数字化实验教学对学生高阶思维的培养——以“暖宝宝”中铁粉生锈为例

数字化实验教学对学生高阶思维的培养——以“暖宝宝”中铁粉生锈为例
随着科技的不断发展，数字化传感器的应用越来越广泛，已经成为现代化教
学的重要组成部分。

数字化传感器可以采集和处理各种物理量和化学量的数据，
帮助学生更好地理解和掌握知识，也可以培养学生的实验能力和创新思维。

数字
化传感器实验教学已经成为现代化教学的重要手段，受到越来越多教育工作者和
学生的关注。

数字化实验信息系统主要由三个部分组成，分别是传感器、数据采集器和信
息处理系统。

初中化学实验以定性实验和半定量实验为主，主要是培养学生分析
实验现象和归纳实验结论的能力，而如何使学生科学地感知与建构化学教学中的
抽象概念、培养是一个难点。

数字化实验和传统实验相比，可使实验从定性升华
到定量，通过数字化实验将“不可视”的化学反应呈现出来。

其中传感器是核心，例如气体浓度传感器、气体压强传感器、温度传感器、pH传感器、电导率传感器，使用这些传感器可以将化学反应过程中相关参数的变化快速转换成图像，结合图
像分析可以加强学生对反应原理的认识，锻炼运用化学术语和文字解释实验现象
的能力。

精细的数字曲线元素的呈现给学生分析问题提供了更加直观的证据，数
字化工具的使用不仅可以增强课题的创新性，更有利于培养学生高阶思维能力。

将数字化实验作为认知工具，有助于学生克服抽象概念学习中的认知难点，
实时、直观的数字化实验使抽象概念具体化，降低了知识的理解难度。

从定性到
定量、从表象到本质、从质疑到探究，数字化实验架设起课程设置与化学课堂教
学实践联通的桥梁。

一、教学实践
《金属资源保护》是人教版九年级化学第八单元课题3第二课时，主要介绍
金属锈蚀的条件以及防止金属锈蚀的简单方法。

本节课是在学生已经学习了铁生
锈的条件之后，为了使学生更好掌握相关知识，对复习课进行了改进，对铁生锈
进行了拓展与应用。

本节课主要是采用数字化的仪器对铁生锈过程中的相关参数
变化进行了测试，可以使学生在加深原理理解的同时又为今后科学探究奠定基础，有利于培养学生高阶思维。

二、数字化传感器的基本原理和应用
数字化传感器是一种可以采集和处理各种物理量和化学量的数据的设备，可
以将物理量和化学量转化为数字信号，然后通过计算机进行处理和分析。

数字化
传感器的基本原理是将物理量或化学量转化为电信号，然后通过模数转换器将其
转化为数字信号。

数字化传感器有很多种类型，如温度传感器、氧气传感器、压
力传感器、湿度传感器等，可以广泛应用于各个领域，如工业、医疗、环保、农
业等。

数字化传感器在教学中的应用主要有以下几个方面：
1.实验教学：数字化传感器可以用于各种实验教学，如物理实验、化学实验、生物实验等。

通过数字化传感器的数据采集和处理，可以让学生更好地理解和掌
握实验原理和实验过程。

2.科研训练：数字化传感器可以用于科研训练，如数据采集、数据处理、数
据分析等。

通过数字化传感器的应用，可以培养学生的科研能力和创新思维。

3.综合实践：数字化传感器可以用于各种综合实践，如环保、农业、医疗等。

通过数字化传感器的应用，可以让学生更好地了解和掌握各个领域的知识和技能。

三、数字化传感器实验教学对学生高阶思维的培养作用
数字化传感器实验教学可以培养学生的高阶思维能力，如分析、判断、推理
和创新等。

以“暖宝宝”中铁粉生锈为例，阐述数字化传感器实验教学对学生高
阶思维的培养作用。

1.实验设计
实验教学过程
①情境引入：复习教材上的探究铁生锈条件的实验。

②拓展探究：采用数字化的仪器对铁生锈过程中的相关参数变化进行测试。

③总结归纳：通过实验探究铁生锈过程中氧气浓度和温度的变化，复习铁生
锈的条件，并强化学习化学的科学方法。

在实验设计中，学生需要考虑铁粉生锈的机理和过程，确定实验方案和实验
步骤。

学生需要进行分析和推理，确定温度和氧气浓度传感器的使用方法和数据
处理技巧。

在实验设计中，学生需要运用高阶思维能力，如分析、判断和创新等。

在“暖宝宝”中铁粉生锈的实验中，学生需要对虚拟环境中的实验装置进行
操作，调整实验参数，观察实验结果，从而掌握实验操作技能。

同时，数字化实
验还可以提供虚拟实验的多次重复机会，让学生在减少错误和消除干扰的情况下，更好地掌握实验技能和方法。

2.数据采集和处理
在数据采集和处理中，学生需要运用数字化传感器的技术和方法，采集和处
理实验数据。

学生需要进行数据分析和数据处理，确定铁粉生锈的机理和过程。

在数据采集和处理中，学生需要运用高阶思维能力，如分析、判断和创新等。

在
实验过程中，使用数字化传感器可以准确地测量和记录铁粉氧化后产生的热量、
温度等数据，这些数据可以用来比较不同环境条件对“暖宝宝”发热效果的影响。

通过数据的分析和讨论，学生可以更深入地了解问题的本质和解决方案，从而提
高他们的创新意识和解决问题的能力。

最后，数字化传感器实验教学也可以促
进学生之间的合作和交流，提高他们的团队协作能力。

3.实验结果分析
在实验结果分析中，学生需要对实验结果进行分析和总结，确定铁粉生锈的
机理和过程。

学生需要进行数据分析和数据处理，确定实验结果的可靠性和有效性。

在实验结果分析中，学生需要运用高阶思维能力，如分析、判断和创新等。

在实验操作和数据分析过程中，学生需要互相协作并分享彼此的观察结果和分析
结论，以便更好地完成实验任务。

通过这种合作和交流，学生可以更好地理解和
包容他人，从而提高他们的团队协作能力和沟通能力。

四、数字化传感器实验教学的意义和价值
数字化传感器实验教学可以促进学生的综合素质提高，培养学生的实验能力
和创新思维，提高学生的科研水平和综合素质。

数字化传感器实验教学可以让学
生更好地了解和掌握现代科技的应用，培养学生的实践能力和创新思维，为学生
的未来发展奠定基础。

数字化传感器实验教学还可以促进教育教学改革，推动教育教学的现代化和
智能化。

数字化传感器实验教学可以让学生更好地了解和掌握现代科技的应用，
培养学生的实践能力和创新思维，为教育教学改革提供有力支持。

虽然数字化传感器实验教学在培养学生高阶思维方面具有一定的优势和作用，但同时也存在一些不足之处。

例如，在实验设计和操作过程中，学生需要具备一
定的基础知识和实践经验，否则可能会出现不当的操作或者数据分析错误。

此外，数字化传感器实验设备价格较高，有时也会给教学带来一定的经济压力。

未来，我们可以通过以下探索和创新来改进数字化传感器实验教学方法：
1.积极推广数字化传感器实验教学方法，加强教师对实验教学的培训和指导。

2. 加强实验前的基础知识教育，并提供必要的实践操作指导和技巧培训。

3. 在实验过程中鼓励学生积极讨论和合作，提升他们的团队协作和
沟通能力。

4. 利用现代化技术手段，例如虚拟实验、在线教学等方式，推广数字化传
感器实验教学方法，降低实验设备的价格和使用门槛。

五、数字化实验教学的优化建议
（1）优化实验平台和设备，提高操作便捷性。

数字化实验教学需要对实验
平台和设备进行优化，以提高操作便捷性和学习效果。

例如，合理设置实验界面、
功能按钮等，提高实验设备的网络稳定性和速度，减少学生在操作时的误操作和操作困难。

（2）注重实战体验，提高学生实验操作水平。

数字化实验教学应注重实战体验，提高学生实验操作水平。

例如，设置适当难度的实验内容，提供实验操作指导和实验验证，加强实验与理论知识的结合，提高学生对实验结果的分析和理解能力。

（3）加强实验教学质量检查和评估，提高实验教学质量。

数字化实验教学需要加强实验教学质量检查和评估，以提高实验教学质量。

例如，设置针对性强的考核手段，关注学生对实验操作的理解和掌握，关注学生的实验报告质量和实验结果的分析和处理。

六、总结
数字化实验教学是一种先进的教学方式，在探究性、探究性、实践性和启发性等方面具有优势，可以提高学生的学习效率和质量，培养学生的创新精神和高阶思维能力。

然而，数字化实验教学也存在一些问题，如操作难度大、设备要求高、与真实实验存在偏差等。

因此，数字化实验教学需要进一步优化，在保证教学质量的同时，更好地发挥数字化教学的优势，促进学生全面发展。