數(shù)字化實(shí)驗(yàn)譜寫精彩，合作性學(xué)習(xí)引領(lǐng)成功

袁園

摘 要：在高中化學(xué)課堂教學(xué)中，組織學(xué)生以合作學(xué)習(xí)小組的形式開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究，能有效提高學(xué)生的交流合作能力和理性思維能力。結(jié)合實(shí)驗(yàn)案例，就小組合作學(xué)習(xí)形式下高中化學(xué)課堂中的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究進(jìn)行一些思索。

關(guān)鍵詞：合作學(xué)習(xí)；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；高中化學(xué)課堂

教育信息化已經(jīng)成為現(xiàn)代教育的必然發(fā)展趨勢(shì)，在數(shù)字化環(huán)境下進(jìn)行授課已成為現(xiàn)代課堂的流行模式。在高中化學(xué)教學(xué)過程中，若是能以小組合作的形式，借助先進(jìn)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生從問題和假設(shè)出發(fā)，在合作中進(jìn)行探究，在探究中學(xué)會(huì)合作，則能更好地培養(yǎng)學(xué)生的交際能力、觀察、數(shù)據(jù)分析處理能力、理性思維能力以及實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，從而全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

目前化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀大多是為了一個(gè)結(jié)論，或者是對(duì)某些物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生邊觀看老師演示，邊記實(shí)驗(yàn)結(jié)論。即便學(xué)生有動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，也是在老師給定步驟的前提下進(jìn)行，缺少獨(dú)立思考和合作探究。基于小組合作的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)注重在學(xué)生合作學(xué)習(xí)的氛圍中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)性能穩(wěn)定，測(cè)定快速直觀，結(jié)果準(zhǔn)確。

一、高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)包含的要點(diǎn)

高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)采集器、傳感器組成，配備的傳感器可以檢測(cè)溫度、壓強(qiáng)、電流、電壓、pH、電導(dǎo)率等物理量，支持對(duì)相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的監(jiān)測(cè)。

該系統(tǒng)可以將化學(xué)反應(yīng)和現(xiàn)象的本質(zhì)轉(zhuǎn)化為可監(jiān)測(cè)的信號(hào)，從而幫助學(xué)生更深入地認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象和反應(yīng)的本質(zhì)規(guī)律。它可以將一些定性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成定量實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生從關(guān)注現(xiàn)象上升到關(guān)注實(shí)質(zhì)。該系統(tǒng)尤其能對(duì)化學(xué)概念原理的課堂教學(xué)、研究性學(xué)習(xí)起到有效的輔助作用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生良好的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)具有明顯的推動(dòng)作用。

高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生探究活動(dòng)有很大的影響。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的使用，能拓展探究問題的深度和廣度，能豐富探究方案的選擇，能使解釋與結(jié)論更加真實(shí)有效，能使反思與評(píng)價(jià)更加客觀。

二、基于小組合作的數(shù)字實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

在小組合作學(xué)習(xí)的形式上，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，開展高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究，融合了合作交流、實(shí)驗(yàn)操作、信息處理等元素。師生、生生之間既可以面對(duì)面交流，也可以借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)共享資源與學(xué)習(xí)成果。成員之間互相幫助，共同進(jìn)步，培養(yǎng)了學(xué)生自主探究、團(tuán)隊(duì)合作、觀察思考、信息素養(yǎng)、高級(jí)思維能力等綜合能力。

例如，蘇教版選修四對(duì)于化學(xué)平衡移動(dòng)的因素探討時(shí)，濃度和溫度都有課本實(shí)驗(yàn)，而壓強(qiáng)這個(gè)因素就沒有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師在此塊內(nèi)容教學(xué)時(shí)，可以將學(xué)生分成若干學(xué)習(xí)小組，通過壓縮裝有NO2氣體的注射器，根據(jù)氣體顏色的變化，提出探究問題：增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向哪個(gè)方向移動(dòng)？如何能檢測(cè)出這種移動(dòng)？組織學(xué)生小組交流討論，這時(shí)再水到渠成地提出要表述體系中紅棕色的NO2的濃度，可以使用色度傳感器檢測(cè)不同壓強(qiáng)下反應(yīng)體系的吸光度。以小組交流合作的形式，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠更精確、直觀地感受到壓強(qiáng)變化對(duì)于化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)的強(qiáng)弱電解質(zhì)導(dǎo)電能力的差異實(shí)驗(yàn)，是配制相同濃度的溶液分別裝在小燒杯中，用電極插入溶液形成導(dǎo)電裝置，根據(jù)導(dǎo)電裝置中小燈泡的明暗程度說明電解質(zhì)的強(qiáng)弱。這樣做是不精確的，當(dāng)明暗程度差不多時(shí)，肉眼分辨不出。而且燈泡亮和暗是相對(duì)的，不能說明亮就一定是完全電離。

傳統(tǒng)的離子反應(yīng)，一般會(huì)根據(jù)肉眼能看見的現(xiàn)象，比如設(shè)計(jì)生成沉淀、氣體等反應(yīng)，采用試管中溶液滴加的方式，說明發(fā)生了離子反應(yīng)。學(xué)生只是從宏觀上看見了反應(yīng)的發(fā)生，并不能透過現(xiàn)象分析本質(zhì)，也不能從微觀角度解釋分析。

若在“離子反應(yīng)”的教學(xué)中，以小組合作的形式，使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，將能幫助學(xué)生充分理解強(qiáng)弱電解質(zhì)的區(qū)別、離子反應(yīng)的本質(zhì)，將能對(duì)化學(xué)概念教學(xué)進(jìn)行科學(xué)的解釋和結(jié)論，將傳統(tǒng)的定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為定量實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就能從關(guān)注現(xiàn)象上升至關(guān)注本質(zhì)。

“強(qiáng)弱電解質(zhì)”探究過程大致如下：

1.學(xué)生操作：測(cè)定不同濃度的同種電解質(zhì)的電導(dǎo)率。測(cè)定0.2mol/L鹽酸的電導(dǎo)率，稀釋一倍、兩倍，再分別測(cè)電導(dǎo)率。

2.學(xué)生推理：同種電解質(zhì)，濃度越大，離子濃度越大，導(dǎo)電性越強(qiáng)。

3.學(xué)生操作：測(cè)定同濃度的不同種電解質(zhì)的電導(dǎo)率。分別測(cè)定0.2mol/LHCl、NaOH、CH3COOH、NH3·H2O電導(dǎo)率。

4.學(xué)生推理：同濃度的不同種電解質(zhì)中的離子濃度不同，即電離能力不同。

“離子反應(yīng)本質(zhì)及發(fā)生條件”探究過程大致如下：

1.學(xué)生合作：緩緩地往0.1mol/L的醋酸中注入0.1mol/L氨水，測(cè)定并自動(dòng)繪制該過程中電導(dǎo)率的變化曲線。

2.學(xué)生實(shí)驗(yàn)：緩緩地往0.1mol/LBa（OH）2溶液中注入0.1mol/L的H2SO4溶液，觀察現(xiàn)象，測(cè)定并自動(dòng)繪制該過程的電導(dǎo)率變化曲線。

3.學(xué)生交流：曲線展示了整個(gè)變化過程的幾個(gè)階段？曲線中的哪段變化能表示電解質(zhì)溶液發(fā)生了離子反應(yīng)？說明離子反應(yīng)的本質(zhì)特征是什么？

4.學(xué)生反思：圖形中上升段和下降段之后的變化又能說明什么問題呢？（離子濃度的改變）

5.學(xué)生思考：什么原因?qū)е路磻?yīng)前后離子濃度的改變？

6.學(xué)生分享：嘗試用化學(xué)符號(hào)表示出電解質(zhì)在反應(yīng)前后的真實(shí)情況。

在高中化學(xué)課堂教學(xué)中巧妙設(shè)計(jì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究，將數(shù)字化與課堂內(nèi)的合作學(xué)習(xí)合二為一，互助互補(bǔ)，為提高課堂的有效性提供了有力的基礎(chǔ)和保障。合理使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種十分有用的輔助手段。如何進(jìn)一步創(chuàng)造性地使這一工具充分發(fā)揮它的作用，我們還將繼續(xù)研究和探索。

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編輯 趙飛飛