数字化实验在化学教学中的渗透

——化学数字化实验教学应用成果交流与培训有感

合肥八中   聂小琴

2019年3月15~17日，本人和同校葛子刚主任，王小勇老师一起参加了2019年化学数字化实验教学应用成果交流与培训活动，本次活动由中国教育学会化学教学专业委员会和化学《教与学》杂志社主办，地点在上海交通大学附属中学。我们15日下午5点半抵达了上海报到。16日一整天在交大附中蘅仲楼报告厅进行2019年全国化学数字化实验教学应用成果交流与展示，共有26项作品。17日上午由交大附中尤颖欣老师带来了一节数字化实验教学应用展示课；华东师大附属东昌中学唐增富特级教师作报告：数字化实验促进学生成长和教师发展；上海市教研室徐睿特级教师报告：中学实验现代化的实践与探索。通过这两天的学习，我们收获很多感慨很多，同时通过这次学习，我更加明确了我教学的方向——一刻不能松懈，紧跟时代的进步，不断学习，不断丰富自己，借助先进的技术不断完善化学教学。

一、数字化实验的概念

数字化实验简称DIS（Digital Information System的缩写），即数字化信息系统，由“传感器＋数据采集器＋计算机（含配套使用的通用和专用软件）”构成的能够定量采集数据，并以图表的形式清晰、明确呈现出来的现代化的新型实验技术手段。该数据采集器可实现采集器与电脑的连接，又可以进行独立的数据采集，具有内置内存，可以保存实验文件，可自动识别各种传感器和自定义传感器功能。配备的传感器可以检测温度、压强、电压、pH、电导率、氧气、二氧化碳、湿度等物理量，支持对相关化学反应的监测，现已应用于高中教学中。

二、数字化实验的优点

1、优化教学过程，提高教学效率

将数字化实验带入课堂，充分体现了现代信息技术与化学教学的深度融合。数字化实验可以将化学反应和现象的本质转化为可监测的信号，从而帮助老师学生更深入地研究化学现象和反应的本质和规律，具有先进、便捷、实时、准确、综合、直观等显著特点。使用化学数字化实验系统可以优化部分常规实验，降低教学难度；可以帮助解决一些常规实验手段不能解决的问题，为中学化学引入一批定量实验，是对常规实验手段的重要补充。例如这次展示作品中，华东师范大学附属东昌中学唐增富老师和含山县第二中学杨芹老师对乙醇催化氧化产物检验的研究，出于实际教学中，这个实验在中学有机化学中占有很重要的地位，教材中实验操作时，现象不明显，不够环保，两位老师结合数字实验进行改进，优化了传统实验，有利于课堂生成。还有扬州市新华中学陈云老师展示了常温下钠在空气中反应的实验设计研究，钠在常温下的反应是物质转化的一个重要知识点，陈老师通过数字实验，运用氧气传感器和二氧化碳传感器将反应的微观变化以数据的变化呈现出来，解决了常规实验现象无法解释的问题。若将这些作品带入课堂，用于同步教学，必然会使化学教学课堂更生动，更能激发学生学习化学的兴趣。

2、因“实”制宜，优势互补

中学化学数字化实验应与传统实验进行合理统筹安排。中学化学数字化实验主要是从具体实验数据分析归纳实验结论，侧重于实验过程中的探究过程和思维能力的培养，而传统实验往往只是对结果作定性分析，侧重于实验过程的具体操作、常用仪器的使用规范和用途、实验现象的细致观察以及从现象分析结论，应该说各有优势。把数字化实验和传统实验有机的结合在一起，将是最理想的教学状态。例如交大附中尤颖欣老师的展示课——强电解质、弱电解质。整节课中用了传统导电性实验——向水中加入冰醋酸有电流产生，进行了pH测定实验——测一定浓度盐酸的pH，后又利用电导率传感器进行数字实验——将冰醋酸加入水中，导电率先增大后减小，定量分析得出结论：H+浓度先增大后减小；再次用利用电导率传感器进行数字实验——升高温度，醋酸溶液导电率变化，结果却是减小，与理论分析相矛盾，遵循实验事实，补充理论知识，帮助学生理解弱电解质概念及平衡思想。只有将中学化学数字化实验与传统中学化学实验配合使用,才能充分发挥各自的优势,取长补短、相得益彰。

3、学习信息技术，师生共成长

中学化学数字化实验系统对学生的发展能够起到积极作用，增进学生对化学现象和原理本质的认识，提高学生分析问题、解决问题的方法和能力，有利于发展学生的创新精神和实践能力。在教学中使用中学化学数字化实验系统，对提高中学化学教学的现代化水平和教师专业素质发展都具有积极的作用。由数字化采集设备、局域网、计算机终端、计算机辅助教学系统及多媒体技术组成的中学化学数字化实验室，促使产生新的课堂教学模式，使课堂实验的“教”与“学”合二为一，是一种以学生为“主体”，教师为“主导”的新型教学方式。例如合肥工业大学附属中学鹿钰锋老师指导，由九年级学生周禾等展示的利用溶解氧传感器、温度传感器、氧气浓度传感器探究氧气水溶度的影响。学生根据所学知识温度、压强等外界因素会对气体在水中的溶解度产生影响。提出猜想，并通过实验验证猜想。学生根据电脑描绘的这一数据变化，分析得出结论，并结合结论将其应用到生活中，为生活中水溶解氧不足提出解决措施。再如海口市第四中学李燕老师、郑媚老师指导，吴虹学生展示的运用手持技术协助探究过氧化钠与水反应后体系褪色原因。这一案例在教学中具有重要价值和意义：帮助学生构建研究物质变化的一般实验模型；培养学生证据推理的意识，通过设计实验方案，用控制变量、排除干扰等实验方法，提高学生实验分析能力，培养学生收集证据，用证据推理的能力；通过数字化实验的运用，有助于让学生认识的数字化实验在探究活动中的重要作用。

华东师大附属东昌中学唐增富特级教师作的报告：数字化实验促进学生成长和教师发展。唐老师从他自身经历出发，讲述了他的多个学生案例，充分利用数字实验进行研究性学习，开展课外探究，使学习效率提高；综合素质评价上线人数增多；有数名学生在上海市青少年科技创新大赛获奖，成为上海市青少年明日科技之星，上海市青少年科技创新实践工作总站优秀学生。数字化实验的使用，也促使唐老师自身专业发展，如发表很多篇论文，数字实验比赛、全国实验教学说课比赛获奖，专业晋升，成为现在有知名度的特级教师。

这次学习，让我充分认识到自己的不足，时代在进步，作为教师的我应紧跟时代的步伐，不断学习，不断进步，学习理论，落到实处，只有拥有了更丰富的知识，才能更好地服务于教学。我会努力成为具有现代化教育理念能够善用教育技术的新型教师。