数字化实验提升化学教学有效性之初探

潘 健

绍兴市上虞区崧厦中学 浙江绍兴 312000

一、研究背景

当今社会的信息技术日新月异，那么加快实现教育的现代化就显得更为迫切。化学是一门以实验为基础的科学，实验在中学化学教学中有着不可替代的作用。实现高中化学实验的信息化是实现化学教育现代化、建设学习型社会的必由之路。由此，数字化实验技术应运而生，它的出现对整个高中化学实验教学的变革产生了深远的影响。

（一）传统实验的弊端

1.教学方式单一

2.评价方式缺失

（二）数字化实验的优势

1.促进核心素养的培养

2.提高课堂效率

二、数字化实验室的建设

（一）数字化实验室的发展

自1986年美国首次将计算机开发成为仪器分析的核心平台，通过传感器采集数据、计算机分析和处理数据等手段进行“虚拟仪器分析”以来，各个高校和教育机构也逐步开发适合自己研究的配套软硬件设施，慢慢形成了各自的实验教学系统。

中国数字化实验起步于上世纪九十年代，兴起于新世纪。上海作为新课改的试点区，在2002年就组建了上海市中小学数字化实验系统研发中心，成为了中国首个，也是目前唯一一家专业的数字化实验研发机构。上海教委的尝试，为数字化实验室在全国范围地铺开起了个好头。之后，全国几十个省份也纷纷建立起数字化实验室，并逐步向偏远农村学校普及。

（二）数字化实验室建设的必要性

2010年我国颁布的《国家中长期教育改革和发展规划纲（2010-2020年）》，其中体现了技术的作用，以技术为改革的驱动力，明确了教育信息化的重要性。在其第十九章中明确提出“加快教育信息化进程”，就包括加快教育信息基础设施建设、加强优质教育资源开发与应用、构建国家教育管理信息系统三个方面内容。面对时代的要求，我们要勇挑重担。

笔者通过走访上虞区内多所中小学校，了解了目前中学化学数字化实验仪器的配备和使用状况，了解了教师、学生在实验过程中对相应仪器设备的实际需求。

问卷调查显示88%的教师认为有必要建设专门的化学数字化实验室。

（三）数字化实验室的一般配置

数字化实验室的组建与传统实验室不同，除了与传统实验室相仿的药品、仪器等设备以外，它对多媒体装备、数字化实验装置的要求很高。

高中阶段的化学实验主要以物质性质分析和反应原理探究为主，所以在诸多数字化化学实验装置中尤以各种系列的传感器最为重要。教师在组建数字化实验室时，必须对传感器精挑细选。

（四）数字化实验室建设的建议

笔者通过查阅数字化实验的相关文献，结合学校实际情况，对普通高中化学数字化实验室的建设有以下几点建议：1.中学阶段的实验主要以验证物质性质或探究反应原理为主，可以选择性价比较高国内品牌，如胜昔、苏威尔等；2.高中阶段实验探究以物质性质和反应原理为主，常用的传感器有pH传感器、电导率传感器、温度传感器、压强传感器、色度传感器等，使用频率较大的传感器作为基础配备，对有些使用率低，保管时效短、存放要求高的传感器暂时不建议配备，如气体传感器、离子传感器等；3.常用传感器配备的数量一般建议教师端 2-3 个/种，学生端 12-14 个/种，备用 1-2 个/种；4.相比传统实验仪器，数字化实验的仪器成本高，要求仪器供应商在提供仪器的同时，要对教师进行相关的培训，让他们了解仪器的使用、维护、原理等方面的知识，并建立长期的联系。

三、数字化实验技术的教学效果

通过信息技术手段实现对实验数据流的掌控，并对学生的认知提供有力的支持，是数字化实验最为根本的教学价值。所以笔者选取了 SO2这种学生们熟悉的无机化合物进行数字化实验的探究。

SO2是一种中学阶段常见的无机化合物，其性质的介绍出现在苏教版《必修一》专题4“二氧化硫的性质”一节中，其特殊的理化性质使其成为高考中的常客。比如在2015年安徽省理综第28题中“某研究小组将纯净的 SO2气体通入0.1mol·L-1的Ba(NO3)2溶液中，得到了BaSO4沉淀”，对于该实验现象，学生们已基本形成共识，但BaSO4沉淀产生的原理却众说纷纭：有人认为是SO2通入溶液中，形成H2SO3溶液，提供H+，使溶液中NO3-表现为强氧化性，进而氧化SO2；也有人认为是溶液中的溶解氧氧化了SO2。学生们单纯地利用所学的高中化学知识，很难分析出其真正的反应原理，但若能借助数字化实验技术，这个难题就能迎刃而解。

数字化实验技术的不断推广，并不是对传统实验的否定，而是与时俱进。随着信息技术的迅猛发展，作为信息技术与化学实验教学整合的产物，基于传感器技术的数字化实验注定在未来将不断升级，与各种教学大数据形成联系，构成完整数据链，为高中化学实验教学改革提供有力的支持，为学生化学学科核心素养的培养保驾护航。