数字实验在高中化学教学案例中应用分析

数字实验在高中化学教学案例中应用分析

聂小琴  马善恒

安徽省合肥市第八中学  230031  

摘要：在高中化学教学中，合理运用数字化实验，进行化学实验教学，充分体现数字化实验的优势。实现将数字化实验运用于化学学科教学，培育学生化学核心素养，提升教师实验探究能力。本文分析数字实验在新授课和复习课教学案例中的应用。

关键词：数字实验；教学案例

 随着新技术的不断涌现，教育现代化得到不断推进，给教学带来了更大便利，给教育发展带来了革命性影响。近年来，以传感器为代表的数字化设备逐步进入中学实验室，数字化实验得到不断开展。数字化实验就是依靠计算机、数据采集器、传感器等仪器进行实验活动。它的实施使传统的“宏观、微观、符号”的化学三维表征变为了“宏观、微观、符号、图像”的四维表征。它丰富了培养学生化学核心素养的手段。对于帮助学生理解一些化学的抽象概念，破解一些化学疑难，深入解开微观世界的奥秘，培养学生核心素养有着十分积极的作用。

1.新授型课堂数字化实验探究——化学平衡移动原理

新授课要注重学生认知水平和能力，建构知识体系，教学中可以通过对比教学、教师演示实验和学生探究实验培养学生观察、分析、推理和合作探究的能力，重在提升学生实验探究、预测和认知推理的科学素养。勒夏特列原理，即化学平衡移动原理，是高中化学教学的重点和难点，也是考试的热点内容之一。要掌握这个概念，对学生的理解能力和抽象思维能力有较高的要求，教师通过传统的讲授方式很难使学生理解，而采用数字化实验，可“实时监控”平衡移动全过程，更直观，更有说服力。课堂案例一——氯水中平衡移动的存在[1]。本节课设计了一系列的数字实验，探究不同条件（温度、浓度）的改变，对Cl2 + H2O H+ + Cl- + HClO这一可逆反应平衡移动的影响，通过数字实验直观呈现出氯水中各种平衡移动的存在。通过使用pH传感器、氯离子传感器、温度传感器、氧气传感器等，在学生面前直观地展现出平衡的存在，让平衡移动变得“摸得着、看得见”，对于学生理解勒夏特列原理非常有帮助。氯水加热过程中呈现出pH、c(Cl-)同时减小，对于一系列平衡移动导致结果不同进行了分析，可促使学生综合分析问题及实验探究能力的提升。课堂案例二——影响电离平衡、水解平衡、难溶电解质溶解平衡移动的因素[2]。本节课利用数字化实验技术，通过温度、pH等传感器感知看不见摸不着的微观世界，有利于学生对原有的实验进行挖掘，从定量方面深入认识影响电离平衡、水解平衡、难溶电解质溶解平衡移动的因素，深刻理解化学平衡移动原理，这有利于培养学生尊重客观事实的科学态度。经过宏观数据的分析，得出微观变化的结论，培养学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识的核心素养。
    2.复习型课堂数字化实验探究——“化学平衡移动”的复习课教学
    复习课如何进行知识有效的重现、如何在重现中巩固基础知识、构建知识网络，优化思维品质、培养学生知识迁移、扩展能力，不是“详细的知识归纳+大量习题训练”就能达到目的，有时需要进行设计合理实验进行科学探究。化学平衡、电离平衡、水解平衡及沉淀溶解平衡等，作为高中化学知识体系中的重点平衡类知识，是落实化学学科核心素养“变化观念与平衡思想”、引导学生形成化学“平衡观”的教学知识载体。但课堂教学中，大部分教师只是通过教学语言，从定性的角度讲解“化学平衡移动”的相关知识，学生并不能从平衡移动实质上深刻理解平衡及平衡移动，从而导致学生在面对复杂问题情境时，不能有效提取脑海中的信息而进行迁移应用。而将数字化实验引进教学，一方面能够有效稀释化学平衡内容难度，帮助教师更好地达成教学目标，实现化学平衡类知识对于学生能力与思维方面培养的特殊贡献；另一方面通过数字化实验教学能够利于学生真正厘清“平衡”及“平衡移动”等知识，更能在知识习得的过程中提升能力、发展素养。教学案例三——数字化实验下“多因素对化学平衡影响”的复习课教学设计[3]。以“氯气与水的反应”为例，通过数字化实验进行“化学平衡移动”的复习课教学，有助于学生基于一定的数据变化进行“化学平衡移动”的深层次学习，以此强化学生对“化学平衡移动”知识的再次认知与深化，同时提高学生数据论证下的分析问题、解决问题的能力，转变学生思维定式下的问题解决盲点，培养学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的核心素养。

参考文献：

[1]马善恒， 夏建华，姚如富.运用数字实验探究氯水中化学平衡的存在[J].化学教学，2017，(7)：71

[2]裴传友，马善恒.数字化实验:从教师讲授到学生体验——以化学平衡移动原理教学为例[J].中小学数字化教学，2018，(5)：46

[3]马善恒，姚如富，姚娟娟.数字化实验下“多因素对化学平衡影响”的复习课教学设计——以“氯水中的平衡体系” 为例[J].小学数字化教学，2018，(1)：29