吉林師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院(136000) 劉 暢 王 錚 王秀艷

1 引言

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是整合了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和信息技術(shù)的一種新興實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。?shù)字化實(shí)驗(yàn)的開展是基于傳感器實(shí)時(shí)靈敏的捕捉反應(yīng)中各物理量的細(xì)微變化，并以數(shù)據(jù)采集器為紐帶，最終傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)并使用特定的數(shù)據(jù)處理軟件以及實(shí)驗(yàn)儀器裝備而進(jìn)行的。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的獨(dú)道之處在于可同時(shí)運(yùn)用多種類型的傳感器監(jiān)測多種物理量的細(xì)微變化，有利于學(xué)生從多角度觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并直接獲取精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力。借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生的注意力更加集中，思考問題也變得更加縝密。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的出現(xiàn)改善了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)枯燥乏味的教學(xué)模式，提升了教學(xué)效果。

2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中融入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，這無疑為實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新鮮的“血液”，為教學(xué)過程增添了活力。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)過程可視化、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象客觀化、實(shí)驗(yàn)屬性定量化、變量監(jiān)測多樣化、實(shí)驗(yàn)材料綠色化、實(shí)驗(yàn)操作易控化等特點(diǎn)。

2.1 實(shí)驗(yàn)過程可視化

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)借助靈敏的傳感器時(shí)刻監(jiān)測反應(yīng)系統(tǒng)里各物理量的變化情況，并且最終以清晰的圖像方式呈現(xiàn)出來，這一特點(diǎn)使整個(gè)實(shí)驗(yàn)變得直觀可視化，幫助學(xué)生對(duì)之前繁重復(fù)雜的知識(shí)進(jìn)行更透徹的理解。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可直接將變化過程中各種物理量的變化以圖像方式展現(xiàn)出來，學(xué)生可直接分析圖像得出結(jié)論，節(jié)約了學(xué)生實(shí)驗(yàn)后處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的時(shí)間，提升了學(xué)生對(duì)圖像的分析與總結(jié)能力。劉建祥教師以探究濃度對(duì)硫代硫酸鈉與硫酸反應(yīng)速率的影響為例，引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，分別準(zhǔn)備不同濃度含量的反應(yīng)物進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過觀察宏觀現(xiàn)象與變化曲線加深了對(duì)知識(shí)的理解和掌握程度，提高了學(xué)生知識(shí)遷移能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象客觀化

受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段的制約，在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生通常難以捕捉到那些細(xì)微變化的反應(yīng)現(xiàn)象。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)在一定程度上將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變得更加顯著客觀。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)借助特定的數(shù)據(jù)采集軟件，依據(jù)其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的同時(shí)提供精密準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變得有據(jù)可依，更具說服力。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)改變了傳統(tǒng)意義上學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象僅憑主觀臆斷的學(xué)習(xí)方式，反應(yīng)現(xiàn)象對(duì)于學(xué)生而言變成了“看得見摸得著”的狀態(tài)，滿足了學(xué)生的好奇心，有利于學(xué)生深刻理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理。教師借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，使每位學(xué)生在課堂上都可以真切的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，親身參與實(shí)驗(yàn)的過程，豐富了學(xué)生的體驗(yàn)感、提高了學(xué)習(xí)成就感。

2.3 實(shí)驗(yàn)屬性定量化

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)往往注重定性實(shí)驗(yàn)的研究，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)更加注重定量實(shí)驗(yàn)的研究，能夠最大化的發(fā)揮出定量實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。唐增富教師運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)測定空氣中氧氣的含量，借助壓強(qiáng)傳感器監(jiān)測反應(yīng)容器中壓強(qiáng)的變化，分析出氧氣在空氣中的含量。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)將量化研究引入教學(xué)中，完善了化學(xué)概念的教學(xué)，提高了學(xué)生對(duì)量變學(xué)習(xí)的關(guān)注度，有利于學(xué)生養(yǎng)成縝密的科學(xué)思維。

2.4 變量監(jiān)測多樣化

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在應(yīng)用過程中可同時(shí)采用多種類型的信息傳感器，借助多通道的數(shù)據(jù)采集器以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力可以實(shí)現(xiàn)變量監(jiān)測的多樣化，從多個(gè)角度對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行深入的分析。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)有良好輔助作用，對(duì)拓展創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)也發(fā)揮著重要的作用。張靈麗教師借助pH傳感器、溫度傳感器探究不同品牌礦泉水的電導(dǎo)率和pH值隨溫度的變化情況。將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到教學(xué)過程中，潛移默化的提高了學(xué)生的科學(xué)意識(shí)，使學(xué)生樂于學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，開發(fā)了創(chuàng)新實(shí)踐的潛能，提高了動(dòng)手操作的能力。

2.5 實(shí)驗(yàn)材料綠色化

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難免會(huì)使用或生成有毒物質(zhì)，要求在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。例如氯氣在制備過程中會(huì)產(chǎn)生刺激性味道，在一定程度上污染了空氣。對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，采用低毒或無害的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢獲得理想的實(shí)驗(yàn)效果，并對(duì)有污染的產(chǎn)物進(jìn)行無害化處理，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)綠色化，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的安全性，提高了學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)。

2.6 實(shí)驗(yàn)操作易控化

利用傳統(tǒng)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，對(duì)于一些難控制的實(shí)驗(yàn)學(xué)生往往難以駕馭。例如在進(jìn)行酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)時(shí)，通常難以準(zhǔn)確判斷反應(yīng)的終點(diǎn)和溶液消耗的體積。蔣直娥教師借助pH傳感器實(shí)時(shí)得到變化的曲線，學(xué)生能夠準(zhǔn)確、快速的掌握滴定終點(diǎn)。依靠滴數(shù)傳感器實(shí)時(shí)記錄反應(yīng)中溶液體積的變化，便于學(xué)生控制滴加溶液的體積，讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)變化的本質(zhì)，使實(shí)驗(yàn)易于操作，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)可控性。

3 結(jié)束語

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要依靠傳感器、數(shù)據(jù)采集器以及計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在一定程度上簡化了實(shí)驗(yàn)步驟，拓展了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用范圍，將傳統(tǒng)課堂上學(xué)生“聽實(shí)驗(yàn)”的學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生“做實(shí)驗(yàn)”。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的廣泛應(yīng)用優(yōu)化了學(xué)習(xí)方式，充實(shí)了學(xué)習(xí)內(nèi)容，降低了實(shí)驗(yàn)難度，提高了學(xué)生的參與度，增強(qiáng)了動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的欲望，豐富了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)感。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的介入拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)領(lǐng)域的廣度，深化了學(xué)生所學(xué)知識(shí)的深度，讓學(xué)生真切感受到信息技術(shù)的發(fā)展給學(xué)習(xí)帶來的變革，激發(fā)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新的意識(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)于促進(jìn)基礎(chǔ)教學(xué)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。