數字化在高中化學實驗教學中的應用途徑

葉君明 (福建省南安市柳城中學 362300)

強化數字化與高中化學實驗教學的聯系,轉變教師傳統化學實驗教學觀念,優化高中化學實驗過程,充分調動學生參與化學實驗課程學習的自主性,能有效提升高中化學實驗課程教學質量。

一、數字化在高中化學實驗教學中的應用價值

1.有利于突破教學內容的難點和重點

在當前高中化學實驗課程教學過程中,涉及很多復雜的實驗內容。教師若仍舊采用傳統教學方式,實驗教學效果將大受影響。為彌補傳統實驗教學不足,教師應合理應用數字化技術,同時,借助數字化技術來展示化學實驗重難點內容,更加清晰展示化學實驗結果,在深化學生認知與理解的同時提高實驗教學效果。例如,在教學“酒精燈加熱儀器”這一知識點時,為使學生意識到酒精燈的外焰溫度更高,可利用溫度傳感器展開直觀化教學。如此一來,相較于死記硬背自然能給學生留下更深刻印象。隨即教師可指導學生親自運用溫度傳感器對酒精燈的內焰及外焰溫度加以測量,記錄下測得的溫度數據。有了親身體驗,學生對該化學知識點的認知與理解勢必會更加深刻,最大限度提升教學實效性。

2.有利于增強學生的探究能力和學習能力

在高中化學實驗教學中,引入數字化技術可為學生創造更大的探究平臺,鍛煉學生實踐能力,促使學生化學素養提升。例如,在pH 內容教學中,多數教師讓學生以肉眼去觀察酸堿指示劑顏色,而對溶液是否被中和的判斷則是以顏色變化為依據。如此一來,學生對pH 的變化過程較難產生直接認知。借助數字化實驗平臺能加深學生認知,促使學生積極、主動參與到化學實驗探究中。隨即,教師將學生劃分為若干小組并為每小組提供一臺pH 傳感器,要求學生自主進行溶液的酸堿度檢測。檢測數據被輸入電腦,再通過相關軟件導出pH 傳感器所獲取到的pH 檢測數值,其間許多復雜的實驗操作乃至計算過程均可被省略,進而讓化學實驗趣味性得以凸顯。

二、數字化在高中化學實驗教學中的應用途徑

1.制訂“可視性”實驗目標,明確化學實驗教學方向

將數字化技術合理應用到高中化學實驗教學,可以緊密結合化學實驗內容制訂“可視性”的實驗目標,明確化學實驗課程的教學方向。其中,化學實驗內容能夠將學生所學理論知識點和實踐行為結合起來,能全方面考量學生所掌握化學知識的準確度,檢驗學生化學學習水平。

例如,在開展“溶液pH 酸堿度中和滴定”實驗時,傳統的實驗模式主要由操作者將相關指示劑滴入不同溶液,再通過目測現象來判定滴定終點。整個操作過程雖然記錄下了相關數據,但發生的中斷性操作很容易影響實驗結果的精準度。將數字化引入化學實驗,pH 傳感器不僅能直接獲取pH 值數據,且能將溶液酸堿度變化過程直觀展示出來,電腦還能依據所接收到的pH 數據生成相應的變化曲線圖,將溶液濃度一并加以展示。如此一來,化學實驗的可視性與可操作性均得到顯著提升,繼而確保實驗結果的精準性。最重要的是,有了數字化技術的加持,實驗過程趣味性也得到顯著提升,還能激起學生的實驗興趣,進而切實鍛煉學生觀察及思考能力。

2.開展數字化實驗,促進學生主動探究

新課改凸顯學生的主體地位。讓學生主動投入化學實驗課程學習,在加深學生對化學實驗知識認知和理解的同時,能夠有效增強學生探究能力。化學知識點較為抽象,開展數字化實驗能夠將化學實驗知識與學生實際生活結合起來,讓學生將所學知識靈活應用到實際生活,加深學生對化學實驗知識的認知和理解。

例如,“原電池的實驗”這節內容,可以組織學生開展數字化實驗,讓學生對“原電池的實驗”這個知識點有更加深入的認知和了解,促使學生在主動探究中去了解Al-Cu 電壓不如Zn-Cu高,加深對實驗現象及圖像的分析和了解,更加準確掌握Zn-Cu電極和電解質溶液濃度、電池電壓值的相關知識。

將數字化技術合理應用到高中化學實驗教學中,可讓實驗環境的真實性得到全面提升。數字化軟件與化學實驗內容結合,可創設數字化實驗操作憑條,讓學生能夠利用信息技術設備來完成相關實驗。如在開展“酸堿中和滴定”實驗時,酸堿溶液混合后的pH 變化情況便可經由pH 傳感器進行實時反饋,隨后還可利用計算機軟件生成酸堿中和滴定曲線,為確定滴定重點提供依據。還可以嘗試數字化實驗模式,連接計算機和數據采集器建立安裝滴定臺,開展仿真實驗,提升教學實效性。這樣一來,不但能降低學生學習難度,還能有效增強學生的動手操作能力。

3.突出數字化實驗重點,強化學生實操能力

靈活借助計算機、傳感器、數據終端、圖像分析、板書定位系統,構建數字化實驗室,統籌分析高中化學實驗教學現狀,再針對化學實驗環節進行數字化剖析,讓學生在既定教學條件下增強自身化學實驗操作能力,最大限度提升數字化應用實效性。

教師可統籌分析化學實驗教學情況和學生掌握知識點程度,合理構建數字化實驗室,再指導學生靈活利用化學實驗儀器、試紙、有毒藥品、過濾、蒸發、升華、萃取和透析等形式來剖析化學課程教學過程,明確提出化學實驗教學中學生應該掌握的知識點和當前高中化學實驗課程的局限性,明確哪些是實驗室教學可以開展但無法控制精準度的內容,哪些是當前高中學生必須具備的化學實操能力等。這樣一來,便能為學生參加后續社會實踐奠定堅實基礎。

例如,開展“H2還原CuO 實驗”,教師可以充分利用數字化設備先對CuO 進行加熱處理,再加入H2,并將實驗方程式羅列出來。這樣,便能夠計算出Cu的質量。學生通過探究,認真觀察化學實驗現象,再對實驗中所涉及的數據進行分析,便能夠總結出Cu0的還原性。如果先加入H2,便能夠更好避免CuO 與其他氣體發生反應,更好地保障實驗效果。

4.設計數字化化學實驗過程,深化化學實驗知識

將數字化技術應用到高中化學實驗教學中,不但需要投入大量的人力、物力和財力,還需要教師不斷增強自身數字化設備操作能力,更好向學生講解某些化學實驗項目知識。同時,數字化實驗室建設能將化學實驗的知識與微課、錄播課等形式結合,拓展化學實驗課程資源,從而最大限度提升教學實效性。

例如,“有機化合物的分類”這節內容,可以借助數字化技術建立實驗室,緊密結合化學實驗內容準備好相關錄制設備,讓學生通過數字化視頻掌握相關化學實驗知識。同時,有針對性地制訂化學實驗課程開展規則和注意事項,明確提出在哪些化學實驗內容板塊中可開展數字化實驗,切實解決化學實驗課程中存在的細節問題,從而為保證高中化學實驗課程的教學效果奠定堅實的基礎。如“合成氨”教學,教師可以指導學生開展關于氨的制取實驗,并認真觀察兩種物質在發生反應過程中是否有氣體產生。為了讓學生更加直觀看到化學反應現象,便可將溶于氨氣的水進行加熱處理,再讓氨氣通過熱氣逸散出來,當學生聞到氨氣味道后,便能夠更加直觀感知到化學實驗效果。整個化學實驗借助數字化技術,學生能夠對氨氣的形成過程有更加深入認知和理解,從而有效增強其化學核心素養。

5.重視化學基礎實驗教學,提升學生化學核心素養

教師應高度重視化學基礎知識點的實驗教學,以此增強學生應用化學實驗知識解決實際問題能力,有效拓展高中學生知識面。例如,在“三氯化鐵和硫化鈉的性質、預測可能出現的化學反應及化學方程式”教學中,可以靈活應用數字化技術來了解完全雙水解反應還是氧化還原反應物對產物的影響。通過優化高中化學實驗教學內容,促使學生主動投入化學實驗學習,逐步增強對化學實驗知識點的認知和理解,真正達到提升高中化學實驗教學效率的目標。

又如,“不同價位含硫物質的轉化”知識點教學,教師可以借助數字化技術模擬化學實驗過程,注重相關化學基礎知識講解,組織學生認真觀察不同價態的硫物質實驗過程,再通過實驗來了解硫從二價變成三價,或者是三價變成二價的現象,以及整個實驗過程中會產生的多余物質,從而最大限度提升數字化在高中化學實驗教學中的應用效果。

再如,在制取氨的實驗開展過程中,NH4C1與Ca(OH)2發生反應會產生氣體,學生無法直觀觀察到氣體,要讓學生真正理解氨氣是溶于水的化學原理。然后,再指導學生通過加熱讓氨氣逸出來。這樣一來,學生便能更加準確把握化學實驗開展結果,最大限度地增強推導能力和計算能力,有效提升學生化學核心素養。

三、結語

數字化實驗教學是一種先進的教學方法,合理運用并發揮其優勢作用,并與其他教學手段相結合,能給課堂教學帶來新的活力。一線教師應充分發揮數字化技術優勢作用,緊密結合化學實驗教學內容,優化高中化學實驗教學過程,營造良好化學實驗教學情境,便能讓學生主動投入化學實驗課程教學中,在主動探究中鞏固化學實驗知識,有效增強高中生觀察能力和實驗操作能力。