胡家峰 陸漢鋒

【內(nèi)容摘要】數(shù)字化實驗易于操作且現(xiàn)象明顯顯現(xiàn)、過程更直觀、結(jié)果更更科學(xué)等優(yōu)勢，在初中化學(xué)學(xué)科實驗教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用，應(yīng)該不斷實踐、總結(jié)、反思中提高與化學(xué)實驗教學(xué)的融合度。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化實驗室? 初中化學(xué)實驗? 深度融合? 化學(xué)核心素養(yǎng)

引言

數(shù)字化實驗室是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)硬件系統(tǒng)和相關(guān)專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成，集實驗、測量、傳輸、采集、處理、呈現(xiàn)于一體且互相匹配、交互作用的實驗儀器裝備組成的實驗室，是傳統(tǒng)實驗課程與信息技術(shù)整合的重要載體，也是學(xué)生主體與化學(xué)實驗課程的媒介。傳統(tǒng)化學(xué)實驗為基礎(chǔ)，傳感器——計算機(jī)實時數(shù)據(jù)采集、處理軟件的計算機(jī)建模和圖像分析是開展化學(xué)實驗教學(xué)的兩大技術(shù)支撐。

一、數(shù)字化實驗室的模式及優(yōu)勢

與傳統(tǒng)實驗室相比，數(shù)字化實驗室擁有以下優(yōu)勢：采用傳感器采集實驗數(shù)據(jù)，分辨率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)實驗儀器，提高了準(zhǔn)確性，更具科學(xué)性和時效性，為學(xué)生發(fā)現(xiàn)和掌握化學(xué)原理提供支撐;自動采集數(shù)據(jù)，超過10kHz以上采集頻率，提高數(shù)據(jù)采樣率，精確實驗結(jié)果及時呈現(xiàn)，輕松解決傳統(tǒng)實驗室無法解決的問題;專業(yè)軟件精、準(zhǔn)、快處理數(shù)據(jù)，學(xué)生及時得到實驗反饋和掌握規(guī)律，省時省力，啟發(fā)學(xué)生再發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和化學(xué)核心素養(yǎng)。

二、數(shù)字化實驗室在初中化學(xué)實驗教學(xué)中的實踐

1.初中化學(xué)數(shù)字化實驗教學(xué)的有力保障

發(fā)揮初中化學(xué)數(shù)字化實驗教學(xué)的優(yōu)勢，須多維尋求保障：一是深入研讀初中化學(xué)實驗的規(guī)程，站穩(wěn)化學(xué)實驗教學(xué)本位立腳點，夯實化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的堅實基礎(chǔ);二是熟練學(xué)習(xí)數(shù)字化實驗室技術(shù)并與傳統(tǒng)實驗相融合，提高實驗有效性;三是不斷總結(jié)和反思，提高數(shù)字化化學(xué)實驗的意識和技能。

2.初中化學(xué)數(shù)字化實驗教學(xué)的實踐案例

（1）數(shù)字化實驗易于操作且現(xiàn)象明顯顯現(xiàn)

初中化學(xué)堿的化學(xué)性質(zhì)實驗的重點內(nèi)容是二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。此傳統(tǒng)實驗反應(yīng)現(xiàn)象難以觀察到，學(xué)生也難判斷此反應(yīng)是否發(fā)生。氣體壓力傳感器對此類有反應(yīng)發(fā)生無明顯現(xiàn)象可察的反應(yīng)卻能火眼金睛地顯現(xiàn)出來，讓學(xué)生觀察一目了然。用氣體壓力傳感器檢測等量（20 ml）的40%氫氧化鈉溶液和水分別與等體積（500 ml）、等壓強(qiáng)的二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)，壓力傳感器作用顯示，氫氧化鈉溶液中有水，二氧化碳溶于水。但是，到底是二氧化碳溶于水導(dǎo)致反應(yīng)體系壓強(qiáng)變小，還是氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)致使體系的壓強(qiáng)變小了，是壓力傳感器敏捷地捕捉到了信息：由于一體積水溶解一體積二氧化碳，因此注水燒瓶里面二氧化碳?xì)怏w壓強(qiáng)幾乎無變化;而注氫氧化鈉溶液的燒瓶，二氧化碳?xì)怏w幾乎耗盡且壓強(qiáng)明顯降低。鐵證說明，氫氧化鈉溶液與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

（2）實驗過程明顯更加地直觀

人教版《化學(xué)》九年級下冊“溶解時的吸熱或放熱現(xiàn)象”探究實驗的目的是探究三種固態(tài)物質(zhì)分別溶于水時的放熱、吸熱真實性。用溫度傳感器定量測量相同質(zhì)量的NaOH、NaCl、NH4Cl溶解于等體積水時溶液溫度變化可見，NaOH溶于水時溶液升溫是放熱過程;NH4Cl溶于水時溶液降溫是吸熱過程;NaCl溶于水時溶液溫度稍降也是吸熱過程，但是其降溫程度較相同條件下的NH4Cl小不少。數(shù)字化實驗?zāi)芡瑫r使用三支溫度傳感器，而且能夠使不同物質(zhì)溶解于水時的溫度變化一同呈現(xiàn)在同一張曲線圖里一覽無余可比較，大大地提高了實驗教學(xué)的效率。

（3）實驗結(jié)果準(zhǔn)確更科學(xué)

初中化學(xué)中有個非常重要的“空氣中氧氣含量測定”實驗，既是學(xué)習(xí)重點，也是實驗難點，其原理是將紅磷置于密閉容器燃燒消耗容器內(nèi)空氣中的氧氣，容器內(nèi)壓強(qiáng)逐漸減小，溫度降至室溫，打開止水夾，因大氣壓作用，流到容器內(nèi)的水和減少的氧氣體積等同。學(xué)生初涉抽象的“氣壓變化”實驗，很難理解。氣體壓力傳感器的運(yùn)用，對隱身的氣壓能測其變化使之可視化，使學(xué)生掌握了原理、實驗思路、操作方法后學(xué)會定量分析解決問題所方法。

三、數(shù)字化化學(xué)實驗室實踐反思

教師數(shù)字化實驗熟練的技能是保障。因此，加強(qiáng)自我技能和師生整體技能的培訓(xùn)至關(guān)重要。還要辯證看待數(shù)字化和傳統(tǒng)化的關(guān)系，完全數(shù)字化代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗是極端，不利于學(xué)生動手操作能力培養(yǎng)。要重視興趣遷移扶正實驗態(tài)度：學(xué)生對傳感器感興趣而忽視實驗過程和結(jié)果，或數(shù)字化實驗操作不熟練導(dǎo)致興趣不濃，要予以糾正，端正態(tài)度、提高技能、強(qiáng)化管理要多維實施。

結(jié)語

國家教育信息化長遠(yuǎn)規(guī)劃指出，教育信息化與學(xué)科教學(xué)要深度融合。數(shù)字化實驗室與初中化學(xué)實驗教學(xué)的深度融合，具有實時、快速、準(zhǔn)確、直觀等特點，操作更簡便，易于觀察降低了難度，促進(jìn)學(xué)生對知識的理解、記憶、鞏固和應(yīng)用，提高化學(xué)實驗探究能力，也使傳統(tǒng)化學(xué)實驗教學(xué)獲得了新的生命力，更給教師提高信息技術(shù)水平，促進(jìn)教師職業(yè)發(fā)展提供了良好的機(jī)遇，應(yīng)該不斷總結(jié)和反思邁向更高的境界。

【參考文獻(xiàn)】

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[2] 熊丹. 數(shù)字化實驗室和傳統(tǒng)實驗室的比較研究[J]. 中華少年，2016.