手持技术数字化实验培养学生科学思维的研究

摘要：本文探讨了手持技术数字化实验在高中化学人教版教学中对培养学生科学思维的作用。通过结合具体实验案例，分析了数字化实验如何助力学生提升逻辑思维、创新思维和批判性思维等科学思维能力，为高中化学教学提供新的思路与方法。

关键字：手持技术；数字化；高中化学；科学思维

引言

在高中化学教学中，培养学生的科学思维至关重要。科学思维不仅有助于学生更好地理解化学知识，还能提升他们解决实际问题的能力。随着科技的发展，手持技术数字化实验逐渐走进高中化学课堂，为教学带来了新的活力。人教版高中化学教材注重学生实践能力的培养，数字化实验与之相结合，能更有效地促进学生科学思维的养成。

一、手持技术数字化实验概述

手持技术数字化实验是利用传感器、数据采集器和计算机等设备，实时采集、分析实验数据的新型实验手段。在高中化学人教版教材的实验中，如“化学反应速率与限度”“酸碱中和反应”等实验，都可以借助数字化实验设备来完成。以“酸碱中和反应”实验为例，传统实验主要通过指示剂变色来判断中和终点，而数字化实验可以利用pH传感器，实时采集溶液pH值的变化，绘制出中和滴定曲线，更直观地展示中和反应的过程。这种实验方式能够让学生获取更精确、更全面的数据，为科学思维的培养奠定基础。

二、手持技术数字化实验培养学生科学思维的具体体现

（一）培养逻辑思维

在“化学反应速率与限度”的实验中，学生使用压强传感器、温度传感器等设备，探究不同条件（如温度、浓度、催化剂）对反应速率的影响。学生根据实验目的，设计实验步骤，控制变量进行实验。通过数字化设备采集到的数据，学生能够清晰地看到不同条件下反应体系中压强或温度随时间的变化曲线。例如，在探究温度对过氧化氢分解速率的影响时，学生分别在不同温度下进行实验，记录数据并绘制曲线。从曲线的斜率变化，学生可以直观地分析出温度升高，反应速率加快的结论。这一过程中，学生依据实验数据进行推理、判断，逐步构建起逻辑思维体系，理解化学反应速率与外界条件之间的内在逻辑关系。

（二）激发创新思维

手持技术数字化实验的灵活性为学生创新思维的培养提供了广阔空间。在人教版高中化学教材中，有许多实验可以进行拓展和创新。例如，在“探究铁及其化合物的氧化性和还原性”实验中，学生利用数字化实验设备，除了完成教材规定的实验内容外，还可以自主设计实验方案，探究不同浓度的氧化剂或还原剂对铁及其化合物氧化还原反应的影响。学生可以通过改变实验条件，如改变试剂的滴加顺序、调整反应体系的酸碱度等，观察实验数据的变化。在这个过程中，学生需要发挥创新思维，大胆假设，设计出独特的实验方案。这种自主探索的过程激发了学生的创新意识，培养了他们的创新思维能力。

（三）提升批判性思维

数字化实验提供的大量数据，促使学生对实验结果进行深入思考和分析，从而提升批判性思维能力。在“探究影响盐类水解的因素”实验中，学生通过数字化实验设备测量不同浓度、不同温度下盐溶液的pH值。在分析实验数据时，学生可能会发现一些与预期不符的结果。例如，按照理论知识，升高温度应该促进盐类水解，溶液的pH值应该发生相应变化，但实际测量的数据可能存在一定偏差。这时，学生需要对实验过程进行反思，检查实验操作是否规范、仪器设备是否准确等。通过对实验结果的质疑、分析和验证，学生逐渐学会批判性地看待实验数据和结论，提升了批判性思维能力。

三、实施手持技术数字化实验的策略

（一）教师培训

教师是推动数字化实验落地的核心力量。学校应搭建系统培训架构，针对教师开展专项培训。培训内容聚焦数字化实验设备实操，详细阐释传感器、数据采集器、计算机软件间的连接方式及参数设定，确保教师熟练掌握各类传感器，如pH、温度、压强传感器在不同实验场景的应用，可独立完成设备调试与数据采集准备。同时，开展实验设计技巧培训，通过剖析经典案例与实操演练，助力教师依据教学目标和教材内容，设计适配学生认知水平的数字化实验方案，明确实验步骤、关键环节，预判实验问题并拟定应对策略。教师唯有自身具备扎实数字化实验技能，才能有效引导学生实验，助力学生科学思维养成。

（二）实验教学设计

教师需精心打造数字化实验教学方案，紧密融合实验内容与教材知识点。以人教版高中化学教材为依托，梳理各章节适配数字化实验的知识点，如“化学反应与能量”利用温度传感器探究反应热，“水溶液中的离子平衡”借助电导率传感器研究弱电解质电离平衡。设计实验时，充分考量学生认知水平，从学生已有知识经验出发合理设置实验难度与步骤。挖掘学生兴趣点，结合生活化学现象设计实验，如利用数字化实验探究电池工作原理，激发学生参与热情。设置启发性问题，像“改变反应物浓度，反应速率如何变化，依据实验数据怎样分析？”引导学生在实验中观察数据、分析现象、思考原理，培养科学思维。

（三）小组合作学习

采用小组合作学习模式优化学生实验学习过程。依据学生学习能力、性格特征等合理分组，每组4-6人，保障组内成员优势互补。实验前组织小组研讨实验方案，成员交流想法确定实验步骤与分工。实验中，成员协作完成设备操作、数据采集记录，共同应对设备故障、数据异常等突发问题。实验结束后，小组共同分析数据、探讨结果、总结收获与不足。小组合作学习既能提升学生团队协作能力，又能在交流中拓宽思维，深化知识理解，培养科学思维能力。

结论

手持技术数字化实验在高中化学人教版教学中，对于培养学生的科学思维具有显著优势。通过培养学生的逻辑思维、创新思维和批判性思维，数字化实验能够帮助学生更好地理解化学知识，提升解决问题的能力。在教学实践中，教师应积极运用数字化实验手段，通过合理的教学设计和教学策略，充分发挥数字化实验的作用，为培养具有科学思维和创新能力的高素质人才奠定基础。然而，在推广数字化实验的过程中，也需要关注设备成本、教师培训等问题，以确保数字化实验能够在高中化学教学中顺利实施。

参考文献

[1]徐畅. 手持技术实验对高二学生化学学科思维的培养研究[D]. 牡丹江师范学院， 2024.

[2]邓文君. 数字化实验在高中生物教学中的应用初探[D]. 南京师范大学， 2020.