数字化实验技术应用障碍分析及融合对策研究

引言

实验对高中化学教学中学生科学探究能力发展具有重要意义。近些年来，数字化实验技术已经逐步走进教学领域中，给学生们带来了更多的学习途径。虚拟实验及模拟操作既可以克服传统实验在空间及资源上的局限性，又可以减少实验风险性、增加学生参与度、改善实验效果。但如何将数字化实验技术有效地融入到教学当中仍然是一个急需解决的问题。文章旨在通过对数字化实验技术应用于高中化学教学过程中存在的阻碍因素进行分析，并提出融合对策以促进该技术更加广泛地运用。

一、数字化实验技术在高中化学教学中的应用现状

（一）数字化实验技术的基本概述

数字化实验技术借助计算机、虚拟现实、增强现实等技术，使化学实验以可视化、互动性的数字化形式展现在学生面前，打破传统教学在时空及实验资源方面的限制。通过数字化模拟和操作，可以使学生对化学反应原理和实验操作流程有更加直观的认识，促进实践能力的培养。该技术在给化学实验带来丰富教学手段的同时，也给学生带来一个更安全、更灵活的环境，特别是对一些危险性较大的实验。

（二）数字化实验技术在教学中的具体应用

数字化实验技术被广泛应用于高中化学教学，具体地说就是虚拟化学实验、在线模拟实验和互动式实验展示。通过上述技术可以让学生虚拟地操作化学反应，从而避免传统实验试剂浪费及安全隐患。同时数字化平台可以提供详尽的实验数据分析以帮助学生加深对实验背后物理和化学原理的理解。这些技术在提高实验效率的同时，也能激发学生兴趣、开阔实验视野。

（三）数字化实验技术的优势与不足

数字化实验技术具有可操作性强和安全性高的优点，学生能在没有风险的情况下完成复杂的实验，并能反复地操作加深理解。科技的引进推动了教学资源共享，打破物理实验室局限。但数字化实验亦有不足之处，具体表现为设备更新换代缓慢和一些学校经费紧张等，致使技术的应用范围有限。同时教师数字化技术掌握情况也不均衡，一些教师在数字化实验应用中仍然存在技术障碍。

二、数字化实验技术应用中的主要障碍

（一）硬件设施的限制与教师技术水平差异

目前，一些高中学校实验室硬件设施相对老化，缺少必要的数字化设备与技术支持，限制了数字化实验技术在高中学校中的普及。教师数字化技术水平参差不齐，部分教师对于新技术掌握与应用能力受限，没有充分应用数字化实验平台开展有效教学。这一技术应用上的落差既影响教学效果，又使数字化实验技术无法在各校全面推广，制约着它潜能的挖掘。

（二）实验软件与教学内容的融合难度

数字化实验技术虽然应用场景丰富，但是将它的软件和教学内容整合在一起并不是一朝一夕就能完成。已有的很多化学实验软件常常脱离实际课程要求而很难准确衔接高中化学教学大纲。部分实验软件操作界面比较复杂，学习曲线比较陡峭，师生在应用过程中可能会出现适应困难等问题，从而影响到技术有效性及教学质量。

（三）学生接受度与学习效果的评估问题

尽管数字化实验具有直观性和互动性，但学生对这种新型学习方式的接受度存在差异。部分同学可能比较喜欢常规实验操作，觉得虚拟实验实际操作经验不足，不能完全取代真实实验。同时数字化实验学习效果评价还不够完善，很难精确地测量出学生实验操作能力和思维深度。如何科学评价数字化实验对于学生化学知识的掌握程度和创新能力的提高仍然是摆在教育者面前的难题。

三、数字化实验技术融合对策与发展方向

（一）提升教学设备与教师能力的协同发展

为更好的促进数字化实验技术在教学中的运用，学校要增加实验设备投入，引进先进虚拟实验系统及互动式教学工具。比如可通过政府的教育项目或者社会合作等方式对实验室设施进行逐步的更新以实现数字化的支持功能。同时强化教师新技术培训，提高其数字化教学能力。通过定期举办技术培训、学术交流等活动，有利于广大教师更好地掌握现代教育技术特别是数字化工具在教学中的有效融入，以增强课堂教学互动性、实效性。

（二）优化实验软件与教学内容的深度融合

数字化实验软件要依据教学大纲与课程目标定制开发，以更加贴近现实教学需要。软件设计要注重与教材内容相衔接，确保实验内容和化学知识有机融合，以达到有效地传递和加深知识。以部分中学为例，已经把化学实验虚拟平台和课堂教学同步展开，并以教学案例和模拟实验的形式展示出来，让学生在了解实验原理的基础上掌握了适当的操作技巧。这种整合既促进了教学互动性，又加强了实验内容实用性及教学效果。

（三）增强学生自主学习与互动体验的设计

数字化实验技术推广要以强化学生自主学习能力，互动体验为目标。通过互动性较强的实验平台设计，实现了学生在虚拟环境下自由发挥、探究实验现象、自我反馈等。如一些学校通过个性化虚拟实验软件的开发，使学生能够根据个人兴趣自主选择实验项目、自主探究、自主分析。该模式在激发学生主动学习兴趣的同时教师还可以通过实时数据追踪学生实验进度及思考过程并给予针对性引导以达到更准确的教学效果。

结论

数字化实验技术给高中化学教学带来了全新的角度与方法，但是在应用过程中仍然面临着来自硬件，教师能力以及软件融合方面的诸多挑战。为有效促进其运用，学校要增加设备投资、提高教师数字化技术水平、在优化软件和课程内容相结合、强化学生互动体验等方面下功夫。只有通过这几项举措的合力作用，数字化实验技术才能够真正地发挥出自身在化学教育方面的优势，促进教学效果以及学生实验能力的培养。

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