中學(xué)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的新趨勢(shì)

徐睿

摘要：從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)接口設(shè)備單向到雙向、傳感器專(zhuān)業(yè)化到大眾化、數(shù)據(jù)傳輸有線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)、實(shí)驗(yàn)控制網(wǎng)絡(luò)化與智能化的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，分析中學(xué)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)多元化使用外圍設(shè)備、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而指出中學(xué)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)值得深入探索的若干發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn); 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn); 中學(xué)化學(xué)

文章編號(hào)：1005-6629（2020）09-0031-06

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

上世紀(jì)90年代末，隨著帶編程和繪圖功能的圖形計(jì)算器（Graphing Calculator）開(kāi)始在我國(guó)中學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科得到應(yīng)用，作為圖形計(jì)算器“外圍設(shè)備”的接口設(shè)備及系列傳感器也開(kāi)始進(jìn)入到自然科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的相關(guān)學(xué)科中，中學(xué)化學(xué)學(xué)科也是其中之一。傳感器的應(yīng)用及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集和處理，使中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)邁進(jìn)了數(shù)字化時(shí)代，在促進(jìn)認(rèn)知、豐富探究手段、拓寬認(rèn)知領(lǐng)域等方面，都發(fā)揮了獨(dú)特的教學(xué)功能。

經(jīng)過(guò)20多年的探索，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用都在不斷發(fā)展。傳感器的種類(lèi)越來(lái)越豐富;數(shù)據(jù)處理器也逐步多元化，除了圖形計(jì)算器，還有計(jì)算機(jī)、Pad和手機(jī)等，使用戶(hù)可以綜合考慮功能、便攜和成本等各方面因素進(jìn)行靈活選擇。教學(xué)應(yīng)用的普及程度也不斷提升，越來(lái)越多的學(xué)生有機(jī)會(huì)應(yīng)用數(shù)字化設(shè)備來(lái)探究和創(chuàng)新。近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展以及STEM、 STEAM教育理念的普及，中學(xué)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)又迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。

1?數(shù)字化實(shí)驗(yàn)軟硬件的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1?接口設(shè)備從單向到雙向

接口設(shè)備（Interface）是連接數(shù)據(jù)處理器和傳感器的“中介”，有的接口設(shè)備還帶有觸摸式的屏幕，兼具一定的數(shù)據(jù)處理功能。在傳統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中，接口設(shè)備負(fù)責(zé)將傳感器采集到的信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)或手持設(shè)備上的軟件能夠識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)，這是一個(gè)“傳感器→接口設(shè)備→數(shù)據(jù)處理器”的單向傳遞過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們通過(guò)pH、電導(dǎo)率、色度、濁度、電流、電壓、溫度、二氧化碳濃度、溶解氧等各種類(lèi)型的傳感器收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將其通過(guò)接口設(shè)備傳送到數(shù)據(jù)處理器中，通過(guò)相關(guān)的配套軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理以及圖形的繪制等功能。

近幾年，部分廠(chǎng)商推出了新的接口設(shè)備或其擴(kuò)展設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳遞的雙向化，即還可以實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)處理器→接口設(shè)備→外圍設(shè)備”的信息傳送。例如德州儀器公司的創(chuàng)新者系統(tǒng)（TiInnovator Hub）（如圖1所示）和威尼爾公司的數(shù)字化控制單元（Digital Control Unit）（如圖2所示）。于是，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不再僅僅停留在獲取數(shù)據(jù)，而可以輸出一定的信號(hào)，來(lái)控制馬達(dá)、揚(yáng)聲器、LED、數(shù)位顯示管等外圍設(shè)備。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)從“輸入”發(fā)展為一個(gè)“輸入”和“輸出”結(jié)合互動(dòng)的過(guò)程，豐富了其教學(xué)應(yīng)用的場(chǎng)景。

“雙向”的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)往往可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入數(shù)據(jù)的判斷、分析、呈現(xiàn)，并進(jìn)一步根據(jù)條件自動(dòng)輸出控制的指令，用來(lái)驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備，從而豐富實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)形式或?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件的自動(dòng)控制。

1.2?傳感器從專(zhuān)業(yè)化到大眾化

傳統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)接口設(shè)備，往往只能兼容廠(chǎng)商自家或者有合作關(guān)系的廠(chǎng)商的傳感器，例如Pasco的接口設(shè)備只能使用Pasco的傳感器，TI的接口設(shè)備只可以接駁TI的傳感器和Vernier的傳感器。新涌現(xiàn)的一些“雙向”的接口設(shè)備除了支持自己品牌的傳感器，還可以兼容很多符合一定通用技術(shù)規(guī)范的第三方傳感器。這些兼容的第三方設(shè)備，盡管精度可能不及品牌的專(zhuān)業(yè)化傳感器，但是對(duì)于滿(mǎn)足中學(xué)階段的教學(xué)需求還是綽綽有余的。而且這些大眾化的傳感器還具有如下的特點(diǎn)：

（1） 小型。這些設(shè)備與傳統(tǒng)的定量實(shí)驗(yàn)儀器或傳統(tǒng)的傳感器相比，體積顯然小很多（如圖3所示）。一般都是模塊化設(shè)計(jì)，具有統(tǒng)一規(guī)范的接口，在連接時(shí)只要進(jìn)行簡(jiǎn)單的插拔即可。

（2） 集成。有些傳感器能夠集成多種功能，通過(guò)一個(gè)傳感器同時(shí)采集多個(gè)物理量。例如圖4中的空氣質(zhì)量傳感器，盡管體積不大，但卻可以同時(shí)測(cè)量PM2.5、甲醛、溫度、濕度四個(gè)量。

（3） 兼容。這些傳感器的兼容性往往比較好，可以匹配不同品牌的接口設(shè)備，有的還可用于接駁機(jī)器人教學(xué)的相關(guān)硬件。硬件兼容性的提高，有利于其跨學(xué)科的使用，不僅為學(xué)生創(chuàng)造了更廣闊的技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，也降低了技術(shù)學(xué)習(xí)時(shí)間的占比，提高了教學(xué)效率。

（4） 價(jià)廉。第三方傳感器的價(jià)格一般只有專(zhuān)業(yè)品牌傳感器的十分之一左右，有利于在各類(lèi)學(xué)校普及配備。由于成本低，即使在使用中有損耗，學(xué)校也可以承受，更加適合學(xué)生使用。

1.3?數(shù)據(jù)傳輸從有線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)

傳統(tǒng)的傳感器一般都是通過(guò)線(xiàn)纜將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)浇涌谠O(shè)備，這往往會(huì)給數(shù)字化實(shí)驗(yàn)帶來(lái)一些問(wèn)題：

●會(huì)造成實(shí)驗(yàn)裝置和電腦、接口設(shè)備等離得比較近，不利于干濕分離，容易造成電子設(shè)備的損壞;

●如果裝置中有加熱設(shè)備，線(xiàn)纜的存在會(huì)有一定的安全隱患;

●在使用多傳感器同時(shí)測(cè)量的時(shí)候，線(xiàn)纜的存在會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)操作的便利性;●由于線(xiàn)纜的存在，造成實(shí)驗(yàn)體系并不獨(dú)立，有些量就無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。

隨著無(wú)線(xiàn)傳感器的出現(xiàn)，這些問(wèn)題都能得到很好的解決。目前市場(chǎng)上的無(wú)線(xiàn)傳感器主要通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)連接，在傳感器和接口設(shè)備上都有無(wú)線(xiàn)模塊的存在（如圖5所示），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳送。在移動(dòng)端app的支持下，傳感器獲取的數(shù)據(jù)也可以通過(guò)藍(lán)牙直接傳送給手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備，并在移動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理。

圖6是一套自動(dòng)滴定的裝置，與以往常見(jiàn)的采用滴數(shù)計(jì)獲取標(biāo)準(zhǔn)液用量的方法不同，這套裝置采用了重量法。其中無(wú)線(xiàn)pH傳感器的應(yīng)用，擺脫了線(xiàn)纜對(duì)稱(chēng)量的影響，使燒杯的體系成為獨(dú)立的可準(zhǔn)確稱(chēng)量的對(duì)象，也使自動(dòng)滴定又增添了一種可行的方案。

1.4?實(shí)驗(yàn)控制的網(wǎng)絡(luò)化與智能化

隨著近年來(lái)智能化物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，很多智能設(shè)備走進(jìn)了日常生活，常見(jiàn)的有溫度傳感器、濕度傳感器、光強(qiáng)度傳感器、天然氣報(bào)警器、煙霧報(bào)警器、人體感應(yīng)器、智能插座、智能攝像機(jī)、智能燈泡等。盡管精度可能不如專(zhuān)業(yè)的傳感器或控制設(shè)備，但能接入互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)使這些硬件的使用、控制和管理更加便捷，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中具有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，例如：測(cè)量實(shí)驗(yàn)變量、控制實(shí)驗(yàn)條件、保障實(shí)驗(yàn)安全、開(kāi)展遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)和長(zhǎng)周期實(shí)驗(yàn)觀察與記錄等。通過(guò)配套的app，還可以設(shè)置各種邏輯條件，使實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展更加自動(dòng)化和智能化。

2?數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1?傳感器等外圍設(shè)備使用的多元化

隨著數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的普及和發(fā)展，所使用的傳感器種類(lèi)也越來(lái)越多，例如經(jīng)?？梢钥吹接薪處熢趯?shí)驗(yàn)中使用氧氣、二氧化碳、溶解氧等傳感器，有的教師還使用了離子選擇性電極。傳感器使用的多元化，有利于在教學(xué)中打開(kāi)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，鼓勵(lì)多元方案的形成，例如中和滴定實(shí)驗(yàn)，除了可以使用pH傳感器，還可以使用電導(dǎo)率、溫度、顏色識(shí)別等傳感器來(lái)對(duì)滴定終點(diǎn)進(jìn)行研究。

“雙向”化是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，除了使用傳感器來(lái)獲取、輸入信息，實(shí)驗(yàn)中還會(huì)涉及數(shù)字化信息的輸出，輸出的信息常以電、光、聲等形式表現(xiàn)出來(lái)。電的輸出可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，形成機(jī)械運(yùn)動(dòng)，例如用馬達(dá)來(lái)旋轉(zhuǎn)滴定管的活塞;電的輸出還可以用來(lái)加熱、產(chǎn)生磁場(chǎng)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)操作等的主動(dòng)控制。光的輸出不僅表現(xiàn)為是否發(fā)光，還可以在強(qiáng)度、顏色等方面有所變化。同樣，聲的輸出也可以在是否發(fā)聲、音量高低、聲音頻率等方面有所變化。

輸入、輸出設(shè)備的聯(lián)用使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)景得到進(jìn)一步拓寬。例如，有教師在研究弱電解質(zhì)的電離平衡移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，利用“雙向”的外圍設(shè)備將pH、電導(dǎo)率等傳感器獲取的信息轉(zhuǎn)換為音樂(lè)的音調(diào)高低，使學(xué)生可以通過(guò)聽(tīng)覺(jué)來(lái)獲取實(shí)驗(yàn)信息，拓展了實(shí)驗(yàn)觀察的感官，也使教學(xué)更加趣味化，促進(jìn)了科學(xué)與人文藝術(shù)的融合。

2.2?化學(xué)實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化

在只有輸入的單向數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，盡管數(shù)據(jù)處理器具有自動(dòng)記錄、處理從傳感器獲取的數(shù)據(jù)的功能，但是其只能以數(shù)字、表格、圖像等形式呈現(xiàn)結(jié)果，而無(wú)法輸出動(dòng)作，實(shí)驗(yàn)條件的控制還得實(shí)驗(yàn)者手動(dòng)才能完成，例如關(guān)閉活塞、升高加熱溫度等。在使用了“雙向”的接口設(shè)備以后，這些輸出的動(dòng)作就可以在程序的控制下通過(guò)相應(yīng)的外圍設(shè)備來(lái)完成，如馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)、電加熱的啟動(dòng)等。在程序中可以自由設(shè)定各種邏輯條件，只有滿(mǎn)足特定的條件，才執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，并且可調(diào)整的動(dòng)作參數(shù)不僅僅是“開(kāi)”和“關(guān)”，還可以是強(qiáng)度、速度等。

在配制一定pH醋酸溶液的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的原理如圖7所示。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化與培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能并不矛盾，信息化支持下的實(shí)驗(yàn)技能也是實(shí)驗(yàn)技能的重要組成部分，在學(xué)生掌握必要的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技能后，實(shí)驗(yàn)的信息化和自動(dòng)化可以讓實(shí)驗(yàn)更加精確、迅捷、高效，也可以挖掘出更多的育人價(jià)值。我們?cè)诮虒W(xué)中可以把學(xué)生從簡(jiǎn)單、機(jī)械重復(fù)的實(shí)驗(yàn)操作中解放出來(lái)，把節(jié)省下來(lái)的時(shí)間用于引導(dǎo)學(xué)生查找資料、深入思考、全面設(shè)計(jì)，并應(yīng)用各種實(shí)驗(yàn)手段解決復(fù)雜、真實(shí)的問(wèn)題。

2.3?化學(xué)實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程化

在智能化物聯(lián)網(wǎng)等軟硬件環(huán)境的支持下，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程化成為可能，一般可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）物料的添加或移除;（2）實(shí)驗(yàn)條件的控制，如反應(yīng)溫度的控制;（3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察與實(shí)錄;（4）數(shù)據(jù)傳送和分析處理等。遠(yuǎn)程化學(xué)實(shí)驗(yàn)并不等同于虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)，它借助的還是真實(shí)的儀器、試劑、設(shè)備，和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)一樣具有不確定性，在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取方面能帶給學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)感受，只不過(guò)操作上要借助有關(guān)設(shè)備遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)。因此，遠(yuǎn)程化學(xué)實(shí)驗(yàn)仍然是真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

遠(yuǎn)程化學(xué)實(shí)驗(yàn)打破了時(shí)間和空間的限制，無(wú)論何時(shí)何地，學(xué)生都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。由此，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)室資源得到更加充分的利用[1]。遠(yuǎn)程化學(xué)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境更加安全、環(huán)保，還能方便地實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候的實(shí)驗(yàn)觀察和記錄。例如，制備硫酸銅晶體的實(shí)驗(yàn)需要較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)周期，期間也需要學(xué)生不斷進(jìn)行觀察和記錄，利用網(wǎng)絡(luò)攝像頭，學(xué)生可以隨時(shí)觀察晶體的生長(zhǎng)情況，學(xué)生也可以利用系統(tǒng)的延時(shí)攝影等功能，自動(dòng)記錄整個(gè)晶體形成的過(guò)程并進(jìn)行在線(xiàn)展示。

在網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，學(xué)生還可以方便地開(kāi)展合作與交流，實(shí)驗(yàn)過(guò)程和成果也容易實(shí)現(xiàn)及時(shí)共享，這些都有效提高了學(xué)習(xí)效率。

在2020年新冠疫情背景下的在線(xiàn)教學(xué)中，學(xué)生缺少動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題，研究和開(kāi)發(fā)系列遠(yuǎn)程化學(xué)實(shí)驗(yàn)是彌補(bǔ)這一短板的有效手段。

3?數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展方向

3.1?解決生活實(shí)踐中的真實(shí)問(wèn)題

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段的日益豐富，拓展了學(xué)生開(kāi)展探究和解決問(wèn)題的手段，有利于教師在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的真實(shí)問(wèn)題，建立問(wèn)題解決的模型，并借助相關(guān)的技術(shù)通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)加以解決。一個(gè)好的能夠借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)解決的問(wèn)題一般具有以下的特點(diǎn)：（1）問(wèn)題來(lái)源于現(xiàn)實(shí)生活，真實(shí)存在，最好學(xué)生有相關(guān)經(jīng)歷或感受;（2）問(wèn)題的解決需要數(shù)據(jù)的實(shí)證支持;（3）對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)問(wèn)題的解決具有一定的開(kāi)放性和不確定性，對(duì)教師來(lái)說(shuō)可以提供大量的資源;（4）問(wèn)題的解決需要遵循一定的流程和規(guī)范;（5）問(wèn)題解決的方案能在實(shí)際生活中應(yīng)用，為社會(huì)服務(wù)。

例如：為解決溫室中植物生長(zhǎng)環(huán)境的智能化調(diào)節(jié)，有學(xué)生利用“雙向”的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計(jì)了如圖8所示的方案，以大號(hào)透明塑料儲(chǔ)物盒為材料，搭建了“智能溫室”模型。

3.2?實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)

有機(jī)整合“科學(xué)與工程實(shí)踐”“跨學(xué)科概念”“學(xué)科核心知識(shí)”這三個(gè)維度[2]已經(jīng)成為科學(xué)教育的重要發(fā)展趨勢(shì)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用，有助于將數(shù)學(xué)、物理、生物、信息、勞技、藝術(shù)等學(xué)科的知識(shí)緊密結(jié)合，有效促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用，是STEM或STEAM教學(xué)的重要抓手。

“培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用軟件技術(shù)學(xué)習(xí)化學(xué)及處理數(shù)據(jù)的能力”[3]是信息化時(shí)代化學(xué)教學(xué)必須關(guān)注的問(wèn)題，教師要引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)技術(shù)應(yīng)用在問(wèn)題解決中的重要作用，能找準(zhǔn)技術(shù)的特點(diǎn)和問(wèn)題解決的需求之間的結(jié)合點(diǎn)，充分發(fā)揮技術(shù)的長(zhǎng)處來(lái)解決問(wèn)題。能在問(wèn)題解決的過(guò)程中，根據(jù)問(wèn)題解決的需要，學(xué)習(xí)和應(yīng)用一定的新技術(shù)。有些國(guó)家將“10分鐘編程”整合在科學(xué)課程的教學(xué)中，就是技術(shù)服務(wù)于學(xué)科問(wèn)題解決的典型案例。

3.3?提供更多實(shí)踐與體驗(yàn)的機(jī)會(huì)

在技術(shù)的支持下，學(xué)生探究的時(shí)間和空間得到拓展，探究的角度更加多樣，探究的內(nèi)容更加豐富，這是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中獲取直接經(jīng)驗(yàn)的寶貴機(jī)會(huì)。教師在教學(xué)中應(yīng)讓學(xué)生能在一定的目標(biāo)引導(dǎo)下開(kāi)展有針對(duì)性的實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)操作、觀察等行為獲得直觀體驗(yàn)，在實(shí)踐和體驗(yàn)的過(guò)程中將動(dòng)手和動(dòng)腦緊密結(jié)合、互相促進(jìn)。教師要引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)思考，減少動(dòng)手實(shí)踐的盲目性;教師也要讓學(xué)生能夠充分基于實(shí)踐過(guò)程中獲得的證據(jù)開(kāi)展思考，使實(shí)踐活動(dòng)成為進(jìn)一步深入思考和解決真實(shí)問(wèn)題的前提條件。

3.4?促進(jìn)學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力的提升

數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)學(xué)生自學(xué)能力和科學(xué)探究能力等提出了更高的要求，具體表現(xiàn)在學(xué)習(xí)新技術(shù)、資料查找、方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、交流合作等各個(gè)方面。學(xué)生要能?chē)L試用多種方案解決真實(shí)問(wèn)題，能比較不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出自己獨(dú)特的問(wèn)題解決方案。能在問(wèn)題解決過(guò)程中大膽質(zhì)疑，正確面對(duì)挫折和失敗。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)環(huán)境，可以使學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力得到鍛煉和提升，也有利于促進(jìn)科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

3.5?建設(shè)更加靈活多樣的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程

在常規(guī)的必修課程中開(kāi)展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)常以“點(diǎn)狀”分布在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的整體發(fā)揮往往受到一定的限制，建設(shè)更加靈活的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課程是解決此問(wèn)題的有效途徑。

教師可以以主題活動(dòng)為基本單位，開(kāi)發(fā)短周期（一般為4～6課時(shí)）的課程。這些課程一般以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)為主線(xiàn)，或幫助學(xué)生形成新的知識(shí)，或解決一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。有的課程可作為必修課程的一部分，有的則作為選修課程。

課程的呈現(xiàn)方式可以打破傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材形式，采用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或者app作為課程的載體，提供豐富的課程內(nèi)容、媒體資源和交流渠道，學(xué)生主要通過(guò)信息化環(huán)境下的自主學(xué)習(xí)為實(shí)踐活動(dòng)做好充分的準(zhǔn)備。

教師在課程的實(shí)施過(guò)程中，在信息化平臺(tái)上為學(xué)生準(zhǔn)備學(xué)習(xí)資源、提出學(xué)習(xí)任務(wù)、參與學(xué)習(xí)交流。教師還需要在環(huán)境、儀器、藥品等各方面為學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)做好線(xiàn)下的保障工作，在學(xué)生的探索過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)，并保證學(xué)生整個(gè)實(shí)踐和體驗(yàn)過(guò)程的安全。短周期、網(wǎng)絡(luò)化、自助式的特點(diǎn)使此類(lèi)課程的實(shí)施更加靈活和方便，也會(huì)使其更具生命力。

參考文獻(xiàn)：

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