基于核心素養(yǎng)的高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例研究

聶小琴

摘 要：在高中階段的化學(xué)試驗(yàn)中，數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，讓教師可以更加精準(zhǔn)而直觀地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，保障實(shí)驗(yàn)結(jié)果的清晰。本文從高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)與不足點(diǎn)出發(fā)，探討在高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的實(shí)際案例。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);核心素養(yǎng);教學(xué)探究

1.高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)際作用

1.1數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的顯著優(yōu)勢(shì)

在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，因?yàn)橐恍?shí)驗(yàn)具備危險(xiǎn)性或?qū)嶒?yàn)設(shè)施的缺乏，教師為了保證學(xué)生的安全只能將實(shí)驗(yàn)取消。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以有效地解決學(xué)生的安全問題，降低了化學(xué)實(shí)驗(yàn)潛藏的危險(xiǎn)性。另一方面，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)也能讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)過程中，不僅可以有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能讓學(xué)生的動(dòng)手操作能力得到提升，實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

1.2數(shù)字化實(shí)驗(yàn)存在的不足

首先，為了更全面的為學(xué)生開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，學(xué)校需要購買大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如果學(xué)校的經(jīng)濟(jì)情況相對(duì)較差，就很容易因?yàn)樵O(shè)備不足影響到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性。另一方面，隨著教師開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的次數(shù)增多，實(shí)驗(yàn)設(shè)備會(huì)受到一定的影響，高中教師往往很難對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行修復(fù)，這就影響到了之后實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

2.發(fā)展學(xué)生的宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng)

2.1宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng)的內(nèi)涵

宏觀辨識(shí)與微觀探析是高中化學(xué)的核心素養(yǎng)之一，要求學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)的過程中形成“宏觀”、“微觀”、“符號(hào)”三種表征的化學(xué)思維方式，理解化學(xué)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，同自己的語言描述物質(zhì)在一定條件下會(huì)發(fā)生的化學(xué)變化。對(duì)于學(xué)生來說，微觀表征的塑造和三種不同表征的相互轉(zhuǎn)換一直都是學(xué)生的主要學(xué)習(xí)難點(diǎn)。這是因?yàn)槲⒂^世界具備一定的抽象性且不可見，學(xué)生的思維方式也不能滿足對(duì)這類知識(shí)的高效吸收。而傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)雖然能夠?yàn)閷W(xué)生及教師呈現(xiàn)宏觀的物質(zhì)變化，但卻無法為學(xué)生帶來全面的提升。

2.2數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在離子反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代化的高中化學(xué)教學(xué)工作中，教師可以借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來完善實(shí)驗(yàn)過程。以離子反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例，離子的遷移能力可以通過導(dǎo)電率傳感器進(jìn)行檢測(cè)，H+濃度可以通過酸堿值傳感器來進(jìn)行測(cè)定。除此之外，數(shù)字化化學(xué)實(shí)驗(yàn)還可以通過對(duì)即時(shí)數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄，幫助學(xué)生更加直觀的認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)的過程，幫助學(xué)生建立宏觀與微觀表征之間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng)。離子反應(yīng)是高中階段的重要核心之一，可以讓學(xué)生從宏觀到微觀，認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)的變化。教師可以組織一系列的物質(zhì)在水溶液中的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的微觀思維得到更加實(shí)質(zhì)的培養(yǎng)。

2.3 Ba（OH）2溶液與HCL反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過程

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中，教師只能通過實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象讓學(xué)生觀察到發(fā)生了什么。讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)溶液中的哪部分離子發(fā)生了反應(yīng)，卻不能對(duì)那些沒有發(fā)生反應(yīng)的離子狀態(tài)進(jìn)行測(cè)定，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則完美的解決了這一問題。例如在Ba（OH）2與HCL發(fā)生反應(yīng)過程中，教師可以先向Ba（OH）2溶液中滴加鹽酸，然后通過導(dǎo)電率傳感器來測(cè)試滴加鹽酸前后導(dǎo)電率的實(shí)際變化。教師通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電率降低，這就說明溶液中的H+和OH-發(fā)生了反應(yīng)結(jié)合成了H2O，當(dāng)導(dǎo)電率到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)仍然遠(yuǎn)大于0，這就說明溶液中依然存在大量的自由離子，這就說明Ba2+ 和CL并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

3.發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)

3.1證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的內(nèi)涵

證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)也是高中學(xué)生必須的基本素養(yǎng)之一，要求學(xué)生可以通過對(duì)各類物質(zhì)及反應(yīng)的特征尋求充分的證據(jù)，能夠?qū)⒆C據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系清晰地解釋出。這一素養(yǎng)對(duì)學(xué)生解題能力與探究能力的成長有著極大的促進(jìn)作用。單以對(duì)數(shù)據(jù)的收集舉例，傳統(tǒng)人工的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄的方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且很容易產(chǎn)生漏洞，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以準(zhǔn)確快捷的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度的同時(shí)有效地提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效率。

3.2強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的中和滴定實(shí)驗(yàn)

強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的中和滴定實(shí)驗(yàn)是高中階段的一項(xiàng)重要實(shí)驗(yàn)，以Na OH與HCL反應(yīng)為例，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中教師往往通過酸堿指示劑的變色情況判斷滴定終點(diǎn)，但學(xué)生卻無法對(duì)試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。教材上的實(shí)驗(yàn)方式是，記錄所消耗的酸或堿的體積及相應(yīng)的PH值，再通過描點(diǎn)的方式得到滴定曲線。這種方式不僅效率較低，而且也不能讓學(xué)生直觀的觀察實(shí)驗(yàn)效果。這時(shí)教師就可以借助滴數(shù)計(jì)和PH傳感器，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行同步記錄。還可以利用攝像頭來錄制實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生加深對(duì)酸堿滴定實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)知。

3.3乙烯通入酸性高錳酸鉀溶液實(shí)驗(yàn)

除開以上實(shí)驗(yàn)之外，教師還可以通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來增強(qiáng)學(xué)生的模型認(rèn)知素養(yǎng)。例如在教師為學(xué)生開展乙烯氣體通入高錳酸鉀溶液的實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師就可以先連接好裝置，然后在充滿乙烯氣體的容日中加入一定量的酸性KMnO4 溶液，同時(shí)迅速接入二氧化碳傳感器，這時(shí)就可以通過計(jì)算機(jī)上的采集軟件開始采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。學(xué)生就可以通過觀察二氧化碳隨時(shí)間的變化曲線，發(fā)現(xiàn)乙烯被氧化成了二氧化碳。二氧化碳傳感器的應(yīng)用不僅克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限，還以軟件的形式模擬了數(shù)學(xué)模型，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)一步提升。

4.結(jié)語

綜上所述，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用為高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了全新的生命力，讓教師得以通過更加豐富的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。教師要明確認(rèn)識(shí)到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)劣，以更加全面的態(tài)度為學(xué)生帶來更加優(yōu)質(zhì)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂。

參考文獻(xiàn)

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