基于核心素養的高中化學數字化實驗案例研究

聶小琴

摘 要：在高中階段的化學試驗中，數字化技術的廣泛應用，讓教師可以更加精準而直觀地呈現實驗過程，保障實驗結果的清晰。本文從高中化學數字化實驗的優勢與不足點出發，探討在高中化學數字化實驗中培養學生核心素養的實際案例。

關鍵詞：高中化學;核心素養;教學探究

1.高中化學數字化實驗的實際作用

1.1數字化實驗的顯著優勢

在高中化學實驗教學中，因為一些實驗具備危險性或實驗設施的缺乏，教師為了保證學生的安全只能將實驗取消。而數字化實驗可以有效地解決學生的安全問題，降低了化學實驗潛藏的危險性。另一方面，數字化實驗也能讓學生參與到實驗過程中，不僅可以有效地提升學生的學習興趣，還能讓學生的動手操作能力得到提升，實現學生核心素養的全面發展。

1.2數字化實驗存在的不足

首先，為了更全面的為學生開展數字化實驗，學校需要購買大量的實驗設備，如果學校的經濟情況相對較差，就很容易因為設備不足影響到數字化實驗的實用性。另一方面，隨著教師開展數字化實驗的次數增多，實驗設備會受到一定的影響，高中教師往往很難對實驗設備進行修復，這就影響到了之后實驗的準確性。

2.發展學生的宏觀辨識與微觀探析素養

2.1宏觀辨識與微觀探析素養的內涵

宏觀辨識與微觀探析是高中化學的核心素養之一，要求學生能夠在學習的過程中形成“宏觀”、“微觀”、“符號”三種表征的化學思維方式，理解化學物質的微觀結構，同自己的語言描述物質在一定條件下會發生的化學變化。對于學生來說，微觀表征的塑造和三種不同表征的相互轉換一直都是學生的主要學習難點。這是因為微觀世界具備一定的抽象性且不可見，學生的思維方式也不能滿足對這類知識的高效吸收。而傳統的化學實驗雖然能夠為學生及教師呈現宏觀的物質變化，但卻無法為學生帶來全面的提升。

2.2數字化實驗教學在離子反應實驗中的應用

在現代化的高中化學教學工作中，教師可以借助數字化實驗來完善實驗過程。以離子反應實驗為例，離子的遷移能力可以通過導電率傳感器進行檢測，H+濃度可以通過酸堿值傳感器來進行測定。除此之外，數字化化學實驗還可以通過對即時數據的測量和記錄，幫助學生更加直觀的認識到化學反應的過程，幫助學生建立宏觀與微觀表征之間的聯系，培養學生的宏觀辨識與微觀探析素養。離子反應是高中階段的重要核心之一，可以讓學生從宏觀到微觀，認識到化學反應的變化。教師可以組織一系列的物質在水溶液中的反應實驗，讓學生的微觀思維得到更加實質的培養。

2.3 Ba（OH）2溶液與HCL反應的實驗過程

在傳統的實驗過程中，教師只能通過實驗的宏觀現象讓學生觀察到發生了什么。讓學生發現溶液中的哪部分離子發生了反應，卻不能對那些沒有發生反應的離子狀態進行測定，而數字化實驗則完美的解決了這一問題。例如在Ba（OH）2與HCL發生反應過程中，教師可以先向Ba（OH）2溶液中滴加鹽酸，然后通過導電率傳感器來測試滴加鹽酸前后導電率的實際變化。教師通過實驗發現導電率降低，這就說明溶液中的H+和OH-發生了反應結合成了H2O，當導電率到達最低點時仍然遠大于0，這就說明溶液中依然存在大量的自由離子，這就說明Ba2+ 和CL并沒有發生化學反應。

3.發展學生的證據推理與模型認知素養

3.1證據推理與模型認知素養的內涵

證據推理與模型認知素養也是高中學生必須的基本素養之一，要求學生可以通過對各類物質及反應的特征尋求充分的證據，能夠將證據與結論之間的關系清晰地解釋出。這一素養對學生解題能力與探究能力的成長有著極大的促進作用。單以對數據的收集舉例，傳統人工的對數據進行記錄的方式不僅費時費力，而且很容易產生漏洞，而數字化實驗可以準確快捷的對數據進行采集，在降低學生學習難度的同時有效地提升了實驗教學的教學效率。

3.2強酸與強堿的中和滴定實驗

強酸與強堿的中和滴定實驗是高中階段的一項重要實驗，以Na OH與HCL反應為例，在實際的實驗過程中教師往往通過酸堿指示劑的變色情況判斷滴定終點，但學生卻無法對試驗過程中的數據進行收集。教材上的實驗方式是，記錄所消耗的酸或堿的體積及相應的PH值，再通過描點的方式得到滴定曲線。這種方式不僅效率較低，而且也不能讓學生直觀的觀察實驗效果。這時教師就可以借助滴數計和PH傳感器，將實驗數據通過計算機進行同步記錄。還可以利用攝像頭來錄制實驗過程，讓學生加深對酸堿滴定實驗原理的認知。

3.3乙烯通入酸性高錳酸鉀溶液實驗

除開以上實驗之外，教師還可以通過數字化實驗來增強學生的模型認知素養。例如在教師為學生開展乙烯氣體通入高錳酸鉀溶液的實驗時，教師就可以先連接好裝置，然后在充滿乙烯氣體的容日中加入一定量的酸性KMnO4 溶液，同時迅速接入二氧化碳傳感器，這時就可以通過計算機上的采集軟件開始采集實驗數據。學生就可以通過觀察二氧化碳隨時間的變化曲線，發現乙烯被氧化成了二氧化碳。二氧化碳傳感器的應用不僅克服了傳統實驗的局限，還以軟件的形式模擬了數學模型，讓學生的學習效果進一步提升。

4.結語

綜上所述，數字化實驗的應用為高中化學實驗教學注入了全新的生命力，讓教師得以通過更加豐富的教學方式培養學生的學科核心素養。教師要明確認識到數字化實驗的優劣，以更加全面的態度為學生帶來更加優質的化學實驗課堂。

參考文獻

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