數(shù)字化實驗提升化學(xué)教學(xué)有效性之初探

潘 健

紹興市上虞區(qū)崧廈中學(xué) 浙江紹興 312000

一、研究背景

當(dāng)今社會的信息技術(shù)日新月異，那么加快實現(xiàn)教育的現(xiàn)代化就顯得更為迫切。化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中有著不可替代的作用。實現(xiàn)高中化學(xué)實驗的信息化是實現(xiàn)化學(xué)教育現(xiàn)代化、建設(shè)學(xué)習(xí)型社會的必由之路。由此，數(shù)字化實驗技術(shù)應(yīng)運而生，它的出現(xiàn)對整個高中化學(xué)實驗教學(xué)的變革產(chǎn)生了深遠的影響。

（一）傳統(tǒng)實驗的弊端

1.教學(xué)方式單一

2.評價方式缺失

（二）數(shù)字化實驗的優(yōu)勢

1.促進核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

2.提高課堂效率

二、數(shù)字化實驗室的建設(shè)

（一）數(shù)字化實驗室的發(fā)展

自1986年美國首次將計算機開發(fā)成為儀器分析的核心平臺，通過傳感器采集數(shù)據(jù)、計算機分析和處理數(shù)據(jù)等手段進行“虛擬儀器分析”以來，各個高校和教育機構(gòu)也逐步開發(fā)適合自己研究的配套軟硬件設(shè)施，慢慢形成了各自的實驗教學(xué)系統(tǒng)。

中國數(shù)字化實驗起步于上世紀(jì)九十年代，興起于新世紀(jì)。上海作為新課改的試點區(qū)，在2002年就組建了上海市中小學(xué)數(shù)字化實驗系統(tǒng)研發(fā)中心，成為了中國首個，也是目前唯一一家專業(yè)的數(shù)字化實驗研發(fā)機構(gòu)。上海教委的嘗試，為數(shù)字化實驗室在全國范圍地鋪開起了個好頭。之后，全國幾十個省份也紛紛建立起數(shù)字化實驗室，并逐步向偏遠農(nóng)村學(xué)校普及。

（二）數(shù)字化實驗室建設(shè)的必要性

2010年我國頒布的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱（2010-2020年）》，其中體現(xiàn)了技術(shù)的作用，以技術(shù)為改革的驅(qū)動力，明確了教育信息化的重要性。在其第十九章中明確提出“加快教育信息化進程”，就包括加快教育信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、加強優(yōu)質(zhì)教育資源開發(fā)與應(yīng)用、構(gòu)建國家教育管理信息系統(tǒng)三個方面內(nèi)容。面對時代的要求，我們要勇挑重擔(dān)。

筆者通過走訪上虞區(qū)內(nèi)多所中小學(xué)校，了解了目前中學(xué)化學(xué)數(shù)字化實驗儀器的配備和使用狀況，了解了教師、學(xué)生在實驗過程中對相應(yīng)儀器設(shè)備的實際需求。

問卷調(diào)查顯示88%的教師認為有必要建設(shè)專門的化學(xué)數(shù)字化實驗室。

（三）數(shù)字化實驗室的一般配置

數(shù)字化實驗室的組建與傳統(tǒng)實驗室不同，除了與傳統(tǒng)實驗室相仿的藥品、儀器等設(shè)備以外，它對多媒體裝備、數(shù)字化實驗裝置的要求很高。

高中階段的化學(xué)實驗主要以物質(zhì)性質(zhì)分析和反應(yīng)原理探究為主，所以在諸多數(shù)字化化學(xué)實驗裝置中尤以各種系列的傳感器最為重要。教師在組建數(shù)字化實驗室時，必須對傳感器精挑細選。

（四）數(shù)字化實驗室建設(shè)的建議

筆者通過查閱數(shù)字化實驗的相關(guān)文獻，結(jié)合學(xué)校實際情況，對普通高中化學(xué)數(shù)字化實驗室的建設(shè)有以下幾點建議：1.中學(xué)階段的實驗主要以驗證物質(zhì)性質(zhì)或探究反應(yīng)原理為主，可以選擇性價比較高國內(nèi)品牌，如勝昔、蘇威爾等；2.高中階段實驗探究以物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)原理為主，常用的傳感器有pH傳感器、電導(dǎo)率傳感器、溫度傳感器、壓強傳感器、色度傳感器等，使用頻率較大的傳感器作為基礎(chǔ)配備，對有些使用率低，保管時效短、存放要求高的傳感器暫時不建議配備，如氣體傳感器、離子傳感器等；3.常用傳感器配備的數(shù)量一般建議教師端 2-3 個/種，學(xué)生端 12-14 個/種，備用 1-2 個/種；4.相比傳統(tǒng)實驗儀器，數(shù)字化實驗的儀器成本高，要求儀器供應(yīng)商在提供儀器的同時，要對教師進行相關(guān)的培訓(xùn)，讓他們了解儀器的使用、維護、原理等方面的知識，并建立長期的聯(lián)系。

三、數(shù)字化實驗技術(shù)的教學(xué)效果

通過信息技術(shù)手段實現(xiàn)對實驗數(shù)據(jù)流的掌控，并對學(xué)生的認知提供有力的支持，是數(shù)字化實驗最為根本的教學(xué)價值。所以筆者選取了 SO2這種學(xué)生們熟悉的無機化合物進行數(shù)字化實驗的探究。

SO2是一種中學(xué)階段常見的無機化合物，其性質(zhì)的介紹出現(xiàn)在蘇教版《必修一》專題4“二氧化硫的性質(zhì)”一節(jié)中，其特殊的理化性質(zhì)使其成為高考中的常客。比如在2015年安徽省理綜第28題中“某研究小組將純凈的 SO2氣體通入0.1mol·L-1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀”，對于該實驗現(xiàn)象，學(xué)生們已基本形成共識，但BaSO4沉淀產(chǎn)生的原理卻眾說紛紜：有人認為是SO2通入溶液中，形成H2SO3溶液，提供H+，使溶液中NO3-表現(xiàn)為強氧化性，進而氧化SO2；也有人認為是溶液中的溶解氧氧化了SO2。學(xué)生們單純地利用所學(xué)的高中化學(xué)知識，很難分析出其真正的反應(yīng)原理，但若能借助數(shù)字化實驗技術(shù)，這個難題就能迎刃而解。

數(shù)字化實驗技術(shù)的不斷推廣，并不是對傳統(tǒng)實驗的否定，而是與時俱進。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為信息技術(shù)與化學(xué)實驗教學(xué)整合的產(chǎn)物，基于傳感器技術(shù)的數(shù)字化實驗注定在未來將不斷升級，與各種教學(xué)大數(shù)據(jù)形成聯(lián)系，構(gòu)成完整數(shù)據(jù)鏈，為高中化學(xué)實驗教學(xué)改革提供有力的支持，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)保駕護航。