司璐璐 朱紛

摘?要：數(shù)字化實驗已經(jīng)越來越多地出現(xiàn)在化學學習中，文中從學生適應信息化社會、突破初中化學教學中的重難點以及數(shù)字化校本課程開設等三個方面，探討了數(shù)字化實驗在校本化研究中的案例，思考了數(shù)字化實驗的校本化研究給學習所帶來的變化與意義。

關鍵詞：數(shù)字化實驗;初中化學;校本化研究;研究性學習

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗是學習化學的一條重要途徑。當代社會處于大數(shù)據(jù)時代，信息技術與學科課程整合已經(jīng)成為當前國際基礎教育改革的趨勢與潮流?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中就指出：信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。2011版課標在教學建議中強調(diào)了“教師尤其要注重有效發(fā)揮現(xiàn)代信息技術的作用”的要求。一些版本的教材和近幾年南京市中考試卷中均出現(xiàn)了數(shù)字化實驗的內(nèi)容。數(shù)字化實驗將定性實驗變?yōu)槎繉嶒?，通過多媒體交互系統(tǒng)收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并描繪圖線，對于一些復雜精確的數(shù)據(jù)處理更為高效和便捷;更重要的是能夠面向全體學生，數(shù)字化實驗讓學生更加關注實驗及其變化過程和結果分析，為完成學習方式的改變與多樣化，學生的自主探究鉆研，師生的廣泛體驗、合作和交流提供了大量時間。使得課堂學習更加的多元化，學生的思維更加活躍，也提高了學生模型認知能力和科學探究意識。

一、 數(shù)字化實驗有利于學生適應社會、提高綜合素質

當代學生從出生起便接觸到數(shù)字化工具，互聯(lián)網(wǎng)、手機、微信、QQ等已成為他們生活中必不可少的東西，根據(jù)時代的發(fā)展，在初中化學教學中必然會引入數(shù)字化實驗，這是時代的產(chǎn)物。數(shù)字化實驗本身便是一個較為前沿的科學技術，通過它可以有效地將信息技術與傳統(tǒng)實驗課程進行整合。它是以真實實驗為基礎，通過各種傳感器替代部分傳統(tǒng)的儀表，將實驗數(shù)據(jù)采集之后交由計算機分析處理，能夠更加清晰、明確地展示實驗現(xiàn)象，揭示實驗規(guī)律的實驗手段。從實驗組成結構來看，數(shù)字化實驗包括數(shù)字化傳感器（圖1）、數(shù)據(jù)采集器（圖2）、計算機和實驗軟件包四個部分。

在實驗的過程中，學生要學會計算機的操作、學會對計算機模擬圖像的認知和處理，要學會使用傳感器等新技術，現(xiàn)在很多數(shù)字化實驗儀器的采集器還配有液晶顯示屏，傳感器所采集的實驗數(shù)據(jù)，可以直接在顯示屏上顯示，實時進行實驗數(shù)據(jù)分析，得出實驗結論。所以通過數(shù)字化實驗，不僅可以讓學生提高對信息的處理能力，提高對數(shù)據(jù)的處理能力，提高問題的提出與解決能力，也能讓學生更多地接觸到科學與技術，提高對新技術的接受與使用能力，從而提高學生的科學素養(yǎng)，提高對信息社會的適應能力。

二、 數(shù)字化實驗有利于突破實驗教學中的重難點

初中階段常用的傳感器有：濁度計、滴數(shù)計、pH、二氧化碳、氧氣、溶解氧、氣壓、溫度、高溫傳感器、電導率、溶液中的離子等一系列傳感器。通過這些傳感器，可以完成很多初中階段的化學實驗，如氧氣、二氧化碳等氣體制備和性質的實驗，酸堿鹽性質的實驗等。

借助于數(shù)字化實驗儀器，可以及時生成實驗數(shù)據(jù)并轉化成圖表，這可以將原本學生不易理解的一些微觀的變化或是無明顯現(xiàn)象的實驗，轉化為具體直觀的圖像。

例如我們在酸堿鹽的復習中，經(jīng)常會做到碳酸鈉溶液與鹽酸反應的問題。當我們將碳酸鈉溶液加入鹽酸中可能不會立刻出現(xiàn)氣泡，其原因是在碳酸鈉溶液中滴加少量稀鹽酸時，首先生成的是碳酸氫鈉和氯化鈉，此時并沒有二氧化碳氣體生成，只有在碳酸氫鈉再和稀鹽酸反應時，才會產(chǎn)生二氧化碳，這時才能看到溶液中有氣泡產(chǎn)生。對于這個反應的原理，如果通過數(shù)字化實驗將實驗中pH和二氧化碳體積進行比較，更易于學生去理解。

課題組今年的酸堿鹽復習課中，便運用了數(shù)字化實驗完成了對該實驗的分析，起到了較好的效果（圖3）。

通過圖3的對比，可以發(fā)現(xiàn)當pH下降時，并沒有氣體產(chǎn)生，說明反應已經(jīng)發(fā)生但未產(chǎn)生二氧化碳。當pH第二次下降時，才出現(xiàn)了二氧化碳氣體。這充分說明反應是分兩個階段進行的，通過直觀的數(shù)據(jù)，學生能夠更好地認識碳酸鈉溶液與稀鹽酸反應的實質，對解決教學難點起到了很好的促進作用，有利于學生更好地理解化學變化的實質。

此外不易觀察到的現(xiàn)象，如溶液中離子間的反應、無色氣體的濃度變化等，均可借助數(shù)字化傳感器以及實驗中的數(shù)據(jù)處理軟件，通過圖像圖表的形式顯示在顯示器上，讓學生直觀看到實驗結果，使晦澀難懂的化學原理很容易的接受，這樣就可以快速突破難點，實現(xiàn)教學目標。

三、 開設數(shù)字化實驗校本課程，拓展學生學習內(nèi)容

數(shù)字化實驗具有直觀性、快捷性等特點。有的實驗原本需要較長時間才能觀察到現(xiàn)象，通過數(shù)字化實驗儀器，可以在較短時間內(nèi)甚至立刻觀察到現(xiàn)象，且通過數(shù)據(jù)圖表的展現(xiàn)，變得更加直觀，這樣有利于初中學生對化學實驗的探究。課題組在學生中開設了《水火傳奇》校本課程，在校本課程中讓學生研究不同的催化劑對化學反應速率的影響、水果電池、濃硫酸的吸水性、酸雨的測定、暖寶寶中鐵粉與氧氣的反應、水質的測定等（圖4、圖5），將化學學習由課堂拓展到課外、由書本延伸到生活中，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

通過校本課程所開設的研究性學習，使得學生的學習內(nèi)容更加豐富和多元化，不僅解決生活的化學問題，更使學生拓寬了視野，提高對知識的運用能力。使學生開展真正意義上的探究成為可能，從而達到提高學生的科學探究與創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們科學態(tài)度和社會責任意識。

通過對數(shù)字化實驗的校本化研究，使初中化學實驗從定性分析到定量研究，讓抽象概念轉化為直觀圖像，讓化學學習拓展延伸，這不僅是教學的進步，也是為學生學習提供了更好的平臺和技術支持，為學生的終身學習奠定了良好的基礎。

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作者簡介：司璐璐，江蘇省南京市，南京市科利華中學;朱紛，江蘇省南京市，江蘇省教學研究室。