初中化學數字化實驗教學的認知與思考

王有志

摘要：采用傳感器技術的數字化實驗作為一種新型的實驗方法，是常規實驗手段的重要補充和拓展。在初中化學教學中引入數字化實驗，有助于化學基本概念和原理的教學，能夠培養學生的實驗探究能力和團隊合作能力。初中化學數字化實驗，豐富了研究性學習和綜合實踐活動的實驗手段。如何有效地進行初中化學數字化實驗教學是化學教學與現代教育技術融合的有益探索。

關鍵詞：數字化實驗;初中化學;教學策略

數字化實驗可以用數據記錄和呈現某些不易觀察的現象，可用于對某些常規化學實驗進行改進和創新。數字化實驗采用定量方法研究物質的變化及變化規律，比傳統實驗方法更先進、便捷、實時、準確、綜合、直觀。目前很多學校都在嘗試將數字化實驗技術引入化學教學。大多數高校已經建立完備的手持技術實驗室，部分中小學也先后配備了數字化實驗儀器。

一、數字化實驗使實驗定量化

在傳統化學實驗教學過程中，學生能觀察到實驗過程出現的現象，但少有定量化數據需要處理。如果在實驗教學中引用數字化實驗，學生不僅能獲得感性的認識，還能獲得各種數據，這樣對于實驗學生既可以感受到實驗變化，也可以通過對實驗數據的分析，使學生更加準確認識該實驗。例如九年級化學第一單元實驗“對吸入空氣和呼出氣體的探究”，課本中利用燃燒的木條熄滅證明呼出氣體中氧氣減少，利用澄清石灰石變渾濁證明呼出氣體中二氧化碳變多。學生在該實驗中能學習基本實驗操作、實驗方法，能根據實驗現象進行實驗分析。如果在此基礎上加入氧氣傳感器和二氧化碳傳感器分別測定其在實驗前后的數據變化，學生獲得具體的數據這樣有利于學生對實驗進行分析，學生對實驗的理解將更加深入。

使用數字化儀器過程中，還能培養學生獲取數據的能力。傳統的實驗儀器難以測量和儲存隨時間變化的大量數據，實驗數據也不能快速的可視化，數據采集器能解決這個問題。適當組合的使用數字化實驗過程中出現的各種數據和利用實時圖像來呈現各種數據，適時讓學生對數據進行分析和評價，有利于培養學生獲取數據的能力、處理數據能力和實驗分析能力。在九年級化學上冊第七單元課題2中，如何讓學生認識到化學反應是由能量變化的，課本中利用生石灰和水反應的實驗，讓學生聽聲音并用手觸摸試管的外壁，從而感受到有熱量放出，得出化學反應中有能量變化。如果在此實驗基礎上再加入溫度傳感器測量反應前后的溫度變化數據，計算機的數據處理，以圖表形式呈現。學生從直接的感官器官的感受變化，到通過儀器定量測量，實現了實驗學習層次的飛躍。該實驗中使用的生石灰量較少，產生的熱量不多，人的感官是有局限性的，有些學生在做該實驗時認為幾乎沒有熱量變化，當在課堂上借助數字化儀器就能直觀呈現，實驗定量化有助于化學知識的理解。

二、數字化實驗使教學難點簡單化

化學實驗可以幫助學生學習化學知識。特別是抽象的化學概念和化學原理，傳統實驗中對此設計了很多實驗，在教學中幫助學生突破難點。在此基礎上借助數字化實驗，它能直觀演示和提供準確的數據，學生再對數據進行分析，對化學原理的認知會變得更容易，可更快速達到突破教學難點的目的。數字化實驗通過各種表現手法，將內在的、重要的、本質的東西表現出來，進行實驗數據處理和圖像輸出。與傳統化學實驗相比，數字化實驗從器材到實驗再到呈現形式對學生來說都是新穎的，學生在實驗過程中能即時獲取動態信息，從而形成鮮明的感官認識，為進一步上升為理性認識奠定了基礎。數字化實驗的出現不僅激發學生的學習興趣，還調動學生學習的積極性，課堂效率得到有效提高。例如酸堿中和反應，課本中實驗是利用酸堿指示劑的變色證明酸與堿發生了反應，學生對該實驗有很大的興趣，就像魔術一樣會變色。本人在學生學完pH后再次做實驗，先用pH試紙然后利用pH傳感器進行實驗。通過一系列實驗，學生在獲得感性認知的基礎上還獲得實驗數據，對酸堿中和反應認識更加深入，為復分解反應的學習打下堅實的基礎。

三、數字化實驗可為研究性學習提供技術支持

根據新課標的要求，研究性學習是其中重要的學習化學的方式，通過研究性學習能培養學生科學探究的方法和意識，體會科學家研究未知領域的過程，增強熱愛鉆研的精神。研究性學習模式和學習內容不固定，化學內容例如實驗可以設計成研究性學習方式，給師生學習化學提供了更廣闊的思維空間。數字化實驗不僅可以應用于學生的研究性學習，還能用于化學興趣小組，極大地拓展了學生的學習空間，可以培養學生的探究思維和激發學習興趣。

在數字化實驗的支持下將化學實驗擴展到科學、技術、社會、環境的范疇，讓化學更貼近社會，貼近生活，促進學生學科素養的提升。

四、數字化實驗與傳統實驗對比

數字化實驗主要是從具體實驗數據分析歸納實驗結論，側重于實驗數據提取能力的培養和數據分析能力的培養。而傳統實驗在設計中以定性分析居多，側重于實驗過程的具體操作、常用儀器的規范使用、實驗現象的細致觀察以及從現象得出結論，在實驗過程中培養學生的實驗操作能力和實驗分析能力。兩者各有優勢。把數字化實驗和傳統實驗有機地結合在一起，相互配合使用，才能充分發揮各自的優勢，取長補短、相得益彰。

但在具體實施過程中有一些想法。首先選擇適當的實驗用數字化實驗方式呈現是在化學實驗教學設計中必須考慮的問題。例如課本中的經典實驗如蠟燭燃燒、水的組成等和學生實驗建議不需要使用數字化。再者數字化實驗使用不能流于形式，充分利用好實驗中出現的數據，爭取達到利用最大化。最后學校配套設施不能讓數字化實驗充分利用，學生興趣小組和研究性學習還難以發展。

結語

在初中化學教學中引入數字化實驗，能有效幫助學生理解化學基本概念和原理。在初中化學教學中，教師合理運用數字化實驗和傳統化學實驗，并親身示范，合理引導學生，不僅能豐富研究性學習和綜合實踐活動的實驗手段，還能最大限度地培養學生的實驗探究能力和團隊合作能力。

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