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数字化实验在中学化学教学中的应用研究

发表时间：2021/2/4 来源：《中国教师》2021年3月作者：周伟琴

[导读]

周伟琴江苏省宜兴市丁蜀高级中学 214121
中图分类号：G688.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1672-2051（2021）03-192-01

        一.数字化实验的理论基础
        1.1数字化实验系统
        数字化实验是物理或化学课程的学生应用传感器来进行实验的一门实践技术，它是以计算机为应用基础，多种不同器械辅助完成的实验，如不同的传感器（PH传感器、温度传感器、微电流传感器）、数据采集器以及其它配置等。而传感器是数字化实验过程中的重要组成部分，在实际中学化学教学中，常见的传感器有溶解氧传感器、湿度传感器以及离子传感器等，其次，数据收集器具有对接收传感器数据进行收集的用处，并将其输出至计算机中显示，学生再对数据展开分析讨论，最后保存实验的实际结果。即学生通过应用不同的传感器衡量实验过程中的数据并将在实验数据转化为数字信号进而输送到数据采集器中。另外，相关的教材配置软件可分为专用与通用共两种，同时这两种软件配置都包括显示、分析等功能，与此同时，这一教材配置软件还能实现图像处理的作用以及调整曲线图的样式等。除此之外，在实际数字化实验进行过程中，教师应正确引导学生利用化学实验仪器与其配搭进而有利于促进实验效果，保障实验数据的准确性等。
        1.2中学化学实验
        中学化学理论基础教学包含两种常见的方法，即科学探究法与架构主义法。而化学是一门以实验为基本的理科教程，且化学实验是进行科学研究过程中不可或缺的导体。将科学探究学习方式应用于中学化学理论与实验教学中，有利于培养学生自主积极学习性、良好的科学素养以及提高自我解决问题的能力等。其次，科学探究方法与学生化学理论知识相结合，有利于学生在化学教学或日常化学知识中选择某个化学问题为中心，通过自身在疑问中挖掘新的问题进而开展调查、研究以及分析讨论最终实现自我解决问题的目标。另外，架构主义法具备一定的积极主动性。即架构主义较为重视学生学习过程中的自主积极性、自主学习性等，因此，教师在对学生开展化学课堂教学时，应侧重于让学生成为课堂“主导者”，有效激发学生主动性，进而引起学生对新知识的挖掘、研究意识等，与此同时，教师应注重为学生营造良好的学习氛围，如引入趣味性的情景教学设计等，进一步提升学生课堂学习兴趣，对开展架构主义课堂教学具有重要意义。此外，教师在开展化学课堂教学时，应有效引导学生进行小组合作研究学习，有利于使学生在团队合作学习中共同进步。

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        二.中学化学实验教学中数字化实验的应用
        2.1通过数字化的实验讲解配合物
        教师若想有效的向学生通过数字化的实验讲解配合物，首先应设计以配合物相关的教学情景教学视频，并应用问题导入的模式对学生提出与课堂内容相关的问题，如“怎样取得配合物？”，让学生观察教学视频并结合教师提出的问题进行思考。但若想有效认识这一物质的获得过程，仅凭教学视频则难以实现这一教学目的。因此，教师应通过多种实验中对比得出结论。如在试管中滴入2ml5％的硫酸铜溶液，再滴入浓氨水，振荡试管，让学生观察试管中的反应现象，其次取2ml5％的氯化铜溶液以及等量的硝酸铜溶液，再分别滴入浓氨水，让学生观察其现象，进而学生通过两次实验现象发现两者均产生蓝色沉淀物，再浓氨水的作用下，沉淀物又逐步转化为深蓝色的液体，最后教师将两次实验的变化情况凭借计算机显示，并结合理论知识向学生分析出随着浓氨水的量增加致使氢氧化铜逐步溶解于浓氨水中的原因，最终实现使学生有效掌握配合物相关知识的教学目的。此外，教师通过这一实验使得学生对金属离子与无色配位体两者的化学反应，能够应用生成变化中的颜色来判断出是否产生化学反应的知识点，进而拓展出更多新的化学知识，总之，数字化的实验有助于加深学生对化学知识的掌握程度以及提高化学水平[2]。
        2.2通过数字化实验分析NaHCO3和CaCl2的相互作用
        众所周知，CaCl2溶液是化学中常用的鉴定方式之一。大部分中学教师和学生则认为NaHCO3与CaCI2进行反应生成CaHCO3，且CaHCO3易溶性较高并易溶入H2O中，但这一化学实验反应与复分解反应条件不相符，因此不能进行反应，而Na2CO3与CaCI3反应可以生成难溶物质CaCO3沉淀物，由此可见，NaHCO3与CaCI3可以反应并生成新的化学物质。基于此，教师可以通过在对学生开展溶度积常数这一课程时时与数字化实验相结合，譬如，教师首先应对学生进行问题设置，例“如何鉴定Na2CO3和NaHCO3？”这一问题并作为实验主题，再通过加入等量浓度的盐酸，让学生观察气体的反应速度与剧烈程度现象，进而判断出NaHCO3与Na2CO3的区别。其次，将这一化学实验导入数字化实验并凭借计算机显示电导率的曲线图，正确引导学生以小组研究讨论的形式依据曲线图展开分析进而得出从导电率的变化情况可以解析出CaCI3与NaHCO3可以产生化学反应的结论并指出反应出难溶性的CaCO3物质，最后教师导入难溶物质的溶度积常数这个课堂教学内容并让学生运用化学理论知识加以解析说明，这样不仅有利于促进学生逻辑思维能力，同时有助于培养学生自我解决问题的能力。
        由此可见，将数字化实验应用于中学化学课堂教学具有重大发挥作用。而学生在学习相对抽象的化学知识时，通过数字化实验的引入，将抽象的课堂转化为更直观形象的课堂教学，有利于促进学生对部分重点难点知识的掌握，同时有效培养学生创新思维逻辑思维以及不断探究学习的科学素养，为我国人才培养建设奠定良好的基础。