孫言虹

摘要：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室（DIS）是指由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)及相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成的測(cè)量、采集、處理設(shè)備和與之配套的相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器裝備組成的實(shí)驗(yàn)室。中學(xué)化學(xué)教學(xué)中引人數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，不僅能彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)工具的缺陷，還能促進(jìn)學(xué)生了解先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，獲得科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)思維能力，提高探究水平。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化教學(xué);數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究;傳感器;中學(xué)化學(xué)教學(xué)

數(shù)字化教學(xué)分為課堂中數(shù)字化設(shè)備的應(yīng)用和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（DIS）兩個(gè)方面。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是由傳感器、數(shù)據(jù)處理器和相應(yīng)數(shù)據(jù)處理軟件組成，能與計(jì)算機(jī)連接并進(jìn)行定量采集和處理數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用到高中化學(xué)教學(xué)中有很多優(yōu)勢(shì)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有些數(shù)據(jù)方面的欠缺，還可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)先進(jìn)科技的感知，可以一定程度上促進(jìn)與物理的接軌，獲得科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)出學(xué)生對(duì)于具有具體實(shí)驗(yàn)過程中科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化的思維能力，提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究水平。下面我將從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的必要性、數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)兩個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述。

（一）在中學(xué)教學(xué)中開展數(shù)字化教學(xué)的必要性

隨著新課程的改革與素質(zhì)教育的深入，教育教學(xué)越來越注重學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)的操作能力，尤其化學(xué)學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中學(xué)化學(xué)的重要組成部分，是有效發(fā)展和提升學(xué)生科學(xué)、實(shí)踐探究能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。特別強(qiáng)調(diào)的“研究性學(xué)習(xí)”大多都與實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)。

化學(xué)是一門抽象的學(xué)科，比如一些微觀粒子之間的反應(yīng)，學(xué)生很難理解抽象的知識(shí)，教師也是用盡全力去解釋這些抽象的知識(shí)，比如必修一中離子反應(yīng)方程式、選修四中鹽類的水解等難理解的知識(shí)，這些比較抽象的知識(shí)需要借助多媒體三維動(dòng)畫，展示反應(yīng)的過程，更加形象，學(xué)生更好的理解該知識(shí)點(diǎn)。

（二）開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在中學(xué)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程“具體化”包括實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)具體性、可視性。這是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)過程分析所欠缺的思維，建立相關(guān)數(shù)據(jù)概念，理解化學(xué)相關(guān)規(guī)律的圖表認(rèn)知基礎(chǔ)，是學(xué)會(huì)處理高考化學(xué)問題的關(guān)鍵所在，在高考化學(xué)試題中表現(xiàn)非常突出。

通過對(duì)于近些年高考化學(xué)試題的分析，可以發(fā)現(xiàn)“對(duì)化學(xué)知識(shí)的考查難度降低，讀圖能力大幅度提高”的趨勢(shì)，學(xué)生恰恰在這種解題能力上有所欠缺，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)讓學(xué)生感性地認(rèn)識(shí)理性問題的橋梁，通過具體實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生直觀有趣的接受新知識(shí)。從而顯現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)融入化學(xué)教學(xué)課堂的重要性，也能有效發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的作用，為化學(xué)教學(xué)工作者完成教學(xué)任務(wù)提供便利。其中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以直觀有效的展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，便于學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)也提高了學(xué)生自主分析數(shù)據(jù)的能力，最主要的是將原本抽象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具象化。所以進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生對(duì)于解題模型的理解，有助于提高學(xué)生的解題的能力。在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中DIS傳感器會(huì)清晰的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，客觀的向?qū)W生展示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果及整個(gè)過程中數(shù)據(jù)的變化，學(xué)生記憶更加深刻，對(duì)于過程中數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來的圖像的理解更加深刻。例如，酸堿中和滴定中曲線的變化，學(xué)生通過傳感器可以準(zhǔn)確判定實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)，對(duì)于整個(gè)過程中粒子的變化更加熟悉，更利于學(xué)生對(duì)于高中化學(xué)教學(xué)難點(diǎn)酸堿中和滴定中圖像的分析和計(jì)算的理解。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一般實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯，但實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)變化比較難以捉摸，學(xué)生很難理解整個(gè)過程的變化，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以從根本上解決這個(gè)問題。有助于學(xué)生建立相關(guān)的圖表解題模型，有助于高考化學(xué)中比較難的圖像題目的解答。例如酸堿中和滴定，利用傳感器及數(shù)據(jù)處理軟件來解決酸堿中和滴定曲線的建立，有助于學(xué)生建立解題模型。再比如八水合氫氧化鋇和氯化銨的反應(yīng)，吸熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象確實(shí)比較明顯，但是傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于過程中溫度的變化過程很難探究，如果用溫度傳感器及相關(guān)數(shù)據(jù)軟件則清晰的記錄整個(gè)過程溫度的變化，并且也能解決在保溫設(shè)備中溫度降低的最低點(diǎn)，加深學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記憶。

在傳統(tǒng)的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，一些難理解的科學(xué)概念和原理，通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不容易讓學(xué)生理解，也需借助于數(shù)字化傳感技術(shù)的直觀演示、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析和圖表展示，達(dá)到快速突破教學(xué)難點(diǎn)、優(yōu)化教學(xué)過程及提高教學(xué)效率的目的。例如，講解離子反應(yīng)離子濃度時(shí)，通過電導(dǎo)率DIS實(shí)驗(yàn)，引人DIS技術(shù)后，就能實(shí)現(xiàn)微觀“可視化"，很好地反映溶液中的離子濃度變化情況，比起以往傳統(tǒng)教學(xué)，學(xué)生更能深刻的掌握知識(shí)點(diǎn)，而且可以活躍課堂氣氛。

總之，數(shù)字化教學(xué)進(jìn)入高中化學(xué)課堂，不僅推動(dòng)探究式的教學(xué)文化建設(shè)，活躍原本枯燥的化學(xué)課堂，使抽象知識(shí)（微觀粒子）具體化、形象化，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提高。通過進(jìn)一步的數(shù)字化化學(xué)課堂分析，總結(jié)如何應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)、哪些知識(shí)需要利用三維動(dòng)畫演示反應(yīng)歷程等，進(jìn)而創(chuàng)高效化學(xué)課堂。

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