1、天道酬勤初中数字化化学实验设计、实践与辨析杨云摘 要探析数字化实验在初中化学教学中的运用，实现从定性到定量、从表象到本质、从质疑到探究的实验改进，并对数字化实验教学与传统实验教学的融合问题进行反思，旨在让化学实验更具科学性和说服力，加快新课程改革的步伐。关键词初中化学;数字化实验;设计;实践;辨析中图分类号 G633.8 文献标识码 A 文章编号 1674-6058202326-0064-02大数据时代的今天，数据与自然资源、人力资源一样已成为重要的战略资源，在当前社会开展中发挥着重要的作用。对化学教师而言，已经不需要再去讨论数字化是否要引入实验教学，而是去探索如何更好地让数字化为化学实验教学
2、效劳。本文探索数字化化学实验教学模式，尝试将九年级教材中的一些实验改为数字化实验，并进行一些反思，旨在让化学实验更具科学性和说服力，为新课程改革奉献绵薄之力。一、更新设计，数字化下的教学模式数字化化学实验的一次教学升级，它不仅仅是仪器和操作方法的改变，更是本质上的变革，将新课程、新理念融入其中，建立一个传统与创新并举的课堂模式。鉴于这一点，笔者所在教研组对传统实验与数字化实验进行了比照，通过集体讨论和反复实践，建立了如图1所示的数字化实验教学模式。在传统的教学模式中，化学实验具有操作简单、现象清楚的优点，但对于较为复杂的化学实验，学生很难观测到快速变化的过程，并进行及时的读数和记录。而数字化实
3、验教学，借用信息技术、传感技术实现了自动化测量，且能够高速度、高精度地进行数据采集，准确记录每一个实验细节，有利于学生对动态的实验数据信息进行综合、多维的分析和讨论。数字化实验教学模式并不是完全将传统的化学实验教学模式摈弃掉，而是传统与创新相结合，在学生感性认知与理性认知之间搭建一座桥梁，为学生提供更多的数据支持，带给学生的不仅仅是“验证更是“推理，最大限度地挖掘与推进学生的潜能和思维。这样的教学模式，开拓了师生视野，培养了学生的研究意识与创新精神，激发了学生更大的学习动力。二、实验尝试，数字化下的课堂实践实效决定了改革的成败。数字化实验在初中化学教学中的运用是一项实战性技术，要经得起课堂实践
4、的检验，就要进行系统的研究，在教学细节上出新、出彩。下面结合教学实践，从三个方面进行讨论研究。1.定性到定量，有利于实验定量处理直观、清晰的图像能够更好地反映实验的本质，而图像需要数据作为支撑。传统实验主要靠观察实验现象来推导结论，很难对实验进行定量化处理。数字化实验引入了数字传感技术，可以采集到实验过程中的所有数据，并由计算机将这些数据进行记录并以表格和图像的形式呈现出来，使学生能够方便快捷地进行定量分析。例如，在学习“空气的成分时，有这样一道思考题：请你设计实验验证呼吸作用确实产生了二氧化碳气体。结合课本知识，空气中的二氧化碳约占0.03%;通过查阅相关资料，人体呼出的气体中二氧化碳约占0
5、.4%。结合这两组数据，学生设计了一组比照实验。实验方案：取两支试管，分别倒入少量的澄清石灰水。用洗耳球在第一支试管中鼓入空气，观察实验现象;在第二支试管中直接吹入呼出的气体，观察实现现象。如果第二支试管中的澄清石灰水变浑浊，那么说明呼出的气体中含有二氧化碳气体较多。这个实验虽然解决了问题，但却无法知道具体的数据。而引入数字化技术，就可以对此实验进行提升和改进，帮助学生从定性分析过渡到定量分析。将数据采集器连接到上，设置“以时间为基准，将传感器分别插入盛有空气、呼出气体的保鲜袋中，对空气和呼出气体中的二氧化碳进行测量，得出相关的曲线图，并进行比照分析。两条不同的曲线图，让学生清楚地看到了空气与
6、呼出气体中二氧化碳含量的差异。这样的教学方式，实现了传统定性实验的定量化改造。2.表象到本质，有利于实验原理研究数据的说服力是最有效的，也是最能揭示化学本质的。在传统的教学中，有些科学概念和原理单从表象进行解释，学生很难对其进行想象和理解。数字化实验融合了学生在实验操作中的观察体验，借助DIS直观演示和数据分析技术，将各个阶段的化学变化数据进行了展示和分析，科学、客观地再现了化学本质，将学生顺利从表象感知推向本质学习，促进了学生对实验原理的深层次研究。例如，在学习“溶液导电性的相关知识时，有这样一个实验探究：通过实验来验证盐酸、硫酸、氢氧化钠溶液、蒸馏水和乙醇的导电性强弱。传统实验：取五个烧杯
7、，分别倒入盐酸、硫酸、氢氧化钠溶液、蒸馏水和乙醇，其中盐酸、硫酸、氢氧化钠溶液的体积、浓度相等。分别连接相同电压的电源和相同规格的灯泡，观察灯泡的明亮程度。灯泡的明亮程度虽然在一定程度上说明了上述液体的导电性强弱，但有时微弱的区别会影响学生的观察，甚至还会出现与理论相违背的实验现象。而在此基礎上将其升级为数字化实验，就可以借用低压电源平安和灵敏电流表来实现数据的显示和记录收集。数字化改进，巧妙地将“灯泡明暗程度的表象转变成了“真真切切的数据本质，防止了学生通过主观现象来理解知识的经验主义倾向，使学生从感性的经验主义泥沼中跳了出来，更进一步地推进了学生对知识的理解辨析，使化学本质的探究更为客观、
8、科学，具有说服力。3.质疑到探究，有利于实验问题解决“疑是思之始，思是行之端。质疑能力的培养需要有一个释疑、解疑的探究过程，这一过程的建立才是课堂落实的关键。然而在传统化学实验中，当出现实验结果与实验预期不同的状况时，由于实验条件的限制而无法继续深入探究，这无疑会打击学生的积极性，不利于学生创新能力和实践能力的培养。而数字化实验就可以进行定量的、细致的操作分析，让数据说话，让事实说话，让课堂质疑的“意外资源有一个更好的探究平台，把新课程理念和目标落到实处。例如，在质量守恒定律的探究实验中，要求对“白磷燃烧前后的总质量进行测定。传统实验：如图2所示，连接好装置。1在锥形瓶的底部铺一层细沙，作用是
9、;2燃烧前锥形瓶的总质量是;3白磷在燃烧过程中的现象是 ;4白磷燃烧过程中，托盘天平指针的偏转情况： ;5白磷燃烧 “遵循或“不遵循质量守恒定律，理由是 。实验中应用的是托盘天平，灵敏度比拟低，使得局部学生得出“白磷燃烧不遵循质量守恒定律的结论。教师假设对此进行口头解释，只会显得苍白无力，让人难以信服。而数字化实验就可以对此进行改进，将托盘天平换成电子天平，利用先进的科学技术使质量测量更为精确，同时也有效防止了人为读数造成的影响。通过这样的改进，让质疑拥有了生长的土壤，实现了对化学知识的精细化学习，推进了学生追求卓越的精神。三、反思归纳，数字化下的问题辨析1.数字化实验应用被传统实验教学拒绝的
10、问题數字化实验教学的出现，势必会对传统实验教学造成一定的冲击。在数字化实验教学的开展中，中考实验还停留在传统的实验框架中，较大的实验设备投入、传统的实验习惯和自我学习的惰性，都是教师排斥和拒绝数字化实验教学的理由。其实，这是对数字化实验教学认识不够的表达，缺乏一定的前瞻性。在联合国教科文组织提出的“学会求知、学会做事、学会合作、学会生存的四大教育支柱之下，数字化实验教学已经不可拒绝。2.数字化实验教学全盘替代传统实验教学的问题改革并不是一种颠覆，而是一种创新性继承。数字化实验教学实质上是对传统实验的一种改进、优化与完善，数字化实验是学习化学、理解化学的工具，为学生提供一个图文并茂、人机交互、即
11、时反响的学习环境，旨在为师生、课堂提供更为广阔的平台，解放师生的思维，特别是要让学生的思想得到实践与深化。如果用数字化实验教学全盘替代传统实验教学，势必会让教师成为演示员，学生成为观察员，缺少了师生、生生之间的情感交流与互动合作，图像、数据就会是过眼云烟，失去了思维应有的生命力。故数字化实验教学要与传统实验教学并存，相互取长补短、相得益彰。3.数字化实验教学与传统实验教学的融合问题融合不是简单的加法，更不是简单的混合展示。传统实验教学大多是对化学概念、原理做一个定性的分析，更侧重于实验仪器的使用、操作的标准、现象的观察;数字化实验教学主要对实验数据进行分析，依据数据的变化趋势推导实验结论，侧重于对实验过程的探究和学生思维能力的培养。两者之间并非是矛盾和排他的，而是实验演进和优化的不同阶段。只要能够根据学生的需求适时选用，相互融合，就能到达最理想的实验教学状态，真正实现教与学的和谐统一。总之，数字化化学实验是表达化学学科特点的必然要求，是信息技术与化学教学深度融合的重要途径，是开展学生化学学科核心素养的需要。广阔化学教师应适应课程改革的需要，创造性地开发、设计和运用数字化实验，积极参加各级各类化学数字化实验成果交流，通过教育资源的有效共享促进自身专业成长。责任编辑 罗 艳