高中化学课堂数字化实验的教学策略分析

引言：《普通高中化学课程标准 （2017 年版 2020 年修订 ）》提出“要强化化学教学与信息技术的深度融合，将大数据，虚拟现实技术等引入化学教学”。化学以实验为依托，离不开真实操作与支撑数据，传统实验缺少动态呈现微观变化，不能让学生形成系统的量化推导思维与严谨的理论体系。数字化手段融入课堂实验，可以促进其协同发展实验探究能力、计算推导水平与创新意识。

一、整合传统与数字化实验，培养计算推导能力

传统实验注重动手操作体验，数字化实验着重于处理数据与呈现信息，二者在建立知识体系中各具价值。课堂教学融合两种实验形式，可增强学生逻辑推演与公式计算训练能力，让其整体感知数据变化规律 [1]。教师逐步引导学生深入理解计算原理，落实化学核心概念，利用解释现象、数据支撑与计算分析，促进其思维由感性走向理性。

在《用化学沉淀法去除粗盐中杂质离子》实验教学中，教师利用传统实验让学生称取粗盐、溶解、过滤、加热蒸发，完整操作物质分离与提纯的操作，理解不同试剂分步去除硫酸根、镁离子和钙离子的原理。随后引入数字化实验，依据传感器测定滤液 pH 值及溶液电导率变化，实时呈现反应前后离子浓度的差异，帮助学生推导杂质离子是否完全去除。同时运用计算软件记录各试剂用量与反应数据，深化其对沉淀反应中离子方程式、化学计量关系、过量原理及物质转化关系的理解，传统实验的感性体验与数字化分析的理性推导相辅相成，强化操作能力同时促进发展计算能力与理论思维。

二、融合传感与课堂实验，突破教学重难点

传感技术以精准量化与实时测量为核心优势，课堂实验依托实验过程的完整性与可操作性，二者深度融合可开辟多维感知与直观理解的双重路径[2]。实时数据追踪与动态可视化展示，可以将抽象概念具体化，突破教学重难点，加快演变学生从变量分析到规律总结的系统化思维，形成由表及里、由感知至认知的深度理解体系[3]。

以《用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子》为例，实验设计以传感技术为支点，学生在溶解 5.0 克粗盐时，利用电导率传感器实时监测溶液导电性变化，建立溶解过程中离子化实测曲线，突破溶解与离子化难以感知的认知障碍。滴加 BaCl₂ 溶液生成 BaSO₄ 沉淀过程中，通过浊度传感器与离子选择电极，动态呈现 SO₄^2- 去除程度，精准验证沉淀反应的完全性。滴加 ΔNaOH 生成 Mg（OH）₂ 沉淀，结合沉淀质量变化传感器，引导学生定量理解 Mg²⁺ 去除过程，随后饱和 Na₂CO₃ 去除 Ca²⁺ 与Ba²⁺ ，同步呈现沉淀曲线与实时 pH 变化。利用多维传感数据与课堂实验过程整合，破解微观离子变化与沉淀选择性难点，促进学生深刻理解化学反应原理。

三、突出主体探究教学，激发学生创新思维

探究式教学基于学生问题意识与主动建构，数字化实验的交互性与模拟功能拓宽知识探究边界，增强学习的开放性。利用多维虚拟仿真与实时数据反馈会拓展探究的广度，促使学生多角度审视化学反应，形成从观察到假设，再到验证与模型构建的系统思维链条，其创新意识与逻辑素养在不断尝试、修正与完善中内化，最终生成化学知识框架[4]。

教学设计以任务驱动与探究为核心，设置“如何利用沉淀法提纯粗盐”问题情境，促使学生主动规划实验方案，选择合理试剂顺序，预测可能生成的沉淀类型与反应完全条件。在称取 5.0 克粗盐溶解过程中，鼓励学生探究溶解速率与颗粒大小、搅拌强度之间的关联。滴加 BaCl₂ 生成 BaSO₄ 沉淀后，组织小组分析 SO₄^2- 沉淀完全的判定方法与可能误差来源，强化反思与验证意识。然后滴加 NaOH 和 Na₂CO₃ 去除 Mg²Σ⁺⋅Ca²Σ⁺⋅Ba²Σ⁺ 时，引导设计验证沉淀选择性的新方案，拓展沉淀分离思路。通过蒸发提纯及所得精盐质量测定，形成探究、验证、修正、总结的系统创新思维链条，结合数字化实验平台进行沉淀生成过程的可视化分析与数据比对，实现实验知识的迁移与灵活应用。

结束语：化学实验教学迈向数字化融合，课堂形态、思维方式与能力结构正经历系统性重塑。传感测量、数据分析与模型构建不断深化对微观实质的感知，传统实验的操作体验与数字化实验的理性推导交织，拓展学科实践维度。未来需持续优化技术应用路径，完善知识建构与能力培养协同体系，推动实验教学向智能化、精准化与创造性并重的方向纵深发展，塑造化学教育革新的新格局。

参考文献：

[1] 叶君明 . 数字化在高中化学实验教学中的应用途径 [J].教学管理与教育研究 ， 2024， （05）： 24-26.

[2] 吴惠华 . 数字化实验在高中化学教学中的应用 [J]. 高中数理化 ， 2023， （S1）： 141-142.

[3] 徐海波 . 数字化实验在高中化学教学中的应用研究 [J].数理化解题研究 ， 2023， （27）： 89-91.

[4] 王志丹 . 解析高中化学课堂数字化实验的教学策略 [J].高考 ， 2019， （35）： 73.

课题名称： 数字化实验在高中化学教学中的应用研究

课题批准号：NMKY14520018

课题类别：内蒙古自治区教学研究室教学专项课题研究（课题研究成果）