“双新”背景下高中化学数字化实验教学实践

“双新”背景下高中化学数字化实验教学实践
作者：王欣磊
来源：《天津教育·上》2024年第02期
数字化实验不仅具有可量化、动态曲线等特点，而且具有同步录像、远距离传输、反复播放等优势，能够为学生开展化学研究创造良好的环境。

在新课程、新教材的背景下，高中化学教师应当积极探索新的教学方式，为学生化学核心素养的成长创造良好的条件。

化学是一门以实验为基础的科学课程，因此教师要重视对化学数字化实验的研究，为高中化学教育改革的良性发展注入活力。

当前，随着数字化教学改革的深入落实，化学数字化实验受到了广泛关注，而从实际情况来看，实施效果远没有达到“双新”要求，需要引起教师重视。

一、“双新”背景下高中化学数字化实验的实施意义
（一）丰富探究经历，促进能力进阶
在以往的高中化学实验教学中，由于实验难度较大、实验材料不充足等原因，学生获得的科学探究经历较为匮乏，无法真正理解实验思想以及实验技能的使用方式，给学生实验设计能力、操作能力、分析能力等综合能力的发展带来了极大限制。

而借助数字化实验的展开，则能够极大降低化学实验操作难度和危险性，让学生在有限的资源辅助下获得充实的科学探究经历，为化学探究能力的发展创造良好的环境。

同时，数字手段的使用能够使学生的创新思维获得发展，让学生更好地体会科技发展的价值，增强学生参与科学探究的动机。

（二）满足个性需求，挖掘学习潜能
数字化实验操作方式更简便，并且强调学生之间的交流讨论，能够有效改变学生被动学习的状态，让每一位学生都可以按照自己的思想展开讨论，增强了学生在教学活动中的自主性，挖掘出学生的学习潜能。

（三）激发实验兴趣，增强参与动机
兴趣是发展学生学科素养的重要因素，在以往的高中化学实验教学中，学生大多只能按照固定的步骤进行操作，缺乏科学探究体验，对化学知识的探索兴趣也不强烈。

而借助数字化实验的使用，则可以为学生创造开放的探索空间，促使学生积极猜想、设计、验证和讨论，让学生真正体会到化学探究的乐趣，激发学生对化学实验探究的兴趣。

二、“双新”背景下高中化学数字化实验中存在的不足
在新课标、新教材背景下，高中化学数字化实验教学要关注学生学科素养的发展，让学生在数字手段的支持下经历科学探究的完整过程，进而提升综合素质。

而当前的教学中还存在以下问题：
一是教师采取的教学方式比较单一。

当前，部分教师仍然受应试教育思想的影响，在数字化实验教学中不关注学生对化学现象的深入探究，将教学目标限制在学生对学科知识和技能的记忆上，采取的教学方式仍然以讲授为主，较少组织学生展开设计实验、交流讨论、成果迁移等活动，导致学生的探究体验不理想，没有充分发挥数字化实验的育人价值。

二是采用的数字化实验教学内容缺少与学生生活之间的关联。

为了增强学生解决问题的动机，促使学生积极主动地参与到数字化实验中来，教师有必要加强实验教学与学生现实生活之间的关联，促使学生结合自己的生活经验展开观察、猜想等探究活动。

而在实际教学中，教师选取的教学内容大多缺乏与学生生活之间的关联，导致学生难以产生积极的探究兴趣。

三、“双新”背景下高中化学数字化实验策略
（一）重视情境创设，增强探究意识
化学数字化实验的目的是让学生在科学探究中了解知识、掌握技能、提升能力，实现学科素养的发展。

因此，教师要创设有助于学生自主学习的教学环境，让学生主动地参与科学探究，对如何使用数字技术解决问题产生思考。

情境创设的方式能够有效增强教学内容与学生现实生活之间的关联，促使学生产生多角度思考，有助于数字化实验教学的深入开展。

例如，教师组织学生开展主题为“火焰的温度究竟有多高”数字化实验探究活动，本次数字化实验的目的是帮助学生熟悉实验室中常见的加热装置，增强学生的科学探究意识。

为了激发学生的探究兴趣，教师使用了情境创设方式，向学生提出问题：“在实验室进行化学实验时，经常会使用加热装置。

今天，小明正在实验室进行实验，老师要求他蒸馏出沸点在150°左右的馏分，但是小明不知道应该如何做，大家知道这个问题怎样解决吗？”从情境出发，引导学生分析实验室中常用的加热装置，学生可以发现一共有三种经常用到的加热装置，分别是蜡烛、酒精灯以及酒精喷灯，因此提出要验证的内容：探索三种加热装置哪一种火焰温度更高。

如此，借助情境创设，能够让学生体会到解决问题的必要性，促使学生基于自己的生活经验展开思考，有助于学生深入参与数字化实验。

又如，教师组织学生展开主题为“制备‘娇气’的氢氧化铝”数字化实验活动，为了使学生带着兴趣参与实验探究，教师使用小故事创设情境，让学生知道氢氧化铝是一种十分“娇气”的物质，无法在很多环境下独立存在，从而引发学生好奇心，引导学生对氢氧化铝的性质是什么、如何制备氢氧化铝产生思考，为学生的数字化实验参与奠定良好的基础。

在创设情境的过程中，教师在激发学生兴趣的同时要重视启发学生思维，让学生能够将自己的科学探究经验、生活经验与新的问题关联在一起，进而获得更好的情境创设效果。

（二）鼓励自主设计，锻炼实验技能
在“双新”背景下，教师应建立以学生为中心的教育思想，关注学生自身潜能的释放。

因此，在数字化实验教学中，教师可以组织学生开展自主设计实验方案的活动，让学生学会综合运用自己掌握的实验探究方法，锻炼学生的实验技能。

在这一过程中，教师应积极引导学生之间交流合作，碰撞出思维的火花，使创新思维获得发展。

例如，在主题为“美丽的喷泉”数字化实验教学中，学生需要利用氨气易溶于水的性质制作美丽的喷泉，在这一过程中要用到压强传感器。

为了提升学生的科学探究素养，教师组织学生开展自主设计实验方案的活动。

首先，教师将学生分成几个小组，向学生介绍实验目标：使用压力传感器，利用氨气的性质来制作美丽的喷泉。

其次，为了打开学生思维，教师让学生在班级内自由讨论，说出自己的看法。

在这一过程中，由于学生还没有经历解决问题的过程，因此给出的思路大多實用性较低，但是通过这样的讨论，有助于学生形成乐于实践的意识，助力学生科学素养的发展。

再次，在学生有了初步认识后，教师再让学生在小组内交流讨论，对以下问题进行深入探索：氨气的哪些性质可以用于喷泉制作？压强传感器在本次实验中的作用是什么？需要用到哪些实验器材？实验过程中需要注意的问题是什么？学生需要对这些问题进行深入讨论，并基于讨论结果制作一份具有可操作性的实验方案。

最后，教师引导学生展示设计的实验方案，让全班学生共同进行深入讨论，最终明确了实验方案：第一，确定实验原理，需要用到氨气易溶于水的性质，烧瓶内的氨气溶于水之后会与外界的大气产生大气压，将水挤到烧瓶中，从而形成喷泉；第二，确定实验中需要使用的素材，包括压强传感器、数据采集器、圆底烧瓶等；第三，确定实验操作步骤，一是组装实验装置，将适合的药品放入装置中，二是使用压强传感器和数据采集器收集数据，观察压强的变化，将微观现象与宏观现象联系在一起。

如此，让学生自主探索数字化实验方案，能够有效改善学生被动的学习状态，锻炼学生的科学探究能力，加深学生对实验过程的认识，激发学生对实验的兴趣，促进学生综合素质的提升。

（三）亲身经历探究，促进能力发展
“双新”背景下，高中化学教师要为学生创造充足的自主发展空间，因此在数字化实验教学中，教师要注重引导学生亲身经历完整的科学探究过程，让学生正确理解实验中涉及的思想以及需要注意的事项，有效发展学生的分析能力和观察能力。

在这一过程中，教师应起到引导作用，基于学生科学探究的需要，适当地为学生提供学习支架，帮助其更好地参与到科学探究中去。

例如，教师引导学生使用数字化技术探索析氢腐蚀和吸氧腐蚀的临界pH值，让学生对电化学腐蚀的实质形成更深刻的认识。

在本次数字化实验教学中，主要用到了PH传感器、气体压力传感器、氧气传感器等数字手段，需要用到的实验试剂包括铁粉、碳粉等。

为了让学生获得更充实的实验探究经历，教师将学生分成几个小组，为其提供充足的实验工具以及学习任务单，让学生按照以下方式展开实验探究：
一是展开小组内交流讨论，分析实验原理，制作更完善的学习任务单。

在本次实验中，主要运用了金属的电化学腐蚀相关原理，需要学生将电化学与压强等知识相关联，对科学现象进行全面分析。

二是给予学生充足的时间进行实践探索，让学生经历完整的实验探究过程。

在探究中，学生需要使用高纯铁粉和碳粉的混合物来代替铁钉，将准备好的实验材料放入酸性体系中，模拟金属受到腐蚀的场景，在这一过程中不断向装置中滴加碱性溶液，从而调节电解质的酸碱性，要使用各种传感器以及数据采集器来收集信息，连续测定。

三是在学生有了充足的实践体验之后，教师引导学生展开交流讨论活动，让学生对析氢腐蚀和吸氧腐蚀交替发生的临界pH值进行分析，进一步思考其中的科学原理。

总之，教师要注重改变以往教学中过于强调知识灌输的教学方式，为学生创造充足的自主探索空间，让学生亲身经历从提出问题到解决问题的完整过程，进而充分锻炼学生的能力，提升学生的化学学科素养。

（四）加强实验归纳，完善逻辑认识
在数字化实验中，由于学生获取信息、科学探究的方式更加便利，导致一部分学生容易产生惰性心理，无法较好地理解结论生成的过程，为学生科学素养的发展带来了阻碍。

因此教师要注重培养学生良好的化学学习态度，强化学生的科学探究意识，让学生养成追根究底的科学探究习惯。

在学生获得充足的实验探究体验之后，教师要重视学生对实验现象的归纳总结，鼓励学生从多个角度分享自己的发现，在大胆质疑、主动分享中对科学现象形成更加完整的认识，获得更好的科学探究体验。

一方面，在学生开展实验探究的过程中，教师要重视对学生实验过程的观察，深入挖掘课堂生成性资源。

高中生的科学探究能力还不完善，在数字化实验中会出现较多错误，包括对数
据的处理不到位、使用的材料不合理、态度不专注等。

因此教师要重视起对学生的观察，发现学生在学习中存在的问题，之后对学生进行必要引导，帮助学生完善认识。

例如，在“为何双氧水擦拭伤口时反应更加剧烈”這一数字化实验教学中，教师通过对学生的观察，发现部分学生存在照搬学习任务单结论、缺乏自己见解的问题，因此使用提问的方式引导学生回顾科学探究过程，让学生认识到自己的问题，学会用科学的方法获取知识，改变学生死记硬背的学习方式。

另一方面，教师要注重营造开放的学习氛围，鼓励学生质疑。

在学生完成科学探究之后，教师要注重及时引导学生分享自己的收获，并鼓励学生发表自己的观点。

针对学生的质疑，教师要鼓励学生之间相互帮助，共同解决问题，从而促使学生在思维碰撞中对实验过程和实验结论产生更加深刻的认识。

此外，教师在数字化实验教学之前应当做好教学预设，加强对学生学情的分析，深入了解学生的认知规律，从而在教学中给予学生更具有针对性的指导，促使学生获得完善的数字化实验探究体验。

同时，教师要善于使用过程性评价的方式强化学生的学习态度，让学生积极参与到实验分析中来。

四、结语
在高中化学教学中开展数字化实验教学活动，符合“双新”教育思想，有助于学生对化学现象的深入探索，加深学生对化学本质的认识，促进学生化学观念、科学探究、科学态度等素养的发展，实现核心素养育人目标，从而提升高中化学教学质量。

因此，教师要重视对数字化实验教学的开发利用，解决传统实验教学中效率低、学生参与度不高等问题，让学生在数字化实验的积极参与中完成对化学知识的有效构建，提升高中化学教学质量，促进学生化学综合素养的发展。

（宋行军）。