初中化學數字化實驗校本化研究初探

司璐璐 朱紛

摘?要：數字化實驗已經越來越多地出現在化學學習中，文中從學生適應信息化社會、突破初中化學教學中的重難點以及數字化校本課程開設等三個方面，探討了數字化實驗在校本化研究中的案例，思考了數字化實驗的校本化研究給學習所帶來的變化與意義。

關鍵詞：數字化實驗;初中化學;校本化研究;研究性學習

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗是學習化學的一條重要途徑。當代社會處于大數據時代，信息技術與學科課程整合已經成為當前國際基礎教育改革的趨勢與潮流。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中就指出：信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視。2011版課標在教學建議中強調了“教師尤其要注重有效發揮現代信息技術的作用”的要求。一些版本的教材和近幾年南京市中考試卷中均出現了數字化實驗的內容。數字化實驗將定性實驗變為定量實驗，通過多媒體交互系統收集數據、處理數據并描繪圖線，對于一些復雜精確的數據處理更為高效和便捷;更重要的是能夠面向全體學生，數字化實驗讓學生更加關注實驗及其變化過程和結果分析，為完成學習方式的改變與多樣化，學生的自主探究鉆研，師生的廣泛體驗、合作和交流提供了大量時間。使得課堂學習更加的多元化，學生的思維更加活躍，也提高了學生模型認知能力和科學探究意識。

一、 數字化實驗有利于學生適應社會、提高綜合素質

當代學生從出生起便接觸到數字化工具，互聯網、手機、微信、QQ等已成為他們生活中必不可少的東西，根據時代的發展，在初中化學教學中必然會引入數字化實驗，這是時代的產物。數字化實驗本身便是一個較為前沿的科學技術，通過它可以有效地將信息技術與傳統實驗課程進行整合。它是以真實實驗為基礎，通過各種傳感器替代部分傳統的儀表，將實驗數據采集之后交由計算機分析處理，能夠更加清晰、明確地展示實驗現象，揭示實驗規律的實驗手段。從實驗組成結構來看，數字化實驗包括數字化傳感器（圖1）、數據采集器（圖2）、計算機和實驗軟件包四個部分。

在實驗的過程中，學生要學會計算機的操作、學會對計算機模擬圖像的認知和處理，要學會使用傳感器等新技術，現在很多數字化實驗儀器的采集器還配有液晶顯示屏，傳感器所采集的實驗數據，可以直接在顯示屏上顯示，實時進行實驗數據分析，得出實驗結論。所以通過數字化實驗，不僅可以讓學生提高對信息的處理能力，提高對數據的處理能力，提高問題的提出與解決能力，也能讓學生更多地接觸到科學與技術，提高對新技術的接受與使用能力，從而提高學生的科學素養，提高對信息社會的適應能力。

二、 數字化實驗有利于突破實驗教學中的重難點

初中階段常用的傳感器有：濁度計、滴數計、pH、二氧化碳、氧氣、溶解氧、氣壓、溫度、高溫傳感器、電導率、溶液中的離子等一系列傳感器。通過這些傳感器，可以完成很多初中階段的化學實驗，如氧氣、二氧化碳等氣體制備和性質的實驗，酸堿鹽性質的實驗等。

借助于數字化實驗儀器，可以及時生成實驗數據并轉化成圖表，這可以將原本學生不易理解的一些微觀的變化或是無明顯現象的實驗，轉化為具體直觀的圖像。

例如我們在酸堿鹽的復習中，經常會做到碳酸鈉溶液與鹽酸反應的問題。當我們將碳酸鈉溶液加入鹽酸中可能不會立刻出現氣泡，其原因是在碳酸鈉溶液中滴加少量稀鹽酸時，首先生成的是碳酸氫鈉和氯化鈉，此時并沒有二氧化碳氣體生成，只有在碳酸氫鈉再和稀鹽酸反應時，才會產生二氧化碳，這時才能看到溶液中有氣泡產生。對于這個反應的原理，如果通過數字化實驗將實驗中pH和二氧化碳體積進行比較，更易于學生去理解。

課題組今年的酸堿鹽復習課中，便運用了數字化實驗完成了對該實驗的分析，起到了較好的效果（圖3）。

通過圖3的對比，可以發現當pH下降時，并沒有氣體產生，說明反應已經發生但未產生二氧化碳。當pH第二次下降時，才出現了二氧化碳氣體。這充分說明反應是分兩個階段進行的，通過直觀的數據，學生能夠更好地認識碳酸鈉溶液與稀鹽酸反應的實質，對解決教學難點起到了很好的促進作用，有利于學生更好地理解化學變化的實質。

此外不易觀察到的現象，如溶液中離子間的反應、無色氣體的濃度變化等，均可借助數字化傳感器以及實驗中的數據處理軟件，通過圖像圖表的形式顯示在顯示器上，讓學生直觀看到實驗結果，使晦澀難懂的化學原理很容易的接受，這樣就可以快速突破難點，實現教學目標。

三、 開設數字化實驗校本課程，拓展學生學習內容

數字化實驗具有直觀性、快捷性等特點。有的實驗原本需要較長時間才能觀察到現象，通過數字化實驗儀器，可以在較短時間內甚至立刻觀察到現象，且通過數據圖表的展現，變得更加直觀，這樣有利于初中學生對化學實驗的探究。課題組在學生中開設了《水火傳奇》校本課程，在校本課程中讓學生研究不同的催化劑對化學反應速率的影響、水果電池、濃硫酸的吸水性、酸雨的測定、暖寶寶中鐵粉與氧氣的反應、水質的測定等（圖4、圖5），將化學學習由課堂拓展到課外、由書本延伸到生活中，培養學生發現問題、解決問題的能力。

通過校本課程所開設的研究性學習，使得學生的學習內容更加豐富和多元化，不僅解決生活的化學問題，更使學生拓寬了視野，提高對知識的運用能力。使學生開展真正意義上的探究成為可能，從而達到提高學生的科學探究與創新意識，培養他們科學態度和社會責任意識。

通過對數字化實驗的校本化研究，使初中化學實驗從定性分析到定量研究，讓抽象概念轉化為直觀圖像，讓化學學習拓展延伸，這不僅是教學的進步，也是為學生學習提供了更好的平臺和技術支持，為學生的終身學習奠定了良好的基礎。

參考文獻：

[1]唐曉君，路瑩，劉娜，等.協同創新共建共享精品資源共享課機制的研究與實踐[J].教學研究，2015（3）.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2011：27.

[3]孫宏根.芻議中學數字化實驗室建設[J].中國教育技術裝備，2011（2）.

[4]朱紛.初中化學學業評價與質量分析的研究[M].南京：江蘇美術出版社，2012.

[5]楊劍春.課程標準的教學解析和實施建議[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

作者簡介：司璐璐，江蘇省南京市，南京市科利華中學;朱紛，江蘇省南京市，江蘇省教學研究室。