李雪林

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，各類新型技術的使用在日常教育教學工作中的地位也顯著提升?；瘜W是高中階段的重點學習科目，實驗課程是其中最為重要的組成部分，對強化學生理論知識，提升其動手實踐能力具有重要的促進作用。在教育信息化所營造的新文化背景下，先教后學、精準化、協(xié)作互助都儼然成為新文化形態(tài)下的實踐品格。下文將對教育信息化背景下的高中化學數(shù)字化實驗教學策略進行初步分析。

關鍵詞：教育信息化；高中化學；數(shù)字化實驗；教學策略

目前，信息科技飛速發(fā)展，信息化浪潮席卷全球，更加凸顯了教育信息化作為教育現(xiàn)代化和教育改革發(fā)展的重要支撐作用。數(shù)字化實驗同樣也是國家教育改革領域的新事物，依托計算機及傳感器技術平臺的發(fā)展，升級迅速新品層出不窮，促使教學方式發(fā)生轉變。數(shù)字化實驗教學的意義不單在于知識的傳授，而是引導學生在獲得知識的過程中，掌握科學方法、提升科學思維、培養(yǎng)科學精神。傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)無法滿足教育信息化背景下學生的需求，因此教師應及時轉變教學理念，結合數(shù)字化實驗開展教學。下文將對數(shù)字化實驗教學策略給出幾點建議。

一、高中化學教學現(xiàn)狀

（一）教學方式陳舊

受到傳統(tǒng)應試教育的影響，大部分教師在實際化學授課中側重知識點的講授，將大部分時間花費在理論知識講解與題海練習上。在教材中化學實驗教學部分，則通常采用多媒體課件或是傳統(tǒng)實驗方法進行教學，一方面缺乏實驗的規(guī)范性，另一方面也不能實現(xiàn)對仿真實驗的有效使用[1]。不僅如此，由于課堂時間有限，大部分教師在實驗教學時也未給予學生充足的思考時間與自主探究時間。長此以往學生對實驗教學的熱情被磨滅，自身創(chuàng)新意識的缺乏也導致其學習成績遲遲無法得到提升，課堂質量也不盡如人意。

（二）缺乏正確的化學觀念

高中階段的學生面臨著較大的高考壓力，受應試教育影響，部分教師和學生潛意識里認為學習的目的是提高成績，這就導致在化學課堂中過于重視理論知識的傳授，依賴考試大綱制定的教學策略根本無法滿足學生的綜合性發(fā)展需求。所以在課堂中一般都是由教師先行介紹本課的重點內(nèi)容，將知識點列舉到黑板上或大屏幕中，親自示范它們在不同情況下的應用，帶領學生在反復地習題練習中強化記憶，以此便完成了一節(jié)課教學。在作業(yè)的布置上也是以練習冊和試卷為主，針對性練習課堂中出現(xiàn)的專業(yè)知識，教師會根據(jù)批改后的成績來判斷學生的掌握情況，分數(shù)高的人能夠獲得表揚，表現(xiàn)不理想的同學需要繼續(xù)依靠習題來提高熟練程度，直至所有內(nèi)容都能熟記于心?？菰锏姆绞礁緹o法激發(fā)他們的學習興趣，機械的練習使得課堂氛圍低沉，不能營造活躍的班級環(huán)境，久而久之很容易使學生對化學產(chǎn)生抵觸情緒。

（三）學生缺少學習主動性

現(xiàn)階段的高中生大多是獨生子女，在日常生活中習慣了有父母的幫忙，所有的事情父母都為學生打點好，不需要他們額外花費時間去完成，導致他們逐漸養(yǎng)成依賴性人格。這樣的習慣延伸到學習中便是缺乏主動性，不會自覺地進行化學學習，需要教師在旁邊時刻督促才能進入狀態(tài)。尤其是對于高三的學生而言，沒有良好的學習習慣，加上高考壓力較大以及步入青春期的情緒變化問題，很容易出現(xiàn)厭學心理，變得更加抗拒化學，無法保證課堂效果。面對這樣的局面，家長和教師便會以強硬的方式嚴格要求他們進行被動式學習，每天按照計劃背書、完成習題，大量的任務使其很快產(chǎn)生疲憊感，更加不愿意主動探究化學內(nèi)容，完全依靠他人的輔助不利于學習質量的保障，從此陷入惡性循環(huán)。這些都是缺少主動性造成的，不能在課堂中收獲成就感和自信心，在一定程度上也打擊了學生的積極性，加上沒有良好的學習習慣，課堂效率更加難以提高。

二、數(shù)字化實驗教學的內(nèi)涵

現(xiàn)代信息技術和傳感技術的發(fā)展，為數(shù)字化實驗室的產(chǎn)生提供了技術支撐。相比傳統(tǒng)實驗，數(shù)字化實驗更真實、更具體、更直觀地對真實世界進行反饋，尊重實驗的科學性。數(shù)字化實驗系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、系列傳感器以及附件所組成[2]。采集器是微處理器控制的智能設備，采集多個電脈沖信號，并轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)信息理論保存，為現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)的真實性、有效性、實時性、可用性提供了保證。傳感器是一種將測得非電信號轉換成電信號，并對該微小的電信號進行放大且按照一定規(guī)律輸出的器件或裝置，目前所有初高中化學實驗都有傳感器的身影。利用數(shù)字化實驗來簡化實驗設備的復雜程度、更好地監(jiān)控實驗過程，保證實驗的成功率，降低教師的授課難度，同時也使學生對化學實驗具有進一步的認知。

三、數(shù)字化實驗教學的意義

區(qū)別于傳統(tǒng)實驗教學模式，數(shù)字化實驗實現(xiàn)了“可視化”，通過傳感器實時顯示，并通過圖像擬合進一步使學生掌握其中理論知識。同時，數(shù)字化實驗設備簡單數(shù)據(jù)準確，也有效解決了傳統(tǒng)實驗設備連接復雜、過程容易出現(xiàn)失誤、實驗結果無法量化分析的問題。不僅如此，數(shù)字化實驗也同時能持續(xù)記錄多組實驗數(shù)據(jù)，方便學生觀察并分析不同變量對實驗結果的影響。在注重科學素養(yǎng)、創(chuàng)新性思維培養(yǎng)的時代下，隨著教育信息化的不斷發(fā)展，數(shù)字化實驗不僅能提高學生的學習興趣，同時也能幫助其轉變學習方式，引導學生樹立正確的價值觀念，提升自身分析判斷能力[3]。

四、高中化學數(shù)字化實驗教學的應用策略

（一）加強數(shù)字化實驗訓練，增強學生實踐能力

傳統(tǒng)教學模式下，實驗教學都是由教師主導，學生處于被動學習狀態(tài)，難以真正激發(fā)他們的學習熱情。而且這樣的方式導致學生并不能很好地理解專業(yè)知識的內(nèi)在含義，也不能靈活運用所學知識解決現(xiàn)實中存在的問題，失去了化學學科的學習價值，死記硬背的方式長久下去很容易造成厭學心理，學生無法在這個過程中收獲快樂和自信，他們更加不愿意主動進行研究，何談數(shù)字化實驗的操作。因此，教師應充分發(fā)揮數(shù)字化實驗的優(yōu)勢，提升學生的動手實踐能力。同時，校方也要結合實際情況開足開齊實驗課程，配備相關數(shù)字化實驗室，組織好基礎性實驗和拓展性實驗，為學生提供良好的數(shù)字化實驗平臺，充分激發(fā)其探究意識，在潛移默化中實現(xiàn)實踐能力的提升。數(shù)字化實驗教學也需要教師具備更高水平的職業(yè)能力，身為教師也應在實踐中進行不斷完善，從而提升自身教學質量[4]。

以蘇教版高一化學必修第一冊《物質的化學計量》一課為例。本課教學目標是使學生了解物質的量，并掌握量與微觀粒子之間的關系。在課程開始之初教師可利用“”這組化學方程式進行導入，幫助學生初步構成微觀粒子與宏觀物質之間存在必然聯(lián)系的概念。隨后教師帶領學生前往數(shù)字化實驗室，利用“電解水”原理引導學生進行實驗，并對試管內(nèi)氣體體積的變化進行觀察，并根據(jù)電解水的化學方程式計算生成氧氣和氫氣的質量，根據(jù)氧氣、氫氣的摩爾質量來計算物質的量。隨后，教師引導學生根據(jù)實驗進行總結，明確在相同實驗條件下，相同溫度與壓強下H2與O2的體積比為2：1。通過加強數(shù)字化實驗訓練的方式，不僅能提升學生的動手實踐能力，同時也使其通過觀察直觀的化學現(xiàn)象，從而更好地理解現(xiàn)象背后所蘊含的化學知識。以更加直觀的方式了解專業(yè)知識的內(nèi)涵，便于日后應用于現(xiàn)實中解決問題，有效保證了教學質量，為化學核心素養(yǎng)的形成奠定良好的基礎。

（二）強化與傳統(tǒng)實驗融合，培育核心素養(yǎng)

高中階段的學生因年齡的特殊性，身體和心理發(fā)育已經(jīng)趨向成熟，對待一些事情已經(jīng)有了自己獨特的認知，而且依舊對新鮮事物充滿好奇心和求知欲，喜歡用“是否有趣”作為判斷標準來決定自己對待一件事情的用心程度?；瘜W課堂上如果整體流程精彩有趣，大家便會積極主動投入學習中，相反，課堂枯燥乏味，則很容易出現(xiàn)走神無法專注學習。所以，教師應注重理論知識與實踐的結合，激發(fā)他們的探究興趣，以此保證教學質量。數(shù)字化實驗的專業(yè)性較強，對教師的職業(yè)素養(yǎng)以及水平能力要求較高，教師應結合實際教學情況進行不斷探索實踐，并尋找出最優(yōu)的數(shù)字化實驗教學模式。數(shù)字化實驗教學模式的弊端是學生可以借助信息技術的輔助完成分析運算工作，這樣的情況下也會導致學生的綜合能力發(fā)展受到影響。因此，教師在開展數(shù)字化實驗教學的過程中，應有意識地與傳統(tǒng)實驗教學相融合，確保二者之間的優(yōu)勢互補，借此幫助學生培育良好的化學核心素養(yǎng)，通過這樣的方式有效提升其分析運算能力。

以蘇教版高一化學必修一《硫及其化合物的相互轉化》一課為例。本課教學目標是使學生認識不同價態(tài)硫元素之間的轉化。在課程開始之前，教師首先制訂明確的教學方案，由認識含硫物質—轉化規(guī)律—構建知識網(wǎng)絡，循序漸進地幫助學生完善知識體系。教師引導學生思考硫元素在自然界中的存在形式有哪幾種？隨后出示課件為其講解硫在自然界中的存在形式，并開展實驗。結合傳統(tǒng)實驗教學方式完成硫單質檢測，并將數(shù)字化實驗作為一種驗證實驗結果的方式，對其性質進行進一步檢測驗證。通過這樣的方式不但能幫助學生及時發(fā)現(xiàn)實驗過程中出現(xiàn)的數(shù)值錯誤，同時也在潛移默化中提升了學生的實踐能力，使其以辯證的眼光來看待事物的化學規(guī)律[5]。

（三）開展小組間合作探究，加強協(xié)作能力

在教育信息化的背景下，對學生的協(xié)作能力以及實踐能力具有全新的要求。傳統(tǒng)教學模式下，部分教師在組織學生開展實驗時，未能以正確的形式進行引導，導致其在實驗環(huán)節(jié)缺乏與他人之間的合作。合作意識以及能力的缺失對學生日后學習產(chǎn)生了消極的影響，因此，教師在開展數(shù)字化實驗教學的過程中應有意識地引導學生結成學習小組，借助數(shù)字化實驗積極引導學生參與到學習中來，保證學生的參與性。可以將班級同學劃分為若干小組，以五人為一組的模式進行構建，針對教師提出的問題展開研究，每個人都要大膽發(fā)表自己的觀點和意見，由組內(nèi)其他成員進行點評。針對精彩的言論要加以鼓勵，有疑問的地方應及時向教師請教，待所有人都發(fā)言完畢后，經(jīng)過大家的商量形成統(tǒng)一的答案，派出一名小組代表做總結性發(fā)言。教師根據(jù)所有小組的意見進行匯總，結合教材和實驗中的重點內(nèi)容進行歸納，幫助他們更全面地理解化學知識，有效保證了教學質量，潛移默化中還培養(yǎng)了他們的團結協(xié)作精神。

以蘇教版高一化學必修二《化學能與電能的轉化》一課為例。本課教學目標是使學生了解原電池的概念，并通過實驗總結形成原電池的條件。在課程開始之前，教師可利用“電池的起源”視頻引導學生進行觀看，幫助其初步構建電流產(chǎn)生的條件概念。隨后，教師利用數(shù)字化實驗引導學生組成小組，就電解水制得氫氣和氧氣、電解食鹽水制得氯氣和氫氣等實驗進行回顧并整理，初步了解電能轉化為化學能的因素是因為有電源接入，形成了氧化還原反應。接下來教師鼓勵學生以小組的形式將鋅（Zn）與銅（Cu）分別插入H2SO4溶液中并觀察其變化，Zn片在溶液中表面有氣泡生成，而在Cu片中表面則無任何反應。結合公式Zn+2H+=Zn2++H2了解銅不能與稀硫酸產(chǎn)生反應的概念。在課后教師也可針對本課教學內(nèi)容，引導學生利用其他金屬與液體再嘗試一下能否生成電解液，組成原電池。通過小組合作的方式不僅提升了學生的探究能力，同時也有助于其合作精神的培養(yǎng)[6]。

（四）創(chuàng)新數(shù)字化實驗方法，強化知識理解

現(xiàn)階段部分教師在進行數(shù)字化實驗教學的過程中，所使用的教學方式僅僅停留在輔助實驗教學階段，并未重視對學生創(chuàng)新能力以及實踐能力的培養(yǎng)。一般都是由教師先行介紹本節(jié)課的重點內(nèi)容，針對其制定出的化學實驗，將涉及的道具和材料提前準備好帶到課堂中。其次，由教師給大家示范操作，要求他們仔細觀察實驗，并記錄發(fā)生的不同現(xiàn)象。這樣的方式雖然強化了理論知識的運用，但是并沒有尊重學生的主體地位，大家沒有在親自練習中加強對內(nèi)容的理解，仍舊是以旁觀者的角度觀看，教學效果甚微。這和觀看視頻演示的實驗成效相差無幾，實驗的本質是鍛煉學生的動手操作能力，而不是以這樣的方式完成實驗課程的學習。這種教學模式不能充分發(fā)揮數(shù)字化實驗的優(yōu)勢，同時也阻礙了學生思維能力的發(fā)展[7]。對此，教師可結合教學內(nèi)容進行實驗創(chuàng)新。鼓勵學生結合所學化學理論知識進行自主創(chuàng)造，通過這樣的方式培養(yǎng)學生形成良好的創(chuàng)新意識，在學習中舉一反三，不斷探索化學的奧妙。

以蘇教版高一化學必修二《金屬的冶煉方法》一課為例。本課教學目標是使學生了解不同金屬的冶煉方法以及一般原理。金屬冶煉是把金屬從化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)的過程。用碳、一氧化碳、氫氣等還原劑與金屬氧化物在高溫下發(fā)生還原反應，獲得金屬單質。教師可首先利用多媒體為學生播放實驗步驟，組織學生細致觀看。隨后，教師鼓勵學生組建學習小組，對銅、鋁、鎂、鈉、鐵等幾種物質進行實驗探究，并利用采集器轉換成數(shù)字數(shù)據(jù)信息理論。得出熱還原法：、高爐煉鐵：等冶煉方法公式。同時，在本課知識學習完畢后，教師可提出以下問題：對于金屬活動順序表中不存在的金屬應該如何鑒別其冶煉方法？鼓勵學生結合元素周期表以及金屬活動順序進行推理分析，在下堂課中進行總結交流。通過這樣的方式能夠有效提升數(shù)字化實驗教學的質量，使學生化學核心素養(yǎng)得到有效提升。

（五）分享數(shù)字化實驗微課，鼓勵自主復習

伴隨現(xiàn)代信息技術的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)被廣泛應用于各行各業(yè)，尤其是處在時代前沿的教育行業(yè)，多媒體因其包含著大量的學習資源受到教師的廣泛歡迎。而且信息技術手段也能夠有效彌補原始課堂中的不足，打破時間和空間的限制，以更加豐富的形式帶給學生全新的課堂體驗，以喜聞樂見的內(nèi)容調動他們的積極性，在收獲快樂的同時也掌握了專業(yè)知識，真正意義上做到寓教于樂。近年來，多媒體教學也被逐漸引入課堂，有效豐富了課堂活動，為后續(xù)的深入學習打下堅實基礎。微課視頻是教育信息化背景下的全新產(chǎn)物，微課以短小精悍的形式著重突出知識難點重點，能夠有效促進學生的知識理解與消化。傳統(tǒng)教學模式下，大部分教師在課程結束后并未引導學生進行復習與鞏固，時間一長學生在腦海中形成的記憶也會漸漸淡忘，這樣的形式也在一定程度影響了課堂教學質量。因此，教師可在課堂中利用數(shù)字化實驗微課帶領學生重溫知識，引導其在課后觀看視頻進行自主復習，有效實現(xiàn)課堂教學的延伸，使學生的化學成績得到提升。

以蘇教版高一化學必修一《從微觀結構看事物的多樣性》一課為例。本課教學目標是使學生能夠從同素異形現(xiàn)象中認識到物質的多樣性。在課程開始之初，教師可利用多媒體為學生展示足球烯以及碳納米管的不同單質，引導學生進行思考為什么二者之間的物理性質差別如此巨大？隨后，教師利用金剛石與石墨、紅磷與白磷設計實驗，引導學生發(fā)現(xiàn)同種元素不同結構可以相互轉化。在課程結束后，教師結合本章學習的知識制作數(shù)字化實驗微課，在視頻中利用數(shù)據(jù)采集器收集實驗數(shù)據(jù)，并通過傳感器進行測定。學生在課后通過觀看微課視頻，能夠有效鞏固所學知識，實現(xiàn)課堂教學的延伸。

（六）與其他學校資源共享，拓寬交流渠道

在信息技術不斷發(fā)展的背景下，數(shù)字化實驗教學對高中化學起到了重要的促進作用。身為教師應不斷提高自身業(yè)務素養(yǎng)，加快知識更新的腳步，為學生拓寬交流渠道，建立與其他學校資源共享的平臺，實現(xiàn)資源時效性、全面性。校際合作儼然成為教育信息化背景下促進教學質量提升的有效手段，因此教師可與其他學校優(yōu)秀教師進行溝通，開展聯(lián)動，促進資源共享，借此提升教學水平[8]。可以利用多媒體設備搜集與本課有關的重點內(nèi)容，在備課環(huán)節(jié)充分考慮到學生的基本學習情況和發(fā)展需求制定教學策略。同時，在網(wǎng)絡上查詢其他教師的授課視頻，虛心學習他們的長處，對比自己的方案找出不足的地方并加以改正，為學生創(chuàng)造良好的學習條件。通過這樣的方式有效拓寬了交流渠道，了解到不同教師的講課風格和內(nèi)容上的差別，以此提高自身的綜合素養(yǎng)，在這個過程中發(fā)現(xiàn)別人的閃光點和自身有所欠缺的地方，在互動中促進彼此的共同成長。

以蘇教版高一化學必修一《海洋化學資源的綜合應用》一課為例。本課教學目標是使學生了解海洋資源并樹立良好的資源保護觀念。在課程開始之初，教師可利用多媒體進行導入，引導學生進行思考：海洋中都有哪些資源？接下來，教師利用思維導圖劃分出海水中含有的物質以及人類的利用，并為學生出示其他學校教師所制作的數(shù)字化實驗微課視頻，引導其進行觀察掌握海水制取鎂的步驟，并了解海水中所蘊含的多種元素。最后，教師可為學生搭建交流平臺，鼓勵學生在平臺之中與其他學校的同學進行互動，并以“海水淡化”為主題，利用所學化學知識開展討論。通過這樣的方式拓寬交流渠道，使學生的思維能力得到充分發(fā)展，同時也能為數(shù)字化實驗教學的發(fā)展提供更多理論支持。

結束語

綜上所述，化學實驗是高中化學教學的重要組成部分。隨著社會的進步，教育信息化背景下數(shù)字化實驗教學模式應運而生。身為教師應以辯證的眼光看待問題，在社會信息化的帶動下，充分發(fā)揮數(shù)字化實驗優(yōu)勢，幫助學生提高實踐能力，在潛移默化中培育其養(yǎng)成良好的化學核心素養(yǎng)。

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