高中化学课堂数字化实验的教学研究

一、构建材料语境情境，驱动硅基实验认知

硅材料广泛应用于信息技术、新能源领域，其特性是学生理解半导体与无机非金属材料的重要切口 [1]。教师在高中化学课堂中，可借助数字化实验技术，围绕硅的反应本质、应用价值，创设贴近生活、紧贴产业的真实情境，引导学生基于数据主动认识相关化学知识 [2]。

在高中化学实际教学中，教师借助多媒体展示智能手机、电动汽车、光伏面板等设备的结构示意图，并以互动提问引导学生关注其中核心材料的构成特点，从而引出硅单质及其应用。随后，教师播放“硅太阳能电池生产线”短视频，展示单晶硅从石英砂中提取再到片状加工的全过程，在视觉冲击下促使学生形成初步认知。情境设置完成后，教师设计基于数字化实验的探究内容，提出“从自然界中提取硅”的问题，让学生围绕“ ↑”的化学反应过程，在实验台上操作微型石英管反应装置，并配套使用温度传感器等仪器记录反应过程中的温度变化、气体释放情况。在此过程中，教师实时投屏显示温度曲线与气体积变化曲线，引导学生观察是否符合产气型还原反应的特征。学生对比不同实验组所得曲线，并结合反应前后固体颜色、生成物状态及曲线走势，从而判断反应是否彻底。这种数字化实验既能强化学生初步认识硅材料，也能在真实语境与可视数据中理解抽象的化学概念。

二、聚焦性质微测曲线，精析陶瓷烧结过程

陶瓷烧结过程涉及复杂的物理、化学反应，核心在于致密化材料结构与提升性能，但学生难以直观感知其中的温度临界点等微观变化 [3]。因此，教师在高中化学课堂运用数字化实验技术可数据化呈现“不可视”的化学过程，使陶瓷形成过程变得可观察、可分析。

在高中化学课堂上，教师设计“黏土烧制成陶瓷”实验内容，引导学生围绕“温度变化对陶瓷形成的影响”展开研究。实验开始前，教师提供一段中国古代制陶技艺的纪录片片段，帮助学生了解陶瓷制作的传统工艺。接着，教师在可控加热装置中装入适量干燥黏土样品，并布置温度传感器、压强传感器等仪器，利用数据采集系统实时投屏相关参数。随着温度缓慢上升，教师引导学生观察温度 - 时间曲线的斜率变化，同时结合压强变化讨论水分蒸发的过程。当温度升至 800^∘C 左右，曲线出现稳定趋势，教师则指导学生关注质量变化减缓、压强逐渐平稳的状态，讲解这是晶体结构重排以及致密化开始发生的温度区间。实验后，学生对比烧结前后样品的外观、硬度，经由数据、感官的双重体验加深理解。课堂结束时，教师带领学生整理归纳所采集的三组变量数据，绘制温度、压强、质量三种关系的曲线图，并由此解释形成陶瓷性能的影响因素。基于此，教师在高中化学课堂引入数字化实验，使抽象的烧结过程转变为清晰的逻辑思路，为学生搭建起从物理变化到结构转化的认知途径。

三、融合数据可视反馈，完善无机探究评价

数字化实验借助直观的可视化数据，能增强学生感知实验细节的能力，为评价提供精准的依据。因此，教师在高中化学课堂中要依据数据本身开展评价过程，促使学生将实验观察结合数字分析，从而多角度理解化学现象 [4]。

在高中化学课堂上，教师安排学生利用数字化仪器开展“电导率与溶液性质关系”实验，探究不同无机盐溶液的电离程度及其对电导率的影响。学生先按要求配制不同浓度的硅酸盐溶液，并连接电导率传感器，实时监测溶液的导电能力变化。教师则进行投影展示各组数据曲线，引导学生分组讨论曲线差异，要求学生用图像语言描述电导率随浓度变化的趋势，并解释背后的离子电离原理。讨论过程中，教师关注学生是否能准确识别峰值、曲线稳定区域，再反复对比数据，指导其改进实验设计的方式。课堂评价环节中，学生提交包含实验曲线、文字分析的报告，由教师依据数据分析的准确性给予分层评价。同时，利用数字化实验系统自动生成的数据报表，教师能够直观量化学生的实验操作规范与数据处理能力，并及时反馈改进意见。因此，教师借助可视化数据、交互反馈，使学生能够以图形为“语言”更具体地理解无机材料的化学特性，从而形成科学的探究态度。

结束语：

教师在高中化学课堂中深度融合数字化实验，正在重塑着化学教学的表达方式。未来，随着数据分析手段的进步，数字化实验将在教学中扮演更为关键的角色，不但能帮助学生构建更完整的知识体系，也推动化学教育向智能化方向发展，进而培养适应新时代科学发展的创新人才。

参考文献：

[1] 陈小红 . 数字化工具在高中化学实验教学中的应用 [J].中学课程辅导 ,2025,(12):111-113.

[2] 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.

[3] 赵丽霞. 数字化实验在高中化学电解质教学中的应用[J].中国现代教育装备 ,2022,(06):27-29.

[4] 王菲斐 , 王旭斌 . 数字化实验在高中化学教学中的应用[J]. 中学化学教学参考 ,2021,(12):60-62.

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