利用數(shù)字化實驗促進學(xué)生對化學(xué)定量實驗的研究

胡曉霞

摘要：新的基礎(chǔ)教育課程體系倡導(dǎo)學(xué)生主動參與，交流、合作、探究等多種學(xué)習(xí)活動，改進學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人；強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實踐能力，收集、處理、使用信息的能力；發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際問題的能力，形成科學(xué)態(tài)度，學(xué)會科學(xué)方法；具有獨立思考、自主探究的精神與求實創(chuàng)新的意識。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；實驗；化學(xué)

一、引言

在大數(shù)據(jù)時代，我們需要不斷地更新教育理念，依托新的教育技術(shù)來進行教育改革。在化學(xué)教學(xué)過程中，數(shù)字化傳感技術(shù)不僅僅是一種單一的技術(shù)手段，而應(yīng)該成為教學(xué)創(chuàng)新的支點?；跀?shù)字化傳感實驗的探究學(xué)習(xí)過程可以增加學(xué)生合作交流的機會，學(xué)生利用傳感實驗得到的定量數(shù)據(jù)，可以自我建構(gòu)對化學(xué)理論的理解。

二、數(shù)字化實驗對化學(xué)實驗教學(xué)產(chǎn)生的影響

從總體上講，數(shù)字化實驗是以計算機及傳感器為核心器件的實驗體系，而與傳統(tǒng)實驗有較大區(qū)別，從而使實驗教學(xué)的設(shè)計思想、學(xué)生的操作過程和實驗中間環(huán)節(jié)將發(fā)生很大變化。

在這種情況下，實驗教學(xué)將使一些層面相對簡化，而使另一些層面更深入。比如，在數(shù)據(jù)處理上，有明確的處理形式的機械性工作，可以交給計算機來自動完成，使處理數(shù)據(jù)層面上工作簡單化；這樣做的目的是否意味我們對數(shù)據(jù)的關(guān)注可以減少呢？答案是否定的。因為我們要求學(xué)生轉(zhuǎn)而關(guān)注數(shù)據(jù)之間的化學(xué)原理和數(shù)據(jù)背后更深入層次上的分析，就是說可以引導(dǎo)學(xué)生把精力從簡單層面上轉(zhuǎn)移到較深入的地方。

數(shù)字化實驗功能全面增強，為化學(xué)實驗教學(xué)在實驗內(nèi)容上調(diào)整帶來機遇。很多在傳統(tǒng)中學(xué)化學(xué)實驗中不能做或沒有條件做的實驗，在數(shù)字化設(shè)備下就可以成功地完成。這樣，我們可以設(shè)計出各種探究型實驗，以適應(yīng)高中化學(xué)課程標準中“化學(xué)實驗專題”選修模塊的需要。

數(shù)字化實驗將打破傳統(tǒng)實驗教學(xué)的固有模式，使中學(xué)化學(xué)實驗具有高度的自主性、開放性和探索性。一方面，學(xué)生可以比較方便地根據(jù)不同的目的設(shè)計實驗，如可以設(shè)計某個實驗專門為了仔細深入地觀察某一過程，研究一些物理量之間的關(guān)系，等等。另一方面，對于同一個實驗，不同學(xué)生之間在學(xué)習(xí)目的上可以互不相同。實驗既可以探究性的，又可以是驗證性的，由于數(shù)字化實驗設(shè)備具有便于使用的模塊，學(xué)生可以更自由設(shè)計某個實驗來驗證他們的想法，為學(xué)生大膽創(chuàng)造提供實驗平臺。

三、信息技術(shù)融入化學(xué)實驗教學(xué)模式的探究

1、課件式的信息化實驗教學(xué)模式。示例：《實驗化學(xué)》第一單元《從實驗走進化學(xué)》中，“保證實驗安全”等內(nèi)容的教學(xué)可采用課件式的信息化實驗教學(xué)模式。首先，教師可播放一些國內(nèi)外的實驗或生產(chǎn)事故的錄像，引出問題“安全是實驗的先決條件，如何預(yù)防實驗傷害事故的發(fā)生”。然后，讓學(xué)生從試劑、儀器的正確使用、實驗操作的規(guī)范化、實驗操作的先后順序、尾氣處理等角度展開討論，教師可根據(jù)學(xué)生的討論將課件中已有的相關(guān)內(nèi)容播放給學(xué)生看，增強學(xué)生的感性認識，并在此基礎(chǔ)上提煉出安全完成化學(xué)實驗所必備的條件。最后，教師讓學(xué)生將一些易錯、易忽略的基本操作進行實戰(zhàn)演練。

策略：課前教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的特點，選擇適合的資源制成課件，并在課堂上演示課件內(nèi)容。課件設(shè)計的重點在于解決化學(xué)實驗中的難點和盲區(qū)。如：對于現(xiàn)象不明顯的實驗，可利用計算機模擬將“現(xiàn)象”放大；做微型實驗時，可利用投影設(shè)備將“現(xiàn)象”放大；對于嚴重污染、較危險或在一般實驗室條件下難以完成的實驗，可利用多媒體來演示或播放錄像；模擬錯誤的實驗操作，起到反面教材的作用等。

2、數(shù)字化實驗的信息化實驗教學(xué)模式。示例：《實驗化學(xué)》中，實驗3—4“酸堿滴定曲線的測繪”可以讓學(xué)生利用pH傳感器和數(shù)據(jù)采集器測定和記錄酸堿中和滴定過程中pH的數(shù)據(jù)，并用計算機將數(shù)據(jù)進行處理，同時畫出相應(yīng)的滴定曲線。

策略：數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗方法并不沖突，關(guān)鍵在于教師指導(dǎo)學(xué)生如何將兩種方法有效結(jié)合，取長補短。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生使用溫度傳感器、壓強傳感器、pH傳感器等傳感設(shè)備進行實驗，解決傳統(tǒng)化學(xué)實驗方法難以解決的問題。運用數(shù)據(jù)采集器和計算機的數(shù)據(jù)處理功能，可以有效降低數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理的難度，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生將更多的精力轉(zhuǎn)移至實驗方案的設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)的分析等環(huán)節(jié)，以期在實驗設(shè)計和實驗?zāi)芰ι嫌懈嗟膭?chuàng)新和突破。

3、探究式的信息化實驗教學(xué)模式。示例：《實驗化學(xué)》第四單元中，實驗4—5“綜合實驗設(shè)計實踐”等內(nèi)容可采用信息化探究式的教學(xué)模式。每個學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣確立大致的研究方向，如“氣體的噴泉實驗裝置設(shè)計”、“巧用Y型管進行微型實驗設(shè)計”、“巧用生活中的物品自制實驗儀器”，通過上網(wǎng)查閱資料、分析資料將研究的課題進一步明確、細化，并且自愿組合成研究小組，制定研究計劃。教師對課題的大小、可行性進行評估，并提出建議。每個研究小組按照計劃分工合作，提出假設(shè)并設(shè)計實驗方案，在通過理論的檢驗論證后進行實驗檢驗。學(xué)生在不斷的實驗中總結(jié)經(jīng)驗，形成知識，最終形成實驗成果。

策略：在探究式的信息化實驗教學(xué)模式的教學(xué)中，教師應(yīng)對這些不同小組多加關(guān)注。教師要關(guān)心各小組的研究進程、研究方案，尤其是實驗方案的設(shè)計，應(yīng)從實驗的可行性、科學(xué)性、簡約性等角度對學(xué)生進行指導(dǎo)。每個合作小組的實驗內(nèi)容、實驗時間不同。不同的實驗內(nèi)容所需的儀器、試劑有所不同。教師應(yīng)對每個課題小組的實驗了然于胸，盡可能作好統(tǒng)一安排。評價角度的不同。不同的課題小組研究的方案和過程不同，教師在最后的集體講評中，應(yīng)列舉不同的研究方案，從不同角度進行評價和總結(jié)。

參考文獻

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