基于数字化实验室与初中化学实验教学融合初探

胡家峰 陆汉锋

【内容摘要】数字化实验易于操作且现象明显显现、过程更直观、结果更更科学等优势，在初中化学学科实验教学中发挥着重要的作用，应该不断实践、总结、反思中提高与化学实验教学的融合度。

【关键词】数字化实验室  初中化学实验  深度融合  化学核心素养

引言

数字化实验室是由传感器、数据采集器、计算机硬件系统和相关专业的数据处理软件等构成，集实验、测量、传输、采集、处理、呈现于一体且互相匹配、交互作用的实验仪器装备组成的实验室，是传统实验课程与信息技术整合的重要载体，也是学生主体与化学实验课程的媒介。传统化学实验为基础，传感器——计算机实时数据采集、处理软件的计算机建模和图像分析是开展化学实验教学的两大技术支撑。

一、数字化实验室的模式及优势

与传统实验室相比，数字化实验室拥有以下优势：采用传感器采集实验数据，分辨率远高于传统实验仪器，提高了准确性，更具科学性和时效性，为学生发现和掌握化学原理提供支撑;自动采集数据，超过10kHz以上采集频率，提高数据采样率，精确实验结果及时呈现，轻松解决传统实验室无法解决的问题;专业软件精、准、快处理数据，学生及时得到实验反馈和掌握规律，省時省力，启发学生再发现，培养创新精神和化学核心素养。

二、数字化实验室在初中化学实验教学中的实践

1.初中化学数字化实验教学的有力保障

发挥初中化学数字化实验教学的优势，须多维寻求保障：一是深入研读初中化学实验的规程，站稳化学实验教学本位立脚点，夯实化学核心素养培养的坚实基础;二是熟练学习数字化实验室技术并与传统实验相融合，提高实验有效性;三是不断总结和反思，提高数字化化学实验的意识和技能。

2.初中化学数字化实验教学的实践案例

（1）数字化实验易于操作且现象明显显现

初中化学碱的化学性质实验的重点内容是二氧化碳与氢氧化钠溶液反应。此传统实验反应现象难以观察到，学生也难判断此反应是否发生。气体压力传感器对此类有反应发生无明显现象可察的反应却能火眼金睛地显现出来，让学生观察一目了然。用气体压力传感器检测等量（20 ml）的40%氢氧化钠溶液和水分别与等体积（500 ml）、等压强的二氧化碳气体反应，压力传感器作用显示，氢氧化钠溶液中有水，二氧化碳溶于水。但是，到底是二氧化碳溶于水导致反应体系压强变小，还是氢氧化钠溶液与二氧化碳反应致使体系的压强变小了，是压力传感器敏捷地捕捉到了信息：由于一体积水溶解一体积二氧化碳，因此注水烧瓶里面二氧化碳气体压强几乎无变化;而注氢氧化钠溶液的烧瓶，二氧化碳气体几乎耗尽且压强明显降低。铁证说明，氢氧化钠溶液与二氧化碳发生了反应。

（2）实验过程明显更加地直观

人教版《化学》九年级下册“溶解时的吸热或放热现象”探究实验的目的是探究三种固态物质分别溶于水时的放热、吸热真实性。用温度传感器定量测量相同质量的NaOH、NaCl、NH4Cl溶解于等体积水时溶液温度变化可见，NaOH溶于水时溶液升温是放热过程;NH4Cl溶于水时溶液降温是吸热过程;NaCl溶于水时溶液温度稍降也是吸热过程，但是其降温程度较相同条件下的NH4Cl小不少。数字化实验能同时使用三支温度传感器，而且能够使不同物质溶解于水时的温度变化一同呈现在同一张曲线图里一览无余可比较，大大地提高了实验教学的效率。

（3）实验结果准确更科学

初中化学中有个非常重要的“空气中氧气含量测定”实验，既是学习重点，也是实验难点，其原理是将红磷置于密闭容器燃烧消耗容器内空气中的氧气，容器内压强逐渐减小，温度降至室温，打开止水夹，因大气压作用，流到容器内的水和减少的氧气体积等同。学生初涉抽象的“气压变化”实验，很难理解。气体压力传感器的运用，对隐身的气压能测其变化使之可视化，使学生掌握了原理、实验思路、操作方法后学会定量分析解决问题所方法。

三、数字化化学实验室实践反思

教师数字化实验熟练的技能是保障。因此，加强自我技能和师生整体技能的培训至关重要。还要辩证看待数字化和传统化的关系，完全数字化代替传统实验是极端，不利于学生动手操作能力培养。要重视兴趣迁移扶正实验态度：学生对传感器感兴趣而忽视实验过程和结果，或数字化实验操作不熟练导致兴趣不浓，要予以纠正，端正态度、提高技能、强化管理要多维实施。

结语

国家教育信息化长远规划指出，教育信息化与学科教学要深度融合。数字化实验室与初中化学实验教学的深度融合，具有实时、快速、准确、直观等特点，操作更简便，易于观察降低了难度，促进学生对知识的理解、记忆、巩固和应用，提高化学实验探究能力，也使传统化学实验教学获得了新的生命力，更给教师提高信息技术水平，促进教师职业发展提供了良好的机遇，应该不断总结和反思迈向更高的境界。

【参考文献】

[1] 罗嘉. 数字化传感技术与初中化学教学的整合研究[D]. 苏州大学，2014.

[2] 熊丹. 数字化实验室和传统实验室的比较研究[J]. 中华少年，2016.