數(shù)字化探究實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探析

鄭榮忠

摘 要：在化學(xué)這一學(xué)科的教學(xué)過程中，數(shù)字化探究實驗的開展屬于一種全新的課堂教學(xué)方式，有助于進一步提高實驗教學(xué)的專業(yè)性，更好地突破教學(xué)的重點以及難點，進而高效地落實學(xué)習(xí)能力及核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)目的。本文從數(shù)字化探究實驗的概述、這一教學(xué)方法在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的價值、應(yīng)用的前提條件、應(yīng)用的具體策略以及實施案例這五個方面入手，闡述了數(shù)字化探究實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探析。

關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué)教學(xué)；數(shù)字化探究實驗；應(yīng)用策略

【中圖分類號】G633.8 ? ? ? ? ? 【文獻標(biāo)識碼】A ? ? ? ? ? ? 【文章編號】2097-2539（2023）12-0149-03

新課改要求教師在化學(xué)這一學(xué)科的教學(xué)過程中，能夠真正地采取科學(xué)有效的教學(xué)手段，幫助學(xué)生建立起良好的邏輯體系，從而促進學(xué)生全方位的發(fā)展。也就是說，在化學(xué)實驗開展的過程中，教師應(yīng)采取多樣化的教學(xué)手段，通過引入數(shù)字化探究實驗的教學(xué)方式，突出學(xué)生在課堂教學(xué)中的主體地位，在提高實驗精確度的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生形成良好的實驗意識，進而幫助學(xué)生展開更加專業(yè)化的學(xué)習(xí)。

1.數(shù)字化探究實驗的概述

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在各個學(xué)科的教學(xué)過程中，并取得了顯著的教學(xué)成果。數(shù)字化探究實驗的教學(xué)形式，是指教師在教學(xué)的過程中，能夠借助信息技術(shù)來引導(dǎo)學(xué)生展開知識的學(xué)習(xí)。這將有助于促使實驗的過程以更加生動形象的方式為學(xué)生所呈現(xiàn)，進而幫助學(xué)生更好地理解和掌握實驗的技巧，并真正地提高教學(xué)的質(zhì)量及效率。雖然這一課堂教學(xué)的方式引入在化學(xué)教學(xué)過程中的時間相對較晚，但是其發(fā)展的速度相對較快，并且已經(jīng)取得了良好的教學(xué)成績。對中學(xué)生來說，化學(xué)這一學(xué)科中所涉及的理論知識相對抽象，實驗操作的現(xiàn)象更不易觀察，所以借助這一教學(xué)方式，將其抽象的內(nèi)容以具體的實驗現(xiàn)象為學(xué)生呈現(xiàn)，有助于學(xué)生更好地突破教學(xué)的重點及難點，并有效地落實課程改革的相關(guān)要求。

2.數(shù)字化探究實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的價值

（1）有助于確保實驗安全

通過對教材中所涉及的一些實驗內(nèi)容進行分析能夠發(fā)現(xiàn)，一些實驗在操作的過程中，往往會形成一些有毒并且有害的氣體，而要想引導(dǎo)學(xué)生展開這些實驗的操作，便需要實驗室具備良好的通風(fēng)系統(tǒng)，但是就目前的教學(xué)情況來看，各個學(xué)校并不具備這樣的良好條件。而數(shù)字化探究實驗方式的引入，能夠有效地降低實驗操作的安全風(fēng)險，與此同時，還能夠進一步降低實驗操作的成本，以便學(xué)校用完成軟件的優(yōu)化。

（2）有助于優(yōu)化教學(xué)效果

在實驗操作的過程中，一些實驗具有相對較大的危險性，還有一些實驗在操作的過程之中，無法形成明顯的實驗效果，也正是因為這樣，導(dǎo)致教師在教學(xué)的過程中無法有效地去呈現(xiàn)這些實驗，并只能通過圖片及文字為學(xué)生生硬地進行知識的講解。但事實上，數(shù)字化探究實驗的引入，能夠有效地解決上述所存在的這些問題，通過將一些具備危險以及實驗現(xiàn)象并不明顯的實驗，通過直觀便捷的方式為學(xué)生所呈現(xiàn)，將有助于幫助學(xué)生更好地完成知識的理解及掌握，并實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量及效率的提升。

（3）有助于提高學(xué)習(xí)效率

在化學(xué)這一學(xué)科的教學(xué)過程中，應(yīng)用數(shù)字化探究實驗的方式，當(dāng)有助于引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與到動手實踐操作中，通過引導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)原理、實驗過程以及相關(guān)的現(xiàn)象等一些內(nèi)容來展開探究，將有助于幫助學(xué)生更好地完成知識的理解及掌握，并在此基礎(chǔ)之上形成良好的學(xué)習(xí)效果。

3.數(shù)字化探究實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的前提條件

（1）教師具備良好意識

就目前化學(xué)這一學(xué)科的教學(xué)情況進行分析能夠發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化探究實驗這一教學(xué)方法的應(yīng)用并不具備豐富的實踐，要想借助這一方法實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提升，那么便需要教師具備良好的課堂教學(xué)意識，勇于接受一些新事物，并且能夠在反復(fù)實踐的過程之中完成課堂教學(xué)方法的改革以及創(chuàng)新，進而充分地發(fā)揮出這一教學(xué)模式所具備的優(yōu)勢。隨著新課改理念的不斷深入，教師在實際教學(xué)的過程中已逐漸轉(zhuǎn)變了課堂教學(xué)的觀念，并且能夠真正地認識到這一課堂教學(xué)模式所具備的優(yōu)勢，但是仍然有一些教師在教學(xué)時選擇應(yīng)用傳統(tǒng)應(yīng)試教育背景下的教學(xué)方法，注重為學(xué)生傳授相關(guān)的理論知識，由于并沒有突出學(xué)生在課堂中的主體地位，因此，很容易便會影響到課堂教學(xué)質(zhì)量及效率的提升，不利于學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)興趣。這需要教師在實際教學(xué)的過程中，注重完成課堂教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變，并采取多樣化的課堂教學(xué)方法，促使學(xué)生快速地理解并掌握操作的流程，進而幫助學(xué)生獲得全方位的發(fā)展。

（2）豐富課堂教學(xué)手段

在數(shù)字化探究實驗教學(xué)開展的過程之中，如果教師并沒有采取合適的課堂教學(xué)手段，而只是將其作為一種輔助的教學(xué)工具來引導(dǎo)學(xué)生展開知識的學(xué)習(xí)，那么將無法真正地體現(xiàn)出這一教學(xué)模式所具備的優(yōu)勢，進而影響到教學(xué)質(zhì)量及效率的提升。鑒于此，這便需要教師在實際教學(xué)時盡可能地豐富自身的實驗教學(xué)手段，進而提高這一課堂教學(xué)的專業(yè)性，并發(fā)揮出數(shù)字化探究實驗教學(xué)所具備的作用。除此之外，在課堂教學(xué)的過程中，教師更應(yīng)該將數(shù)字化探究實驗與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)進行有機地融合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而真正地提高課堂教學(xué)的整體質(zhì)量，幫助學(xué)生獲得全方位的發(fā)展。

（3）實現(xiàn)教學(xué)資源共享

在當(dāng)前中學(xué)化學(xué)教學(xué)的過程之中，要想更好地引導(dǎo)學(xué)生展開數(shù)字化探究實驗的教學(xué)，教師更應(yīng)該有意識地豐富課堂教學(xué)的資源，通過為學(xué)生提供更加豐富的學(xué)習(xí)資料，并為學(xué)生營造良好的課堂教學(xué)環(huán)境，將有助于提高學(xué)生的實驗意識，并幫助學(xué)生獲得全方位的發(fā)展。除此之外，在實驗教學(xué)開展的過程中，教師更應(yīng)該鼓勵學(xué)生積極主動地參與到教學(xué)合作中，并借助互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)教學(xué)資源的共享，從而為其能力及綜合素質(zhì)的發(fā)展提供強有力的支持。

4.數(shù)字化探究實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的策略

（1）突破教學(xué)重點難點

對于中學(xué)生來說，化學(xué)這一學(xué)科中所涉及的知識相對抽象，理解起來存在相對較大的難度。而在傳統(tǒng)的教學(xué)過程之中，教師往往會引導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)實驗展開深層次的自主探究，但事實上，在此過程中，無法培養(yǎng)學(xué)生形成良好的實踐操作技能，甚至還會導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量及效率逐漸降低。但如果教師能夠借助數(shù)字化探究實驗的方式來引導(dǎo)學(xué)生展開知識的學(xué)習(xí)，那么便能夠促使課堂教學(xué)以更加直觀生動的方式為學(xué)生所呈現(xiàn)，并引導(dǎo)學(xué)生展開更加便捷的自主探究。比如，在帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)“電解”這一化學(xué)知識時，對于中學(xué)生來說，這一知識是此階段學(xué)習(xí)過程中相對重要的一個知識概念，教師需要要求學(xué)生真正地認識強電解質(zhì)以及弱電解質(zhì)兩者之間存在最大的區(qū)別，便是已溶解于水的電解質(zhì)電離是否完全。學(xué)生對于這一知識的理解與掌握存在相對較大的難度，如果教師在實際教學(xué)的過程之中選擇完全按照教材中所呈現(xiàn)的內(nèi)容來為學(xué)生進行知識的講解，而不為學(xué)生直觀地呈現(xiàn)出這一實驗操作的具體現(xiàn)象，那么將無法幫助學(xué)生對其內(nèi)容進行深層次的了解及掌握，也無法取得良好的課堂教學(xué)效果。除此之外，由于這一實驗操作無法形成相對明顯的現(xiàn)象，所以要是直接為學(xué)生展示這一實驗，那么其效果也是有限的。但如果教師能夠借助數(shù)字化探究實驗的方式，嘗試利用傳感器來對實驗操作過程中，乙酸溶液的pH值展開進一步的監(jiān)測，并將其數(shù)據(jù)通過圖表的方式為學(xué)生所呈現(xiàn)，那么將有助于幫助學(xué)生更加全面地理解并掌握相關(guān)的實驗結(jié)論。由此能夠看出，在化學(xué)這一學(xué)科的教學(xué)過程中，合理地應(yīng)用數(shù)字化探究實驗的教學(xué)方式，將有助于進一步優(yōu)化課堂教學(xué)的過程，并在此基礎(chǔ)之上，突破課堂教學(xué)的重點及難點，進而實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量及效率的提升。

（2）引導(dǎo)學(xué)生參與實踐探究

根據(jù)研究調(diào)查表明，通過將化學(xué)實驗與信息技術(shù)進行充分的結(jié)合，將有助于促使實驗的內(nèi)容以更加靈活的方式為學(xué)生所呈現(xiàn)。當(dāng)然，在具體實施的過程之中，教師更應(yīng)該注重引導(dǎo)學(xué)生借助自身已有的知識經(jīng)驗，進一步完成問題答案的分析及探究，從而促使學(xué)生更加深層次地完成知識的理解及掌握。比如，在帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)速度”這一化學(xué)知識時，教師可以嘗試借助數(shù)字化探究實驗的教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生完成知識的學(xué)習(xí)及探究。對于這一階段的學(xué)生來說，實驗操作的內(nèi)容相對簡單，在操作的過程之中可以自行地借助計算機來控制變量，進而展開實驗操作。在引導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究的過程之中，其交流、討論以及實踐操作等一些方面的能力都會得到進一步的提升，還有助于培養(yǎng)學(xué)生逐步形成交流合作的學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而為其今后的學(xué)習(xí)以及發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

5.數(shù)字化探究實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的實際案例

根據(jù)研究調(diào)查表明，在化學(xué)這一學(xué)科的教學(xué)過程之中，引導(dǎo)學(xué)生展開數(shù)字化探究實驗，將有助于培養(yǎng)學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)能力及操作能力，并實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量及效率的提升。接下來，就以Fe3+水解的教學(xué)為例，從而介紹這一課堂教學(xué)的方式在化學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用。在實際教學(xué)的過程之中，F(xiàn)e3+水解屬于一項重要的知識，教師要想引導(dǎo)學(xué)生展開Fe3+水解影響因素的分析以及探究，那么，則需要通過實驗教學(xué)的方式來展開，進而幫助學(xué)生能夠更加直觀地理解并掌握影響水解平衡的因素。此次數(shù)字化探究實驗主要根據(jù)Fe3++3H2O≈Fe（OH）3+3H+這一方程式來進行介紹的，在實驗操作的過程之中，教師往往需要借助色溫傳感器這一工具來檢測FeCI3溶液的吸光度，進而判斷對其水解產(chǎn)生影響的一些因素。除此之外，在此過程之中，更需要仔細地觀察并探究實驗操作過程之中，溫度、反應(yīng)物濃度對水解的影響。在這一化學(xué)實驗操作的過程之中，主要需要應(yīng)用到以下的藥品及器材，例如，HCl溶液與FeCl3溶液，在此過程中，應(yīng)該要注意FeCl3溶液濃度應(yīng)該為0.5moL/L。此外，還需要使用到色溫傳感器、100mL的燒杯、計算機、數(shù)據(jù)采集器以及溫度計等。

（1）溫度對于FeCl3溶液水解所帶來的影響

在實驗操作的過程中，教師要做的便是連接好實驗操作的裝置，并在此基礎(chǔ)之上設(shè)計好采樣率，之后在比色皿中置入適量的FeCl3溶液，并將其放在傳感器之中。接下來，教師需要設(shè)置好傳感器的初始溫度應(yīng)該為20℃，進而觀察這一溶液吸光度所發(fā)生的變化，并對其進行記錄。接下來，應(yīng)該在此基礎(chǔ)之上，依次對溶液進行加熱，并持續(xù)記錄這一溶液在30℃、40℃、50℃、60℃等一些溫度的吸光度變化。通過對實驗的現(xiàn)象進行分析能夠發(fā)現(xiàn)，溶液溫度在保持20℃的情況之下，隨著時間的增長，其吸光度會隨之而降低，但是如果說，對溶液進行加熱，那么便能夠發(fā)現(xiàn)，其吸光度也在不斷地不斷地增加。

（2）反應(yīng)物濃度對于FeCl3溶液水解所造成的影響

在實驗操作的過程之中，要求教師事前準(zhǔn)備好4個100m的燒杯，并且在此基礎(chǔ)之上對其進行編號。之后，需要在這4個燒杯之中，倒入等量的FeCl3溶液，并依次將3個燒杯這其中所包含的FeCl3溶液，稀釋到0.25mol/L、0.01mol/L、0.05mol/L，并在此基礎(chǔ)之上對其進行對照。接下來，教師需要將這4個燒杯之中所包含的溶液分別放入到比色皿之中，并嘗試借助傳感器來對其吸光度進行檢測。通過對其現(xiàn)象進行分析能夠發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物的濃度降低，溶液的吸光度也會隨之而減少，當(dāng)然，在此過程中，溶液的現(xiàn)象也會隨之而變淺。

（3）實驗結(jié)論

通過將實驗的數(shù)據(jù)進行對比，能夠直觀地得出相關(guān)的結(jié)論：Fe3+水解受到溫度、反應(yīng)物溶度的影響，在此過程之中，如果溫度獲得一定的提升，那么，將會進一步促進溶液的水解現(xiàn)象，除此之外，其反應(yīng)物濃度提升也會對其現(xiàn)象帶來一定的促進作用。

6.結(jié)語

總而言之，在化學(xué)這一學(xué)科的教學(xué)過程之中，合理地借助數(shù)字化探究實驗的方式，對于實現(xiàn)課堂教學(xué)質(zhì)量及效率的提升，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情存在著非常重要的作用及地位。鑒于此，這需要教師具備良好的課堂教學(xué)意識，并且能夠合理地應(yīng)用這一教學(xué)的方法，進而有效地突破教學(xué)的重點及難點，通過引導(dǎo)學(xué)生來對其展開實驗及探究，從而幫助學(xué)生對其內(nèi)容進行深層次的理解及認知。

參考文獻

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