度和廣度，能豐富探究方案的選擇，能使解釋與結論更加真實有效，能使反思與評價更加客觀。

二、基于小組合作的數字實驗的特點

在小組合作學習的形式上，利用數字化實驗，開展高中化學數字化實驗探究，融合了合作交流、實驗操作、信息處理等元素。師生、生生之間既可以面對面交流，也可以借助數字化實驗共享資源與學習成果。成員之間互相幫助，共同進步，培養了學生自主探究、團隊合作、觀察思考、信息素養、高級思維能力等綜合能力。

例如，蘇教版選修四對于化學平衡移動的因素探討時，濃度和溫度都有課本實驗，而壓強這個因素就沒有設計實驗，教師在此塊內容教學時，可以將學生分成若干學習小組，通過壓縮裝有NO2氣體的注射器，根據氣體顏色的變化，提出探究問題：增大壓強，化學平衡向哪個方向移動？如何能檢測出這種移動？組織學生小組交流討論，這時再水到渠成地提出要表述體系中紅棕色的NO2的濃度，可以使用色度傳感器檢測不同壓強下反應體系的吸光度。以小組交流合作的形式，借助數字化實驗，學生能夠更精確、直觀地感受到壓強變化對于化學平衡移動的影響。

三、數字化實驗對比傳統實驗的優點

傳統的強弱電解質導電能力的差異實驗，是配制相同濃度的溶液分別裝在小燒杯中，用電極插入溶液形成導電裝置，根據導電裝置中小燈泡的明暗程度說明電解質的強弱。這樣做是不精確的，當明暗程度差不多時，肉眼分辨不出。而且燈泡亮和暗是相對的，不能說明亮就一定是完全電離。

傳統的離子反應，一般會根據肉眼能看見的現象，比如設計生成沉淀、氣體等反應，采用試管中溶液滴加的方式，說明發生了離子反應。學生只是從宏觀上看見了反應的發生，并不能透過現象分析本質，也不能從微觀角度解釋分析。

若在“離子反應”的教學中，以小組合作的形式，使用數字化實驗，將能幫助學生充分理解強弱電解質的區別、離子反應的本質，將能對化學概念教學進行科學的解釋和結論，將傳統的定性實驗轉化為定量實驗，學生就能從關注現象上升至關注本質。

“強弱電解質”探究過程大致如下：

1.學生操作：測定不同濃度的同種電解質的電導率。測定0.2mol/L鹽酸的電導率，稀釋一倍、兩倍，再分別測電導率。

2.學生推理：同種電解質，濃度越大，離子濃度越大，導電性越強。

3.學生操作：測定同濃度的不同種電解質的電導率。分別測定 0.2mol/LHCl、NaOH、CH3COOH、NH·3H2O 電導率。

4.學生推理：同濃度的不同種電解質中的離子濃度不同，即電離能力不同。

“離子反應本質及發生條件”探究過程大致如下：

1.學生合作：緩緩地往0.1mol/L的醋酸中注入0.1mol/L氨水，測定并自動繪制該過程中電導率的變化曲線。

2.學生實驗：緩緩地往0.1mol/LBa（OH）2溶液中注入0.1mol/L的H2SO4溶液，觀察現象，測定并自動繪制該過程的電導率變化曲線。

3.學生交流：曲線展示了整個變化過程的幾個階段？曲線中的哪段變化能表示電解質溶液發生了離子反應？說明離子反應的本質特征是什么？

4.學生反思：圖形中上升段和下降段之后的變化又能說明什么問題呢？（離子濃度的改變）

5.學生思考：什么原因導致反應前后離子濃度的改變？

6.學生分享：嘗試用化學符號表示出電解質在反應前后的真實情況。

在高中化學課堂教學中巧妙設計數字化實驗探究，將數字化與課堂內的合作學習合二為一，互助互補，為提高課堂的有效性提供了有力的基礎和保障。合理使用數字化實驗，可以成為化學實驗教學的一種十分有用的輔助手段。如何進一步創造性地使這一工具充分發揮它的作用，我們還將繼續研究和探索。