鐘 霞 江 海

（重慶市第二十三中學(xué)校 重慶北碚 400701）

為加快教育現(xiàn)代化和教育強(qiáng)國建設(shè)、推進(jìn)新時(shí)代教育信息化發(fā)展，教育部于2012年3月發(fā)布文件《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011～2020年）》，在此時(shí)代背景下《教育信息化2.0行動計(jì)劃》應(yīng)運(yùn)而生。新形勢下該行動計(jì)劃對教師信息技術(shù)應(yīng)用能力、信息化教學(xué)創(chuàng)新能力、信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合等方面提出了更高的要求[1]。

隨之?dāng)?shù)字化實(shí)驗(yàn)引入我國化學(xué)教學(xué)課堂，因其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)“重點(diǎn)化”、數(shù)據(jù)處理“智能化”、實(shí)驗(yàn)過程“可視化”、教學(xué)過程“現(xiàn)代化”等特點(diǎn)，已逐漸成為化學(xué)老師培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)較為有效的實(shí)驗(yàn)工具。

一、什么是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)簡稱DIS（Digital Information System的縮寫），即數(shù)字化信息系統(tǒng)，由“傳感器＋數(shù)據(jù)采集器＋計(jì)算機(jī)（含配套使用的通用和專用軟件）”構(gòu)成的能夠定量采集數(shù)據(jù)，并以圖表的形式清晰、明確呈現(xiàn)出來的現(xiàn)代化的新型實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)和各種應(yīng)用軟件構(gòu)成。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

（一）實(shí)時(shí)直觀

在進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)變化同時(shí)進(jìn)行，并能通過電腦以不同形式的圖表或數(shù)據(jù)的形式實(shí)時(shí)動態(tài)地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的變化，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象主要體現(xiàn)在“數(shù)據(jù)直觀”和“現(xiàn)場直觀”兩個(gè)方面。數(shù)據(jù)直觀是將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以圖表或曲線的形式呈現(xiàn)，學(xué)生能夠清晰、直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)的變化，以其靈敏性和精確性幫助實(shí)驗(yàn)者提高分析問題、解釋現(xiàn)象、找出規(guī)律、得出結(jié)論的能力，從而為學(xué)生開展科學(xué)探究提供技術(shù)支撐。現(xiàn)場直觀指數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的體積一般都比較小，便于攜帶和操作，使用時(shí)不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，可以離開實(shí)驗(yàn)室或者教室，到研究現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（二）智能定量

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)采集的智能化主要表現(xiàn)在“數(shù)字化感知”和“實(shí)時(shí)性記錄”兩個(gè)方面。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)芤詳?shù)字形式感知和記錄化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的各種變化，并通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)地同步記錄并呈現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中各種量的變化，從而實(shí)現(xiàn)定量研究，在定量研究中又呈現(xiàn)便捷化特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在“記錄數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性”和“處理數(shù)據(jù)的高效性”兩個(gè)方面。

（三）綠色綜合

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)一般藥品用量少，滿足可測量、能顯示相關(guān)化學(xué)量的數(shù)字和曲線，還可以根據(jù)要求連接多個(gè)傳感器，并可以同時(shí)對不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，學(xué)生可以從多個(gè)角度綜合地了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而極大地拓展了課程內(nèi)容，有利于各學(xué)科之間的融會貫通。

三、開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的價(jià)值

（一）正確認(rèn)知化學(xué)

長期以來，由于受到傳統(tǒng)化學(xué)儀器的限制和化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜性的影響，中學(xué)化學(xué)教材和老師的教學(xué)中常會出現(xiàn)一些似是而非的知識，甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)識。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，許多化學(xué)教師開始用高精度的傳感器來研究中學(xué)化學(xué)教材和教學(xué)中的模糊問題，并從理論角度加以論證，發(fā)現(xiàn)并糾正了一些長期以來的錯(cuò)誤認(rèn)識，如銀氨溶液的成分是什么，銀鏡反應(yīng)的化學(xué)方程式如何書寫，強(qiáng)堿弱酸鹽溶液pH與溫度的關(guān)系如何等。

（二）突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

在高中化學(xué)的學(xué)習(xí)中，有很多抽象、難懂的概念和原理，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)容易產(chǎn)生認(rèn)知障礙，感到困難，以致影響后續(xù)學(xué)習(xí)。還有一些的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器難以揭示，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，可以還原科學(xué)實(shí)驗(yàn)的本來面目，加深學(xué)生對化學(xué)現(xiàn)象和原理本質(zhì)的理解。這種數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不可替代的作用對學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)起到了積極的促進(jìn)作用，讓學(xué)生感受科技對化學(xué)學(xué)習(xí)和學(xué)科發(fā)展的作用和意義，提高學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是信息技術(shù)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的有效使用，對開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合頗具幫助，同時(shí)也利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、提升學(xué)生科學(xué)研究素養(yǎng)、形成公民終身發(fā)展的能力[2]。

四、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)中的應(yīng)用場景

收集近年來的中高考題，通過大量數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在中考高中應(yīng)用場景非常多，且早在2014年的高考題中就有體現(xiàn)。

展示如下：

【20海淀一?！?/p>

某實(shí)驗(yàn)小組用足量稀鹽酸分別與等濃度的碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)裝置和測得數(shù)據(jù)如圖所示。

五、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的未來

信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)的深度融合是當(dāng)前教學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。隨著傳感器技術(shù)的深入發(fā)展和普及，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值也逐步受到人們的重視，應(yīng)用的深度和廣度也不斷被拓展。這些新技術(shù)在提升師生認(rèn)知方式、更新化學(xué)知識、促進(jìn)知識理解、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、創(chuàng)新教學(xué)模式等方面發(fā)揮了不可替代的作用。同時(shí)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是完成學(xué)科核心素養(yǎng)背景下提出的證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力培養(yǎng)的有力抓手