陈业荣
钦州市第三中学
【摘要】数字化实验是指用传感器、数据采集器、计算机及相应软件进行的实验，能够采集真实实验过程中各种物理量的数据，记录、分析、呈现，进而得出实验结论。21世纪初，数字实验被引入中国。它在帮助教师优化实验教学、实现三维目标、提高学生科学探究能力和培养学生科学素养方面发挥着重要作用。
2018年1月，《普通高中化学课程标准(2017版)》(以下简称《2017版课程标准》)正式颁布。该标准指出，高中化学教学的目的是培养学生的核心化学素养，实验对全面培养学生的核心化学素养起着极其重要的作用。要充分发挥现代信息技术在实验教学中的作用，积极探索现代信息技术与化学实验的深度融合，将数字化实验引入化学教材。同时，还强调化学教学应培养学生的核心素质，将化学知识和技能的学习、化学思想的建构、科学探究和问题解决能力的培养融为一体。
【关键词】
数字实验具有量化、可视化、同步录像、反复播放实验操作过程和动态曲线的特点，可以揭示实验现象背后的本质，节省实验时间，帮助学生将有限的时间投入到认知水平较高的学习活动中，改变实验探究教学中“重动手而轻思维过程，或有思维过程而轻高级思维过程”的现状，有效帮助学生建构化学概念，发展化学科学思维，提高科学探究能力。当化学教学理念从三维目标发展到培养学生化学核心素养时，数字化实验如何在培养学生化学核心素养方面发挥作用？笔者重点阐述了数字实验在培养学生“宏观识别与微观分析”、“证据推理与模型认知”素养中的作用，以下为本论文的主要内容。
一、学生参与化学实验后要具备的能力
1、能根据实验现象辨识物质及其反应能运用化学符号描述常见简单物质及其变化,能从物质的宏观特征入手对物质及其反应进行分类和表征,能联系物质的组成和结构解释宏观现象。
2、能根据实验现象归纳物质及其反应的类型,能运用微粒结构图式描述物质及其变化的过程,能从物质的微观结构说明同类物质的共性和不同类物质性质差异及其原因,解释同类的不同物质性质变化的规律
3、能从原子、分子水平分析常见物质及其反应的微观特征,能运用化学符号和定量计算等手段说明物质的组成及其变化,能分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系
4、能依据物质的微观结构,描述或预测物质的性质和在一定条件下可能发生的化学变化,能评估某种解释或预测的合理性;能从宏观与微观结合的视角对物质及其变化进行分类和表征
二、提升学生的模型认知能力
传统实验的特点是可以帮助学习者从宏观和定性两个方面收集证据。有时候收集的证据不足，收集一些实验的证据需要时间和精力。数字实验最显著的特点是量化和可视化，可以帮助学习者从量化和微观的角度收集不同层次的证据，进而实现证据由点到面的转化。此外，由于数字实验可以准确、方便、快速地收集数据，学习者可以减少收集证据的次数，重复实验以收集更充分的证据。同时学习者可以使用相应的传感器采集系统中某一物理量的变化，得到相关的数据和曲线。通过数据，学生可以定量了解化学反应中物理量的变化，根据曲线分析不同物理量之间的关系，并利用曲线上的数据进行定量计算。另外，如果用多个传感器同时检测某个系统中不同物理量的变化，收集到的证据会更充分。
“模型认知”中的模型不仅包括物理模型，还包括模型和图像模型。随着教育水平的不断提高，对学生的建模意识和综合应用不同类型模型的能力要求越来越高。数学模型是对现实世界或对象具有最高抽象程度的模型。考虑到中学生数学基础和抽象逻辑思维水平的现实，中学化学教学避开了一些数学模型。在教学过程中，教师大多使用物理模型或图像模型，很少使用数学模型。教师可以通过数字实验建立图像模型，利用软件强大的数据分析和处理功能进行线性拟合、二次多项式拟合，计算正切和导数，可以有效帮助学生建立数学模型。
三、对于数字化化学实验
数字实验的特点，如真实化学变化过程的信息感知、现象和数据的数字图形呈现、同步和再现，增强了表征方法的转化能力，降低了微观表征的难度，提供了更多的证据来源和模型实例。因此，数字实验在培养学生“宏观识别与微观分析”、“证据推理与模型认知”的核心素养方面具有独特的作用。同时也要看到，化学的核心素质是一个系统，不同的内容相互交织，相互影响。因此，我们不仅要研究数字实验在不同方面、不同层次上对学生核心素养的促进作用，还要研究数字实验对培养学生本质素质和关键能力的综合影响，以充分发挥数字实验在培养学生核心素养中的作用。
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