運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基本策略

■余 騰 王玲玲

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程與動(dòng)態(tài)曲線可同步錄像并播放等特點(diǎn)，使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)更為可視化，揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象本質(zhì)的同時(shí)，極大地解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的“注重動(dòng)手欠缺思維過(guò)程，或有思維過(guò)程但缺少高級(jí)思維過(guò)程”的問(wèn)題，有利于同學(xué)們將有限的精力投入到高認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，有效幫助同學(xué)們發(fā)展化學(xué)學(xué)科思維。下面進(jìn)行具體分析。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的基本策略

“宏觀辨識(shí)與微觀探析”本質(zhì)上是要求同學(xué)們能夠形成“宏觀、微觀、符號(hào)三重表征”的化學(xué)學(xué)科思維方式，因此，借助于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)微觀領(lǐng)域的可視化，有利于同學(xué)們對(duì)微觀表征的理解。在計(jì)算機(jī)軟件上實(shí)時(shí)記錄并直觀呈現(xiàn)物理量的數(shù)據(jù)變化，將實(shí)驗(yàn)宏觀現(xiàn)象的變化與表征微觀世界的動(dòng)態(tài)曲線圖像同步攝像并播放，能幫助同學(xué)們構(gòu)建宏觀表征和微觀表征的關(guān)聯(lián)，也有利于同學(xué)們對(duì)符號(hào)表征的學(xué)習(xí)和認(rèn)知。例如，K+濃度的變化可以用鉀離子濃度傳感器來(lái)測(cè)定。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)的基本策略

“變化觀念與平衡思想”主要是感受物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與變化，能根據(jù)宏觀現(xiàn)象總結(jié)出化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件與一般規(guī)律。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使真實(shí)的化學(xué)變化能信息化感知、圖表化呈現(xiàn)，通過(guò)傳感器從平衡與速率、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、能量變化、濃度改變等維度對(duì)平衡移動(dòng)進(jìn)行分析，引導(dǎo)同學(xué)們形成理解變化和平衡的基本思路。再通過(guò)讓同學(xué)們結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)解釋宏觀現(xiàn)象，引導(dǎo)同學(xué)們開(kāi)展分析討論、方案設(shè)計(jì)等研究學(xué)習(xí)，促進(jìn)同學(xué)們認(rèn)識(shí)反應(yīng)的變化過(guò)程和建立平衡體系的思維模式。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的基本策略

“證據(jù)推理”主要指從化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中提取證據(jù)，能充分地從定性、定量層面及宏觀、微觀層面收集證據(jù)，并且有效推理出相關(guān)結(jié)論。利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)定量化、可視化的特點(diǎn)，從定量及微觀的角度收集不同層次的證據(jù)，可實(shí)現(xiàn)證據(jù)由點(diǎn)到面的轉(zhuǎn)變，有助于同學(xué)們對(duì)復(fù)雜現(xiàn)象形成直觀理解，便于證據(jù)的收集，進(jìn)行推理研究?！澳Ｐ驼J(rèn)知”中的模型不僅包括實(shí)物模型，也包括圖像認(rèn)知、數(shù)學(xué)模型等，還包含括綜合運(yùn)用不同類(lèi)型模型的能力。通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)構(gòu)建圖像模型，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析呈現(xiàn)，能有效幫助同學(xué)們對(duì)構(gòu)建模型的認(rèn)知。

四、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)的基本策略

“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”主要指通過(guò)觀察物質(zhì)及反應(yīng)的“異?！爆F(xiàn)象，去發(fā)現(xiàn)并找出還需進(jìn)一步探究的問(wèn)題，根據(jù)假設(shè)提出化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，分析實(shí)驗(yàn)信息，并得出結(jié)論。由于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器具有攜帶方便、精密度高、研究量化等優(yōu)越性，故很適合應(yīng)用于同學(xué)們的探究活動(dòng)中。例如，同學(xué)們?cè)陂_(kāi)展“測(cè)定長(zhǎng)江水中的溶解氧”這一探究活動(dòng)時(shí)，就可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)快捷地對(duì)不同變量數(shù)據(jù)之間的相關(guān)或因果關(guān)系作進(jìn)一步探討。

五、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)的基本策略

“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”主要要求同學(xué)們從小培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)精神，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)與方法處理知識(shí)困惑，根據(jù)“綠色化學(xué)”的思想對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行剖析，并對(duì)一些化學(xué)流程存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)或優(yōu)化的方法和建議。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵器件傳感器等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)社會(huì)活動(dòng)中，比如超市使用的電子稱(chēng)重器的壓力傳感器，測(cè)量室內(nèi)甲醛的儀器，以及智能汽車(chē)、智能手表等，都為培養(yǎng)同學(xué)們運(yùn)用化學(xué)的眼光認(rèn)識(shí)和解決日常生活中的現(xiàn)象及問(wèn)題提供了條件。