基于数字实验的初中化学教学思考范文

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一、问题的提出

教育的信息化是教育现代化的重要特征之一,信息化的飞速发展加速、推进了我国教育现代化的步伐。2013年9月中山市开展数字探究实验室应用于教学实验的探究试点,溪角中学成为首批试点学校之一。数字实验以传感器和计算机为基础,结合传统的实验仪器,将实验数据采集之后用计算机进行分析处理,通过数据图表展示现象、揭示规律[1]。这一年多笔者经历了从疑虑到接受再到信任最后到离不开的转变,通过实践深刻地体会了数字仪器应用于化学实验教学的出色效果。

二、应用数字实验优劣势分析

（一）案例一:KNO3、NaCl和NaOH溶解吸放热现象《溶解过程中的吸放热现象》是初中化学的一个重要实验,传统实验原理是:先用温度计测定溶解前的水温并记录,然后再分别加入KNO3、NaCl和NaOH充分搅拌溶解,再分别测出溶解后的溶液温度并记录,对比溶解前后温度变化。该方法主要存在以下不足:1.教材中的演示实验只是让学生知道物质在溶解过程中由于溶解热引起了温度变化,至于是如何变化?变化的趋势如何?学生却全然不知。2.实验过程不清晰,展示也不直观,学生知道温度上升还是下降但不知溶解过程中温度的具体变化情况。3.教材中的演示实验,用普通温度计演示,其读数只能由实验参与者看清,不方便其他同学远距离观察,从而使其他同学缺乏参与感。用传感器参与本实验,实验原理基本不变,只是用温度传感器替代了普通的温度计,将演示结果直接输入电脑。对此实验引入数字实验仪器进行改进后主要优点如下:1.该实验可以让学生知道物质在溶解过程中由于溶解吸、放热引起温度变化,并且了解是变化的过程与趋势,电脑的图像演示使变化过程一目了然。2.温度探测仪等数字化仪器有灵敏度高,误差小,结果精确,可信度高等突出优点。3.该实验结果的呈现方式由点转变为线性并直接由电脑屏幕输出,突破了学生只能通过前后温度差得出吸热或放热结论,而不知其温度有溶解过程的实时变化过程的局限。由以上分析可以看出,传感器的介入提升了实验数据分析的层次。图像的展示进一步培养了学生的观察能力和分析能力[2],让教师无须过多的赘述,学生就能通过观察图像进行理性的分析进而快速得出物质溶解热量变化规律,使学生认知水平得到提升,使教学更为严谨、科学。

（二）案例二：人体吸入和呼出气体成分的探究《人体吸入和呼出气体成分的探究》是学生刚接触初中化学时的一个重要启蒙实验，对学生化学探究思维和兴趣的形成有着至关重要的作用，传统实验原理是：先分别收集空气和呼出气体样品，然后用燃着木条比较氧含量多少，用澄清石灰水比较CO2含量多少，用玻璃片呼气检测水蒸汽多少。该传统实验方法主要存在以下不足：1.教材中的演示实验只是让学生知道气体成份在呼吸前后含量发生了变化,学生无法清楚地了解CO2、O2、H2O含量变化的趋势。2.由于实验中观察到:呼出气体样品中烧着木条熄灭和石灰水变浑浊,容易造成学生错误地认为呼出的气体只有CO2和H2O,得出呼吸过程中氧气全部转化成CO2的错误结论。用传感器参与本实验,实验原理基本不变,只是用O2和CO2传感器替代了普通的燃着的木条和澄清石灰水,结果直接由电脑输出到屏幕。对此实验引入数字化实验仪器进行改进后主要优点如下:1.实验结果被量化和图表化,更方便让学生更清楚地观察呼吸过程中O2及CO2含量的变化趋势便于得出呼吸过程中氧气含量不断减少,CO2含量不断增大的结论。2.通过对数据分析,学生不难发现实验结束后O2含量并不为零,这一数据让学生清楚认识到呼吸中吸入的O2无法全部转化成CO2这一经常被忽略的事实,从而避免答题过程中轻易下呼吸作用吸进去的是空气呼出来的全部是CO2的武断结论,传感器的介入提升了实验数据分析的层次更有利于学生科学素养的提高,更能帮助培养学生对待科学的严谨态度。这一点对刚接触化学的初三学生来说是至关重要的。

三、数字实验进入化学实验教学的思考

（一）整合信息技术与化学学科教学,优势互补,优化教育资源配置实验是化学学科的基础,化学中每一项重大发现和重要规律都是建立在化学实验基础之上的[3]。传统的化学实验教学由于受实验仪器、实验条件等多方面的限制,很多实验只能停留在定性层面,也是学生观察现象,并在教师启发下对现象进行分析、推理形成相应结论的层面上。推理虽然是化学实验中非常重要的方法,但有时缺乏过程化的呈现和实际的数据支撑,比较缺乏说服力,也不利于学生严谨科学思维的培养。数字实验的介入,通过信息技术手段解决了一些传统实验无法解决的问题,如传统实验无法将实验过程完整呈现、无法实现定量等问题。如《溶解过程中的吸放热现象》这一实验中,传统实验方法无法将溶解过程中的吸放热的趋势呈现给学生,但传感器的介入就很好的解决了这一问题。再如:《人体吸入和呼出气体成分的探究》实验中传统实验无法将吸入气体和呼出气体中的氧气和二氧化碳含量定量检测,但数字实验帮助实现了数据的量化,更有利于避免学生认为呼吸作用吸进去的是空气呼出来的全部是CO2的错误认知。因此,数字实验设备优化了教育资源配置,大大提高教学过程的效率。数字实验不仅可以成为辅助教师教学的工具,同时也有助于培养学生学会把信息技术作为获取信息、协作讨论、探索问题、解决问题和构建知识的认知工具。引入传感器会使一些传统实验起到事半功倍的效果。同时引入传感器技术可以实现课本资源的二次开发,变课本习题、学生疑问等为创新实验,也可以改进原来做不出或效果不佳的实验。这样又为化学学科的研究性学习提供了新的活力。

（二）深化探究意识,着眼科学方法,培养科学素养新课程理念之一是“注重科学素养教育,提倡多元化学习方式”。传感器的引入更强化了数学分析化学问题的意识,实验数据的数字化让化学实验更具真实性、科学性。化学的发展离不开数学,学好初中化学更离不开数学。爱因斯坦认为,数学给予精密的自然科学以某种程度的可靠性,没有数学,那些学科是达不到那么高的可靠性的。表格和图像的充分利用是强化数学在化学教学中的作用的一个重要体现。如《溶解过程中的吸放热现象》这一实验中,温度是人们亲身体验的冷热程度,而传感器在实验中的应用,使学生感受到一种不一样的感知事物的方式,那就是真实的数据,这种感知方式对学生而言更具说服力。长此以往就能培养学生养成通过“现象──实验──数据──分析──结论”的研究问题的科学习惯,更有利于培养学生“用数据说话”、“凡事讲证据”的科学素养的形成。

（三）唤醒问题意识,教会发散思维,提升过程实效探究式教学是以探索、研究化学规律为出发点,以实验活动为中心,以学生的可持续发展探究能力的培养为根本的一种教学方法。探究式教学强调“猜想—验证—归纳”的科学探究过程。传统实验的定性分析和引入传感器的数字化定量实验相结合,通过对比及数据分析,鼓励学生积极参与、大胆猜测,唤起学生对实验过程出现问题求知欲,有助于开发学生的学习潜力。传感器引入化学教学,更利于教师主导地位的体现。教师教会学生处理数据的方法,让学生在研究和归纳的过程中感性地理解化学变化及其规律,学生不仅可以更深入地理解化学的现象,而且可以学会独立思考、大胆假设和严谨探索实验的科学精神。一幅图摆在学生面前,不同程度的学生会有不同的理解,但只要看出相关的问题,教师就可以给予肯定,尽可能调动学生的积极性;在同学们对解决问题的讨论中切磋,懂得互助,学会合作。如《人体吸入和呼出气体成分的探究》教学中学生可能对结果图中氧气含量变化图提出为什么呼出气体中氧气含量不为零的疑问,教师可以就呼吸作用的原理与实质做出解释是因为肺一分钟呼吸60多次,氧气不可能在短时间内被完全吸收并转化。

（四）传统与数字化优势互补，重在合理整合数字实验是时代进步的产物,但并不意味着它一定能替代传统实验方式,两者不存在绝对的谁优谁劣之分,两者是优势互补的关系。新技术丰富了传统的实验,使传统实验有了新的发展,并且拓宽了学生的视野、开阔了他们的思路[4]。新技术的使用也给教师带来了机遇和挑战,教师在新课程中必须接受新仪器、新手段。学会对传统实验进行“再开发”,努力开发数字化设备的潜在的教育教学功能及价值,合理地将其与传统实验教学整合起来,弥补传统实验教学的不足,使其更好服务于教育教学。

四、结束语

综上所述,随着信息社会的不断发展、教育信息化也是必然的发展趋势,教育信息化不断促进教师再发展,数字化仪器设备的使用及相关教学资源的整合与开发需要广大一线教师的积极参与,只有教师不断更新教学理念,与时俱进,学生的实践精神和创新意识发展才成为可能。数字实验教学能很好地与传统实验教学优势互补,能给传统实验有新的生命力,让学生的思维达到更高的层次。笔者将努力在数字化实验与传统实验的资源整合上进行更深入的研究,让其更好地服务于教学,发挥其更大的功效。

作者：曾青华 单位：广东省中山市沙溪镇溪角中学