数字化实验融入高中化学概念教学的应用模式与反思

《普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》明确提出 “倡导运用信息技术开展探究活动，培育学生化学核心素养”。高中化学中 “化学平衡”“电化学原理” 等核心概念多具抽象性与微观性，传统实验依赖定性观察，难以呈现动态变化与本质规律，导致学生认知断层。数字化实验凭借传感器、数据采集与可视化技术，可将抽象概念转化为可量化数据，为概念教学注入新动能。基于此，本文探索数字化实验融入高中化学概念教学的应用模式与优化路径，为破解教学难题、落实素养培育提供实践参考。

一、数字化实验融入高中化学概念教学的价值定位

高中化学概念多具有抽象性、微观性特征，如 “化学平衡移动” 涉及微粒浓度变化的动态过程，“原电池原理” 依赖电子转移的微观机理，传统实验难以直观呈现，导致学生理解困难。数字化实验通过传感器（pH、温度、电流、浓度传感器等）、数据采集器与分析软件的联动，将抽象概念转化为实时曲线、数字图表等可视化数据，实现 “宏观现象 — 微观本质 — 符号表征” 的认知闭环。

其教学价值集中体现为三点：一是破解概念抽象难题，如用浓度传感器追踪可逆反应中离子浓度变化，将“平衡移动” 转化为直观的浓度变化曲线；二是培养科学思维，通过数据对比、误差分析引导学生归纳概念内涵，形成证据推理能力；三是拓展探究空间，支持学生自主设计实验参数，在变量控制中深化对概念的理解，契合《普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）》中 “强化探究式学习” 的要求[1]。

二、数字化实验融入高中化学概念教学的应用模式

以 “概念认知进阶” 为逻辑主线，构建 “情境导入 — 内涵探究 — 巩固深化” 三环节应用模式，结合具体概念教学案例展开实践。

（一）概念导入：数据情境唤醒认知冲突

依托数字化实验创设 “矛盾情境”，激发学生对概念的探究欲。在 “弱电解质的电离平衡” 教学中，传统实验仅通过 pH 试纸对比强酸与弱酸的酸性，无法体现 “电离程度差异”。引入数字化实验时，教师先让学生用 pH 传感器分别测量 0.1mol/L 盐酸与醋酸的 pH，屏幕即时显示盐酸 pH≈1、醋酸 pH≈2.9 ，学生直观发现浓度相同的酸酸性不同；再用 conductivity 传感器测定两者的导电能力，数据显示盐酸导电率显著高于醋酸。通过 “浓度相同但 pH 与导电性差异” 的认知冲突，自然引出 “弱电解质部分电离” 的核心概念，为后续探究奠定基础。

（二）概念内涵探究：数据驱动解构本质

以数字化实验为工具，通过 “变量控制 — 数据采集 — 分析推理” 解构概念本质。以 “化学平衡的移动”教学为例，围绕“浓度对平衡的影响” 设计实验：向盛有 FeCl₃与 KSCN 混合溶液的烧杯中滴加浓 FeCl

₃溶液，同时用色度传感器实时监测溶液颜色变化，软件自动生成吸光度变化曲线 —— 曲线随 Fe³⁺ 浓度增加而上升，直观反映 “平衡正向移动”。随后让学生分组设计 “滴加 KSCN 溶液”“加入铁粉” 等实验，通过传感器获取数据并对比曲线变化，自主归纳 “增大反应物浓度平衡正向移动，减小反应物浓度平衡逆向移动”的规律。数字化实验将抽象的 “平衡移动” 转化为可量化的数据变化，帮助学生构建 “浓度变化 — 微粒相互作用 — 平衡移动” 的逻辑链条[2]。

在 “原电池原理” 教学中，用电流传感器、电压传感器探究电极材料对原电池效率的影响：学生分别以锌 - 铜、锌 - 铁、锌 - 石墨为电极组装原电池，传感器实时显示电流与电压数据，通过对比不同电极组合的数据差异，结合电极活动性顺序表，自主总结 “电极活动性差异越大，原电池输出电流越强” 的结论，深化对 “原电池本质是氧化还原反应电子转移” 的理解。

（三）概念巩固深化：数据探究拓展应用

设计数字化探究任务，让学生在解决实际问题中巩固概念。在 “盐类的水解” 复习课中，布置 “探究不同浓度 Na₂ CO₃ 溶液的水解程度” 任务：学生用 pH 传感器测定 0.01mol/L、0.1mol/L、1mol/L Na₂CO₃溶液的 pH，用温度传感器监测水解过程的温度变化，通过数据发现 “浓度越低，pH 越小但水解程度越大，水解伴随吸热”，将 “盐类水解平衡”“浓度对平衡的影响” 等概念融会贯通。

针对 “电化学腐蚀与防护” 概念，组织学生用电流传感器监测铁钉在 “水 + 氧气”“水 + 氧气 + 氯化钠”“水 + 氧气 + 氯化钠 + 锌片” 三种环境中的腐蚀电流，通过对比电流曲线差异，分析 “电解质溶液加速腐蚀、牺牲阳极法可防护” 的原理，实现概念从理论到实践的迁移。

结语

数字化实验为高中化学概念教学开辟了“具象化、精准化、探究化”的全新途径，借助情境导入激发认知、数据探究剖析本质、实践应用强化理解的方式，有效攻克了概念教学的抽象难关，教学必须始终坚守 “概念为本、技术为用”，杜绝技术依赖、设计偏离实际、评价形式单一等现象，让数字化实验真正成为助力学生理解概念、拓展思维的手段，带动高中化学教学从 “知识传授” 迈向 “素养培育”。

参考文献：

[1]金国林,周慧智.基于学科理解的数字化实验在高中化学中的应用研究——以人教版《化学反应原理》为例[J].中学化学,2024,(08):8-10.

[2]徐巧定,蔡冰.数字化实验内容的呈现、特点和教学实现——以人教版高中化学新教材和新教学用书为例[J].中学化学教学参考,2023,(13):45-50.