導(dǎo)語：高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】時(shí)代發(fā)展為學(xué)科教學(xué)的直觀性、實(shí)踐性的提高提供了多種可能，數(shù)字化設(shè)備在教育領(lǐng)域備受寵愛，“數(shù)字化”向傳統(tǒng)教育教學(xué)模式提出了新的挑戰(zhàn)。以高中化學(xué)為例，在吸熱放熱反應(yīng)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中，通過溫度傳感器能直觀呈現(xiàn)物體熱能的變化，通過電壓傳感器能準(zhǔn)確看出電流電壓的變化數(shù)據(jù)，避免人為感測引起的觸電風(fēng)險(xiǎn)，通過壓強(qiáng)傳感器能分析酸性條件下，鋼鐵的吸氧和析氫現(xiàn)象等等，分析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于高中化學(xué)教學(xué)的優(yōu)勢與弊端，從實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、數(shù)據(jù)采集和處理等方面提出了建議。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；數(shù)字化；信息處理

化學(xué)是一門自然學(xué)科，也是與生活聯(lián)系極其緊密的一個(gè)學(xué)科分支。在日常生活中，我們無時(shí)無刻不在享受化學(xué)研究的成果。高中化學(xué)作為中學(xué)學(xué)科構(gòu)成的重要組成部分，在提高學(xué)生學(xué)以致用的實(shí)踐鍛煉能力方面發(fā)揮了重要作用[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高中化學(xué)的主要教學(xué)形式，也凸顯了實(shí)踐性在化學(xué)學(xué)習(xí)中舉足輕重的地位，但由于場地、設(shè)備等各類教學(xué)資源的不完備，使得傳統(tǒng)課堂中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不盡如人意。對(duì)此，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為傳統(tǒng)教學(xué)模式的必要補(bǔ)充，利用傳感器對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，能很好地解決這一傳統(tǒng)教學(xué)所面臨的難題。

一、數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)概述

（一）化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢

高中階段的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍采用的是在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，相對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，數(shù)字化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)具備一定條件下的優(yōu)勢，能促進(jìn)學(xué)生方便快捷地操作化學(xué)實(shí)驗(yàn)。首先，數(shù)字化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍采用的是更為形象且直觀的操作步驟。數(shù)字化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在過程中所采用的是基于數(shù)字技術(shù)的教學(xué)方式，而對(duì)于長期接受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高中生而言，新穎的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。受當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境影響，學(xué)生對(duì)于數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的接受度較高，并且學(xué)生也比較傾向于利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其次，對(duì)于高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，需要學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，能夠充分結(jié)合教材知識(shí)。但是化學(xué)知識(shí)中的大部分原理對(duì)學(xué)生而言，在學(xué)習(xí)時(shí)比較抽象，進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，不能夠很好地把控相關(guān)的步驟，從而無法有效地驗(yàn)證自己的理解。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加直觀易懂，教師在教學(xué)時(shí)，也能夠利用數(shù)字化技術(shù)將一些抽象的化學(xué)知識(shí)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生也能更為高效地對(duì)知識(shí)形成自己的理解。最后，學(xué)生在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不再需要將關(guān)注點(diǎn)放到實(shí)驗(yàn)儀器的具體操作上。學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)將從實(shí)驗(yàn)儀器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化實(shí)驗(yàn)用的傳感器。對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，學(xué)生會(huì)擁有更多的時(shí)間去理解實(shí)驗(yàn)過程中的化學(xué)原理。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生的主體地位也會(huì)更加地突出。

（二）化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)字化教學(xué)的弊端

相對(duì)而言，化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)字化教學(xué)優(yōu)勢雖然較為明顯，但是在某些環(huán)境下其弊端也較為突出。高中階段化學(xué)課程采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必然要面對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的問題。目前主流的數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對(duì)而言價(jià)格偏高，且后期需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行維護(hù)。對(duì)于高中學(xué)校而言，不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，一部分學(xué)校便不愿采購相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并且后期的維護(hù)成本對(duì)于學(xué)校而言，也是相對(duì)較大的支出。其次，數(shù)字化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教具更多的是采用的是數(shù)字化的傳感技術(shù)，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中，所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都能夠直接上傳到電腦上。學(xué)生的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程將不再需要對(duì)相關(guān)的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于學(xué)生而言，這一過程并不利于學(xué)生計(jì)算能力的提升。高中階段學(xué)生所學(xué)習(xí)的化學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)知識(shí)，有相當(dāng)一部分的理論知識(shí)需要學(xué)生結(jié)合化學(xué)公式計(jì)算，才能讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解更加透徹。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)忽視了這一點(diǎn)，后期學(xué)生的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算能力得不到提升，也會(huì)對(duì)學(xué)生整體的未來發(fā)展產(chǎn)生不利影響。最后，數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然更加直觀，但是在實(shí)驗(yàn)的過程中與生活的聯(lián)系將會(huì)大大減少，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化也將變得不再具有一定的真實(shí)感受。所以對(duì)于高中化學(xué)教師而言，數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要更加注重學(xué)生的能力培養(yǎng)，盡可能地排除掉一部分不利因素。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)該以“可視性”為目標(biāo)

“可視性”在最大程度上將實(shí)驗(yàn)場景以直觀的方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課應(yīng)該主動(dòng)迎合的新方向?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)在一定程度上而言，將學(xué)生所學(xué)知識(shí)與動(dòng)手能力集中在一起，在實(shí)驗(yàn)中考量知識(shí)的應(yīng)用準(zhǔn)確度，在知識(shí)學(xué)習(xí)中檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的可行性與施行方向。例如，在探索外焰溫度的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法是讓學(xué)生自己去用觸覺感知，然而拋開傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性（可能會(huì)有燙傷現(xiàn)象并導(dǎo)致自燃的嚴(yán)重后果），由于個(gè)體差異性的存在，學(xué)生的感知覺也各有不同，對(duì)溫度的把控因人而異，因此，教學(xué)效果較差。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭M(jìn)之后就解決了這一難題，學(xué)生可以通過溫度傳感器，直觀地觀察到內(nèi)外焰溫度全程的變化，從而得出外焰溫度高于內(nèi)焰的定論。再如，在做溶液pH酸堿度中和滴定測驗(yàn)時(shí)，pH傳感器可以感知測定過程中溶液酸堿度的變化，并在電腦端生成pH的變化曲線，確定溶液濃度，并合理判斷滴定終點(diǎn)，大大提高了實(shí)驗(yàn)的可操作性、過程的可視性和結(jié)果的客觀性、精準(zhǔn)度。而傳統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ绞怯刹僮髡邔⒅甘緞┑稳氩煌芤褐校圆僮髡吣繙y數(shù)據(jù)判斷滴定重點(diǎn)，一次操作后，還要將數(shù)據(jù)記錄下來，中斷性操作會(huì)影響觀察的準(zhǔn)確性，操作誤差很大，實(shí)驗(yàn)效果受主觀因素的干擾比較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)度不穩(wěn)定。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)通過傳感器使數(shù)據(jù)采集更加便捷、易操作，最大程度上避免了人為因素的干擾。然而，試紙測量的有效性與溫度、受測環(huán)境、器皿材質(zhì)等都有千絲萬縷的聯(lián)系，這種傳統(tǒng)的測量方式勢必會(huì)影響測量的準(zhǔn)確性，也無法達(dá)到直觀的目的。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則能很好地呈現(xiàn)酸堿度高低變化的曲線過程，將變化以精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來，既增加了知識(shí)的趣味性，又鍛煉了學(xué)生的觀察和思考、記錄能力[2]。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)要突出實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)教學(xué)設(shè)備的要求相對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)而言要高出許多。計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)終端、錄播/導(dǎo)播系統(tǒng)、圖像分析、板書定位系統(tǒng)等都是搭建數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室所需要的。教師的實(shí)操能力、學(xué)校的辦學(xué)投入等主客觀因素都會(huì)影響數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建立與使用進(jìn)程。因此，教師作為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)的發(fā)起者要先綜合分析教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)有需要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字化剖析，在給定的教學(xué)投入下，不斷提高自己的設(shè)備實(shí)操能力，使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)投入對(duì)學(xué)校、教師、學(xué)生這三方的實(shí)效性都能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。例如，武漢某高中化學(xué)教師就根據(jù)本學(xué)科教學(xué)的情況及學(xué)生掌握知識(shí)的程度，進(jìn)行了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室擬建立的必要性探究實(shí)驗(yàn)。針對(duì)儀器、試紙、有毒藥品（包括易燃易爆物品）、過濾、蒸發(fā)、升華、萃取和透析等高中化學(xué)教學(xué)主線進(jìn)行了系統(tǒng)剖析，指出哪些是學(xué)生希望掌握但又因?qū)嶒?yàn)室條件局限無法展開的，哪些是實(shí)驗(yàn)室教學(xué)雖然可以展開但是精準(zhǔn)度無法控制的，哪些是當(dāng)前社會(huì)形勢下高中生必須具有的化學(xué)實(shí)操能力等等。針對(duì)急需解決的實(shí)操問題進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬，既增長了學(xué)生見識(shí)，也為他們更好地參與社會(huì)實(shí)踐提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

四、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)要注意教學(xué)過程“現(xiàn)代化”

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)不是一項(xiàng)小工程，學(xué)校需要投入大量人力、物力、財(cái)力，而教師也需要不斷提升數(shù)字化設(shè)備的操作能力，學(xué)習(xí)某些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理等相關(guān)知識(shí)，這樣才能在實(shí)際操作中臨危不亂。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室如果能與微課或錄播課等網(wǎng)絡(luò)形式相結(jié)合，將會(huì)取得意想不到的效果，也能真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源全球化，給偏遠(yuǎn)地區(qū)不具備數(shù)字化教學(xué)資源的學(xué)校帶來福音[3]。江蘇省南京市某數(shù)字化實(shí)驗(yàn)試點(diǎn)高中曾教師的做法就很好地踐行了這一點(diǎn)。曾教師所在的高中是南京市政府政策扶持的重點(diǎn)高中，作為一名化學(xué)骨干教師，曾教師在認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的瓶頸后，大力倡導(dǎo)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用。作為試點(diǎn)單位的發(fā)起人，曾教師把引進(jìn)過程中的點(diǎn)滴心得、工程進(jìn)度、待辦事項(xiàng)等都一一記錄在案，在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室投入使用之前，自己反復(fù)演練實(shí)驗(yàn)的各個(gè)階段確保萬無一失。此外，曾教師還準(zhǔn)備了錄制設(shè)備，他覺得這么好的課堂，一定要讓不具備數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的學(xué)校也能通過視頻去感受、共享他們的學(xué)習(xí)成果。在實(shí)驗(yàn)室正式運(yùn)行之后，曾教師作為第一批使用數(shù)字實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)教師，有針對(duì)性地制定了實(shí)驗(yàn)室的規(guī)則和注意事項(xiàng)，并提出哪些板塊可以利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，如何利用等細(xì)節(jié)問題，為學(xué)校以及化學(xué)課程數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工作的展開奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

五、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)要注重?cái)?shù)據(jù)采集和處理的“準(zhǔn)確化”和“智能化”

數(shù)據(jù)分析是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的核心特征，也是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在分析層面優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的主要原因。要發(fā)揮并保持這一優(yōu)勢，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行持續(xù)的自我優(yōu)化和更新。如同手機(jī)軟件也要不斷地進(jìn)行升級(jí)修復(fù)漏洞一樣，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室中的軟件和設(shè)備也要進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和智能性、即時(shí)性，客觀性，并且作為儀器設(shè)備進(jìn)行有效管理，建立并完善制度臺(tái)賬。湖南省長沙市某高中就針對(duì)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行定期維護(hù)升級(jí)管控，由信息科負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)，每月一次對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的軟硬件設(shè)施進(jìn)行檢查，確保數(shù)據(jù)產(chǎn)出的有效性和時(shí)效性。

六、加強(qiáng)教師之間、學(xué)校之間、社會(huì)之間的交流學(xué)習(xí)

綜上所述，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在直觀性、現(xiàn)代化和實(shí)驗(yàn)效果上都比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)更勝一籌，它不但踐行了新課改背景下將理論與實(shí)踐結(jié)合起來的學(xué)習(xí)觀，還能有效地發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，增加了實(shí)驗(yàn)趣味性，提高了學(xué)生動(dòng)手操作能力，更好地促進(jìn)理論知識(shí)的吸收消化。但是由于不同學(xué)校經(jīng)濟(jì)預(yù)算及規(guī)模控制，并不是每個(gè)學(xué)校都有可用的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)配置，受之局限，并不是每位化學(xué)教師都能使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并不是每位學(xué)生都能受益于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。對(duì)此，加強(qiáng)教師之間、學(xué)校之間、社會(huì)之間的交流，實(shí)現(xiàn)“互通有無”，在提高整體化學(xué)教學(xué)成果上就尤為重要。首先，教師之間——同校教師和非同校教師。同校教師之間由學(xué)校進(jìn)行調(diào)控，由精通數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的教師定期對(duì)其他化學(xué)教師進(jìn)行集中培訓(xùn)，培訓(xùn)的方式可以是講座，也可以是微課或網(wǎng)課，培訓(xùn)內(nèi)容分為理論和實(shí)踐并定期由校方檢驗(yàn)培訓(xùn)成果，確保教師“人人能用，人人會(huì)用”，提升數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的普惠范圍。非同校教師之間，由教育部門或?qū)W校領(lǐng)導(dǎo)牽頭開展互動(dòng)學(xué)習(xí)，由設(shè)備持有學(xué)校教師對(duì)其他學(xué)校教師進(jìn)行集中培訓(xùn)，輔以網(wǎng)課形式，最大程度上避免因時(shí)間、地點(diǎn)原因?qū)е碌牟荒艿綀霈F(xiàn)象，切實(shí)提升教師的實(shí)操能力。其次，學(xué)校之間——由教育部門統(tǒng)籌。由于各學(xué)校的實(shí)際情況存在差異，不同學(xué)校引進(jìn)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備可能存在很大的不同，可能存在A學(xué)校擁有溫度傳感器設(shè)備，B學(xué)校擁有電壓設(shè)備。教育部門通過統(tǒng)籌安排，使沒有配置設(shè)備的學(xué)校能親臨有設(shè)備的學(xué)校中，進(jìn)行深入學(xué)習(xí)實(shí)踐，無疑能在實(shí)現(xiàn)資源最大化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。最后，社會(huì)之間——主要包括學(xué)校與各大社會(huì)團(tuán)體之間。在社會(huì)范圍內(nèi)通過學(xué)校與團(tuán)體的交流合作，擴(kuò)大數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的影響范圍并不斷汲取新的養(yǎng)分，使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不斷博采眾長，在不斷優(yōu)化中提升實(shí)驗(yàn)效果的新高度。例如，2019年，為推廣數(shù)字化實(shí)驗(yàn)及提高運(yùn)用水平，中國教育學(xué)會(huì)和《化學(xué)教與學(xué)》雜志社聯(lián)袂舉辦了化學(xué)數(shù)字化成果交流與培訓(xùn)會(huì)，吸引全國共計(jì)近900名中學(xué)化學(xué)教師前來學(xué)習(xí)交流。會(huì)上，威尼爾公司余國濤博士作了精彩演講，向教師傳授了數(shù)字化設(shè)備使用的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，展出了從全國160多件數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作品中選出的26件作品，并由專家現(xiàn)場講解評(píng)價(jià)，針對(duì)作品的優(yōu)缺點(diǎn)逐一論述。以此在全國范圍內(nèi)加大了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的影響力，同時(shí)也通過現(xiàn)場溝通提升了廣大教師的實(shí)操水平，引起了廣大化學(xué)教師的廣泛關(guān)注。

七、結(jié)語

現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)對(duì)新時(shí)期的高中化學(xué)教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)，數(shù)字化已成為時(shí)代的標(biāo)志性特征?；瘜W(xué)教學(xué)要積極發(fā)揮教師、學(xué)校和社會(huì)團(tuán)體的影響力，實(shí)現(xiàn)資源最大化，為傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室化學(xué)模式增添新的色彩。作為新時(shí)代的高中化學(xué)教師，要充分利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來的新契機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)，主動(dòng)思考，讓學(xué)生在實(shí)踐中鞏固知識(shí)，在運(yùn)用中深化知識(shí)，提高觀察能力和實(shí)驗(yàn)操作能力，引導(dǎo)學(xué)生以務(wù)實(shí)的心態(tài)積極投身社會(huì)實(shí)踐。

【參考文獻(xiàn)】

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作者：徐鳳 單位：江蘇省徐州市第一中學(xué)