淺談數(shù)字化環(huán)境下化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的方法

白秀麗

摘要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)是九年級(jí)初中化學(xué)的重要教學(xué)內(nèi)容，但在實(shí)踐教學(xué)中卻存在著安全性低、不環(huán)保、直觀性較差、可讀性較差等問題，這些問題對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)及發(fā)展學(xué)習(xí)化學(xué)興趣造成了較大的阻礙。而在數(shù)字化環(huán)境下，化學(xué)教師可以利用信息技術(shù)創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即利用各種數(shù)字設(shè)備輔助或代替化學(xué)實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性、可讀性，提升化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化環(huán)境;化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)創(chuàng)新

初中九年級(jí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為豐富，但危險(xiǎn)性也較大，尤其是九年級(jí)下冊(cè)的“酸和堿”等內(nèi)容。并且，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程多是分子、原子層次的變化，傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)并不能帶給學(xué)生直觀的認(rèn)知。而在數(shù)字化環(huán)境下，化學(xué)教師便可以將各種數(shù)字設(shè)備應(yīng)用在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，優(yōu)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程，讓學(xué)生從多個(gè)角度感知化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際變化提升化學(xué)實(shí)驗(yàn)的可讀性、新奇性。

一、模擬微觀化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是構(gòu)成粒子的化學(xué)鍵斷裂與重新結(jié)合的過程，這樣的過程是師生肉眼無法觀察到的，師生只能從化學(xué)實(shí)驗(yàn)的宏觀表現(xiàn)來判斷化學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程，以至于學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中抽象的反應(yīng)機(jī)理不甚了解。而在傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，化學(xué)教師往往會(huì)使用塑料模型來模擬化學(xué)鍵的變化過程，以加深學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程本質(zhì)的理解，這樣的方法雖然有效，但是未免太過繁瑣，且不易于學(xué)生理解[1]。在數(shù)字化環(huán)境下，化學(xué)教師可以利用數(shù)字化軟件及硬件，基于化學(xué)鍵的“真實(shí)”情況，編制模擬動(dòng)畫，以此輔助學(xué)生理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)踐中，化學(xué)教師可以借助數(shù)字軟件繪制分子、原子、離子等微觀離子的動(dòng)畫模型，然后基于所教學(xué)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)編制化學(xué)變化過程的示意圖，并且通過剪輯技術(shù)放大并放慢重點(diǎn)過程，并輔以教師的解說與引導(dǎo)。如此，化學(xué)教師可以將微觀的化學(xué)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)以模擬動(dòng)畫的形式展示給學(xué)生，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的理解，并感受到化學(xué)反應(yīng)的魅力所在。例如，在初中人教版九年級(jí)的教學(xué)中，學(xué)生對(duì)使用金屬鋅與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在疑惑，即難以理解化學(xué)反應(yīng)中酸根的“共價(jià)鍵”是否被破壞。在演示完實(shí)驗(yàn)之后，化學(xué)教師便可以利用多媒體設(shè)備播放教師制作的模擬視頻，讓學(xué)生通過模擬動(dòng)畫視頻了解該化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

二、展示定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

在以往的化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，由于受到計(jì)量手段的制約，化學(xué)教師開展的化學(xué)實(shí)驗(yàn)精確度較差，許多化學(xué)反應(yīng)過程中的參數(shù)并不能被準(zhǔn)確的測(cè)量到，以至于化學(xué)實(shí)驗(yàn)草草了事，給學(xué)生帶去敷衍的感覺。而在數(shù)字化環(huán)境中，化學(xué)教師便可以利用數(shù)字化設(shè)備精確的展示定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，增加化學(xué)實(shí)驗(yàn)的精確程度。在定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，化學(xué)教師可以利用傳感器采集實(shí)驗(yàn)過程中的變化，并以電信號(hào)的形式收集，然后再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換與分析變成學(xué)生可直接讀取的數(shù)字符號(hào)。如此，學(xué)生便能夠從全新的角度了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程，為化學(xué)實(shí)驗(yàn)的精細(xì)化設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)[2]。例如，人教版初中九年級(jí)利用二氧化錳與過氧化氫制備氧氣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，以往的實(shí)驗(yàn)中，化學(xué)教師與學(xué)生都是通過氣泡的密集程度判斷實(shí)驗(yàn)速率。而在數(shù)字化環(huán)境下，化學(xué)教師可以利用傳感器直接測(cè)量密閉容器中的壓強(qiáng)。如此，化學(xué)教師可以利用傳感器及軟件模擬出不同量二氧化錳催化相同質(zhì)量與濃度的過氧化氫的實(shí)驗(yàn)速率及產(chǎn)物。

三、呈現(xiàn)現(xiàn)象不明化學(xué)實(shí)驗(yàn)

在初中階段的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)并不具備可讀性，即化學(xué)實(shí)驗(yàn)要么過快，無法讓學(xué)生持續(xù)觀測(cè)，要么化學(xué)實(shí)驗(yàn)的宏觀表現(xiàn)沒有多少變化，學(xué)生并不能直接判斷反應(yīng)物之間是否進(jìn)行了反應(yīng)。而在數(shù)字化環(huán)境下，化學(xué)教師可以參照定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)，利用多樣化的數(shù)字傳感器提出實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的參數(shù)信息，并利用計(jì)算機(jī)及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)軟件將參數(shù)信息轉(zhuǎn)化為可視的圖像或者是數(shù)字，讓學(xué)生能夠從另一個(gè)角度直觀的感知化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程[3]。例如，在人教版九年級(jí)下冊(cè)的教學(xué)中，稀鹽酸與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)沒有明顯的現(xiàn)象，是否發(fā)生了反應(yīng)以及反應(yīng)進(jìn)行的程度難以被直接觀測(cè)到。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生難以從宏觀角度得到化學(xué)反應(yīng)速率等內(nèi)容的信息。針對(duì)這種情況，化學(xué)教師可以利用電導(dǎo)率傳感器檢測(cè)反應(yīng)溶液的電導(dǎo)率，以此表示溶液中的離子濃度，再結(jié)合化學(xué)反應(yīng)式，教師與學(xué)生便可以將化學(xué)反應(yīng)過程直觀的展現(xiàn)出來。

結(jié)束語：

綜上所述，在數(shù)字化環(huán)境下，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可使用多種創(chuàng)新方式解決現(xiàn)存的問題，提升化學(xué)教學(xué)的有效性。在實(shí)踐中，化學(xué)教師需要善于利用數(shù)字化環(huán)境中的軟件及硬件，將危險(xiǎn)性強(qiáng)、可讀性差的化學(xué)實(shí)驗(yàn)以創(chuàng)新的形式展示給學(xué)生，解決傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在的問題，并組織引導(dǎo)學(xué)生對(duì)新角度中呈現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行探討，以此提升化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教育教學(xué)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉成杰.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——評(píng)《數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)深度融合》[J].化學(xué)教育（中英文），2019，40（23）：97.

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