初中化學(xué)數(shù)字化實驗校本化研究初探

司璐璐 朱紛

摘?要：數(shù)字化實驗已經(jīng)越來越多地出現(xiàn)在化學(xué)學(xué)習(xí)中，文中從學(xué)生適應(yīng)信息化社會、突破初中化學(xué)教學(xué)中的重難點以及數(shù)字化校本課程開設(shè)等三個方面，探討了數(shù)字化實驗在校本化研究中的案例，思考了數(shù)字化實驗的校本化研究給學(xué)習(xí)所帶來的變化與意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實驗;初中化學(xué);校本化研究;研究性學(xué)習(xí)

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗是學(xué)習(xí)化學(xué)的一條重要途徑。當(dāng)代社會處于大數(shù)據(jù)時代，信息技術(shù)與學(xué)科課程整合已經(jīng)成為當(dāng)前國際基礎(chǔ)教育改革的趨勢與潮流?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中就指出：信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。2011版課標在教學(xué)建議中強調(diào)了“教師尤其要注重有效發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的作用”的要求。一些版本的教材和近幾年南京市中考試卷中均出現(xiàn)了數(shù)字化實驗的內(nèi)容。數(shù)字化實驗將定性實驗變?yōu)槎繉嶒?，通過多媒體交互系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并描繪圖線，對于一些復(fù)雜精確的數(shù)據(jù)處理更為高效和便捷;更重要的是能夠面向全體學(xué)生，數(shù)字化實驗讓學(xué)生更加關(guān)注實驗及其變化過程和結(jié)果分析，為完成學(xué)習(xí)方式的改變與多樣化，學(xué)生的自主探究鉆研，師生的廣泛體驗、合作和交流提供了大量時間。使得課堂學(xué)習(xí)更加的多元化，學(xué)生的思維更加活躍，也提高了學(xué)生模型認知能力和科學(xué)探究意識。

一、 數(shù)字化實驗有利于學(xué)生適應(yīng)社會、提高綜合素質(zhì)

當(dāng)代學(xué)生從出生起便接觸到數(shù)字化工具，互聯(lián)網(wǎng)、手機、微信、QQ等已成為他們生活中必不可少的東西，根據(jù)時代的發(fā)展，在初中化學(xué)教學(xué)中必然會引入數(shù)字化實驗，這是時代的產(chǎn)物。數(shù)字化實驗本身便是一個較為前沿的科學(xué)技術(shù)，通過它可以有效地將信息技術(shù)與傳統(tǒng)實驗課程進行整合。它是以真實實驗為基礎(chǔ)，通過各種傳感器替代部分傳統(tǒng)的儀表，將實驗數(shù)據(jù)采集之后交由計算機分析處理，能夠更加清晰、明確地展示實驗現(xiàn)象，揭示實驗規(guī)律的實驗手段。從實驗組成結(jié)構(gòu)來看，數(shù)字化實驗包括數(shù)字化傳感器（圖1）、數(shù)據(jù)采集器（圖2）、計算機和實驗軟件包四個部分。

在實驗的過程中，學(xué)生要學(xué)會計算機的操作、學(xué)會對計算機模擬圖像的認知和處理，要學(xué)會使用傳感器等新技術(shù)，現(xiàn)在很多數(shù)字化實驗儀器的采集器還配有液晶顯示屏，傳感器所采集的實驗數(shù)據(jù)，可以直接在顯示屏上顯示，實時進行實驗數(shù)據(jù)分析，得出實驗結(jié)論。所以通過數(shù)字化實驗，不僅可以讓學(xué)生提高對信息的處理能力，提高對數(shù)據(jù)的處理能力，提高問題的提出與解決能力，也能讓學(xué)生更多地接觸到科學(xué)與技術(shù)，提高對新技術(shù)的接受與使用能力，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，提高對信息社會的適應(yīng)能力。

二、 數(shù)字化實驗有利于突破實驗教學(xué)中的重難點

初中階段常用的傳感器有：濁度計、滴數(shù)計、pH、二氧化碳、氧氣、溶解氧、氣壓、溫度、高溫傳感器、電導(dǎo)率、溶液中的離子等一系列傳感器。通過這些傳感器，可以完成很多初中階段的化學(xué)實驗，如氧氣、二氧化碳等氣體制備和性質(zhì)的實驗，酸堿鹽性質(zhì)的實驗等。

借助于數(shù)字化實驗儀器，可以及時生成實驗數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化成圖表，這可以將原本學(xué)生不易理解的一些微觀的變化或是無明顯現(xiàn)象的實驗，轉(zhuǎn)化為具體直觀的圖像。

例如我們在酸堿鹽的復(fù)習(xí)中，經(jīng)常會做到碳酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)的問題。當(dāng)我們將碳酸鈉溶液加入鹽酸中可能不會立刻出現(xiàn)氣泡，其原因是在碳酸鈉溶液中滴加少量稀鹽酸時，首先生成的是碳酸氫鈉和氯化鈉，此時并沒有二氧化碳氣體生成，只有在碳酸氫鈉再和稀鹽酸反應(yīng)時，才會產(chǎn)生二氧化碳，這時才能看到溶液中有氣泡產(chǎn)生。對于這個反應(yīng)的原理，如果通過數(shù)字化實驗將實驗中pH和二氧化碳體積進行比較，更易于學(xué)生去理解。

課題組今年的酸堿鹽復(fù)習(xí)課中，便運用了數(shù)字化實驗完成了對該實驗的分析，起到了較好的效果（圖3）。

通過圖3的對比，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH下降時，并沒有氣體產(chǎn)生，說明反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生但未產(chǎn)生二氧化碳。當(dāng)pH第二次下降時，才出現(xiàn)了二氧化碳氣體。這充分說明反應(yīng)是分兩個階段進行的，通過直觀的數(shù)據(jù)，學(xué)生能夠更好地認識碳酸鈉溶液與稀鹽酸反應(yīng)的實質(zhì)，對解決教學(xué)難點起到了很好的促進作用，有利于學(xué)生更好地理解化學(xué)變化的實質(zhì)。

此外不易觀察到的現(xiàn)象，如溶液中離子間的反應(yīng)、無色氣體的濃度變化等，均可借助數(shù)字化傳感器以及實驗中的數(shù)據(jù)處理軟件，通過圖像圖表的形式顯示在顯示器上，讓學(xué)生直觀看到實驗結(jié)果，使晦澀難懂的化學(xué)原理很容易的接受，這樣就可以快速突破難點，實現(xiàn)教學(xué)目標。

三、 開設(shè)數(shù)字化實驗校本課程，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容

數(shù)字化實驗具有直觀性、快捷性等特點。有的實驗原本需要較長時間才能觀察到現(xiàn)象，通過數(shù)字化實驗儀器，可以在較短時間內(nèi)甚至立刻觀察到現(xiàn)象，且通過數(shù)據(jù)圖表的展現(xiàn)，變得更加直觀，這樣有利于初中學(xué)生對化學(xué)實驗的探究。課題組在學(xué)生中開設(shè)了《水火傳奇》校本課程，在校本課程中讓學(xué)生研究不同的催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響、水果電池、濃硫酸的吸水性、酸雨的測定、暖寶寶中鐵粉與氧氣的反應(yīng)、水質(zhì)的測定等（圖4、圖5），將化學(xué)學(xué)習(xí)由課堂拓展到課外、由書本延伸到生活中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

通過校本課程所開設(shè)的研究性學(xué)習(xí)，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富和多元化，不僅解決生活的化學(xué)問題，更使學(xué)生拓寬了視野，提高對知識的運用能力。使學(xué)生開展真正意義上的探究成為可能，從而達到提高學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任意識。

通過對數(shù)字化實驗的校本化研究，使初中化學(xué)實驗從定性分析到定量研究，讓抽象概念轉(zhuǎn)化為直觀圖像，讓化學(xué)學(xué)習(xí)拓展延伸，這不僅是教學(xué)的進步，也是為學(xué)生學(xué)習(xí)提供了更好的平臺和技術(shù)支持，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

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作者簡介：司璐璐，江蘇省南京市，南京市科利華中學(xué);朱紛，江蘇省南京市，江蘇省教學(xué)研究室。