導語：高中化學數(shù)字化實驗教學探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】時代發(fā)展為學科教學的直觀性、實踐性的提高提供了多種可能，數(shù)字化設備在教育領域備受寵愛，“數(shù)字化”向傳統(tǒng)教育教學模式提出了新的挑戰(zhàn)。以高中化學為例，在吸熱放熱反應的數(shù)字化實驗中，通過溫度傳感器能直觀呈現(xiàn)物體熱能的變化，通過電壓傳感器能準確看出電流電壓的變化數(shù)據(jù)，避免人為感測引起的觸電風險，通過壓強傳感器能分析酸性條件下，鋼鐵的吸氧和析氫現(xiàn)象等等，分析數(shù)字化實驗應用于高中化學教學的優(yōu)勢與弊端，從實驗目標、數(shù)據(jù)采集和處理等方面提出了建議。

【關鍵詞】高中化學；實驗教學；數(shù)字化；信息處理

化學是一門自然學科，也是與生活聯(lián)系極其緊密的一個學科分支。在日常生活中，我們無時無刻不在享受化學研究的成果。高中化學作為中學學科構成的重要組成部分，在提高學生學以致用的實踐鍛煉能力方面發(fā)揮了重要作用[1]。實驗教學作為高中化學的主要教學形式，也凸顯了實踐性在化學學習中舉足輕重的地位，但由于場地、設備等各類教學資源的不完備，使得傳統(tǒng)課堂中的實驗教學不盡如人意。對此，數(shù)字化實驗教學作為傳統(tǒng)教學模式的必要補充，利用傳感器對實驗進行仿真模擬，能很好地解決這一傳統(tǒng)教學所面臨的難題。

一、數(shù)字化化學實驗教學概述

（一）化學實驗數(shù)字化教學的優(yōu)勢

高中階段的化學實驗教學普遍采用的是在專業(yè)實驗室進行的傳統(tǒng)實驗教學，相對于傳統(tǒng)化學實驗教學而言，數(shù)字化的化學實驗具備一定條件下的優(yōu)勢，能促進學生方便快捷地操作化學實驗。首先，數(shù)字化的化學實驗教學普遍采用的是更為形象且直觀的操作步驟。數(shù)字化的化學實驗教學在過程中所采用的是基于數(shù)字技術的教學方式，而對于長期接受傳統(tǒng)實驗教學的高中生而言，新穎的實驗教學能夠有效地激發(fā)學生的學習興趣。受當前的技術環(huán)境影響，學生對于數(shù)字化的實驗教學方式的接受度較高，并且學生也比較傾向于利用數(shù)字化技術進行實驗教學。其次，對于高中化學實驗教學而言，需要學生在做實驗時，能夠充分結合教材知識。但是化學知識中的大部分原理對學生而言，在學習時比較抽象，進入到實驗教學環(huán)節(jié)時，不能夠很好地把控相關的步驟，從而無法有效地驗證自己的理解。而數(shù)字化實驗教學更加直觀易懂，教師在教學時，也能夠利用數(shù)字化技術將一些抽象的化學知識融入實驗教學中，學生也能更為高效地對知識形成自己的理解。最后，學生在數(shù)字化實驗教學中，不再需要將關注點放到實驗儀器的具體操作上。學生的關注點將從實驗儀器轉變?yōu)閿?shù)字化實驗用的傳感器。對于實驗教學而言，學生會擁有更多的時間去理解實驗過程中的化學原理。在化學實驗課上，學生的主體地位也會更加地突出。

（二）化學實驗數(shù)字化教學的弊端

相對而言，化學實驗數(shù)字化教學優(yōu)勢雖然較為明顯，但是在某些環(huán)境下其弊端也較為突出。高中階段化學課程采用數(shù)字化實驗教學，必然要面對實驗設備的問題。目前主流的數(shù)字化化學實驗設備相對而言價格偏高，且后期需要花費大量時間進行維護。對于高中學校而言，不同地區(qū)的經濟發(fā)展水平不同，一部分學校便不愿采購相關的實驗設備，并且后期的維護成本對于學校而言，也是相對較大的支出。其次，數(shù)字化的化學實驗教具更多的是采用的是數(shù)字化的傳感技術，學生在進行實驗操作的過程中，所有的實驗數(shù)據(jù)都能夠直接上傳到電腦上。學生的整個實驗過程將不再需要對相關的數(shù)值進行計算。對于學生而言，這一過程并不利于學生計算能力的提升。高中階段學生所學習的化學知識為基礎知識，有相當一部分的理論知識需要學生結合化學公式計算，才能讓學生對知識的理解更加透徹。而數(shù)字化實驗教學忽視了這一點，后期學生的數(shù)據(jù)處理與計算能力得不到提升，也會對學生整體的未來發(fā)展產生不利影響。最后，數(shù)字化的實驗教學雖然更加直觀，但是在實驗的過程中與生活的聯(lián)系將會大大減少，學生的實驗結果轉化也將變得不再具有一定的真實感受。所以對于高中化學教師而言，數(shù)字化的實驗教學要更加注重學生的能力培養(yǎng)，盡可能地排除掉一部分不利因素。

二、數(shù)字化實驗應該以“可視性”為目標

“可視性”在最大程度上將實驗場景以直觀的方式呈現(xiàn)在學生面前，是高中化學實驗課應該主動迎合的新方向?；瘜W實驗在一定程度上而言，將學生所學知識與動手能力集中在一起，在實驗中考量知識的應用準確度，在知識學習中檢驗實驗的可行性與施行方向。例如，在探索外焰溫度的化學實驗中，傳統(tǒng)實驗方法是讓學生自己去用觸覺感知，然而拋開傳統(tǒng)實驗的危險性（可能會有燙傷現(xiàn)象并導致自燃的嚴重后果），由于個體差異性的存在，學生的感知覺也各有不同，對溫度的把控因人而異，因此，教學效果較差。數(shù)字化實驗模式引進之后就解決了這一難題，學生可以通過溫度傳感器，直觀地觀察到內外焰溫度全程的變化，從而得出外焰溫度高于內焰的定論。再如，在做溶液pH酸堿度中和滴定測驗時，pH傳感器可以感知測定過程中溶液酸堿度的變化，并在電腦端生成pH的變化曲線，確定溶液濃度，并合理判斷滴定終點，大大提高了實驗的可操作性、過程的可視性和結果的客觀性、精準度。而傳統(tǒng)試驗模式是由操作者將指示劑滴入不同溶液中，以操作者目測數(shù)據(jù)判斷滴定重點，一次操作后，還要將數(shù)據(jù)記錄下來，中斷性操作會影響觀察的準確性，操作誤差很大，實驗效果受主觀因素的干擾比較大，實驗結果的精準度不穩(wěn)定。數(shù)字化實驗通過傳感器使數(shù)據(jù)采集更加便捷、易操作，最大程度上避免了人為因素的干擾。然而，試紙測量的有效性與溫度、受測環(huán)境、器皿材質等都有千絲萬縷的聯(lián)系，這種傳統(tǒng)的測量方式勢必會影響測量的準確性，也無法達到直觀的目的。數(shù)字化實驗則能很好地呈現(xiàn)酸堿度高低變化的曲線過程，將變化以精準的數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來，既增加了知識的趣味性，又鍛煉了學生的觀察和思考、記錄能力[2]。

三、數(shù)字化實驗要突出實驗重點

數(shù)字化實驗對教學設備的要求相對于傳統(tǒng)的實驗室實驗而言要高出許多。計算機、傳感器、數(shù)據(jù)終端、錄播/導播系統(tǒng)、圖像分析、板書定位系統(tǒng)等都是搭建數(shù)字化實驗室所需要的。教師的實操能力、學校的辦學投入等主客觀因素都會影響數(shù)字化實驗室的建立與使用進程。因此，教師作為數(shù)字化實驗室啟動的發(fā)起者要先綜合分析教學現(xiàn)狀，針對有需要的化學實驗環(huán)節(jié)進行數(shù)字化剖析，在給定的教學投入下，不斷提高自己的設備實操能力，使數(shù)字化實驗投入對學校、教師、學生這三方的實效性都能實現(xiàn)最優(yōu)化。例如，武漢某高中化學教師就根據(jù)本學科教學的情況及學生掌握知識的程度，進行了數(shù)字化實驗室擬建立的必要性探究實驗。針對儀器、試紙、有毒藥品（包括易燃易爆物品）、過濾、蒸發(fā)、升華、萃取和透析等高中化學教學主線進行了系統(tǒng)剖析，指出哪些是學生希望掌握但又因實驗室條件局限無法展開的，哪些是實驗室教學雖然可以展開但是精準度無法控制的，哪些是當前社會形勢下高中生必須具有的化學實操能力等等。針對急需解決的實操問題進行數(shù)字化實驗教學模擬，既增長了學生見識，也為他們更好地參與社會實踐提供了堅實的物質基礎。

四、數(shù)字化實驗要注意教學過程“現(xiàn)代化”

數(shù)字化實驗室的建設不是一項小工程，學校需要投入大量人力、物力、財力，而教師也需要不斷提升數(shù)字化設備的操作能力，學習某些實驗項目的風險管理等相關知識，這樣才能在實際操作中臨危不亂。數(shù)字化實驗室如果能與微課或錄播課等網(wǎng)絡形式相結合，將會取得意想不到的效果，也能真正實現(xiàn)教學資源全球化，給偏遠地區(qū)不具備數(shù)字化教學資源的學校帶來福音[3]。江蘇省南京市某數(shù)字化實驗試點高中曾教師的做法就很好地踐行了這一點。曾教師所在的高中是南京市政府政策扶持的重點高中，作為一名化學骨干教師，曾教師在認識到傳統(tǒng)實驗室教學的瓶頸后，大力倡導數(shù)字化實驗室的應用。作為試點單位的發(fā)起人，曾教師把引進過程中的點滴心得、工程進度、待辦事項等都一一記錄在案，在數(shù)字化實驗室投入使用之前，自己反復演練實驗的各個階段確保萬無一失。此外，曾教師還準備了錄制設備，他覺得這么好的課堂，一定要讓不具備數(shù)字化實驗教學條件的學校也能通過視頻去感受、共享他們的學習成果。在實驗室正式運行之后，曾教師作為第一批使用數(shù)字實驗室的化學教師，有針對性地制定了實驗室的規(guī)則和注意事項，并提出哪些板塊可以利用數(shù)字化實驗室，如何利用等細節(jié)問題，為學校以及化學課程數(shù)字化實驗工作的展開奠定了堅實的基礎。

五、數(shù)字化實驗要注重數(shù)據(jù)采集和處理的“準確化”和“智能化”

數(shù)據(jù)分析是數(shù)字化實驗的核心特征，也是數(shù)字化實驗在分析層面優(yōu)于傳統(tǒng)實驗室實驗的主要原因。要發(fā)揮并保持這一優(yōu)勢，數(shù)字化實驗必須進行持續(xù)的自我優(yōu)化和更新。如同手機軟件也要不斷地進行升級修復漏洞一樣，數(shù)字化實驗室中的軟件和設備也要進行系統(tǒng)升級，確保數(shù)據(jù)采集的準確性和智能性、即時性，客觀性，并且作為儀器設備進行有效管理，建立并完善制度臺賬。湖南省長沙市某高中就針對化學數(shù)字化實驗室進行定期維護升級管控，由信息科負責人帶領，每月一次對實驗室中的軟硬件設施進行檢查，確保數(shù)據(jù)產出的有效性和時效性。

六、加強教師之間、學校之間、社會之間的交流學習

綜上所述，數(shù)字化實驗在直觀性、現(xiàn)代化和實驗效果上都比傳統(tǒng)實驗室實驗更勝一籌，它不但踐行了新課改背景下將理論與實踐結合起來的學習觀，還能有效地發(fā)揮了學生的主觀能動性，增加了實驗趣味性，提高了學生動手操作能力，更好地促進理論知識的吸收消化。但是由于不同學校經濟預算及規(guī)?？刂疲⒉皇敲總€學校都有可用的數(shù)字化實驗配置，受之局限，并不是每位化學教師都能使用數(shù)字化實驗設備，并不是每位學生都能受益于數(shù)字化實驗。對此，加強教師之間、學校之間、社會之間的交流，實現(xiàn)“互通有無”，在提高整體化學教學成果上就尤為重要。首先，教師之間——同校教師和非同校教師。同校教師之間由學校進行調控，由精通數(shù)字化實驗的教師定期對其他化學教師進行集中培訓，培訓的方式可以是講座，也可以是微課或網(wǎng)課，培訓內容分為理論和實踐并定期由校方檢驗培訓成果，確保教師“人人能用，人人會用”，提升數(shù)字化實驗的普惠范圍。非同校教師之間，由教育部門或學校領導牽頭開展互動學習，由設備持有學校教師對其他學校教師進行集中培訓，輔以網(wǎng)課形式，最大程度上避免因時間、地點原因導致的不能到場現(xiàn)象，切實提升教師的實操能力。其次，學校之間——由教育部門統(tǒng)籌。由于各學校的實際情況存在差異，不同學校引進的數(shù)字化實驗設備可能存在很大的不同，可能存在A學校擁有溫度傳感器設備，B學校擁有電壓設備。教育部門通過統(tǒng)籌安排，使沒有配置設備的學校能親臨有設備的學校中，進行深入學習實踐，無疑能在實現(xiàn)資源最大化的同時實現(xiàn)實驗教學效果的最優(yōu)化。最后，社會之間——主要包括學校與各大社會團體之間。在社會范圍內通過學校與團體的交流合作，擴大數(shù)字化實驗的影響范圍并不斷汲取新的養(yǎng)分，使數(shù)字化實驗不斷博采眾長，在不斷優(yōu)化中提升實驗效果的新高度。例如，2019年，為推廣數(shù)字化實驗及提高運用水平，中國教育學會和《化學教與學》雜志社聯(lián)袂舉辦了化學數(shù)字化成果交流與培訓會，吸引全國共計近900名中學化學教師前來學習交流。會上，威尼爾公司余國濤博士作了精彩演講，向教師傳授了數(shù)字化設備使用的技術經驗，展出了從全國160多件數(shù)字化實驗作品中選出的26件作品，并由專家現(xiàn)場講解評價，針對作品的優(yōu)缺點逐一論述。以此在全國范圍內加大了數(shù)字化實驗的影響力，同時也通過現(xiàn)場溝通提升了廣大教師的實操水平，引起了廣大化學教師的廣泛關注。

七、結語

現(xiàn)代化進程的不斷推進對新時期的高中化學教學提出了新的挑戰(zhàn)，數(shù)字化已成為時代的標志性特征。化學教學要積極發(fā)揮教師、學校和社會團體的影響力，實現(xiàn)資源最大化，為傳統(tǒng)的實驗室化學模式增添新的色彩。作為新時代的高中化學教師，要充分利用數(shù)字化實驗教學帶來的新契機，引導學生積極參與實驗，主動思考，讓學生在實踐中鞏固知識，在運用中深化知識，提高觀察能力和實驗操作能力，引導學生以務實的心態(tài)積極投身社會實踐。

【參考文獻】

[1]王壽紅，何彩霞，賈曉春.中學化學教師數(shù)字化實驗教學培訓實踐與思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020（2）：6-8.

[2]賈文靜.關于高中化學數(shù)字化實驗教學的思考[J].試題與研究，2020（7）：195.

[3]裴傳友，馬善恒，楊芹.中學化學數(shù)字化實驗的發(fā)展與應用[J].化學教學，2020（2）：56-60.

作者：徐鳳 單位：江蘇省徐州市第一中學