中學化學中數字化實驗系統的拓展探究

摘?要：隨著時代的發展，現在的教學模式已經滿足不了學生攝取知識的進程，并且傳統中學化學實驗課的授課模式存在一定的弊端，比如在實驗課上只能展現定性研究的方面，而定性因素很容易受環境與實驗工具的影響，所以在這種情況下很難開展實驗教學。為了解決此模式的弊端，學校開始開展數字化實驗系統與化學課程相結合的課堂模式，從試驗儀器的合理配備、實驗原理的科學開發以及實驗的目的三方面開展數字化實驗體系。文章結合信息技術與化學實驗教學整合的意義、優勢兩個方面，論述數字化實驗系統下的化學實驗拓展，從而更好地促進此教學模式發展，為教育事業的發展打下更好的基礎。

關鍵詞：數字化實驗系統;化學實驗;中學化學;拓展探究

一、 引言

中學化學是為升高中做鋪墊，是學科中尤為重要的一部分，而實驗教學是促進學生學習化學的基本手段，所以在課堂中化學實驗是授課手法中的一個重要手段。并且隨著時代的快速發展，信息技術已經涉及世界的各個角落，而“大數據時代”也是以互聯網技術為基礎的，又以信息技術為核心成為人們數據整合的創造性工具。在教學方面教師也可以使用數字化的教學模式，讓化學與信息整合，是現在時代教學發展的趨勢，所以應該順應這個局勢成為教學中的主要方法，并提高學生的綜合素養。

二、 信息技術與化學實驗教學

（一）信息技術與化學實驗課程整合的意義

隨著數字化時代的到來，在階段的教學問題變成了如何將化學與信息技術有效的整合，為了解決這個新課標的合理開展，學校應該積極順應新課程改革的理念。以往的傳統化學實驗在中學的開展并不順利，關于定量研究實驗只能通過書本理論分析實驗的變化過程，學生對于片面的知識理論無法理解其中的奇妙，缺少親身體驗的機會，所以就會導致學生學習質量下降，逐漸失去對此學科的興趣。基于以上的問題，教師可以結合DISLAB數字化實驗系統和試驗設備，為學生提供課本中的定量探究實驗，讓學生直觀體驗到化學的奧秘和實驗過程中物質的變化的過程，從而讓學生理解化學變化的原理，而該教學模式還可以形成函數圖像，間接豐富了學生的視野，提供了課本不存在的知識點，充分激發了學生的積極性與創造性，使得學生有良好的創新思維與實踐能力，讓教學落在實處。

（二）數字化實驗系統與化學課程整合的優勢

數字化實驗系統是硬件與軟件呈一體的、先進的實驗系統，它的組成部分比較復雜：由“多類型傳感器+數據采集器+化學實驗軟件+多媒體”多個程序組成的新型教學實驗系統。多類型傳感器，它代替了傳統課堂上的實驗測量儀器，能夠采集出化學氣體的質變、溶液中的pH數值、電解質的物質性質、熱脹冷縮等實驗的數據數值，并通過這些數值和實驗軟件將大量的數據形成各個數據圖，在信息化的角色上各個環節的緊扣，讓實驗教學變得操作簡單化、在真正的實驗基礎上完成了信息化與化學實驗教學的整合。

（三）符合新課程改革對化學實驗的要求

近年來提出的新課程改革，對整個教學環境都作出了改革要求，而在新的一輪改革中提出化學實驗課程要與信息技術進行整合，而現在的改革也是應了新課改的要求，現階段教育與信息結合是時代發展的趨勢。信息技術滲透到實驗室，幫助學生學習化學、幫助教師提高課堂質量、幫助師生架起溝通的橋梁，成為化學實驗課中的“利劍”。利用數字化實驗中的在線測量、數值展現、完成模擬圖來解剖實驗成果，從而引導學生自主研究、團隊互助、多途徑解決問題、拓寬思維能力、提高綜合剖析能力和創新精神，經過上文論述適合當代的新課程改革的要求。

三、 數字化實驗系統下的化學實驗拓展

數字化實驗系統下的化學實驗拓展為學生帶來了新的實驗研究平臺，讓學生脫離了傳統的教學模式，從而使單一的、局限的定性實驗向多功能、精確性高的定量實驗轉變。這一功能的轉變讓學生從本書中解放了出來，再也不用苦澀的背誦數據記錄、實驗過程、理論公式、數據模型等類型的知識，然而代替的是新型實驗教學模式，讓學生有充足的時間理解其中的理論知識，這種多元化的分析平臺為教育事業提供了便利。同時，數字化實驗系統與化學課程的整合還處在實施階段，當中還存在一系列的問題沒有解決。比如：傳統的教學模式與數字化實驗系統的磨合并不順利，因為這里概念的提出是順應時代進程發展而演變出來的，在思想上需要具備先進性，它的實施本身就需要與傳統的事物進行變通。反而代之的是應該以學生為課堂的主體，尊重學生的實踐性、創新思維、反思考能力、團隊合作共贏的教育理念與課堂模式，這樣才能為化學課堂提供良好的發展空間。

（一）化學實驗儀器的拓展

化學實驗是以化學實驗儀器為載體進行實驗的，所以實驗儀器的質量直接決定了實驗結果的精準性，也直接影響了學生的學習質量與教師的教學質量。而現在的數字化實驗系統便可以解決這些不必要的問題，只是將實驗數據數字化，在模擬實踐的基礎上完成了實驗所需要的各種數據，讓信息化與化學課程整合。就像上文中講到的過程一樣：“多類型傳感器+數據采集器+化學實驗軟件+多媒體”，只是傳感器代替了部分實驗所需要的測量儀器，與傳統的實驗相比并無太大差別，只是這種方法更便利，彌補了其中的缺點。這就表明數字化實驗系統可以拓展到課堂上，為教學所用。

接下來，我們可以看一下，現在教學案例中的應用例如：《酒精燈火焰溫度的比較測定》。眾所周知，酒精燈火焰一般分為三個部分：焰心、內焰、外焰。一般傳統的教學模式都是先準備一根小木棒，然后將木棒放在火焰的中心燒，接著教師帶領學生觀察：找出木棒最開始碳化的部分，觀看所處階段的火焰，最終確定酒精燈火焰最旺盛的地方。得到的結論僅是在酒精燈火焰的位置上是從焰心、內焰、外焰逐漸上升溫度的，如果是具體的溫度數據并無法得知。

如果是利用數字化實驗系統，以及輔助軟件高溫傳感器，教師就可以對酒精燈的焰心、內焰、外焰一一進行溫度的測量，從而帶領學生讀取出精準的溫度數值，并在多媒體上形成數據圖，讓學生一目了然的發現酒精燈火焰焰心、內焰、外焰依次的溫度變化。并且新穎的教學方法也讓學生集中了注意力，來帶動課堂的學習質量，從而得出一套完整的結論。

酒精燈火焰溫度的比較測定結論：酒精燈燃燒時由于所接觸的面積不同，燃燒溫度存在著差異，并且燃燒程度也不相同。較木棒燃燒實驗來看酒精燈火焰的溫度高低依次是焰心、內焰、外焰。

（二）化學反應實驗原理的拓展

化學反應實驗原理的設立是為了幫助學生拓寬思維，這也是新課標中的重要指向，學習的目的是為了培養學生的思維能力。所以化學反應實驗原理的拓展還需要教師在備課中融合科學的思想理念，運用先進的手段將兩者的融合達到最優效果。

例如《碳酸鈉與稀鹽酸反應所產生的二氧化碳》實驗流程為：向0.1mol/L碳酸鈉溶液中滴入0.1mol/L稀鹽酸直至過量，測量生成二氧化碳的濃度變化。

如果是傳統的化學實驗，是無法實時測量二氧化碳濃度的，因為變化規律比較復雜，所以必須借助數字化實驗系統，以及二氧化碳傳感器才可以完成實驗的測量。具體的實驗步驟可分為六步：（1）組裝實驗所用的裝置;（2）準備稀釋器，并滴入0.1摩爾每毫升的稀鹽酸溶液;（3）準備塑料容器瓶，并滴入0.1摩爾每毫升的碳酸鈉溶液;（4）將事先準備的50毫升針管，調到0毫升，為接下來的氣壓緩沖做裝置;（5）打開二氧化碳傳感器，將參數調整到原始狀態;（6）將以上的準備開啟，并滴入溶液進行記錄。

本次的實驗表明，碳酸鈉溶液與稀鹽酸溶液的摻和，達到一定程度會產生二氧化碳，證明了實驗的標題是正確的。同時也突破了傳統的教學模式所帶來的弊端，為師生提供了交流的橋梁，也豐富了學生的視野。

（三）化學實驗目的的拓展

上文中提到過的傳統的化學實驗都是定性實驗，實驗過程太過于局限，并提供不了太多活靈活現的數據，加上現在的實驗現象都是需要大量的數據來維持的，而在傳統模式下學生只能通過書本的實驗案例圖片對實驗進行了解，實驗過程也是千篇一律的按照課本流程來完成，在這個過程學生只需要照做，并實現不了開發學生實踐能力和創新思維的目的。因此，教師應該利用數字化實驗系統讓學生提高實踐能力和創新思維能力的發展，從而刺激學生的學習興趣。

例如：《原電池實驗的拓展研究》主要內容是研究兩極距離、電極材料等溶液濃度會對原電池產生怎樣的影響。

首先，需要準備實驗所需要的器材：電流傳感器、數據采集器、多媒體、專屬蒸餾水、原電池、銅、鋅、鐵各一片、濾紙、0.1摩爾每毫升的氯化氫等等。

其次，做好相應的組裝儀器，再利用軟件設置電流圖片，隨后將銅、鋅、鐵各一片慢慢浸入氯化氫內，帶領學生觀察原電池的變化，如果數據的曲線發聲變動立即停止。

最后，可以得到以下的結論：（1）酸液濃度正常，電極片橫截面積也未曾變化，通過人工實驗后改變電極片與原電池的電流，得到驗證的結果是隨著電極間距的增大，電流會慢慢變小;（2）酸液濃度正常，電極片橫截面積也未曾變化，通過人工實驗后改變電極片與原電池的電流，電流會隨著電極片的寬度而增加;（3）重復以上流程，電流會隨著電極片金屬的性質，變大或者變小。

所以此次實驗電池電流的大小與語義上的實驗證明有著極大的關系。

四、 結束語

綜上所述，數字化實驗系統的存在是有一定優勢的，但是這并不代表要否認傳統的教學模式，而是彌補其中的不足。經以上研究證明可以看出數字化實驗系統為教師提供了先進的教學手段，為學生提供了良好的學習環境。

參考文獻：

[1]沈世紅.數字化實驗應用于化學實驗教學的思考[J].現代中小學教育，2016（6）：79-82.

[2]朱征.在化學數字化實驗中培養中學生的批判性思維傾向[J].中小學教材教學，2017（7）：46-49.

[3]林進太.例說新手教師在高中化學實驗教學中的“想當然”[J].中學化學教學參考，2020（1）：44-47.

作者簡介：巴琳，甘肅省臨夏回族自治州，甘肅省康樂縣第一中學。