在高中化學教學中實施數(shù)字化實驗的策略

【摘要】優(yōu)化教學理念、完善教學內(nèi)容、更新教學手段是提升教學質(zhì)量的主要措施。數(shù)字化實驗是一種全新的教學方式，利用數(shù)字化實驗進行高中化學重點、難點知識教學可以提升教學實驗的專業(yè)性，落實綠色化學理念，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和實驗意識。本文概述了高中化學數(shù)字化實驗的作用，探討了實施策略，并舉例進行了說明，以供參考。

【關鍵詞】數(shù)字化實驗;高中化學教學;實施

作者簡介：譚大鵬（1982—），男，江蘇省鎮(zhèn)江市第一中學。

在高中化學教學中，教師要利用有效的教學手段幫助學生建立自身的邏輯體系，促進學生的全面成長。在開展實驗教學時，教師可以利用多樣化的教學手段，凸顯學生的主體地位，激發(fā)學生的學習熱情，提高學生的學習效率。數(shù)字化實驗是當前化學教學研究的熱門話題，利用數(shù)字化手段可以提升實驗的精確度，提升教學效果，從而更好地引導學生形成正確的實驗意識，讓學生進行更加專業(yè)的學習。

一、數(shù)字化實驗概念

信息技術(shù)被廣泛應用在社會各個領域，教育行業(yè)對信息技術(shù)的應用也取得了非常顯著的效果。數(shù)字化實驗是一種新的利用信息技術(shù)開展教學的方式，在高中教學中應用數(shù)字化實驗可以更加直觀地展示實驗過程，幫助學生理解、掌握實驗技巧，促進教學效果的提升。

數(shù)字化實驗主要是利用數(shù)據(jù)采集器、傳感器及其他配套軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，將操作煩瑣、難以定量、觀察難度大的化學實驗變得更加便捷、直觀和準確[1]。我國將數(shù)字化實驗引入教學課堂的時間相對較晚，但發(fā)展速度很快，并且已經(jīng)取得了不錯的成績。高中化學知識相對抽象，一些化學實驗現(xiàn)象不易觀察，教師可以利用數(shù)字化實驗將抽象的知識轉(zhuǎn)化為具體的實驗現(xiàn)象，幫助學生突破教學的重、難點，提升學生的學習興趣，讓學生掌握科學的實驗技巧，從而落實高中化學教學的改革創(chuàng)新工作。

二、數(shù)字化實驗的價值

高中化學實驗主要是為了探究、驗證化學知識，讓學生通過實驗現(xiàn)象理解化學理論。但是在化學實驗中可能存在實驗現(xiàn)象不明顯、實驗品存在腐蝕性、反應速度慢等一系列問題。應用數(shù)字化實驗則是為了規(guī)避實驗風險，讓學生更好觀察實驗現(xiàn)象，從而提升高中化學實驗教學的效率。

（一）保證實驗安全

一些化學實驗的實驗過程中會產(chǎn)生有毒、有害的氣體，要進行這些實驗，實驗室必須具有良好的通風系統(tǒng)，但是當前仍有高中實驗室并不具備這樣的條件。應用數(shù)字化實驗，可以將實驗的安全風險降低，保證實驗安全、穩(wěn)定進行，避免出現(xiàn)有毒物體泄露等安全事故。同時，應用數(shù)字化實驗可以有效地降低實驗成本，降低硬件支出，學?？梢詫⒏嗟慕?jīng)費用于軟件升級。

（二）提升化學教學效果

高中化學實驗中的部分實驗具有一定的危險性，還有部分實驗的實驗現(xiàn)象不明顯，這導致教師難以有效演示甚至無法演示這些實驗，教學時只能利用圖片、文字等形式生硬地講解相關知識。而應用數(shù)字化實驗可以有效解決上述問題，便捷、直觀地展示那些具有危險性、實驗現(xiàn)象不明顯的化學實驗，讓學生更好地理解化學知識，調(diào)動學生學習積極性。與此同時，在應用數(shù)字化實驗時，學生可以重復觀看實驗過程和實驗現(xiàn)象，有效地提升化學教學效果。

（三）提升學習效率

應用數(shù)字化實驗時，學生可以親自動手實踐，對化學原理、實驗儀器、實驗過程、實驗現(xiàn)象進行探究，從而更加透徹地理解、掌握相關知識，真正提升學習的效率。同時，數(shù)字化實驗操作便捷，學生在教室就可以完成相關操作，于是學生在學習實驗相關的知識時不需要受到過多時間、空間因素的限制，這有利于學生的知識鞏固、能力提升。

三、在高中化學教學中運用數(shù)字化實驗的前提

（一）具備良好的教學意識

目前，數(shù)字化實驗的教學實踐還不夠豐富，要在高中化學教學中應用數(shù)字化實驗，化學教師必須要具備良好的教學意識，需要勇于接受新事物，愿意嘗試新的教學手段，并且教師要在實踐中反復觀察、改進自己的教學方法，才能讓數(shù)字化實驗的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

隨著新課改的不斷深入，許多教師逐漸轉(zhuǎn)變了教學觀念，并通過不斷學習具備了良好的教學意識，這些教師注重教學內(nèi)容創(chuàng)新，也往往能夠認識到數(shù)字化實驗的優(yōu)勢。但是仍然存在部分教師并未具備良好的教學意識，他們?nèi)栽谘赜门f有的教學方法，在實驗教學中更注重理論知識的傳授，也沒有認識到數(shù)字化實驗對于教學活動的促進作用。舊有的教學方法沒有突出學生的教學主體地位，會影響課堂教學氛圍，不利于學生學習興趣的培養(yǎng)。因此，高中化學教師要注重自身教學理念的轉(zhuǎn)變，加深對數(shù)字化實驗的認識和理解，在應用數(shù)字化實驗時合理使用各種教學手段，讓學生掌握相關操作流程，深度參與實驗，突出數(shù)字化實驗的優(yōu)勢。同時，教師也要加強自我學習，積極參與培訓活動，交流教學經(jīng)驗，確保自己有能力開展數(shù)字化實驗教學，并有意識地對教學進行改良。

（二）豐富數(shù)字化實驗手段

教師在應用數(shù)字化實驗時，如果沒有采用適當?shù)慕虒W手段，僅僅將數(shù)字化實驗作為輔助實驗的一種方式，那么數(shù)字化實驗的優(yōu)勢也會難以體現(xiàn)出來。

因此，教師要豐富自己的數(shù)字化實驗手段，意識到提升教學專業(yè)技能的必要性，勇于創(chuàng)新，采用適當?shù)摹⑿问蕉鄻拥慕虒W手段，確保數(shù)字化實驗的作用充分發(fā)揮出來。在教學時，教師還要將傳統(tǒng)實驗教學和數(shù)字化實驗進行有機融合，提升數(shù)字化實驗的整體質(zhì)量，讓數(shù)字化實驗教學既有靈活多變的教學形式，又具有豐富的實踐內(nèi)容，從而更有效地提升教學效果。

（三）落實教學資源共享

要在高中化學教學工作中更好地開展數(shù)字化實驗，教師還需要進一步豐富教學資源，提供學生更多的學習資料，為學生營造良好的教學環(huán)境，培養(yǎng)學生的實驗意識。基于此，教師之間可以加強教學合作，利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)教學資源共享，提供學生更加豐富的教學資源。

四、在高中化學教學中實施數(shù)字化實驗的策略

（一）應用數(shù)字化實驗突破教學難點

和初中階段的化學知識相比，高中階段的化學知識更加抽象，學習難度更大。在傳統(tǒng)的教學模式下，學生難以對化學實驗進行深入的自主探究，對于實驗操作技能的掌握不夠，學習效率相對低下[2]。應用數(shù)字化實驗后，實驗教學會變得更加直觀，學生進行自主探究也會更便捷。

以電解的教學為例，電解是高中化學中比較重要的知識概念，強電解質(zhì)和弱電解質(zhì)最主要區(qū)別是已溶解于水的電解質(zhì)電離是否完全。電解的教學是化學教學中的難點，如果教師在教學時完全根據(jù)教材進行講解，而不演示直觀的電解實驗，學生對影響電解的因素的理解會不夠深入，教學效果不佳。然而電解的實驗現(xiàn)象不夠明顯，直接展示電解實驗，效果也有限。應用數(shù)字化實驗時，教師可以利用傳感器對實驗中的乙酸溶液的pH值進行監(jiān)測，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)以圖表的形式展示出來，由此學生可以更加直觀地得出實驗結(jié)論。由此可見，合理應用數(shù)字化實驗可以有效優(yōu)化教學過程，提升教學效率，突破教學的重點和難點。

（二）引導學生進行探究學習

將傳統(tǒng)的實驗與信息技術(shù)結(jié)合，可以讓實驗變得內(nèi)容更加豐富、方式更加靈活。當然，在此基礎上，教師還需要引導學生運用已有知識探究問題的答案，讓學生在觀察、實踐的基礎上，不斷提升自身實踐操作能力，積極分析影響實驗的因素，通過探究得到實驗結(jié)論[3]。

以化學反應速度的教學為例，教師可以在教授該內(nèi)容時應用數(shù)字化實驗引導學生進行探究學習，因為該實驗相對簡單，學生可以自行運用計算機控制變量進行實驗。在此過程中，學生的分析、交流、討論以及實踐操作能力都會得到提升，學生還會逐漸形成探究知識和交流協(xié)作的習慣。

（三）培養(yǎng)學生的實踐能力

一些教師應用數(shù)字化實驗時，沒有注重讓學生自行進行數(shù)字化實驗，只是為了驗證教材理論，幫助學生理解化學原理和化學知識概念，雖然這樣做可以在一定程度上提升教學效果，但是數(shù)字化實驗的作用并沒有被充分發(fā)揮出來，學生的實踐能力也被忽視了，這樣不利于學生綜合能力的提升，同時，學生的學習興趣也會受到影響[4]。因此，在應用數(shù)字化實驗的過程中，教師要注重培養(yǎng)學生的實踐操作能力，讓學生深度參與實驗探究，得到相關實驗數(shù)據(jù)，并在對實驗數(shù)據(jù)的整理、分析過程中，通過討論得到實驗結(jié)論。由此，教學活動會變得更加生動有趣，學生也能夠在實驗課堂中提升自己的實踐操作能力。

五、在化學教學中應用數(shù)字化實驗的例子

在高中化學教學中合理應用數(shù)字化實驗，可以提升化學教學效果。下文以Fe3+水解的教學為例，介紹在化學教學中數(shù)字化實驗的具體應用。

Fe3+水解是高中階段化學學科的重要知識內(nèi)容，探究Fe3+水解的影響因素時，教師常開展實驗教學，讓學生更加直觀地觀察、理解影響水解平衡的因素。本次數(shù)字化實驗是根據(jù)化學方程式Fe3++3 H2OFe（OH）+3 H+設計的，進行實驗時教師利用色溫傳感器檢測FeCl3溶液的吸光度，判斷影響水解的因素，并觀察在反應過程中溫度、反應物及生成物濃度的變化對水解的影響。該實驗需要的實驗藥品和器材有：HCl溶液與FeCl3溶液，其中FeCl3溶液濃度為0.5 moL/L，色溫傳感器、100 mL的燒杯、溫度計、量筒、比色皿、滴管、數(shù)據(jù)采集器、計算機等。

（一）溫度對FeCl溶液水解的影響

教師先連接好實驗裝置，設置好采樣率，隨后將適量的FeCl3溶液置于比色皿中，再將比色皿放入傳感器中，設置初始溫度為20 ℃。接下來觀察初始溫度下溶液吸光度的變化，并記錄下來。然后對溶液進行加熱，繼續(xù)記錄30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃時溶液的吸光度變化。

由此實驗可以得出，在保持20 ℃的情況下，隨著時間的增長，溶液的吸光度會逐漸降低;對溶液進行加熱后，隨著溶液溫度的上升，溶液吸光度不斷增加。

（二）反應物濃度對FeCl溶液水解的影響

準備4個100 mL燒杯并編號，倒入等量FeCl3溶液，然后分別將3個燒杯中的FeCl3溶液稀釋到0.25 mol/ L、0.01 mol/ L、0.05 mol/ L，由此形成對照組。接下來，分別取4個燒杯中的適量溶液放入比色皿中，用傳感器對4個燒杯中的溶液的吸光度進行檢測。

由此實驗可以得出，隨著反應物濃度降低，溶液的吸光度逐漸減小，溶液顏色逐漸變淺。

（三）生成物濃度對FeCl溶液水解的影響

準備5個100 mL燒杯并編號，在這5個燒杯中倒入20 mL的0.5 mol/ L的FeCl3溶液，然后分別滴入0、1、2、3、4滴HCl溶液，等待一段時間后，取燒杯中的適量溶液放入比色皿，用傳感器對5個燒杯中的溶液的吸光度進行檢測。

由此實驗可以得出，隨著溶液中HCl濃度的提高，F(xiàn)eCl3水解生成物的濃度下降，溶液的吸光度逐漸降低，溶液顏色逐漸變淺。

（四）實驗結(jié)論

根據(jù)以上三組對照實驗數(shù)據(jù)，學生可以較為直觀地得到如下結(jié)論：Fe3+水解受到溫度、反應物與生成物溶度的影響，溫度的升高會促進溶液水解，反應物濃度升高和生成物濃度降低也會促進溶液水解。

結(jié)語

綜上所述，在高中化學教學中合理應用數(shù)字化實驗可以提升教學效果，調(diào)動學生的學習興趣，確保化學實驗的安全性，讓化學實驗教學突破時間和空間限制。要合理應用數(shù)字化實驗，教師需要具備良好的教學意識，掌握豐富的數(shù)字化實驗手段，落實教學資源共享。在教學過程中，教師可以通過應用數(shù)字化實驗突破教學的重點、難點部分，引導學生對知識進行探究，培養(yǎng)學生的實踐能力，讓學生更加直觀地得出實驗結(jié)論，從而對實驗結(jié)論印象更加深刻。

【參考文獻】

[1]曹麗娜.新課標下高中化學實驗探究教學的實踐與思考[J].數(shù)字化用戶，2017，23（44）：151.

[2]秦四蘭.數(shù)字化實驗在高中化學教學中的應用分析[J].華夏教師，2019（35）：50-51.

[3]陳耀民.數(shù)字化實驗在高中化學教學中的應用分析[J].中學課程輔導（教學研究），2017，11（10）：99.

[4]馮嬌楊.分析數(shù)字化實驗在高中化學教學中的應用[J].科學咨詢，2019（12）：28.