数字化实验在高中化学必修实验中的应用研究

数字化实验在高中化学必修实验中的应用研究

郑玉微

镇海区龙赛中学宁波

论文摘要：本文介绍了数字化实验的特点及意义，统计了适合开展数字化实验的苏教版高中化学必修实验，并分析了数字化实验在高中化学必修实验中的三个应用案例，最后探讨了教师在寻求数字化实验与高中化学必修实验融合过程中要关注的几个问题。

关键词：数字化实验高中化学必修实验

数字化实验的应用特点及其意义

数字化实验，主要指在传统实验的基础上利用传感器、数据采集器和计算机（含配套软件）进行的实验，并对数据进行准确的分析。数字化实验基本设备如图：

中学化学实验常用的传感器的类型有:压强传感器、传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、温度传感器、湿度传感器、常见的离子传感器、电流、电压传感器等。数据采集器的作用是将来自传感器的数据进行采集, 通过接口传送到计算机显示、存储、分析。使用时仍需要与传统的实验仪器配合，才能获取信号并转化。

实验在化学学科中占有重要的地位，在化学教案中实验教案是最生动的、最能引起学生兴趣的教案形式，它有利于帮助学生联系生活生产实践，创造真实的、生动的、活泼的活动情境，有利于学生化学学科素养的全面养成。因此高中化学必修实验改革是新课程改革的召唤，每个学校都要积极开展必修实验创新，争取实验效果最大化。随着现代教育技术的推进，数字化实验在教案中体现出较大的优势，将微观事物通过软件等信息技术清晰地展现，能让学生掌握微观变化的原理，使学生在学习过程中能够对微观的原理和变化有更为深刻的理解，并对变化产生感性的认识，而这是传统实验无法办到的。由于高中化学多数实验现象不明显，或实验耗时过长不易观察到明显的变化，而应用数字化实验就很好地解决了这一难题，如利用氧气传感器，可以直接从图像上感受氧气的变化。利用分光光度计，能将肉眼很少捕捉的光读取，并借助于专门的软件将图像表现出来，数字化实验对于做图和处理数据这种要求高的难题，也能轻松解决。

南京师范大学马宏佳教授曾说过：“数字化实验的意义和价值在于它是感官的延伸，能见原先之不可视，听原先之不能闻，触原先之不宜碰；它表征多元化，有图形，表格等；它数据可靠，既准确又实时；还有处理科学性，有斜率求算，曲线拟合，积分，统计等。”高中化学教师可以根据教案实际将数

字化实验和传统实验有机结合起来，积极开展数字化实验在高中化学必修实验中的应用研究，创造性地进行实验教案。

数字化实验的理论基础

建构主义理论

建构主义理论认为教师要鼓励学生去质疑、主动建构知识。它认为学生在探究性学习过程中实现有意义的建构就要先理解现象的本质及内涵，这就需要教师在教案过程中创设具体、生动的学习情境，激发学生的学习兴趣，让学生共同探索新知识。数字化实验能够创建良好的教案情境，有利于促进学生自主探究。

信息加工理论

信息加工理论认为信息加工模式分为四个阶段：注意刺激、信息编码、存储信息、提取信息。当感官接收到外界的学习信号的刺激时可以进行筛选并形成短时记忆，之后进行组织编码和精细加工，成为长期记忆并储存。数字化实验能够提供真实、丰富的教育信息资源，为学生创造良好的学习环境，实验结果可以进行多种显示，有利于增强学生的编码、形象记忆，便于学生进行知识的迁移和应用。教师可以利用数字化实验进行探究式教案，使学生真正体验到探究的乐趣和有效性。

数字化实验在高中化学必修实验中的应用研究

适合开展数字化实验的高中化学必修实验

数字化实验是根据采集的数据进行分析得出实验结论，注重学生的实验探究过程；传统必修实验则是对结果进行分析，注重具体操作和仪器的使用方法，根据现象得出结论。它们都具有各自的优势，如果高中化学教师能把两种实验结合起来，就能最大限度地发挥实验的功效，提升化学课堂效率。

表苏教版必修实验内容

实验名称适合使用数字化的实验

必修一

.胶体的性质

.萃取、分液、蒸馏

.常见离子的检验适合

.配制一定物质的量浓度的溶液

.电解饱和食盐水适合

.氯气的制取、性质

.氯水的性质适合

.溴、碘的提取

.钠的性质适合

.碳酸钠的性质适合

.碳酸钠与碳酸氢钠的比较适合

.强、弱电解质适合

.镁的性质适合

.铝的性质适合

.氢氧化铝的两性

. 与的转化

.印刷电路原理

.二氧化硫的性质适合

.浓硫酸的性质适合

.氨的性质适合

.铵盐的性质

.硝酸的性质

必修二

.钠、镁、铝的金属性强弱

.镁、铁与盐酸反应快慢的比较

.影响过氧化氢分解反应速率的因素适合

.化学反应的限度适合

.化学反应中的热量变化适合

.化学能转化为电能（铜锌原电池）

.化学能转化为电能（自制氢氧燃料电池）适合

.电能转化为化学能（电解饱和氯化铜溶液）

.甲烷的性质实验

.石油的蒸馏

.乙烯的性质实验适合

.苯的性质实验

.乙醇的性质实验

.乙酸的性质实验

.肥皂的制备实验

.糖类的性质

.蛋白质的性质

通过上表统计可以看出，笔者认为适合开展数字化实验的苏教版高中化学必修实验共有个，在这些实验中，数字化实验与传统的必修实验实验方法相比都有哪些优点？数字化实验系统的主要特点和优势是能够高密度、高精确度的采集实验数据，自主生成函数图像，借助拟合功能对图像进行巧合分析。在实验方案设计时，必须关注实验的目的。若实验注重的是实验数据采集和数据分析、探究规律关系，就可以结合数字化实验开展教案。笔者通过自己的教案经验以及借鉴他人的观点，对三个传统高中化学必修实验方案和数字化实验方案进行整理研究。

数字化实验在高中化学必修实验中的应用案例研究

氯水的光照分解

在平时上课中，很多老师不做这个实验，因为氯水见光分解实验需要很长的时间，大约一整天才有明显的气体产生，这不仅浪费了学生的积极性，也不利于学生的观察。遇到有公开课时，很多老师在圆底烧瓶上接根弯曲的玻璃导管，在导管中放红墨水，如果观察到红墨水不褪色，位置移动说明产生的气体为氧气不是氯气，但是因为这个装置受手指体温和摇晃的影响很大，所以红墨水位置移动不一定能说明有氧气生成。

运用数字化实验，数据采集器同时接入氧气传感器和传感器，可以同时采集氧气含量的变化和的变