王有志

摘要：采用傳感器技術(shù)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為一種新型的實(shí)驗(yàn)方法，是常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段的重要補(bǔ)充和拓展。在初中化學(xué)教學(xué)中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，有助于化學(xué)基本概念和原理的教學(xué)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。初中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，豐富了研究性學(xué)習(xí)和綜合實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)手段。如何有效地進(jìn)行初中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)教學(xué)與現(xiàn)代教育技術(shù)融合的有益探索。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn);初中化學(xué);教學(xué)策略

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以用數(shù)據(jù)記錄和呈現(xiàn)某些不易觀察的現(xiàn)象，可用于對(duì)某些常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)采用定量方法研究物質(zhì)的變化及變化規(guī)律，比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法更先進(jìn)、便捷、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、綜合、直觀。目前很多學(xué)校都在嘗試將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)引入化學(xué)教學(xué)。大多數(shù)高校已經(jīng)建立完備的手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，部分中小學(xué)也先后配備了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)定量化

在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生能觀察到實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)的現(xiàn)象，但少有定量化數(shù)據(jù)需要處理。如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅能獲得感性的認(rèn)識(shí)，還能獲得各種數(shù)據(jù)，這樣對(duì)于實(shí)驗(yàn)學(xué)生既可以感受到實(shí)驗(yàn)變化，也可以通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，使學(xué)生更加準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)該實(shí)驗(yàn)。例如九年級(jí)化學(xué)第一單元實(shí)驗(yàn)“對(duì)吸入空氣和呼出氣體的探究”，課本中利用燃燒的木條熄滅證明呼出氣體中氧氣減少，利用澄清石灰石變渾濁證明呼出氣體中二氧化碳變多。學(xué)生在該實(shí)驗(yàn)中能學(xué)習(xí)基本實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)方法，能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。如果在此基礎(chǔ)上加入氧氣傳感器和二氧化碳傳感器分別測(cè)定其在實(shí)驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)變化，學(xué)生獲得具體的數(shù)據(jù)這樣有利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解將更加深入。

使用數(shù)字化儀器過(guò)程中，還能培養(yǎng)學(xué)生獲取數(shù)據(jù)的能力。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器難以測(cè)量和儲(chǔ)存隨時(shí)間變化的大量數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也不能快速的可視化，數(shù)據(jù)采集器能解決這個(gè)問(wèn)題。適當(dāng)組合的使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)和利用實(shí)時(shí)圖像來(lái)呈現(xiàn)各種數(shù)據(jù)，適時(shí)讓學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，有利于培養(yǎng)學(xué)生獲取數(shù)據(jù)的能力、處理數(shù)據(jù)能力和實(shí)驗(yàn)分析能力。在九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第七單元課題2中，如何讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)反應(yīng)是由能量變化的，課本中利用生石灰和水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生聽(tīng)聲音并用手觸摸試管的外壁，從而感受到有熱量放出，得出化學(xué)反應(yīng)中有能量變化。如果在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上再加入溫度傳感器測(cè)量反應(yīng)前后的溫度變化數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理，以圖表形式呈現(xiàn)。學(xué)生從直接的感官器官的感受變化，到通過(guò)儀器定量測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)層次的飛躍。該實(shí)驗(yàn)中使用的生石灰量較少，產(chǎn)生的熱量不多，人的感官是有局限性的，有些學(xué)生在做該實(shí)驗(yàn)時(shí)認(rèn)為幾乎沒(méi)有熱量變化，當(dāng)在課堂上借助數(shù)字化儀器就能直觀呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)定量化有助于化學(xué)知識(shí)的理解。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使教學(xué)難點(diǎn)簡(jiǎn)單化

化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)。特別是抽象的化學(xué)概念和化學(xué)原理，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中對(duì)此設(shè)計(jì)了很多實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中幫助學(xué)生突破難點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，它能直觀演示和提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，學(xué)生再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)化學(xué)原理的認(rèn)知會(huì)變得更容易，可更快速達(dá)到突破教學(xué)難點(diǎn)的目的。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)通過(guò)各種表現(xiàn)手法，將內(nèi)在的、重要的、本質(zhì)的東西表現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖像輸出。與傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)從器材到實(shí)驗(yàn)再到呈現(xiàn)形式對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)都是新穎的，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能即時(shí)獲取動(dòng)態(tài)信息，從而形成鮮明的感官認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步上升為理性認(rèn)識(shí)奠定了基礎(chǔ)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，課堂效率得到有效提高。例如酸堿中和反應(yīng)，課本中實(shí)驗(yàn)是利用酸堿指示劑的變色證明酸與堿發(fā)生了反應(yīng)，學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)有很大的興趣，就像魔術(shù)一樣會(huì)變色。本人在學(xué)生學(xué)完pH后再次做實(shí)驗(yàn)，先用pH試紙然后利用pH傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在獲得感性認(rèn)知的基礎(chǔ)上還獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)酸堿中和反應(yīng)認(rèn)識(shí)更加深入，為復(fù)分解反應(yīng)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可為研究性學(xué)習(xí)提供技術(shù)支持

根據(jù)新課標(biāo)的要求，研究性學(xué)習(xí)是其中重要的學(xué)習(xí)化學(xué)的方式，通過(guò)研究性學(xué)習(xí)能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的方法和意識(shí)，體會(huì)科學(xué)家研究未知領(lǐng)域的過(guò)程，增強(qiáng)熱愛(ài)鉆研的精神。研究性學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)內(nèi)容不固定，化學(xué)內(nèi)容例如實(shí)驗(yàn)可以設(shè)計(jì)成研究性學(xué)習(xí)方式，給師生學(xué)習(xí)化學(xué)提供了更廣闊的思維空間。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不僅可以應(yīng)用于學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)，還能用于化學(xué)興趣小組，極大地拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，可以培養(yǎng)學(xué)生的探究思維和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的支持下將化學(xué)實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展到科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的范疇，讓化學(xué)更貼近社會(huì)，貼近生活，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的提升。

四、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要是從具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論，側(cè)重于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提取能力的培養(yǎng)和數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)。而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)中以定性分析居多，側(cè)重于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的具體操作、常用儀器的規(guī)范使用、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的細(xì)致觀察以及從現(xiàn)象得出結(jié)論，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)驗(yàn)分析能力。兩者各有優(yōu)勢(shì)。把數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合在一起，相互配合使用，才能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短、相得益彰。

但在具體實(shí)施過(guò)程中有一些想法。首先選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方式呈現(xiàn)是在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中必須考慮的問(wèn)題。例如課本中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)如蠟燭燃燒、水的組成等和學(xué)生實(shí)驗(yàn)建議不需要使用數(shù)字化。再者數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使用不能流于形式，充分利用好實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，爭(zhēng)取達(dá)到利用最大化。最后學(xué)校配套設(shè)施不能讓數(shù)字化實(shí)驗(yàn)充分利用，學(xué)生興趣小組和研究性學(xué)習(xí)還難以發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

在初中化學(xué)教學(xué)中引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，能有效幫助學(xué)生理解化學(xué)基本概念和原理。在初中化學(xué)教學(xué)中，教師合理運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并親身示范，合理引導(dǎo)學(xué)生，不僅能豐富研究性學(xué)習(xí)和綜合實(shí)踐活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)手段，還能最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

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