数字化实验“宏、微、符、曲”四重表征在化学学科核心素养中的重要性

鲁银芳

2018年9月，笔者有幸参加了重庆市高中化学市级骨干教师培养对象的培训，并聆听到了专家的两个讲座——数字化实验在中学化学教学中的应用和基于核心素养的高中化学教学.第一次系统、全面地了解了数字化实验在教学中的重要应用，以及数字化实验的宏、微、符、曲四重表征在化学学科核心素养中的重要呈现，这对于教育比较薄弱的西南地区的老师来讲真是大开眼界，受益匪浅.在高中化学教学过程中，要重视实验的课堂教学.新课程改革的其中一个目标就是教育信息化.教育信息化从本质上讲是使教学方式、学习方式、教学模式、信息的获取方式以及教学内容体系和学校管理模式等发生本质的改变，从而达到在信息化环境中的新平衡.在新课改、新高考的背景下，知识只是解题的工具，核心素养才是终极目标，而数字化实验作为体现化学学科核心素养的工具之一，显得尤为重要.

一、数字化实验系统简介

数字化实验曾经被称为手持技术实验、传感器实验、DIS实验等，主要指利用传感器、数据采集器和计算机（含配套软件）进行实验，并能采集和处理各种数据，并以图、表、数字等显示的实验技术系统.这种系统可以将实验手段数字化，现象规律可视化，测量呈现实时化，操作测量简单化.

二、化学学科核心素养再解读

1.五个核心素养内涵.

化学学科核心素养包含了五个方面：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任，综合体现了化学观念、科学思维、科学探究、科学态度等内容，目的是培养出有人文底蕴、科学精神、能学会学习、能健康生活、有责任担当、能实践创新的新一代学生.

2.化学观念之宏观辨识与微观探析.

新课标明确提出，学生能从不同层次认识物质的多样性并进行分类，能从原子、分子等水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念，能从宏微结合的视角分析与解决实际问题.

3.科学思维之证据推理与模型认知.

让学生具有证据意识，能够提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪;建立它们之间的逻辑关系;知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的特征、要素及其内部联系，建立认知模型，并能加以运用，解释各种化学现象，揭示现象的本质和规律.

三、数字化实验四重表征在化学学科核心素养

教学中的实例

笔者参加重庆市高中化学市级骨干教师培养对象的培训时，恰恰听到了北培区一名教师的关于“弱电解质的电离”的优质课，授课教师将数字化实验融入到了自己的教学当中，完美地诠释了化学学科核心素中宏观、微观、符号、曲线多重表征在化学教学中的应用.部分主体教学设计如下.

1.活动一：探究相同浓度盐酸和醋酸酸性的强弱.

【教材40页】盐酸与醋酸电离有差别.

【设计实验】证明二者在水中电离的差别.

【温馨提示】控制变量法对比实验.

【用事实证明之一】比较二者与Mg反应的剧烈程度：

醋酸为弱电解质，部分电离

分析醋酸溶液中的微粒种类

CH3COOHH++CHCOO-

【用事实证明之二】比较二者的pH.

请从电解质电离角度分析为何会造成这种差异.

【结论】电解质有强弱之分.

评析：授课教师在“事实证明之二”中用到了pH传感器，将pH值转化为宏观可以量化的数据.作为证据，让学生对于相同浓度的盐酸和醋酸酸性的强弱有一个直观地感受和认识.

2.活动二：探究盐酸和醋酸的电离过程是否可逆.

【猜测1】醋酸的电离可能是可逆过程.

【猜测2】盐酸的电离可能也是可逆过程.

前面两个实验我们有证明HCl完全电离吗？

仅证明电离程度：HCl>CH3COOH，并未证明HCl电离是否为完全电离

HCl和CH3COOH除电离程度不同外，电离过程又有什么不同？

【验证】寻找证据

【猜想1】CH3COOHH++CH3COO-

【猜想2】HClH++Cl-

【温馨提示】化学平衡受外界条件（压强、温度、浓度）的影响.

【设计方案】改变什么→理论→现象如何→证明猜想

【用事实证明之三】验证实验：

①应用pH传感器测定盐酸中加入固体NaCl后的pH变化曲线.

②应用pH传感器测定醋酸中加入固体CH3COONH4后的pH变化曲线.

通过曲线对比，结合平衡移动原理知识，从宏观（pH的变化）到微观（H+浓度变化）的本质原因进行分析，得出猜想结论.

评析：授课教师在“用事实证明之三”中同样用到了pH传感器对两个猜想进行了验证，将微观不可见的电离过程转化为宏观可见的曲线，这样更能让学生理解到盐酸是强酸，电离过程是不可逆的，而醋酸是弱酸，其电离过程是可逆的.

3.活动三：小结.

【小结】

评析：本堂课的所有实验几乎都是用pH传感器来完成的，宏观、微观、符号、曲线的多重表征很好地诠释了化学学科核心素养的理念.

在新课改、新高考的背景下，核心素养是老师和学生的终极目標，而数字化实验则能将化学学科核心素养中的宏观、微观、符号、曲线的多重表征完美地体现出来，此外，数字化实验还能更新学生的化学知识，促进学生对知识的理解，优化学生认知方式，创新教师教学模式.因此，数字化实验“宏、微、符、曲”在化学学科核心素养中的重要性是不言而喻的.