利用数字化实验促进学生对化学定量实验的研究

　　摘要：新的基础教育课程体系倡导学生主动参与，交流、合作、探究等多种学习活动，改进学习方式，使学生真正成为学习的主人；强调培养学生的创新精神、实践能力，收集、处理、使用信息的能力；发现、分析和解决实际问题的能力，形成科学态度，学会科学方法；具有独立思考、自主探究的精神与求实创新的意识。
　　关键词：数字化；实验；化学
　　一、引言
　　在大数据时代，我们需要不断地更新教育理念，依托新的教育技术来进行教育改革。在化学教学过程中，数字化传感技术不仅仅是一种单一的技术手段，而应该成为教学创新的支点。基于数字化传感实验的探究学习过程可以增加学生合作交流的机会，学生利用传感实验得到的定量数据，可以自我建构对化学理论的理解。
　　二、数字化实验对化学实验教学产生的影响
　　从总体上讲，数字化实验是以计算机及传感器为核心器件的实验体系，而与传统实验有较大区别，从而使实验教学的设计思想、学生的操作过程和实验中间环节将发生很大变化。
　　在这种情况下，实验教学将使一些层面相对简化，而使另一些层面更深入。比如，在数据处理上，有明确的处理形式的机械性工作，可以交给计算机来自动完成，使处理数据层面上工作简单化；这样做的目的是否意味我们对数据的关注可以减少呢？答案是否定的。因为我们要求学生转而关注数据之间的化学原理和数据背后更深入层次上的分析，就是说可以引导学生把精力从简单层面上转移到较深入的地方。
　　数字化实验功能全面增强，为化学实验教学在实验内容上调整带来机遇。很多在传统中学化学实验中不能做或没有条件做的实验，在数字化设备下就可以成功地完成。这样，我们可以设计出各种探究型实验，以适应高中化学课程标准中化学实验专题选修模块的需要。
　　数字化实验将打破传统实验教学的固有模式，使中学化学实验具有高度的自主性、开放性和探索性。一方面，学生可以比较方便地根据不同的目的设计实验，如可以设计某个实验专门为了仔细深入地观察某一过程，研究一些物理量之间的关系，等等。另一方面，对于同一个实验，不同学生之间在学习目的上可以互不相同。实验既可以探究性的，又可以是验证性的，由于数字化实验设备具有便于使用的模块，学生可以更自由设计某个实验来验证他们的想法，为学生大胆创造提供实验平台。
　　三、信息技术融入化学实验教学模式的探究
　　1、课件式的信息化实验教学模式。示例：《实验化学》第一单元《从实验走进化学》中，保证实验安全等内容的教学可采用课件式的信息化实验教学模式。首先，教师可播放一些国内外的实验或生产事故的录像，引出问题安全是实验的先决条件，如何预防实验伤害事故的发生。然后，让学生从试剂、仪器的正确使用、实验操作的规范化、实验操作的先后顺序、尾气处理等角度展开讨论，教师可根据学生的讨论将课件中已有的相关内容播放给学生看，增强学生的感性认识，并在此基础上提炼出安全完成化学实验所必备的条件。最后，教师让学生将一些易错、易忽略的基本操作进行实战演练。
　　策略：课前教师根据教学内容和学生的特点，选择适合的资源制成课件，并在课堂上演示课件内容。课件设计的重点在于解决化学实验中的难点和盲区。如：对于现象不明显的实验，可利用计算机模拟将现象放大；做微型实验时，可利用投影设备将现象放大；对于严重污染、较危险或在一般实验室条件下难以完成的实验，可利用多媒体来演示或播放录像；模拟错误的实验操作，起到反面教材的作用等。
　　2、数字化实验的信息化实验教学模式。示例：《实验化学》中，实验34酸碱滴定曲线的测绘可以让学生利用pH传感器和数据采集器测定和记录酸碱中和滴定过程中pH的数据，并用计算机将数据进行处理，同时画出相应的滴定曲线。
　　策略：数字化实验与传统实验方法并不冲突，关键在于教师指导学生如何将两种方法有效结合，取长补短。教师应鼓励学生使用温度传感器、压强传感器、pH传感器等传感设备进行实验，解决传统化学实验方法难以解决的问题。运用数据采集器和计算机的数据处理功能，可以有效降低数据记录和数据处理的难度，教师应引导学生将更多的精力转移至实验方案的设计、实验数据的分析等环节，以期在实验设计和实验能力上有更多的创新和突破。
　　3、探究式的信息化实验教学模式。示例：《实验化学》第四单元中，实验45综合实验设计实践等内容可采用信息化探究式的教学模式。每个学生可以根据自己的兴趣确立大致的研究方向，如气体的喷泉实验装置设计、巧用Y型管进行微型实验设计、巧用生活中的物品自制实验仪器，通过上网查阅资料、分析资料将研究的课题进一步明确、细化，并且自愿组合成研究小组，制定研究计划。教师对课题的大小、可行性进行评估，并提出建议。每个研究小组按照计划分工合作，提出假设并设计实验方案，在通过理论的检验论证后进行实验检验。学生在不断的实验中总结经验，形成知识，最终形成实验成果。
　　策略：在探究式的信息化实验教学模式的教学中，教师应对这些不同小组多加关注。教师要关心各小组的研究进程、研究方案，尤其是实验方案的设计，应从实验的可行性、科学性、简约性等角度对学生进行指导。每个合作小组的实验内容、实验时间不同。不同的实验内容所需的仪器、试剂有所不同。教师应对每个课题小组的实验了然于胸，尽可能作好统一安排。评价角度的不同。不同的课题小组研究的方案和过程不同，教师在最后的集体讲评中，应列举不同的研究方案，从不同角度进行评价和总结。
　　参考文献
　　〔1〕张玉娟。数字化实验与中学化学教学的整合〔D〕。2010。南京师范大学：学科教学（化学）。
　　〔2〕周良骏。中学化学实验数字化研究〔D〕。2011。南京师范大学：学科教学（化学）。
　　〔3〕夏梅芳，严西平。基于数字化实验的化学探究教学案例〔J〕。化学教学，2013（3）。