數字化實驗在化學教學中的應用

鐘 霞 江 海

（重慶市第二十三中學校 重慶北碚 400701）

為加快教育現代化和教育強國建設、推進新時代教育信息化發展，教育部于2012年3月發布文件《教育信息化十年發展規劃（2011～2020年）》，在此時代背景下《教育信息化2.0行動計劃》應運而生。新形勢下該行動計劃對教師信息技術應用能力、信息化教學創新能力、信息技術與學科教學深度融合等方面提出了更高的要求[1]。

隨之數字化實驗引入我國化學教學課堂，因其實驗設計“重點化”、數據處理“智能化”、實驗過程“可視化”、教學過程“現代化”等特點，已逐漸成為化學老師培養學生實驗素養較為有效的實驗工具。

一、什么是數字化實驗

數字化實驗簡稱DIS（Digital Information System的縮寫），即數字化信息系統，由“傳感器＋數據采集器＋計算機（含配套使用的通用和專用軟件）”構成的能夠定量采集數據，并以圖表的形式清晰、明確呈現出來的現代化的新型實驗技術手段。數字化實驗系統主要由傳感器、數據采集器、計算機和各種應用軟件構成。

二、數字化實驗的特點

（一）實時直觀

在進行數字化實驗時，實驗過程和數據變化同時進行，并能通過電腦以不同形式的圖表或數據的形式實時動態地呈現實驗過程的變化，實驗現象主要體現在“數據直觀”和“現場直觀”兩個方面。數據直觀是將實驗數據以圖表或曲線的形式呈現，學生能夠清晰、直觀地觀察到實驗的變化，以其靈敏性和精確性幫助實驗者提高分析問題、解釋現象、找出規律、得出結論的能力，從而為學生開展科學探究提供技術支撐。現場直觀指數字化實驗儀器的體積一般都比較小，便于攜帶和操作，使用時不受時間、地點的限制，可以離開實驗室或者教室，到研究現場進行實驗。

（二）智能定量

數字化實驗采集的智能化主要表現在“數字化感知”和“實時性記錄”兩個方面。數字化實驗能以數字形式感知和記錄化學實驗中的各種變化，并通過計算機實時地同步記錄并呈現化學實驗中各種量的變化，從而實現定量研究，在定量研究中又呈現便捷化特點，主要體現在“記錄數據的準確性”和“處理數據的高效性”兩個方面。

（三）綠色綜合

數字化實驗一般藥品用量少，滿足可測量、能顯示相關化學量的數字和曲線，還可以根據要求連接多個傳感器，并可以同時對不同的數據進行分析，學生可以從多個角度綜合地了解化學實驗，從而極大地拓展了課程內容，有利于各學科之間的融會貫通。

三、開展數字化實驗的價值

（一）正確認知化學

長期以來，由于受到傳統化學儀器的限制和化學反應復雜性的影響，中學化學教材和老師的教學中常會出現一些似是而非的知識，甚至是錯誤的認識。隨著傳感器技術的發展，許多化學教師開始用高精度的傳感器來研究中學化學教材和教學中的模糊問題，并從理論角度加以論證，發現并糾正了一些長期以來的錯誤認識，如銀氨溶液的成分是什么，銀鏡反應的化學方程式如何書寫，強堿弱酸鹽溶液pH與溫度的關系如何等。

（二）突破傳統實驗

在高中化學的學習中，有很多抽象、難懂的概念和原理，學生學習時容易產生認知障礙，感到困難，以致影響后續學習。還有一些的實驗現象，用傳統實驗儀器難以揭示，利用數字化實驗，可以還原科學實驗的本來面目，加深學生對化學現象和原理本質的理解。這種數字化實驗不可替代的作用對學生學習化學起到了積極的促進作用，讓學生感受科技對化學學習和學科發展的作用和意義，提高學習化學的興趣。

數字化實驗是信息技術在中學化學實驗教學中的有效使用，對開展驗證性實驗和探究性實驗教學、推進信息技術與教育教學深度融合頗具幫助，同時也利于培養學生實驗技能、提升學生科學研究素養、形成公民終身發展的能力[2]。

四、數字化實驗在中學化學中的應用場景

收集近年來的中高考題，通過大量數據的分析，發現數字化實驗在中考高中應用場景非常多，且早在2014年的高考題中就有體現。

展示如下：

【20海淀一模】

某實驗小組用足量稀鹽酸分別與等濃度的碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液反應，實驗裝置和測得數據如圖所示。

五、數字化實驗的未來

信息技術與化學教學的深度融合是當前教學研究的熱點之一。隨著傳感器技術的深入發展和普及，數字化實驗在中學化學教學中的應用價值也逐步受到人們的重視，應用的深度和廣度也不斷被拓展。這些新技術在提升師生認知方式、更新化學知識、促進知識理解、改進實驗方法、創新教學模式等方面發揮了不可替代的作用。同時數字化實驗是完成學科核心素養背景下提出的證據推理與模型認知能力培養的有力抓手