陳平

【摘? ? 要】數(shù)字化實驗是實驗教學(xué)數(shù)字化和可視化發(fā)展的成果，將數(shù)字化實驗作為化學(xué)實驗教學(xué)的發(fā)展工具對于化學(xué)實驗教學(xué)有著重要作用。本文就數(shù)字化實驗在化學(xué)實驗中的引入以及應(yīng)用進(jìn)行探究和分析。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化實驗;化學(xué)實驗教學(xué);探究

中圖分類號：G633.8? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1006-7485（2021）02-0074-02

【Abstract】Digital experiment is the result of digital and visual development of experimental teaching. It is very important to use digital experiment as the development tool of chemical experiment teaching. This paper explores and analyzes the introduction and application of digital experiment in chemical experiment.

【Keywords】Digital experiment; Chemical experiment teaching; Exploration

一、數(shù)字化實驗在化學(xué)實驗教學(xué)中的引入

在化學(xué)實驗教學(xué)中引入數(shù)字化實驗有著非常重要的作用。在當(dāng)前信息技術(shù)快速發(fā)展的時代背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等在人們的生活中有著非常重要的作用，但是究其根本主要是人們?nèi)粘Ｉ钪泻Ａ康臄?shù)據(jù)信息資源對于人們的生產(chǎn)和生活有著越來越重要的作用。而對于化學(xué)教師來說，現(xiàn)階段的重要工作內(nèi)容是如何在實驗教學(xué)中合理地應(yīng)用數(shù)字化實驗，最大限度地發(fā)揮其價值。在化學(xué)實驗中，例如在研究Cl2和SO2的性質(zhì)的過程中，為了保證化學(xué)實驗的安全性，需要在通風(fēng)櫥中進(jìn)行有關(guān)的實驗操作，而現(xiàn)階段由于可燃?xì)怏w的易爆性和易燃性也使人們逐漸提高了對化學(xué)實驗安全的重視。分析化學(xué)實驗的發(fā)展進(jìn)程可以發(fā)現(xiàn)，化學(xué)實驗的發(fā)展主要分為以下三個階段：

第一，傳統(tǒng)實驗階段。在此階段，化學(xué)實驗中常規(guī)玻璃儀器是實驗順利進(jìn)行的主力軍，大劑量以及復(fù)雜的化學(xué)裝置在其中有著非常重要的作用;第二階段是微型化學(xué)實驗階段。在這一階段，人們充分挖掘可以直觀看到的實驗現(xiàn)象;第三個階段是數(shù)字化實驗。在此階段通過利用先進(jìn)的儀器和設(shè)備，可以有效地轉(zhuǎn)變化學(xué)反應(yīng)以及相關(guān)的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兛梢灾苯佑^測的數(shù)字信息，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，積極地研究和探索化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律以及深層次的知識。

二、引入數(shù)字化實驗對化學(xué)實驗的影響

當(dāng)前化學(xué)實驗從第一階段發(fā)展到第三階段，其本質(zhì)變化不只是化學(xué)儀器和化學(xué)設(shè)備的變化，還在一定程度上體現(xiàn)著人們思想的變化。分析化學(xué)實驗的第一階段和第二階段可以發(fā)現(xiàn)，在實際的實驗過程中相關(guān)操作步驟比較簡單，但是化學(xué)實驗的實驗儀器以及相關(guān)設(shè)備的用途過于單一。而傳統(tǒng)的化學(xué)實驗方法和數(shù)字化實驗在完善學(xué)生化學(xué)學(xué)科知識系統(tǒng)的過程中也有著不同的模式。相比較來說，數(shù)字化實驗更重視學(xué)生的推理過程中，而此種模式有利于開闊學(xué)生的眼界，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)以及操作化學(xué)實驗的興趣，還可以改變和完善傳統(tǒng)化學(xué)教學(xué)的結(jié)構(gòu)和模式，更好地鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新和研究，為我國社會發(fā)展提供更加優(yōu)秀的人才。

三、化學(xué)教學(xué)中數(shù)字化實驗的作用

（一）有利于提高學(xué)習(xí)效率

在數(shù)字化實驗室中，傳感器和計算機(jī)有著非常廣泛的應(yīng)用，而正是以上兩種設(shè)備的存在相比較傳統(tǒng)的化學(xué)實驗室教學(xué)，數(shù)字化實驗室有著明顯的優(yōu)點。數(shù)字化實驗室有著比較高的精度和測量速度，同時可以實現(xiàn)自動化測量，并進(jìn)而有效地提高測量數(shù)據(jù)信息的完整性和準(zhǔn)確性，傳感器和計算機(jī)還可以根據(jù)實驗以及相關(guān)的測試結(jié)果自動對其進(jìn)行分析和研究，如此一來，教師和學(xué)生就可以將所有的注意力集中在設(shè)計實驗以及歸納交流方面，可以有效地對其中存在的問題及時進(jìn)行探討和研究，從而提高整體的教學(xué)效果。

（二）可以解決教學(xué)難題

分析傳統(tǒng)的化學(xué)實驗設(shè)備可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的實驗設(shè)備操作比較簡單，容易掌握，但是實際用途比較單一，在實驗過程中有關(guān)的研究人員需要及時記錄數(shù)據(jù)信息，但是如此一來就無法對實驗中的變化進(jìn)行實時的觀測，在研究一些復(fù)雜化的問題的過程中有較大的難度。而在數(shù)字化實驗室中可以解決以上問題，不僅可以提高采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，還能對實驗過程以及實驗變化實時地進(jìn)行記錄和分析，幫助學(xué)生更好地進(jìn)行理解和研究，有效解決了教學(xué)過程中存在的各種難題。

四、數(shù)字化實驗推動了化學(xué)實驗的定量化發(fā)展

在傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)過程中，學(xué)生可以觀察到實驗過程中的各種化學(xué)現(xiàn)象，但是學(xué)生并不能處理定量化的數(shù)據(jù)信息。而如果能在化學(xué)實驗教學(xué)中合理地引進(jìn)數(shù)字化實驗，不僅可以幫助學(xué)生獲得更加感性的知識，學(xué)生還可以對各種數(shù)據(jù)信息一目了然，通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和觀察，學(xué)生可以更好地感受到化學(xué)實驗過程中相關(guān)物質(zhì)的變化，還能深入了解和探究操作實驗。例如，在學(xué)習(xí)呼入氣體和呼出氣體實驗內(nèi)容過程中，書本內(nèi)容為了證明氣體中氧氣減少，會利用燃燒的木條進(jìn)行有關(guān)的實驗，而通過觀察石灰石變渾濁可以表明呼出氣體中二氧化碳大量增加。學(xué)生在進(jìn)行實驗操作的過程中，通過進(jìn)行基本的實驗操作、使用合理的實驗方法，觀察實驗現(xiàn)象對其結(jié)果進(jìn)行分析和探究。但是如果在此種情況下將氧氣傳感器和二氧化碳傳感器加入實驗中，就可以有效地觀察實驗過程中數(shù)據(jù)的變化情況，學(xué)生通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，從而更加準(zhǔn)確地對實驗進(jìn)行驗證。

在化學(xué)實驗教學(xué)的過程中，通過合理地應(yīng)用數(shù)字化儀器，可以有效地提高學(xué)生獲取數(shù)據(jù)的能力。如果使用傳統(tǒng)的化學(xué)實驗儀器和設(shè)備，學(xué)生在實驗過程中是無法準(zhǔn)確地觀測隨著時間發(fā)展而變化的數(shù)據(jù)，實驗數(shù)據(jù)也無法實現(xiàn)可視化，但是數(shù)字化實驗中的數(shù)據(jù)采集器可以有效解決以上問題。在進(jìn)行數(shù)字化實驗的過程中，通過先進(jìn)的儀器設(shè)備可以實時采集變化的數(shù)據(jù)信息和圖像，幫助學(xué)生分析化學(xué)實驗和有關(guān)的化學(xué)知識，有效提高學(xué)生獲取數(shù)據(jù)的能力，同時可以進(jìn)一步提高學(xué)生的處理數(shù)據(jù)能力和分析能力。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)變化的本質(zhì)是能量的變化，可以利用生石灰和水的反應(yīng)，從而進(jìn)行有關(guān)的驗證實驗。學(xué)生通過觸摸和感覺試管的外壁，可以感受到產(chǎn)生的熱量，間接表明化學(xué)反應(yīng)中有能量發(fā)生變化。但是如果在此實驗中對溫度傳感器進(jìn)行應(yīng)用，那么學(xué)生就可以對溫度的實際變化情況進(jìn)行觀測，然后使用計算機(jī)對其溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以折線或者圖表的形式展現(xiàn)出來。而如此一來，學(xué)生由感受上升到儀器測量，實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。與此同時，在實驗過程中，如果石灰的使用量比較少，那么產(chǎn)生的溫度并不會發(fā)生明顯的變化，學(xué)生無法直接進(jìn)行感受，可能會對學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。但是如果使用數(shù)字化儀器就可以對其直觀地進(jìn)行展示，實驗定量化能幫助學(xué)生更好地理解和學(xué)習(xí)化學(xué)知識。

五、數(shù)字化實驗可以簡化教學(xué)難點

學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識的過程中，通過進(jìn)行化學(xué)實驗可以更好地進(jìn)行理解和記憶。對于一些抽象化的化學(xué)知識和化學(xué)原理，傳統(tǒng)實驗教學(xué)進(jìn)行了有關(guān)的實驗設(shè)計，這樣一來就能幫助學(xué)生對一些重點化學(xué)知識進(jìn)行突破。但是如果能在此基礎(chǔ)上引入數(shù)字化實驗，直觀地展示相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，學(xué)生只需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和研究，如此一來就可以幫助學(xué)生進(jìn)行記憶，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，還可以在一定程度上提高教師的教學(xué)效果。數(shù)字化實驗主要通過對先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用，將深層次的知識和化學(xué)本質(zhì)直觀展示在學(xué)生面前，展示實驗數(shù)據(jù)和實驗圖像。相比較傳統(tǒng)的化學(xué)實驗來說，數(shù)字化實驗無論是實驗儀器和設(shè)備還是實驗結(jié)果的表現(xiàn)形式，對于學(xué)生來說都比較新奇，在實驗的過程中學(xué)生能直接獲得動態(tài)化的數(shù)據(jù)信息。數(shù)字化實驗的發(fā)展，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，還能提高學(xué)生動手實踐的興趣。

六、數(shù)字化實驗提高了學(xué)習(xí)的研究性

在當(dāng)前新課標(biāo)實施的背景下，學(xué)習(xí)化學(xué)的重點內(nèi)容也發(fā)生了變化，學(xué)生不再只是單純地對化學(xué)知識進(jìn)行記憶，而是對化學(xué)知識進(jìn)行深層次的探究和學(xué)習(xí)，對化學(xué)知識的研究過程進(jìn)行感受，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)興趣。同時在研究性學(xué)習(xí)背景下，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)內(nèi)容也發(fā)生了變化，數(shù)字化實驗不僅可以在學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)中進(jìn)行應(yīng)用，還可以在化學(xué)興趣小組中進(jìn)行應(yīng)用，從而為學(xué)生學(xué)習(xí)空間的拓展提供機(jī)會。在當(dāng)前數(shù)字化實驗背景下，化學(xué)實驗的范疇不斷拓展，同時化學(xué)實驗和化學(xué)知識也在不斷向著貼近生活的方向發(fā)展，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)素養(yǎng)。

綜上所述，隨著新課改以及時代的不斷發(fā)展，數(shù)字化實驗不僅可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生能成為課堂主體。同時數(shù)字化實驗的出現(xiàn)還可以提高學(xué)生分析數(shù)據(jù)信息的能力，培養(yǎng)學(xué)生的研究思維，使學(xué)生能更好地適應(yīng)現(xiàn)代化信息社會需求。

注：本文為甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“康樂縣數(shù)字化實驗系統(tǒng)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究”（課題批準(zhǔn)號：GS[2019]GHB1920）階段性研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]周佳梅. 數(shù)字化實驗在沈陽市高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀研究[D].沈陽師范大學(xué)，2017.

（責(zé)編? 侯? 芳）