“雙新”背景下高中化學數(shù)字化實驗教學實踐

數(shù)字化實驗不僅具有可量化、動態(tài)曲線等特點，而且具有同步錄像、遠距離傳輸、反復播放等優(yōu)勢，能夠為學生開展化學研究創(chuàng)造良好的環(huán)境。在新課程、新教材的背景下，高中化學教師應當積極探索新的教學方式，為學生化學核心素養(yǎng)的成長創(chuàng)造良好的條件。化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學課程，因此教師要重視對化學數(shù)字化實驗的研究，為高中化學教育改革的良性發(fā)展注入活力。當前，隨著數(shù)字化教學改革的深入落實，化學數(shù)字化實驗受到了廣泛關(guān)注，而從實際情況來看，實施效果遠沒有達到“雙新”要求，需要引起教師重視。

一、“雙新”背景下高中化學數(shù)字化實驗的實施意義

（一）豐富探究經(jīng)歷，促進能力進階

在以往的高中化學實驗教學中，由于實驗難度較大、實驗材料不充足等原因，學生獲得的科學探究經(jīng)歷較為匱乏，無法真正理解實驗思想以及實驗技能的使用方式，給學生實驗設(shè)計能力、操作能力、分析能力等綜合能力的發(fā)展帶來了極大限制。而借助數(shù)字化實驗的展開，則能夠極大降低化學實驗操作難度和危險性，讓學生在有限的資源輔助下獲得充實的科學探究經(jīng)歷，為化學探究能力的發(fā)展創(chuàng)造良好的環(huán)境。同時，數(shù)字手段的使用能夠使學生的創(chuàng)新思維獲得發(fā)展，讓學生更好地體會科技發(fā)展的價值，增強學生參與科學探究的動機。

（二）滿足個性需求，挖掘?qū)W習潛能

數(shù)字化實驗操作方式更簡便，并且強調(diào)學生之間的交流討論，能夠有效改變學生被動學習的狀態(tài)，讓每一位學生都可以按照自己的思想展開討論，增強了學生在教學活動中的自主性，挖掘出學生的學習潛能。

（三）激發(fā)實驗興趣，增強參與動機

興趣是發(fā)展學生學科素養(yǎng)的重要因素，在以往的高中化學實驗教學中，學生大多只能按照固定的步驟進行操作，缺乏科學探究體驗，對化學知識的探索興趣也不強烈。而借助數(shù)字化實驗的使用，則可以為學生創(chuàng)造開放的探索空間，促使學生積極猜想、設(shè)計、驗證和討論，讓學生真正體會到化學探究的樂趣，激發(fā)學生對化學實驗探究的興趣。

二、“雙新”背景下高中化學數(shù)字化實驗中存在的不足

在新課標、新教材背景下，高中化學數(shù)字化實驗教學要關(guān)注學生學科素養(yǎng)的發(fā)展，讓學生在數(shù)字手段的支持下經(jīng)歷科學探究的完整過程，進而提升綜合素質(zhì)。而當前的教學中還存在以下問題：

一是教師采取的教學方式比較單一。當前，部分教師仍然受應試教育思想的影響，在數(shù)字化實驗教學中不關(guān)注學生對化學現(xiàn)象的深入探究，將教學目標限制在學生對學科知識和技能的記憶上，采取的教學方式仍然以講授為主，較少組織學生展開設(shè)計實驗、交流討論、成果遷移等活動，導致學生的探究體驗不理想，沒有充分發(fā)揮數(shù)字化實驗的育人價值。

二是采用的數(shù)字化實驗教學內(nèi)容缺少與學生生活之間的關(guān)聯(lián)。為了增強學生解決問題的動機，促使學生積極主動地參與到數(shù)字化實驗中來，教師有必要加強實驗教學與學生現(xiàn)實生活之間的關(guān)聯(lián)，促使學生結(jié)合自己的生活經(jīng)驗展開觀察、猜想等探究活動。而在實際教學中，教師選取的教學內(nèi)容大多缺乏與學生生活之間的關(guān)聯(lián)，導致學生難以產(chǎn)生積極的探究興趣。

三、“雙新”背景下高中化學數(shù)字化實驗策略

（一）重視情境創(chuàng)設(shè)，增強探究意識

化學數(shù)字化實驗的目的是讓學生在科學探究中了解知識、掌握技能、提升能力，實現(xiàn)學科素養(yǎng)的發(fā)展。因此，教師要創(chuàng)設(shè)有助于學生自主學習的教學環(huán)境，讓學生主動地參與科學探究，對如何使用數(shù)字技術(shù)解決問題產(chǎn)生思考。情境創(chuàng)設(shè)的方式能夠有效增強教學內(nèi)容與學生現(xiàn)實生活之間的關(guān)聯(lián)，促使學生產(chǎn)生多角度思考，有助于數(shù)字化實驗教學的深入開展。

例如，教師組織學生開展主題為“火焰的溫度究竟有多高”數(shù)字化實驗探究活動，本次數(shù)字化實驗的目的是幫助學生熟悉實驗室中常見的加熱裝置，增強學生的科學探究意識。為了激發(fā)學生的探究興趣，教師使用了情境創(chuàng)設(shè)方式，向?qū)W生提出問題：“在實驗室進行化學實驗時，經(jīng)常會使用加熱裝置。今天，小明正在實驗室進行實驗，老師要求他蒸餾出沸點在150°左右的餾分，但是小明不知道應該如何做，大家知道這個問題怎樣解決嗎？”從情境出發(fā)，引導學生分析實驗室中常用的加熱裝置，學生可以發(fā)現(xiàn)一共有三種經(jīng)常用到的加熱裝置，分別是蠟燭、酒精燈以及酒精噴燈，因此提出要驗證的內(nèi)容：探索三種加熱裝置哪一種火焰溫度更高。如此，借助情境創(chuàng)設(shè)，能夠讓學生體會到解決問題的必要性，促使學生基于自己的生活經(jīng)驗展開思考，有助于學生深入?yún)⑴c數(shù)字化實驗。

又如，教師組織學生展開主題為“制備‘嬌氣’的氫氧化鋁”數(shù)字化實驗活動，為了使學生帶著興趣參與實驗探究，教師使用小故事創(chuàng)設(shè)情境，讓學生知道氫氧化鋁是一種十分“嬌氣”的物質(zhì)，無法在很多環(huán)境下獨立存在，從而引發(fā)學生好奇心，引導學生對氫氧化鋁的性質(zhì)是什么、如何制備氫氧化鋁產(chǎn)生思考，為學生的數(shù)字化實驗參與奠定良好的基礎(chǔ)。

在創(chuàng)設(shè)情境的過程中，教師在激發(fā)學生興趣的同時要重視啟發(fā)學生思維，讓學生能夠?qū)⒆约旱目茖W探究經(jīng)驗、生活經(jīng)驗與新的問題關(guān)聯(lián)在一起，進而獲得更好的情境創(chuàng)設(shè)效果。

（二）鼓勵自主設(shè)計，鍛煉實驗技能

在“雙新”背景下，教師應建立以學生為中心的教育思想，關(guān)注學生自身潛能的釋放。因此，在數(shù)字化實驗教學中，教師可以組織學生開展自主設(shè)計實驗方案的活動，讓學生學會綜合運用自己掌握的實驗探究方法，鍛煉學生的實驗技能。在這一過程中，教師應積極引導學生之間交流合作，碰撞出思維的火花，使創(chuàng)新思維獲得發(fā)展。

例如，在主題為“美麗的噴泉”數(shù)字化實驗教學中，學生需要利用氨氣易溶于水的性質(zhì)制作美麗的噴泉，在這一過程中要用到壓強傳感器。為了提升學生的科學探究素養(yǎng)，教師組織學生開展自主設(shè)計實驗方案的活動。

首先，教師將學生分成幾個小組，向?qū)W生介紹實驗目標：使用壓力傳感器，利用氨氣的性質(zhì)來制作美麗的噴泉。

其次，為了打開學生思維，教師讓學生在班級內(nèi)自由討論，說出自己的看法。在這一過程中，由于學生還沒有經(jīng)歷解決問題的過程，因此給出的思路大多實用性較低，但是通過這樣的討論，有助于學生形成樂于實踐的意識，助力學生科學素養(yǎng)的發(fā)展。

再次，在學生有了初步認識后，教師再讓學生在小組內(nèi)交流討論，對以下問題進行深入探索：氨氣的哪些性質(zhì)可以用于噴泉制作？壓強傳感器在本次實驗中的作用是什么？需要用到哪些實驗器材？實驗過程中需要注意的問題是什么？學生需要對這些問題進行深入討論，并基于討論結(jié)果制作一份具有可操作性的實驗方案。

最后，教師引導學生展示設(shè)計的實驗方案，讓全班學生共同進行深入討論，最終明確了實驗方案：第一，確定實驗原理，需要用到氨氣易溶于水的性質(zhì)，燒瓶內(nèi)的氨氣溶于水之后會與外界的大氣產(chǎn)生大氣壓，將水擠到燒瓶中，從而形成噴泉；第二，確定實驗中需要使用的素材，包括壓強傳感器、數(shù)據(jù)采集器、圓底燒瓶等；第三，確定實驗操作步驟，一是組裝實驗裝置，將適合的藥品放入裝置中，二是使用壓強傳感器和數(shù)據(jù)采集器收集數(shù)據(jù)，觀察壓強的變化，將微觀現(xiàn)象與宏觀現(xiàn)象聯(lián)系在一起。

如此，讓學生自主探索數(shù)字化實驗方案，能夠有效改善學生被動的學習狀態(tài)，鍛煉學生的科學探究能力，加深學生對實驗過程的認識，激發(fā)學生對實驗的興趣，促進學生綜合素質(zhì)的提升。

（三）親身經(jīng)歷探究，促進能力發(fā)展

“雙新”背景下，高中化學教師要為學生創(chuàng)造充足的自主發(fā)展空間，因此在數(shù)字化實驗教學中，教師要注重引導學生親身經(jīng)歷完整的科學探究過程，讓學生正確理解實驗中涉及的思想以及需要注意的事項，有效發(fā)展學生的分析能力和觀察能力。在這一過程中，教師應起到引導作用，基于學生科學探究的需要，適當?shù)貫閷W生提供學習支架，幫助其更好地參與到科學探究中去。

例如，教師引導學生使用數(shù)字化技術(shù)探索析氫腐蝕和吸氧腐蝕的臨界pH值，讓學生對電化學腐蝕的實質(zhì)形成更深刻的認識。在本次數(shù)字化實驗教學中，主要用到了PH傳感器、氣體壓力傳感器、氧氣傳感器等數(shù)字手段，需要用到的實驗試劑包括鐵粉、碳粉等。為了讓學生獲得更充實的實驗探究經(jīng)歷，教師將學生分成幾個小組，為其提供充足的實驗工具以及學習任務(wù)單，讓學生按照以下方式展開實驗探究：

一是展開小組內(nèi)交流討論，分析實驗原理，制作更完善的學習任務(wù)單。在本次實驗中，主要運用了金屬的電化學腐蝕相關(guān)原理，需要學生將電化學與壓強等知識相關(guān)聯(lián)，對科學現(xiàn)象進行全面分析。

二是給予學生充足的時間進行實踐探索，讓學生經(jīng)歷完整的實驗探究過程。在探究中，學生需要使用高純鐵粉和碳粉的混合物來代替鐵釘，將準備好的實驗材料放入酸性體系中，模擬金屬受到腐蝕的場景，在這一過程中不斷向裝置中滴加堿性溶液，從而調(diào)節(jié)電解質(zhì)的酸堿性，要使用各種傳感器以及數(shù)據(jù)采集器來收集信息，連續(xù)測定。

三是在學生有了充足的實踐體驗之后，教師引導學生展開交流討論活動，讓學生對析氫腐蝕和吸氧腐蝕交替發(fā)生的臨界pH值進行分析，進一步思考其中的科學原理。

總之，教師要注重改變以往教學中過于強調(diào)知識灌輸?shù)慕虒W方式，為學生創(chuàng)造充足的自主探索空間，讓學生親身經(jīng)歷從提出問題到解決問題的完整過程，進而充分鍛煉學生的能力，提升學生的化學學科素養(yǎng)。

（四）加強實驗歸納，完善邏輯認識

在數(shù)字化實驗中，由于學生獲取信息、科學探究的方式更加便利，導致一部分學生容易產(chǎn)生惰性心理，無法較好地理解結(jié)論生成的過程，為學生科學素養(yǎng)的發(fā)展帶來了阻礙。因此教師要注重培養(yǎng)學生良好的化學學習態(tài)度，強化學生的科學探究意識，讓學生養(yǎng)成追根究底的科學探究習慣。在學生獲得充足的實驗探究體驗之后，教師要重視學生對實驗現(xiàn)象的歸納總結(jié)，鼓勵學生從多個角度分享自己的發(fā)現(xiàn)，在大膽質(zhì)疑、主動分享中對科學現(xiàn)象形成更加完整的認識，獲得更好的科學探究體驗。

一方面，在學生開展實驗探究的過程中，教師要重視對學生實驗過程的觀察，深入挖掘課堂生成性資源。高中生的科學探究能力還不完善，在數(shù)字化實驗中會出現(xiàn)較多錯誤，包括對數(shù)據(jù)的處理不到位、使用的材料不合理、態(tài)度不專注等。因此教師要重視起對學生的觀察，發(fā)現(xiàn)學生在學習中存在的問題，之后對學生進行必要引導，幫助學生完善認識。

例如，在“為何雙氧水擦拭傷口時反應更加劇烈”這一數(shù)字化實驗教學中，教師通過對學生的觀察，發(fā)現(xiàn)部分學生存在照搬學習任務(wù)單結(jié)論、缺乏自己見解的問題，因此使用提問的方式引導學生回顧科學探究過程，讓學生認識到自己的問題，學會用科學的方法獲取知識，改變學生死記硬背的學習方式。

另一方面，教師要注重營造開放的學習氛圍，鼓勵學生質(zhì)疑。在學生完成科學探究之后，教師要注重及時引導學生分享自己的收獲，并鼓勵學生發(fā)表自己的觀點。針對學生的質(zhì)疑，教師要鼓勵學生之間相互幫助，共同解決問題，從而促使學生在思維碰撞中對實驗過程和實驗結(jié)論產(chǎn)生更加深刻的認識。

此外，教師在數(shù)字化實驗教學之前應當做好教學預設(shè)，加強對學生學情的分析，深入了解學生的認知規(guī)律，從而在教學中給予學生更具有針對性的指導，促使學生獲得完善的數(shù)字化實驗探究體驗。同時，教師要善于使用過程性評價的方式強化學生的學習態(tài)度，讓學生積極參與到實驗分析中來。

四、結(jié)語

在高中化學教學中開展數(shù)字化實驗教學活動，符合“雙新”教育思想，有助于學生對化學現(xiàn)象的深入探索，加深學生對化學本質(zhì)的認識，促進學生化學觀念、科學探究、科學態(tài)度等素養(yǎng)的發(fā)展，實現(xiàn)核心素養(yǎng)育人目標，從而提升高中化學教學質(zhì)量。因此，教師要重視對數(shù)字化實驗教學的開發(fā)利用，解決傳統(tǒng)實驗教學中效率低、學生參與度不高等問題，讓學生在數(shù)字化實驗的積極參與中完成對化學知識的有效構(gòu)建，提升高中化學教學質(zhì)量，促進學生化學綜合素養(yǎng)的發(fā)展。

（宋行軍）