教育信息化背景下的高中化学数字化实验教学

李雪林

摘 要：随着科学技术的不断进步，各类新型技术的使用在日常教育教学工作中的地位也显著提升。化学是高中阶段的重点学习科目，实验课程是其中最为重要的组成部分，对强化学生理论知识，提升其动手实践能力具有重要的促进作用。在教育信息化所营造的新文化背景下，先教后学、精准化、协作互助都俨然成为新文化形态下的实践品格。下文将对教育信息化背景下的高中化学数字化实验教学策略进行初步分析。

关键词：教育信息化；高中化学；数字化实验；教学策略

目前，信息科技飞速发展，信息化浪潮席卷全球，更加凸显了教育信息化作为教育现代化和教育改革发展的重要支撑作用。数字化实验同样也是国家教育改革领域的新事物，依托计算机及传感器技术平台的发展，升级迅速新品层出不穷，促使教学方式发生转变。数字化实验教学的意义不单在于知识的传授，而是引导学生在获得知识的过程中，掌握科学方法、提升科学思维、培养科学精神。传统的教学模式已经无法满足教育信息化背景下学生的需求，因此教师应及时转变教学理念，结合数字化实验开展教学。下文将对数字化实验教学策略给出几点建议。

一、高中化学教学现状

（一）教学方式陈旧

受到传统应试教育的影响，大部分教师在实际化学授课中侧重知识点的讲授，将大部分时间花费在理论知识讲解与题海练习上。在教材中化学实验教学部分，则通常采用多媒体课件或是传统实验方法进行教学，一方面缺乏实验的规范性，另一方面也不能实现对仿真实验的有效使用[1]。不仅如此，由于课堂时间有限，大部分教师在实验教学时也未给予学生充足的思考时间与自主探究时间。长此以往学生对实验教学的热情被磨灭，自身创新意识的缺乏也导致其学习成绩迟迟无法得到提升，课堂质量也不尽如人意。

（二）缺乏正确的化学观念

高中阶段的学生面临着较大的高考压力，受应试教育影响，部分教师和学生潜意识里认为学习的目的是提高成绩，这就导致在化学课堂中过于重视理论知识的传授，依赖考试大纲制定的教学策略根本无法满足学生的综合性发展需求。所以在课堂中一般都是由教师先行介绍本课的重点内容，将知识点列举到黑板上或大屏幕中，亲自示范它们在不同情况下的应用，带领学生在反复地习题练习中强化记忆，以此便完成了一节课教学。在作业的布置上也是以练习册和试卷为主，针对性练习课堂中出现的专业知识，教师会根据批改后的成绩来判断学生的掌握情况，分数高的人能够获得表扬，表现不理想的同学需要继续依靠习题来提高熟练程度，直至所有内容都能熟记于心。枯燥的方式根本无法激发他们的学习兴趣，机械的练习使得课堂氛围低沉，不能营造活跃的班级环境，久而久之很容易使学生对化学产生抵触情绪。

（三）学生缺少学习主动性

现阶段的高中生大多是独生子女，在日常生活中习惯了有父母的帮忙，所有的事情父母都为学生打点好，不需要他们额外花费时间去完成，导致他们逐渐养成依赖性人格。这样的习惯延伸到学习中便是缺乏主动性，不会自觉地进行化学学习，需要教师在旁边时刻督促才能进入状态。尤其是对于高三的学生而言，没有良好的学习习惯，加上高考压力较大以及步入青春期的情绪变化问题，很容易出现厌学心理，变得更加抗拒化学，无法保证课堂效果。面对这样的局面，家长和教师便会以强硬的方式严格要求他们进行被动式学习，每天按照计划背书、完成习题，大量的任务使其很快产生疲惫感，更加不愿意主动探究化学内容，完全依靠他人的辅助不利于学习质量的保障，从此陷入恶性循环。这些都是缺少主动性造成的，不能在课堂中收获成就感和自信心，在一定程度上也打击了学生的积极性，加上没有良好的学习习惯，课堂效率更加难以提高。

二、数字化实验教学的内涵

现代信息技术和传感技术的发展，为数字化实验室的产生提供了技术支撑。相比传统实验，数字化实验更真实、更具体、更直观地对真实世界进行反馈，尊重实验的科学性。数字化实验系统由数据采集器、系列传感器以及附件所组成[2]。采集器是微处理器控制的智能设备，采集多个电脉冲信号，并转换成数字数据信息理论保存，为现场实验数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证。传感器是一种将测得非电信号转换成电信号，并对该微小的电信号进行放大且按照一定规律输出的器件或装置，目前所有初高中化学实验都有传感器的身影。利用数字化实验来简化实验设备的复杂程度、更好地监控实验过程，保证实验的成功率，降低教师的授课难度，同时也使学生对化学实验具有进一步的认知。

三、数字化实验教学的意义

区别于传统实验教学模式，数字化实验实现了“可视化”，通过传感器实时显示，并通过图像拟合进一步使学生掌握其中理论知识。同时，数字化实验设备简单数据准确，也有效解决了传统实验设备连接复杂、过程容易出现失误、实验结果无法量化分析的问题。不仅如此，数字化实验也同时能持续记录多组实验数据，方便学生观察并分析不同变量对实验结果的影响。在注重科学素养、创新性思维培养的时代下，随着教育信息化的不断发展，数字化实验不仅能提高学生的学习兴趣，同时也能帮助其转变学习方式，引导学生树立正确的价值观念，提升自身分析判断能力[3]。

四、高中化学数字化实验教学的应用策略

（一）加强数字化实验训练，增强学生实践能力

传统教学模式下，实验教学都是由教师主导，学生处于被动学习状态，难以真正激发他们的学习热情。而且这样的方式导致学生并不能很好地理解专业知识的内在含义，也不能灵活运用所学知识解决现实中存在的问题，失去了化学学科的学习价值，死记硬背的方式长久下去很容易造成厌学心理，学生无法在这个过程中收获快乐和自信，他们更加不愿意主动进行研究，何谈数字化实验的操作。因此，教师应充分发挥数字化实验的优势，提升学生的动手实践能力。同时，校方也要结合实际情况开足开齐实验课程，配备相关数字化实验室，组织好基础性实验和拓展性实验，为学生提供良好的数字化实验平台，充分激发其探究意识，在潜移默化中实现实践能力的提升。数字化实验教学也需要教师具备更高水平的职业能力，身为教师也应在实践中进行不断完善，从而提升自身教学质量[4]。

以苏教版高一化学必修第一册《物质的化学计量》一课为例。本课教学目标是使学生了解物质的量，并掌握量与微观粒子之间的关系。在课程开始之初教师可利用“”这组化学方程式进行导入，帮助学生初步构成微观粒子与宏观物质之间存在必然联系的概念。随后教师带领学生前往数字化实验室，利用“电解水”原理引导学生进行实验，并对试管内气体体积的变化进行观察，并根据电解水的化学方程式计算生成氧气和氢气的质量，根据氧气、氢气的摩尔质量来计算物质的量。随后，教师引导学生根据实验进行总结，明确在相同实验条件下，相同温度与压强下H2与O2的体积比为2：1。通过加强数字化实验训练的方式，不仅能提升学生的动手实践能力，同时也使其通过观察直观的化学现象，从而更好地理解现象背后所蕴含的化学知识。以更加直观的方式了解专业知识的内涵，便于日后应用于现实中解决问题，有效保证了教学质量，为化学核心素养的形成奠定良好的基础。

（二）强化与传统实验融合，培育核心素养

高中阶段的学生因年龄的特殊性，身体和心理发育已经趋向成熟，对待一些事情已经有了自己独特的认知，而且依旧对新鲜事物充满好奇心和求知欲，喜欢用“是否有趣”作为判断标准来决定自己对待一件事情的用心程度。化学课堂上如果整体流程精彩有趣，大家便会积极主动投入学习中，相反，课堂枯燥乏味，则很容易出现走神无法专注学习。所以，教师应注重理论知识与实践的结合，激发他们的探究兴趣，以此保证教学质量。数字化实验的专业性较强，对教师的职业素养以及水平能力要求较高，教师应结合实际教学情况进行不断探索实践，并寻找出最优的数字化实验教学模式。数字化实验教学模式的弊端是学生可以借助信息技术的辅助完成分析运算工作，这样的情况下也会导致学生的综合能力发展受到影响。因此，教师在开展数字化实验教学的过程中，应有意识地与传统实验教学相融合，确保二者之间的优势互补，借此帮助学生培育良好的化学核心素养，通过这样的方式有效提升其分析运算能力。

以苏教版高一化学必修一《硫及其化合物的相互转化》一课为例。本课教学目标是使学生认识不同价态硫元素之间的转化。在课程开始之前，教师首先制订明确的教学方案，由认识含硫物质—转化规律—构建知识网络，循序渐进地帮助学生完善知识体系。教师引导学生思考硫元素在自然界中的存在形式有哪几种？随后出示课件为其讲解硫在自然界中的存在形式，并开展实验。结合传统实验教学方式完成硫单质检测，并将数字化实验作为一种验证实验结果的方式，对其性质进行进一步检测验证。通过这样的方式不但能帮助学生及时发现实验过程中出现的数值错误，同时也在潜移默化中提升了学生的实践能力，使其以辩证的眼光来看待事物的化学规律[5]。

（三）开展小组间合作探究，加强协作能力

在教育信息化的背景下，对学生的协作能力以及实践能力具有全新的要求。传统教学模式下，部分教师在组织学生开展实验时，未能以正确的形式进行引导，导致其在实验环节缺乏与他人之间的合作。合作意识以及能力的缺失对学生日后学习产生了消极的影响，因此，教师在开展数字化实验教学的过程中应有意识地引导学生结成学习小组，借助数字化实验积极引导学生参与到学习中来，保证学生的参与性。可以将班级同学划分为若干小组，以五人为一组的模式进行构建，针对教师提出的问题展开研究，每个人都要大胆发表自己的观点和意见，由组内其他成员进行点评。针对精彩的言论要加以鼓励，有疑问的地方应及时向教师请教，待所有人都发言完毕后，经过大家的商量形成统一的答案，派出一名小组代表做总结性发言。教师根据所有小组的意见进行汇总，结合教材和实验中的重点内容进行归纳，帮助他们更全面地理解化学知识，有效保证了教学质量，潜移默化中还培养了他们的团结协作精神。

以苏教版高一化学必修二《化学能与电能的转化》一课为例。本课教学目标是使学生了解原电池的概念，并通过实验总结形成原电池的条件。在课程开始之前，教师可利用“电池的起源”视频引导学生进行观看，帮助其初步构建电流产生的条件概念。随后，教师利用数字化实验引导学生组成小组，就电解水制得氢气和氧气、电解食盐水制得氯气和氢气等实验进行回顾并整理，初步了解电能转化为化学能的因素是因为有电源接入，形成了氧化还原反应。接下来教师鼓励学生以小组的形式将锌（Zn）与铜（Cu）分别插入H2SO4溶液中并观察其变化，Zn片在溶液中表面有气泡生成，而在Cu片中表面则无任何反应。结合公式Zn+2H+=Zn2++H2了解铜不能与稀硫酸产生反应的概念。在课后教师也可针对本课教学内容，引导学生利用其他金属与液体再尝试一下能否生成电解液，组成原电池。通过小组合作的方式不仅提升了学生的探究能力，同时也有助于其合作精神的培养[6]。

（四）创新数字化实验方法，强化知识理解

现阶段部分教师在进行数字化实验教学的过程中，所使用的教学方式仅仅停留在辅助实验教学阶段，并未重视对学生创新能力以及实践能力的培养。一般都是由教师先行介绍本节课的重点内容，针对其制定出的化学实验，将涉及的道具和材料提前准备好带到课堂中。其次，由教师给大家示范操作，要求他们仔细观察实验，并记录发生的不同现象。这样的方式虽然强化了理论知识的运用，但是并没有尊重学生的主体地位，大家没有在亲自练习中加强对内容的理解，仍旧是以旁观者的角度观看，教学效果甚微。这和观看视频演示的实验成效相差无几，实验的本质是锻炼学生的动手操作能力，而不是以这样的方式完成实验课程的学习。这种教学模式不能充分发挥数字化实验的优势，同时也阻碍了学生思维能力的发展[7]。对此，教师可结合教学内容进行实验创新。鼓励学生结合所学化学理论知识进行自主创造，通过这样的方式培养学生形成良好的创新意识，在学习中举一反三，不断探索化学的奥妙。

以苏教版高一化学必修二《金属的冶炼方法》一课为例。本课教学目标是使学生了解不同金属的冶炼方法以及一般原理。金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程。用碳、一氧化碳、氢气等还原剂与金属氧化物在高温下发生还原反应，获得金属单质。教师可首先利用多媒体为学生播放实验步骤，组织学生细致观看。随后，教师鼓励学生组建学习小组，对铜、铝、镁、钠、铁等几种物质进行实验探究，并利用采集器转换成数字数据信息理论。得出热还原法：、高炉炼铁：等冶炼方法公式。同时，在本课知识学习完毕后，教师可提出以下问题：对于金属活动顺序表中不存在的金属应该如何鉴别其冶炼方法？鼓励学生结合元素周期表以及金属活动顺序进行推理分析，在下堂课中进行总结交流。通过这样的方式能够有效提升数字化实验教学的质量，使学生化学核心素养得到有效提升。

（五）分享数字化实验微课，鼓励自主复习

伴随现代信息技术的飞速发展，互联网被广泛应用于各行各业，尤其是处在时代前沿的教育行业，多媒体因其包含着大量的学习资源受到教师的广泛欢迎。而且信息技术手段也能够有效弥补原始课堂中的不足，打破时间和空间的限制，以更加丰富的形式带给学生全新的课堂体验，以喜闻乐见的内容调动他们的积极性，在收获快乐的同时也掌握了专业知识，真正意义上做到寓教于乐。近年来，多媒体教学也被逐渐引入课堂，有效丰富了课堂活动，为后续的深入学习打下坚实基础。微课视频是教育信息化背景下的全新产物，微课以短小精悍的形式着重突出知识难点重点，能够有效促进学生的知识理解与消化。传统教学模式下，大部分教师在课程结束后并未引导学生进行复习与巩固，时间一长学生在脑海中形成的记忆也会渐渐淡忘，这样的形式也在一定程度影响了课堂教学质量。因此，教师可在课堂中利用数字化实验微课带领学生重温知识，引导其在课后观看视频进行自主复习，有效实现课堂教学的延伸，使学生的化学成绩得到提升。

以苏教版高一化学必修一《从微观结构看事物的多样性》一课为例。本课教学目标是使学生能够从同素异形现象中认识到物质的多样性。在课程开始之初，教师可利用多媒体为学生展示足球烯以及碳纳米管的不同单质，引导学生进行思考为什么二者之间的物理性质差别如此巨大？随后，教师利用金刚石与石墨、红磷与白磷设计实验，引导学生发现同种元素不同结构可以相互转化。在课程结束后，教师结合本章学习的知识制作数字化实验微课，在视频中利用数据采集器收集实验数据，并通过传感器进行测定。学生在课后通过观看微课视频，能够有效巩固所学知识，实现课堂教学的延伸。

（六）与其他学校资源共享，拓宽交流渠道

在信息技术不断发展的背景下，数字化实验教学对高中化学起到了重要的促进作用。身为教师应不断提高自身业务素养，加快知识更新的脚步，为学生拓宽交流渠道，建立与其他学校资源共享的平台，实现资源时效性、全面性。校际合作俨然成为教育信息化背景下促进教学质量提升的有效手段，因此教师可与其他学校优秀教师进行沟通，开展联动，促进资源共享，借此提升教学水平[8]。可以利用多媒体设备搜集与本课有关的重点内容，在备课环节充分考虑到学生的基本学习情况和发展需求制定教学策略。同时，在网络上查询其他教师的授课视频，虚心学习他们的长处，对比自己的方案找出不足的地方并加以改正，为学生创造良好的学习条件。通过这样的方式有效拓宽了交流渠道，了解到不同教师的讲课风格和内容上的差别，以此提高自身的综合素养，在这个过程中发现别人的闪光点和自身有所欠缺的地方，在互动中促进彼此的共同成长。

以苏教版高一化学必修一《海洋化学资源的综合应用》一课为例。本课教学目标是使学生了解海洋资源并树立良好的资源保护观念。在课程开始之初，教师可利用多媒体进行导入，引导学生进行思考：海洋中都有哪些资源？接下来，教师利用思维导图划分出海水中含有的物质以及人类的利用，并为学生出示其他学校教师所制作的数字化实验微课视频，引导其进行观察掌握海水制取镁的步骤，并了解海水中所蕴含的多种元素。最后，教师可为学生搭建交流平台，鼓励学生在平台之中与其他学校的同学进行互动，并以“海水淡化”为主题，利用所学化学知识开展讨论。通过这样的方式拓宽交流渠道，使学生的思维能力得到充分发展，同时也能为数字化实验教学的发展提供更多理论支持。

结束语

综上所述，化学实验是高中化学教学的重要组成部分。随着社会的进步，教育信息化背景下数字化实验教学模式应运而生。身为教师应以辩证的眼光看待问题，在社会信息化的带动下，充分发挥数字化实验优势，帮助学生提高实践能力，在潜移默化中培育其养成良好的化学核心素养。

参考文献

[1]石爱香.信息技术背景下高中化学“教学评”一体化实验案例设计研究[J].高中数理化，2020（S1）：82-83.

[2]王玲玲，丁娇阳，余腾.“数字化实验”在信息技术推动和教学改革中的价值分析[J].中学教学参考，2020（35）：63-64.

[3]哈尼柯孜·阿卜杜瓦伊提.探析信息技术与高中化学教学深度融合[J].新课程，2020（42）：168.

[4]唐永.信息技术背景下高中化学探究性教学思考与研究[J].安徽教育科研，2020（16）：105-106.

[5]李君.探究传感器技术在高中化学教学中的应用[J].数理化解题研究，2020（24）：71-72.

[6]池善炉，唐燕明.基于核心素养下的高中化学智慧课堂的创建[J].基础教育论坛，2019（35）：14-15.

[7]叶锦江.高中化学实验改进与创新研究[J].新课程（中），2019（11）：180.

[8]杨成.DIS数字化实验系统在高中化学探究实验中的应用研究[J].科学大众（科学教育），2019（9）：22.