数字化实验在中学化学中的应用策略

数字化实验在 中学化学中的应用策略

胡媛媛 董华泽 夏建华 陈露闵 姚娟娟

合肥师范学院 化学与化学工程学院 230601

基金项目：化学（师范）专业课程双师型教学团队（项目号：2019jxtd091）；化学（师范）专业课程双师型教学团队（项目号：2019jxtd091）；基于数字化实验的中学“氧化还原反应”教学研究（研究生创新基金项目编号：2020yjs001）

摘 要:化学是一门以实验为基础的科学，传统实验无可厚非在中学化学教学中起到不错的教学效果。但是现在随着时代的进步，学生接触的新鲜事物越来越多，这些传统的化学实验的弊端逐渐显现出来。随着新课程改革的实施，对实验的精确度及实验现象的准确性提出了更高的要求，传统实验已经无法满足。本文以数字化实验为依托，研究了近些年来的一些中学优质课对数字化实验的应用的创新点，以期为后期教师对数字化实验在中学化学中得到更好的应用。

关键词: 数字化实验，传统实验，优质课，应用

一 、问题的提出

新课程基础教育改革的背景下，全面提高学生素质，促进学生的全面发展，培养学生创新能力和实践能力是对新时期人才培养提出的要求^[1]。数字化实验，作为一门新兴的技术，可以精确提供数据的仪器，促进学生的好奇心和创造欲。当代教师如何合理的运用数字化实验解决课堂上传统实验解决不了的问题显得尤为迫切。

二、数字化实验在教学中的意义

中学生喜欢动手作用，对探索未知有浓厚的兴趣，已经具备一定的分析问题能力，但对于抽象的微观世界非常陌生，证据推理能力欠缺。数字化实验能将抽象的问题具体化，把看不到的实验现象通过图像呈现出来,直观易懂,培养学生的观察、数据分析和处理、严肃认真的科学态度，从而全面提高学生的科学素养^[2]。

3. 优质课中运用数字化实验的教学案例研究

优质课中大多以情境线、问题线、活动线、知识线、素养线这五条线来展开，创新线贯穿其中。而数字化实验的引入，是连接问题线和活动线的更好的创新，合理的运用数字化实验为你的课堂添彩。

案例一：《初探原电池的发展》

例如在《初探原电池的发展》一课中，在传统的课上我们在上原电池这一节，一般直接讲原理，而忽视学生对原电池的探究能力。在这节课上以科学家的足迹和学生们借助数字化实验经历探究了原电池如何提供稳定持续的电流的过程，了解科学探究的步骤，体现出实验探究与创新意识的化学核心素养^[3]。

问题1：为什么单液原电池电流衰减的快呢？引导学生通过数字化实验探究单液原电池，用温度传感器和电流传感器，连接电源，得出随着反应的进行电流在逐渐衰减，温度在逐渐增加，主要是锌与硫酸铜溶液直接接触反应放热，所以单液原电池电流不稳定，我们如何优化呢？

问题2：如何改进单液原电池？将锌与硫酸铜分开设计盐桥原电池？再次引导学生通过数字化实验探究双液原电池，用温度传感器和电流传感器，连接电源，与单液原电池800秒的图像对比，发现双液原电池有明显的缺点就是电流太小，如何去增大双液原电池的电流呢？我们能否将盐桥换成一张纸或者一张膜呢？

问题3：从原电池到实用电池，应怎样改进？我们能做什么？最后组织学生进行氢氧燃料电池设计，介绍各种各样的电池，电池的研发永远在路上。在这一过程中，通过传统实验与数字化实验相结合，培养学生的宏观辨识和微观探析的科学素养。

案例二：《探究温度对碳酸氢钠溶液PH的影响》

例如在《探究温度对碳酸氢钠溶液PH的影响》一课中，我们知道碳酸氢钠固体在固体状态时加热时可以放出二氧化碳，但碳酸氢钠溶液在常温或加热条件下能放出二氧化碳吗？看不到现象，到底是没分解还是分解缓慢看不到现象？以此为问题线出发，教师将数字化融入到实验操作中，利用传感器测二氧化碳的含量和测溶液PH的变化，来证明溶液PH与液面上方CO₂含量之间的关系，最后得出结论。在这一过程中，实现了对学生定性与定量的构建，拓展了学生的思路，强化了学生对化学知识体系的进一步认知。

案例三：《探究离子反应发生的条件》

例如在《探究离子反应发生的条件》一课中，我们知道在课本中我们用氢氧化钡和硫酸反应直接可以看到有白色沉淀的现象，但我们能不能从其他角度来分析呢？这时引导学生运用传统与数字化实验相结合进行探究，探究溶液的导电性，对实时采集的数据形成图像进行分析，让学生相互讨论,教师从旁引导、归纳，推断发生离子反应发生的条件。在这一过程中，实现了信息技术与课堂教学的深度融合，培养了学生自主学习，实验探究，合作讨论的能力。

3. 总结

本次的课例分析是对教学层面的一次深入研究，以数字化实验为指导，力求实现学生素养的养成，希望本次以具体的数字化实验为基础的案例研究，能为接下来的教学研究提供一些支持。

参考文献

1. 胡先锦，管窥. 高中化学学科核心素养[J]. 化学教与学, 2017, (3): 26-28.

2. 中国人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准(实验)[M]. 北京: 人民教育出版社, 2003.

[3] 蒋永贵，吴俊明. 新课程背景下的数字化实验室及其在中学理科教学中的应用[J].中国电化教育,2006,11:45-48.

作者：胡媛媛(1994-)，女，汉族，安徽省阜阳人，合肥师范学院2019级硕士研究生，学科教学(化学)专业

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