在高中化学教学中实施数字化实验的策略

【摘要】优化教学理念、完善教学内容、更新教学手段是提升教学质量的主要措施。数字化实验是一种全新的教学方式，利用数字化实验进行高中化学重点、难点知识教学可以提升教学实验的专业性，落实绿色化学理念，培养学生的环保意识和实验意识。本文概述了高中化学数字化实验的作用，探讨了实施策略，并举例进行了说明，以供参考。

【关键词】数字化实验;高中化学教学;实施

作者简介：谭大鹏（1982—），男，江苏省镇江市第一中学。

在高中化学教学中，教师要利用有效的教学手段帮助学生建立自身的逻辑体系，促进学生的全面成长。在开展实验教学时，教师可以利用多样化的教学手段，凸显学生的主体地位，激发学生的学习热情，提高学生的学习效率。数字化实验是当前化学教学研究的热门话题，利用数字化手段可以提升实验的精确度，提升教学效果，从而更好地引导学生形成正确的实验意识，让学生进行更加专业的学习。

一、数字化实验概念

信息技术被广泛应用在社会各个领域，教育行业对信息技术的应用也取得了非常显著的效果。数字化实验是一种新的利用信息技术开展教学的方式，在高中教学中应用数字化实验可以更加直观地展示实验过程，帮助学生理解、掌握实验技巧，促进教学效果的提升。

数字化实验主要是利用数据采集器、传感器及其他配套软件，实现数据采集、数据分析，将操作烦琐、难以定量、观察难度大的化学实验变得更加便捷、直观和准确[1]。我国将数字化实验引入教学课堂的时间相对较晚，但发展速度很快，并且已经取得了不错的成绩。高中化学知识相对抽象，一些化学实验现象不易观察，教师可以利用数字化实验将抽象的知识转化为具体的实验现象，帮助学生突破教学的重、难点，提升学生的学习兴趣，让学生掌握科学的实验技巧，从而落实高中化学教学的改革创新工作。

二、数字化实验的价值

高中化学实验主要是为了探究、验证化学知识，让学生通过实验现象理解化学理论。但是在化学实验中可能存在实验现象不明显、实验品存在腐蚀性、反应速度慢等一系列问题。应用数字化实验则是为了规避实验风险，让学生更好观察实验现象，从而提升高中化学实验教学的效率。

（一）保证实验安全

一些化学实验的实验过程中会产生有毒、有害的气体，要进行这些实验，实验室必须具有良好的通风系统，但是当前仍有高中实验室并不具备这样的条件。应用数字化实验，可以将实验的安全风险降低，保证实验安全、稳定进行，避免出现有毒物体泄露等安全事故。同时，应用数字化实验可以有效地降低实验成本，降低硬件支出，学校可以将更多的经费用于软件升级。

（二）提升化学教学效果

高中化学实验中的部分实验具有一定的危险性，还有部分实验的实验现象不明显，这导致教师难以有效演示甚至无法演示这些实验，教学时只能利用图片、文字等形式生硬地讲解相关知识。而应用数字化实验可以有效解决上述问题，便捷、直观地展示那些具有危险性、实验现象不明显的化学实验，让学生更好地理解化学知识，调动学生学习积极性。与此同时，在应用数字化实验时，学生可以重复观看实验过程和实验现象，有效地提升化学教学效果。

（三）提升学习效率

应用数字化实验时，学生可以亲自动手实践，对化学原理、实验仪器、实验过程、实验现象进行探究，从而更加透彻地理解、掌握相关知识，真正提升学习的效率。同时，数字化实验操作便捷，学生在教室就可以完成相关操作，于是学生在学习实验相关的知识时不需要受到过多时间、空间因素的限制，这有利于学生的知识巩固、能力提升。

三、在高中化学教学中运用数字化实验的前提

（一）具备良好的教学意识

目前，数字化实验的教学实践还不够丰富，要在高中化学教学中应用数字化实验，化学教师必须要具备良好的教学意识，需要勇于接受新事物，愿意尝试新的教学手段，并且教师要在实践中反复观察、改进自己的教学方法，才能让数字化实验的优势充分发挥出来。

随着新课改的不断深入，许多教师逐渐转变了教学观念，并通过不断学习具备了良好的教学意识，这些教师注重教学内容创新，也往往能够认识到数字化实验的优势。但是仍然存在部分教师并未具备良好的教学意识，他们仍在沿用旧有的教学方法，在实验教学中更注重理论知识的传授，也没有认识到数字化实验对于教学活动的促进作用。旧有的教学方法没有突出学生的教学主体地位，会影响课堂教学氛围，不利于学生学习兴趣的培养。因此，高中化学教师要注重自身教学理念的转变，加深对数字化实验的认识和理解，在应用数字化实验时合理使用各种教学手段，让学生掌握相关操作流程，深度参与实验，突出数字化实验的优势。同时，教师也要加强自我学习，积极参与培训活动，交流教学经验，确保自己有能力开展数字化实验教学，并有意识地对教学进行改良。

（二）丰富数字化实验手段

教师在应用数字化实验时，如果没有采用适当的教学手段，仅仅将数字化实验作为辅助实验的一种方式，那么数字化实验的优势也会难以体现出来。

因此，教师要丰富自己的数字化实验手段，意识到提升教学专业技能的必要性，勇于创新，采用适当的、形式多样的教学手段，确保数字化实验的作用充分发挥出来。在教学时，教师还要将传统实验教学和数字化实验进行有机融合，提升数字化实验的整体质量，让数字化实验教学既有灵活多变的教学形式，又具有丰富的实践内容，从而更有效地提升教学效果。

（三）落实教学资源共享

要在高中化学教学工作中更好地开展数字化实验，教师还需要进一步丰富教学资源，提供学生更多的学习资料，为学生营造良好的教学环境，培养学生的实验意识。基于此，教师之间可以加强教学合作，利用互联网实现教学资源共享，提供学生更加丰富的教学资源。

四、在高中化学教学中实施数字化实验的策略

（一）应用数字化实验突破教学难点

和初中阶段的化学知识相比，高中阶段的化学知识更加抽象，学习难度更大。在传统的教学模式下，学生难以对化学实验进行深入的自主探究，对于实验操作技能的掌握不够，学习效率相对低下[2]。应用数字化实验后，实验教学会变得更加直观，学生进行自主探究也会更便捷。

以电解的教学为例，电解是高中化学中比较重要的知识概念，强电解质和弱电解质最主要区别是已溶解于水的电解质电离是否完全。电解的教学是化学教学中的难点，如果教师在教学时完全根据教材进行讲解，而不演示直观的电解实验，学生对影响电解的因素的理解会不够深入，教学效果不佳。然而电解的实验现象不够明显，直接展示电解实验，效果也有限。应用数字化实验时，教师可以利用传感器对实验中的乙酸溶液的pH值进行监测，将监测的数据以图表的形式展示出来，由此学生可以更加直观地得出实验结论。由此可见，合理应用数字化实验可以有效优化教学过程，提升教学效率，突破教学的重点和难点。

（二）引导学生进行探究学习

将传统的实验与信息技术结合，可以让实验变得内容更加丰富、方式更加灵活。当然，在此基础上，教师还需要引导学生运用已有知识探究问题的答案，让学生在观察、实践的基础上，不断提升自身实践操作能力，积极分析影响实验的因素，通过探究得到实验结论[3]。

以化学反应速度的教学为例，教师可以在教授该内容时应用数字化实验引导学生进行探究学习，因为该实验相对简单，学生可以自行运用计算机控制变量进行实验。在此过程中，学生的分析、交流、讨论以及实践操作能力都会得到提升，学生还会逐渐形成探究知识和交流协作的习惯。

（三）培养学生的实践能力

一些教师应用数字化实验时，没有注重让学生自行进行数字化实验，只是为了验证教材理论，帮助学生理解化学原理和化学知识概念，虽然这样做可以在一定程度上提升教学效果，但是数字化实验的作用并没有被充分发挥出来，学生的实践能力也被忽视了，这样不利于学生综合能力的提升，同时，学生的学习兴趣也会受到影响[4]。因此，在应用数字化实验的过程中，教师要注重培养学生的实践操作能力，让学生深度参与实验探究，得到相关实验数据，并在对实验数据的整理、分析过程中，通过讨论得到实验结论。由此，教学活动会变得更加生动有趣，学生也能够在实验课堂中提升自己的实践操作能力。

五、在化学教学中应用数字化实验的例子

在高中化学教学中合理应用数字化实验，可以提升化学教学效果。下文以Fe3+水解的教学为例，介绍在化学教学中数字化实验的具体应用。

Fe3+水解是高中阶段化学学科的重要知识内容，探究Fe3+水解的影响因素时，教师常开展实验教学，让学生更加直观地观察、理解影响水解平衡的因素。本次数字化实验是根据化学方程式Fe3++3 H2OFe（OH）+3 H+设计的，进行实验时教师利用色温传感器检测FeCl3溶液的吸光度，判断影响水解的因素，并观察在反应过程中温度、反应物及生成物浓度的变化对水解的影响。该实验需要的实验药品和器材有：HCl溶液与FeCl3溶液，其中FeCl3溶液浓度为0.5 moL/L，色温传感器、100 mL的烧杯、温度计、量筒、比色皿、滴管、数据采集器、计算机等。

（一）温度对FeCl溶液水解的影响

教师先连接好实验装置，设置好采样率，随后将适量的FeCl3溶液置于比色皿中，再将比色皿放入传感器中，设置初始温度为20 ℃。接下来观察初始温度下溶液吸光度的变化，并记录下来。然后对溶液进行加热，继续记录30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃时溶液的吸光度变化。

由此实验可以得出，在保持20 ℃的情况下，随着时间的增长，溶液的吸光度会逐渐降低;对溶液进行加热后，随着溶液温度的上升，溶液吸光度不断增加。

（二）反应物浓度对FeCl溶液水解的影响

准备4个100 mL烧杯并编号，倒入等量FeCl3溶液，然后分别将3个烧杯中的FeCl3溶液稀释到0.25 mol/ L、0.01 mol/ L、0.05 mol/ L，由此形成对照组。接下来，分别取4个烧杯中的适量溶液放入比色皿中，用传感器对4个烧杯中的溶液的吸光度进行检测。

由此实验可以得出，随着反应物浓度降低，溶液的吸光度逐渐减小，溶液颜色逐渐变浅。

（三）生成物浓度对FeCl溶液水解的影响

准备5个100 mL烧杯并编号，在这5个烧杯中倒入20 mL的0.5 mol/ L的FeCl3溶液，然后分别滴入0、1、2、3、4滴HCl溶液，等待一段时间后，取烧杯中的适量溶液放入比色皿，用传感器对5个烧杯中的溶液的吸光度进行检测。

由此实验可以得出，随着溶液中HCl浓度的提高，FeCl3水解生成物的浓度下降，溶液的吸光度逐渐降低，溶液颜色逐渐变浅。

（四）实验结论

根据以上三组对照实验数据，学生可以较为直观地得到如下结论：Fe3+水解受到温度、反应物与生成物溶度的影响，温度的升高会促进溶液水解，反应物浓度升高和生成物浓度降低也会促进溶液水解。

结语

综上所述，在高中化学教学中合理应用数字化实验可以提升教学效果，调动学生的学习兴趣，确保化学实验的安全性，让化学实验教学突破时间和空间限制。要合理应用数字化实验，教师需要具备良好的教学意识，掌握丰富的数字化实验手段，落实教学资源共享。在教学过程中，教师可以通过应用数字化实验突破教学的重点、难点部分，引导学生对知识进行探究，培养学生的实践能力，让学生更加直观地得出实验结论，从而对实验结论印象更加深刻。

【参考文献】

[1]曹丽娜.新课标下高中化学实验探究教学的实践与思考[J].数字化用户，2017，23（44）：151.

[2]秦四兰.数字化实验在高中化学教学中的应用分析[J].华夏教师，2019（35）：50-51.

[3]陈耀民.数字化实验在高中化学教学中的应用分析[J].中学课程辅导（教学研究），2017，11（10）：99.

[4]冯娇杨.分析数字化实验在高中化学教学中的应用[J].科学咨询，2019（12）：28.