数字化实验在高中化学教学中的应用策略

一、增强实验直观性，优化教学展示

数字化实验技术能够实时呈现实验过程中的关键数据、变化趋势，使抽象的化学现象变得直观化[I。在教学中教师将传感器设备连接投影设备，可以同步展示实验的实时数据变化，让学生在观察中更清晰地理解实验原理与反应机制，从而提升课堂效率、教学质量。

在讲授“离子存在状态与溶液导电性”时，教师可设计“固体与溶液导电性对比”的数字化实验，借助教材图1-9所示装置，展示电解质在不同状态下的导电性变化。教学时，教师准备三个干燥烧杯，分别加入NaCl固体、 KNO₃ 固体及蒸馏水，将石墨电极插入其中，连接电源、电导率传感器，借助数据采集器将实验数据实时传输至电脑并投影。电极插入三种物质中接通电源后，传感器显示数据接近零，说明无明显导电性。基于此，教师可引导学生观察分析：固体虽含离子，但因无法自由移动，不能导电。接着，教师分别将NaCl、 KNO₃ 固体加入新的蒸馏水中搅拌溶解，再次插入电极接通电源，屏幕上导电性曲线迅速上升，溶液导电性明显增强。教师可边演示边讲解：溶液中 Na⁺，Cl^-，K⁺ 等离子能自由移动，形成电流。借助“固体一水一溶液”三组对比，学生能直观认识到电解质必须溶于水形成自由离子才能导电。这种数字化实验操作简便且演示清晰，便于教师精准讲解，帮助学生建立起稳定直观的知识理解。

二、提升实验可视化，强化学习互动

数字化实验借助图像化、曲线化、动态化的方式将抽象实验现象具象呈现，赋予学生更加具体、连贯的观察体验[2。借助数字化工具，实验不再局限于教师操作或学生远观，而是经由实时数据与图形变化激活学生的思维参与、观察兴趣。教学场景由单一演示向师生共同互动转变，学生观察实时曲线变化与实验现象同步发生之间的对应关系，更容易在思考中建立知识结构[3]

在讲解“离子反应的发生条件”时，教师可以设计一项“酸碱中和反应过程可视化”的教学实验。实验中，教师使用pH 传感器记录酸碱滴定过程中的 pH 变化，并借助数据采集器将数值自动传输至电脑，投影到教室前方的大屏幕上。在操作阶段，教师将稀盐酸逐滴滴加到氢氧化钠溶液中，以动态曲线形式呈现整个中和过程的 pH 值变化。同时，教师借助摄像设备同步投放滴定管中溶液颜色的变化，使学生能清楚地看到滴定过程中由紫红色到无色的现象。为了进一步加强互动，教师可让学生轮流进行滴定操作，并观察数据曲线是否与理论相符。凭借这种实时反馈、数据与现象并行的教学方式，学生不但能看得清楚，而且能够动手实践，发现曲线变化同现象之间的关联。当滴定接近中和点时， pH 变化速率加快，图线迅速上升，此细节在传统教学中难以捕捉，但在数字化设备则能将其动态呈现，促使学生能更深层次理解酸碱反应。

三、结合多传感器技术，拓展实验维度

数字化实验的优势在于可同时引入多种传感器，并同步监测实验过程中的多个变量，从而呈现更为全面细致的实验图景[4]。教师在教学中合理组合不同类型传感器，可以帮助学生从多角度理解实验现象之间的内在关联，看到反应物理量之间的同步变化轨迹，从而提高其科学探究能力。

在引导学生探究“离子反应中的气体生成反应”时，教师可组织一项“碳酸钠与盐酸反应探究”的数字化实验，综合使用压强传感器、温度传感器以及 pH 传感器。教师将碳酸钠溶液加入锥形瓶中，再缓慢滴加盐酸并用橡皮塞密封瓶口连接压强传感器，以测量反应中产生 CO₂ 气体所导致的压强变化。同时将温度传感器插入液体中测量温度变化， pH 传感器则监测酸碱度的变化。教师再利用采集系统将数据传输至计算机，使屏幕上呈现压强逐渐上升、温度轻微变化、 pH 迅速下降三条实时变化曲线。教师可现场讲解：随着反应进行，二氧化碳气体生成使封闭体系内压强升高，酸性增强导致pH下降，而反应为吸热或放热将轻微影响温度。教师带领学生交叉观察这组数据，使其不但能看气泡冒出等宏观现象，还能够理解其背后的物理变化同化学反应机制之间的逻辑联系。

结束语：在高中化学教学中，数字化实验打破传统实验观察的局限，以实时精准的方式呈现反应过程，促使学生从被动接受转向主动探究。从提升实验直观性到强化可视化互动，再到整合多种传感器协同监测复杂变量，数字化实验正逐步构建起以数据驱动理解、以体验促进思维的教学生态。未来，随着教育技术的持续演进，数字化实验将成为培养学生批判性思维的重要依托，推动化学学科的教学方式向智能化、探究化不断跃升。

参考文献：

[1]于淼.数字化实验在高中化学概念教学中的应用——以“难溶电解质的沉淀溶解平衡”为例[].教育，2025，（11）：124-126.

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

[3]覃宏.数字化实验在高中化学教学中的应用研究].中学教学参考，2024，（32）：75-77.

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