對高中化學數字化實驗的探索

陳先富

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.19.149

摘 要 分析數字化實驗的優點，探索高中化學數字化實驗的運用方法與技巧，提升高中化學教學實效，培養學生的實驗能力和信息技術水平。

關鍵詞 高中化學；數字化實驗；創新能力

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）19-0149-02

1 數字化實驗的優點

在化學教學中利用數字化實驗，主要還是由于其具有的優勢，總結起來有三點。1）安全性高。傳統實驗中會遇到很多有毒藥品，給學生構成安全隱患，有可能引發安全事故，而數字化實驗則不會出現這種情況。2）數字化實驗不僅可以操作，還可以讓學生反復進行實驗研究，使學生能夠更快地掌握所學知識。3）數字化實驗有利于教師開展化學教學。很多學校實驗器材不足，有的實驗根本無法開展，只能畫圖或者說教，這樣的教學效果可想而知。數字化實驗的反復操作不僅不會浪費器材，還能調動學生的積極性。

2 數字化實驗的實踐研究

利用數字化實驗突破教學難點 數字化實驗教學彌補了傳統實驗的不足，傳統的實驗對一些特殊的實驗做出的效果不是很好，而數字化實驗能夠更好地體現實驗的效果，并能提高實驗教學的效率。對于教學中難以理解的概念和原理，通過數字化實驗來解釋，變得簡單，實驗結論也更清晰，學生理解也更透徹。如在講解“酒精燈火焰溫度的變化”時，在課堂上對學生說得最多的是加熱要用外焰，外焰的溫度高，這樣加熱就快。缺乏數據的支持，學生只能記住教師的話，顯然沒有深入理解。引入數字化實驗很容易解決這些問題，用溫度傳感器在酒精燈的外焰、內焰和焰心測量一下就能說明問題了，在實驗中得出這些數據更具有說服力，學生的印象也比較深刻。

數字化實驗在化學實驗中的應用解決了傳統的化學實驗解決不了的問題，提升了化學實驗課的教學質量。充分利用計算機、數據采集器、傳感器、系統軟件等，這樣化學實驗就變得具有綜合性，利用學生研究性和探究性學習，培養綜合能力。數字化實驗對難點問題的解決也凸顯了其實用性和前瞻性，為化學實驗注入活力，讓學生的學習更高效。

利用數字化實驗促進探究學習 利用數字化實驗能為學生創設一個良好的學習環境，從而促進學生探究學習，培養學生的科學素養。在數字化實驗中利用計算機與軟件系統，可以對傳感器在變化過程中獲取的大量數據進行處理，這也是做實驗的依據，有利于對實驗過程的控制。為此，利用對數據的處理與分析，這里包含了數據轉換、曲線擬合、誤差計算等，甚至可以改變實驗條件，對實驗結果進行對比分析，就為學生創設了探究的環境，讓學生親身經歷知識形成的過程，觀察能力、分析和解決問題的能力得到提升。

比如利用酸堿指示劑的色變來判定中和滴定的終點，這樣做的結果誤差大，誤差計算也很復雜，而且無法觀察到滴定過程中pH值的變化過程。利用數字化實驗助推學生進行探究學習，學生分組進行實驗，他們把pH傳感器放入到標準液標定就可以了，然后用蒸餾水洗滌pH傳感器，放入待測液體中，把采集的pH值傳遞給計算機，用系統軟件進行運算。這樣就能清晰地得到酸堿點滴中pH值的實時變化，避免傳統實驗中存在的誤差和煩瑣的計算。學生的探究過程也更簡潔，嘗試到探究的快樂。

3 數字化實驗與傳統實驗相結合

數字化實驗與傳統化學實驗的結合需要慎重考慮，合理安排。數字化實驗是從數據進行分析得出實驗結論，注重學生探究過程；傳統實驗主要是對結果進行分析，注重具體操作和儀器的使用方法，從現象得出結論。它們都具有一定的優勢，如果把兩種實驗結合起來，必定能發揮實驗的功效，從而助推化學高效課堂，培養學生實驗能力和創新能力。在化學實驗中，可以發現它們可以互為支撐，有利于完成實驗任務，讓學生經歷探究過程，培養學生的動手能力。

比如在進行“氨的制取”實驗時，NH4Cl與Ca（OH）2發生化學反應后會產生氣體。在這個過程中，學生無法感受到通過儀器傳遞過來的氣味，這時候就需要靠近儀器親自聞一下。氨氣是比較容易溶于水的氣體，如果想要使氨氣溢出，需要采取加熱的方法。那么在加熱過程中，學生通過對實驗發生過程進行仔細觀察，會體會更深。學生通過進行“氨的制取”實驗，利用平衡的計算方法，總結寫出方程式“2NH4Cl+Ca（OH）2 CaCl2+2NH3↑+2H2O”，從而更容易理解不同反應物和生成物的比例。這就是把傳統的實驗方法和數字化實驗方法進行結合，使學生發散思維，增強學生的思考和觀察能力，使學生的計算能力和推導能力得到培養和提升，促使數字化實驗效果更佳。

4 整合各種資源，優化數字化實驗

實驗的開展離不開實驗裝備，有了這些硬件資源，才能開啟數字化實驗，讓實驗可視化，從而促進學生觀察和分析實驗現象，發現實驗原理，找出物質的真相。實驗裝備以硬件配備以及各種軟件更新為依托。要在現有的條件下，對資源進行充分整合，優化數字化實驗教學，多方位培養學生的觀察能力、動手操作能力和思考問題總結問題的能力。在進行整合資源的過程中，發揮數字化實驗的功能與作用，進行兩點嘗試。

1）配備和完善硬件設施及其應用軟件。開始實驗的有利保證就是實驗中所用的實驗裝備，進行數字化實驗更離不開實驗裝備的有力支持。計算機數據采集處理系統，包括開放式軟件系統、智能接口、在線系統或離線系統等應用軟件；多媒體實驗常用軟件如Flash、PPT等；傳感器實驗常用DataStudio數據處理軟件進行數據處理；經常用到的仿真實驗軟件有多種，如COREL Chemlab等。實驗硬件設備包括各種實驗器材，如溫度傳感器、壓強傳感器、電子白板、pH值傳感器、電流傳感器、投影儀等。這些硬件和軟件就構成開展化學數字化實驗的基礎和條件。

2）實驗資料的配備，包含了教學影片、教學案例以及實驗資料光盤，還可以通過學術期刊和、教材教案等教學輔助工具查找實驗所需的數據與資料。另外可以進行實驗材料的自主研發，根據教學過程中的需要，自制實驗過程的微視頻和實驗過程圖片，將收集的實驗圖片制作成實驗動畫，以增強學生的復習欲望，將錄制的微視頻制作成實驗課件，以供教學和復習參考。利用數字化實驗來充實化學課堂，從而拓展化學探究的空間，增強化學教學的實效。

總之，改善傳統實驗方法，引進數字化實驗在高中化學課程教學中的應用，助推了高中化學高效課堂，讓學生的學習積極性調動起來，為他們創設良好的探究環境，同時也促進他們動手操作，直觀觀察和分析實驗現象，從而得出正確的結論，增強了教學效果?！?/p>

參考文獻

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