中学化学中数字化实验系统的拓展探究

摘 要：随着时代的发展，现在的教学模式已经满足不了学生摄取知识的进程，并且传统中学化学实验课的授课模式存在一定的弊端，比如在实验课上只能展现定性研究的方面，而定性因素很容易受环境与实验工具的影响，所以在这种情况下很难开展实验教学。为了解决此模式的弊端，学校开始开展数字化实验系统与化学课程相结合的课堂模式，从试验仪器的合理配备、实验原理的科学开发以及实验的目的三方面开展数字化实验体系。文章结合信息技术与化学实验教学整合的意义、优势两个方面，论述数字化实验系统下的化学实验拓展，从而更好地促进此教学模式发展，为教育事业的发展打下更好的基础。

关键词：数字化实验系统;化学实验;中学化学;拓展探究

一、 引言

中学化学是为升高中做铺垫，是学科中尤为重要的一部分，而实验教学是促进学生学习化学的基本手段，所以在课堂中化学实验是授课手法中的一个重要手段。并且随着时代的快速发展，信息技术已经涉及世界的各个角落，而“大数据时代”也是以互联网技术为基础的，又以信息技术为核心成为人们数据整合的创造性工具。在教学方面教师也可以使用数字化的教学模式，让化学与信息整合，是现在时代教学发展的趋势，所以应该顺应这个局势成为教学中的主要方法，并提高学生的综合素养。

二、 信息技术与化学实验教学

（一）信息技术与化学实验课程整合的意义

随着数字化时代的到来，在阶段的教学问题变成了如何将化学与信息技术有效的整合，为了解决这个新课标的合理开展，学校应该积极顺应新课程改革的理念。以往的传统化学实验在中学的开展并不顺利，关于定量研究实验只能通过书本理论分析实验的变化过程，学生对于片面的知识理论无法理解其中的奇妙，缺少亲身体验的机会，所以就会导致学生学习质量下降，逐渐失去对此学科的兴趣。基于以上的问题，教师可以结合DISLAB数字化实验系统和试验设备，为学生提供课本中的定量探究实验，让学生直观体验到化学的奥秘和实验过程中物质的变化的过程，从而让学生理解化学变化的原理，而该教学模式还可以形成函数图像，间接丰富了学生的视野，提供了课本不存在的知识点，充分激发了学生的积极性与创造性，使得学生有良好的创新思维与实践能力，让教学落在实处。

（二）数字化实验系统与化学课程整合的优势

数字化实验系统是硬件与软件呈一体的、先进的实验系统，它的组成部分比较复杂：由“多类型传感器+数据采集器+化学实验软件+多媒体”多个程序组成的新型教学实验系统。多类型传感器，它代替了传统课堂上的实验测量仪器，能够采集出化学气体的质变、溶液中的pH数值、电解质的物质性质、热胀冷缩等实验的数据数值，并通过这些数值和实验软件将大量的数据形成各个数据图，在信息化的角色上各个环节的紧扣，让实验教学变得操作简单化、在真正的实验基础上完成了信息化与化学实验教学的整合。

（三）符合新课程改革对化学实验的要求

近年来提出的新课程改革，对整个教学环境都作出了改革要求，而在新的一轮改革中提出化学实验课程要与信息技术进行整合，而现在的改革也是应了新课改的要求，现阶段教育与信息结合是时代发展的趋势。信息技术渗透到实验室，帮助学生学习化学、帮助教师提高课堂质量、帮助师生架起沟通的桥梁，成为化学实验课中的“利剑”。利用数字化实验中的在线测量、数值展现、完成模拟图来解剖实验成果，从而引导学生自主研究、团队互助、多途径解决问题、拓宽思维能力、提高综合剖析能力和创新精神，经过上文论述适合当代的新课程改革的要求。

三、 数字化实验系统下的化学实验拓展

数字化实验系统下的化学实验拓展为学生带来了新的实验研究平台，让学生脱离了传统的教学模式，从而使单一的、局限的定性实验向多功能、精确性高的定量实验转变。这一功能的转变让学生从本书中解放了出来，再也不用苦涩的背诵数据记录、实验过程、理论公式、数据模型等类型的知识，然而代替的是新型实验教学模式，让学生有充足的时间理解其中的理论知识，这种多元化的分析平台为教育事业提供了便利。同时，数字化实验系统与化学课程的整合还处在实施阶段，当中还存在一系列的问题没有解决。比如：传统的教学模式与数字化实验系统的磨合并不顺利，因为这里概念的提出是顺应时代进程发展而演变出来的，在思想上需要具备先进性，它的实施本身就需要与传统的事物进行变通。反而代之的是应该以学生为课堂的主体，尊重学生的实践性、创新思维、反思考能力、团队合作共赢的教育理念与课堂模式，这样才能为化学课堂提供良好的发展空间。

（一）化学实验仪器的拓展

化学实验是以化学实验仪器为载体进行实验的，所以实验仪器的质量直接决定了实验结果的精准性，也直接影响了学生的学习质量与教师的教学质量。而现在的数字化实验系统便可以解决这些不必要的问题，只是将实验数据数字化，在模拟实践的基础上完成了实验所需要的各种数据，让信息化与化学课程整合。就像上文中讲到的过程一样：“多类型传感器+数据采集器+化学实验软件+多媒体”，只是传感器代替了部分实验所需要的测量仪器，与传统的实验相比并无太大差别，只是这种方法更便利，弥补了其中的缺点。这就表明数字化实验系统可以拓展到课堂上，为教学所用。

接下来，我们可以看一下，现在教学案例中的应用例如：《酒精灯火焰温度的比较测定》。众所周知，酒精灯火焰一般分为三个部分：焰心、內焰、外焰。一般传統的教学模式都是先准备一根小木棒，然后将木棒放在火焰的中心烧，接着教师带领学生观察：找出木棒最开始碳化的部分，观看所处阶段的火焰，最终确定酒精灯火焰最旺盛的地方。得到的结论仅是在酒精灯火焰的位置上是从焰心、内焰、外焰逐渐上升温度的，如果是具体的温度数据并无法得知。

如果是利用数字化实验系统，以及辅助软件高温传感器，教师就可以对酒精灯的焰心、内焰、外焰一一进行温度的测量，从而带领学生读取出精准的温度数值，并在多媒体上形成数据图，让学生一目了然的发现酒精灯火焰焰心、内焰、外焰依次的温度变化。并且新颖的教学方法也让学生集中了注意力，来带动课堂的学习质量，从而得出一套完整的结论。

酒精灯火焰温度的比较测定结论：酒精灯燃烧时由于所接触的面积不同，燃烧温度存在着差异，并且燃烧程度也不相同。较木棒燃烧实验来看酒精灯火焰的温度高低依次是焰心、內焰、外焰。

（二）化学反应实验原理的拓展

化学反应实验原理的设立是为了帮助学生拓宽思维，这也是新课标中的重要指向，学习的目的是为了培养学生的思维能力。所以化学反应实验原理的拓展还需要教师在备课中融合科学的思想理念，运用先进的手段将两者的融合达到最优效果。

例如《碳酸钠与稀盐酸反应所产生的二氧化碳》实验流程为：向0.1mol/L碳酸钠溶液中滴入0.1mol/L稀盐酸直至过量，测量生成二氧化碳的浓度变化。

如果是传统的化学实验，是无法实时测量二氧化碳浓度的，因为变化规律比较复杂，所以必须借助数字化实验系统，以及二氧化碳传感器才可以完成实验的测量。具体的实验步骤可分为六步：（1）组装实验所用的装置;（2）准备稀释器，并滴入0.1摩尔每毫升的稀盐酸溶液;（3）准备塑料容器瓶，并滴入0.1摩尔每毫升的碳酸钠溶液;（4）将事先准备的50毫升针管，调到0毫升，为接下来的气压缓冲做装置;（5）打开二氧化碳传感器，将参数调整到原始状态;（6）将以上的准备开启，并滴入溶液进行记录。

本次的实验表明，碳酸钠溶液与稀盐酸溶液的掺和，达到一定程度会产生二氧化碳，证明了实验的标题是正确的。同时也突破了传统的教学模式所带来的弊端，为师生提供了交流的桥梁，也丰富了学生的视野。

（三）化学实验目的的拓展

上文中提到过的传统的化学实验都是定性实验，实验过程太过于局限，并提供不了太多活灵活现的数据，加上现在的实验现象都是需要大量的数据来维持的，而在传统模式下学生只能通过书本的实验案例图片对实验进行了解，实验过程也是千篇一律的按照课本流程来完成，在这个过程学生只需要照做，并实现不了开发学生实践能力和创新思维的目的。因此，教师应该利用数字化实验系统让学生提高实践能力和创新思维能力的发展，从而刺激学生的学习兴趣。

例如：《原电池实验的拓展研究》主要内容是研究两极距离、电极材料等溶液浓度会对原电池产生怎样的影响。

首先，需要准备实验所需要的器材：电流传感器、数据采集器、多媒体、专属蒸馏水、原电池、铜、锌、铁各一片、滤纸、0.1摩尔每毫升的氯化氢等等。

其次，做好相应的组装仪器，再利用软件设置电流图片，随后将铜、锌、铁各一片慢慢浸入氯化氢内，带领学生观察原电池的变化，如果数据的曲线发声变动立即停止。

最后，可以得到以下的结论：（1）酸液浓度正常，电极片横截面积也未曾变化，通过人工实验后改变电极片与原电池的电流，得到验证的结果是随着电极间距的增大，电流会慢慢变小;（2）酸液浓度正常，电极片横截面积也未曾变化，通过人工实验后改变电极片与原电池的电流，电流会随着电极片的宽度而增加;（3）重复以上流程，电流会随着电极片金属的性质，变大或者变小。

所以此次实验电池电流的大小与语义上的实验证明有着极大的关系。

四、 结束语

综上所述，数字化实验系统的存在是有一定优势的，但是这并不代表要否认传统的教学模式，而是弥补其中的不足。经以上研究证明可以看出数字化实验系统为教师提供了先进的教学手段，为学生提供了良好的学习环境。

参考文献：

[1]沈世红.数字化实验应用于化学实验教学的思考[J].现代中小学教育，2016（6）：79-82.

[2]朱征.在化学数字化实验中培养中学生的批判性思维倾向[J].中小学教材教学，2017（7）：46-49.

[3]林进太.例说新手教师在高中化学实验教学中的“想当然”[J].中学化学教学参考，2020（1）：44-47.

作者简介：巴琳，甘肃省临夏回族自治州，甘肃省康乐县第一中学。