教育信息化背景下的高中化學(xué)數(shù)字化實驗教學(xué)

曾永裕

[摘? ?要]隨著現(xiàn)代化教育工作的不斷發(fā)展與推進(jìn)，各種新技術(shù)開始應(yīng)用于日常教育教學(xué)工作中。在化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域手持技術(shù)的應(yīng)用促使化學(xué)實驗正在以一種數(shù)字化的形式呈現(xiàn)，為化學(xué)實驗教學(xué)帶來了極大的便利。文章首先分析了數(shù)字化實驗教學(xué)的優(yōu)勢與弊端，進(jìn)而從融合傳統(tǒng)實驗教學(xué)、引導(dǎo)學(xué)生自主探究、科學(xué)設(shè)計數(shù)字化實驗等幾個角度提出了數(shù)字化實驗教學(xué)策略。

[關(guān)鍵詞]教育信息化;高中化學(xué);數(shù)字化實驗;實驗教學(xué)

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）29-0068-02

數(shù)字化實驗即數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗（簡稱DIS），又稱手持技術(shù)實驗，是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+計算機(jī)（含配套使用的通用和專用軟件）”構(gòu)成的能夠采集化學(xué)實驗數(shù)據(jù)，并以圖表的形式呈現(xiàn)出來的現(xiàn)代化的實驗技術(shù)手段。新課程教學(xué)改革工作的不斷推進(jìn)和發(fā)展，對高中化學(xué)課堂教學(xué)提出了新的要求，傳統(tǒng)形勢下的實驗教學(xué)方式已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化教學(xué)的需求，需要教師借助手持技術(shù)來輔助教學(xué)，對化學(xué)實驗過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的采集和分析，從而有效確保實驗教學(xué)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，大大提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量。

一、數(shù)字化實驗概述

1. 數(shù)字化實驗的優(yōu)勢

教育信息化背景下，高中化學(xué)實驗的教學(xué)方式和策略發(fā)生著與時俱進(jìn)的變化，實驗教學(xué)質(zhì)量得到了提升。對于數(shù)字化實驗在高中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用實踐，其優(yōu)勢可以從學(xué)校的角度、學(xué)生和教師的角度進(jìn)行分析。

首先來說說學(xué)校視角下數(shù)字化實驗的優(yōu)點。數(shù)字化實驗作為一種創(chuàng)新的實驗教學(xué)形式，能夠很好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，確保實驗教學(xué)的規(guī)范性和安全性。在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，大部分實驗的過程都會產(chǎn)生一定量的有毒氣體和有害物質(zhì)，為了有效保障實驗過程的安全性，學(xué)校需要密切關(guān)注用于化學(xué)教學(xué)的各種設(shè)施的建設(shè)情況，積極地配備日常教學(xué)所需的通風(fēng)設(shè)施。但是就實際情況而言，學(xué)校配備的通風(fēng)設(shè)施的使用效果并不理想。數(shù)字化實驗的普及和應(yīng)用能夠有效地彌補(bǔ)這一缺陷，大大降低化學(xué)實驗中有害物質(zhì)的產(chǎn)生，提升實驗教學(xué)的安全性。除此之外，在實驗過程中學(xué)生或者教師操作不當(dāng)也會帶來一定的危險性，數(shù)字化實驗的應(yīng)用可以科學(xué)地規(guī)避這一不安全因素?？梢姡瑪?shù)字化實驗在提升實驗教學(xué)質(zhì)量的同時，還能夠保障實驗教學(xué)的安全性。

其次是學(xué)生和教師視角下數(shù)字化實驗的優(yōu)點。在日常的教學(xué)實踐過程中，學(xué)生作為課堂教學(xué)的主體，其學(xué)習(xí)參與程度直接關(guān)系著課堂教學(xué)的質(zhì)量。借助數(shù)字化實驗，學(xué)生可以自主完成實驗過程，并對實驗規(guī)程進(jìn)行反復(fù)探究，了解化學(xué)實驗原理，掌握不同儀器的操作要求，在參與實踐過程中逐步提升自身的綜合學(xué)習(xí)能力。對于教師的教學(xué)而言，化學(xué)實驗所涉及的知識跨度較廣，在備課環(huán)節(jié)教師需要綜合考慮多方面因素，以確保實驗教學(xué)的質(zhì)量。數(shù)字化實驗的應(yīng)用可以突破教學(xué)時空的限制，根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)需求靈活設(shè)計實驗活動，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，促進(jìn)實驗教學(xué)效果的提升。

2. 數(shù)字化實驗的弊端

在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，數(shù)字化實驗的應(yīng)用在帶來教學(xué)便利的同時，也存在一定的弊端，需要教師正確面對及合理應(yīng)用。在實際教學(xué)過程中，數(shù)字化實驗設(shè)備也會由于自身的使用頻次出現(xiàn)損耗的情況，進(jìn)而影響實驗的精確性。因此，在借助數(shù)字化實驗輔助教學(xué)的過程中，教師要密切關(guān)注設(shè)備儀器的維護(hù)工作，這對教師的專業(yè)能力有一定的要求。其次，數(shù)字化實驗的應(yīng)用優(yōu)勢主要體現(xiàn)在計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用層面，憑借信息技術(shù)的輔助和運(yùn)算，能夠在很大程度上提升實驗的精確性。但是，隨著信息化運(yùn)算的普及，學(xué)生在長期的數(shù)字化實驗過程中會不可避免地對計算機(jī)產(chǎn)生一定的依賴性，進(jìn)而忽視對自身運(yùn)算能力的培養(yǎng)，就學(xué)生長期發(fā)展而言，會產(chǎn)生一定的阻礙作用。

二、教育信息化背景下的高中化學(xué)數(shù)字化實驗教學(xué)策略

1. 強(qiáng)化傳統(tǒng)實驗與數(shù)字化實驗的有機(jī)融合

在數(shù)字化實驗過程中，學(xué)生可以借助信息技術(shù)的輔助完成數(shù)據(jù)的采集和計算工作，不再需要自己動手參與分析和運(yùn)算，這種情況勢必會影響學(xué)生綜合能力的進(jìn)一步發(fā)展和提升?；诖?，在日?；瘜W(xué)實驗教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)理性看待數(shù)字化實驗的應(yīng)用，不能完全用數(shù)字化實驗代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗。相反地，為了進(jìn)一步提升學(xué)生的化學(xué)綜合素質(zhì)，充分發(fā)揮數(shù)字化實驗的應(yīng)用優(yōu)勢，教師應(yīng)當(dāng)將傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗進(jìn)行有機(jī)融合，確保兩種實驗的教學(xué)優(yōu)勢可以互補(bǔ)，切實提升化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量。例如，在酸堿中和滴定實驗教學(xué)中，教師可以指導(dǎo)學(xué)生將數(shù)字化實驗作為一種驗證實驗結(jié)果的措施，先由學(xué)生自主完成實驗過程，并根據(jù)自己的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析和計算，再通過數(shù)字化實驗對實驗和運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行驗證。對于驗證的結(jié)果，如果存在誤差，教師可以進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)存在誤差的原因，讓學(xué)生在實驗探究中明確自身學(xué)習(xí)中存在的問題。通過這樣的形式，不但可以提升學(xué)生實踐操作的能力及糾錯能力，還可以促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2. 借助數(shù)字化實驗引導(dǎo)學(xué)生自主探究

在以往的化學(xué)實驗教學(xué)中，教師大多是按照課本中既定的實驗流程，按部就班地再現(xiàn)實驗過程。由于學(xué)生對實驗結(jié)果都已提前知曉，在參與實驗的過程中缺乏探究學(xué)習(xí)動力，不能積極地參與到實驗學(xué)習(xí)過程中，化學(xué)實驗也難以發(fā)揮出應(yīng)有的作用。基于此，教師可以借助數(shù)字化實驗為學(xué)生拓展相關(guān)的實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生積極地參與探究學(xué)習(xí)的過程，提高學(xué)生自主分析和探究學(xué)習(xí)的能力。例如，對于碳酸鈉溶液中滴入鹽酸的反應(yīng)，學(xué)生常常不能準(zhǔn)確地理解[CO2-3]與H+的反應(yīng)情況，這時教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用pH傳感器和CO2傳感器進(jìn)行實驗設(shè)計并探究有關(guān)反應(yīng)情況。通過教師的指導(dǎo)和點撥，學(xué)生從反應(yīng)方程式、實驗數(shù)據(jù)等多個層面進(jìn)行分析和探究，既能夠熟練地掌握[CO2-3]與H+的反應(yīng)情況，又可以鍛煉自身的自主探究能力。

3. 立足教學(xué)目標(biāo)科學(xué)設(shè)計數(shù)字化實驗流程

化學(xué)實驗教學(xué)不同于單一課本知識的教學(xué)，其對學(xué)生的教育和影響作用是多元化的。在高中化學(xué)實驗教學(xué)中，既要求學(xué)生能夠通過實驗過程學(xué)會操作和深入理解化學(xué)知識，也需要學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)的過程中逐步形成化學(xué)思維，培養(yǎng)自主探究學(xué)習(xí)能力。因此，在數(shù)字化實驗的應(yīng)用過程中，教師要善于圍繞教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生實際發(fā)展需求靈活設(shè)計數(shù)字化實驗流程。一方面，教師要立足課本教學(xué)的實際需要，設(shè)計不同的數(shù)字化實驗過程。例如，在化學(xué)知識拓展教學(xué)的實驗中，教師可以將數(shù)字化實驗設(shè)計為展示性實驗，即通過簡單的實驗操作指引為學(xué)生提供更多的化學(xué)實驗專業(yè)技能呈現(xiàn)，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)視野。另一方面，在強(qiáng)調(diào)規(guī)范化實驗的教學(xué)中，由于需要學(xué)生深入了解實驗數(shù)據(jù)和反應(yīng)現(xiàn)象，教師在設(shè)計實驗流程的過程中要突出真實的化學(xué)實驗操作流程和細(xì)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生在數(shù)字化實驗過程中對規(guī)范化操作的掌握程度，同時通過自主實踐探究掌握必備的實驗知識與技能。基于此，在數(shù)字化實驗教學(xué)實踐中，教師要根據(jù)不同的教學(xué)需要靈活設(shè)計數(shù)字化實驗教學(xué)的流程，使數(shù)字化教學(xué)的作用和價值最大化，為學(xué)生化學(xué)課程的學(xué)習(xí)創(chuàng)造良好的條件。

4. 強(qiáng)化高中化學(xué)教師專業(yè)素質(zhì)的提升

數(shù)字化實驗作為一種專業(yè)性較強(qiáng)的教學(xué)形式，在教學(xué)應(yīng)用過程中融合了計算機(jī)應(yīng)用、多媒體應(yīng)用以及手持技術(shù)應(yīng)用等多種模式，技術(shù)含量相較于傳統(tǒng)實驗教學(xué)而言有著本質(zhì)上的提升。加上對設(shè)備的日常使用和維護(hù)有一定的要求，需要教師具備較為專業(yè)的技能和素質(zhì)?；诖耍跀?shù)字化實驗的應(yīng)用中，有必要進(jìn)一步提升教師的相關(guān)專業(yè)技能和專業(yè)素質(zhì)，以確保數(shù)字化實驗?zāi)軌虬l(fā)揮出應(yīng)有的教學(xué)優(yōu)勢和作用。首先，學(xué)校方面應(yīng)當(dāng)立足現(xiàn)代化教學(xué)的發(fā)展和需要，針對教師開展專項的數(shù)字化實驗教學(xué)的技能培訓(xùn)活動，幫助教師快速掌握數(shù)字化實驗的特點及應(yīng)用技巧。其次，根據(jù)日?；瘜W(xué)教學(xué)的反饋情況，定期組織教師進(jìn)行教學(xué)研討活動，鼓勵教師積極地分享數(shù)字化實驗教學(xué)經(jīng)驗，促進(jìn)教師之間的協(xié)同進(jìn)步。最后，提升數(shù)字化實驗在學(xué)生日常學(xué)習(xí)中的應(yīng)用和普及程度，要求教師在日常教學(xué)活動中進(jìn)行各種數(shù)字化實驗的設(shè)計，從而在實踐教學(xué)和反饋中不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，逐步提升教師數(shù)字化實驗的應(yīng)用能力，為數(shù)字化實驗教學(xué)的順利開展和不斷完善奠定良好的基礎(chǔ)。

綜上，數(shù)字化實驗的應(yīng)用在很大程度上促進(jìn)了高中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提升。在日常教學(xué)實踐過程中，教師要善于立足教學(xué)實際，理性分析數(shù)字化實驗教學(xué)的優(yōu)勢和弊端，科學(xué)設(shè)計數(shù)字化實驗教學(xué)流程，使其教學(xué)優(yōu)勢和價值最大化，在多樣化的實驗教學(xué)互動中逐步提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，助力學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和發(fā)展。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 司正權(quán). 數(shù)字化實驗在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中學(xué)課程輔導(dǎo)（教師教育）， 2017（13）：23.

[2]? 浦紹體. 信息化背景下高中化學(xué)實驗教學(xué)模式探討[C]. 2020年“教育教學(xué)創(chuàng)新研究”高峰論壇論文集，2020.

[3]? 李浩. 基于教育信息化背景的高中化學(xué)數(shù)字化實驗教學(xué)[J]. 教育信息化論壇， 2018（9）：43.

（責(zé)任編輯 羅 艷）