数字赋能，智慧课堂—浅析初中化学数字化实验教学的开展

前言

“科学的真理不应该在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。”初中化学作为一门以实验为基础的学科，对实验教学特别关注。因此，在数字化技术飞速发展的今天，数字化实验被广泛应用到初中化学教学领域，教师能够借助数字化实验的模型，精准采集和处理实验数据，将抽象的化学概念原理以直观的形式对学生展现。教师深入探讨数字化实验对初中化学教学的价值，才能探索出更适合教学的发展之路、打造智慧课堂。

一、数字化实验对初中化学教学的价值

数字化实验为初中化学教学带来诸多重要价值，极大提升了实验数据的精准度与获取效率。传统实验中，人工读取和记录数据易产生误差，而数字化实验则能够依据传感器等精准设备，实时采集精准数据，如化学实验中的温度、压强、酸碱值等。当学生获取了可靠的实验结果，并能进行校对和验证，就会保持一种严谨科学的学习态度。教师利用数字化实验增强了实验的直观性，并能加入一些趣味性的元素，利用软件绘制关于实验的曲线图，使得化学概念变得更加浅显易懂，如酸碱中和反应中 pH 值变化曲线，使学生清晰地看到反应进程，激发学习兴趣。此外，数字化实验还拓宽了实验的时间与空间维度，即使面对一些具有危险的实验，教师也能利用虚拟仿真数字化实验完成教学过程[1]。

二、初中化学数字化实验教学优化策略

（一）精选实验项目，适配数字化实验工具

只有选择合适的数字化的实验项目，并选配适宜的设备，才能充分发挥其优势。教师应结合教育目的和学生认识水平的高低，选用那些能够反映出数字化实验的数据，准确采集、即时展现与动态分析特点的课题，选用操作简便、能满足实验要求的设备，使学生专注地进行化学知识探究，而不会被复杂的设备操作所困扰，达到提高教育质量、增加学生学习体验的目的，有益于学生抽象概念的理解、增强其科学探索能力 [2]。

在《金属的物理性质》教学中，教师精选“探究不同金属导热性差异”实验项目，并适配温度传感器这一数字化实验工具。课堂上，教师将形状、厚度相同的铝、铁、铜三种金属棒一端同时置于酒精灯火焰上，数字实验平台上，教师利用温度传感器探头，把探头固定在距加热端相同的位置后，进行加热，温度传感器采用实时采集的方式，将数据及时传输到电脑之中。学生通过屏幕可以清晰地看到三种不同的金属块，在加热时的温度变化曲线。根据数据曲线图，学生很快发现，铝块的曲线斜率增长速度最快。这种曲线的变化趋势特别直观，能表明铝块的导热性最佳。学生经过小组讨论认为，如果改变金属棒的粗细，曲线可能会产生一些变化，教师鼓励学生进行实验验证，并且记录实验过程。

（二）融合传统实验，拓展数字化实验维度

传统操作式的实验室与数字化实验室之间可以相互弥补不足，拓宽实验的深度、广度。传统式实验室学生通过亲身感受，能够提升学生感知能力和实践能力，但数字化实验室的优势则体现在对数据采集和数据分析处理上，这些都会帮助学生更加理解化学原理，可综合提升学生的化学学科素养[3]。

在《酸和碱的反应》教学时，教师先开展传统实验：向盛有氢氧化钠溶液的烧杯中滴加酚酞试液，溶液变红，再逐滴加入稀盐酸并不断搅拌，学生观察到溶液颜色逐渐变浅直至无色，直观认识到酸和碱发生反应。此时，教师引入数字化实验，在溶液反应之前，将 pH 传感器放入氢氧化钠溶液后，直接连接电脑，开始记录 pH 值的变化。待盐酸逐渐增加后，传感器采集实时数据，电脑绘制酸数据变化曲线。通过一段时间的实验可证明：当盐酸被加入试剂中，pH 值逐渐降低，随着盐酸接近 7 时，pH 值的曲线变化平缓，开始出现综合的情况。在数字化实验的演示下，教师加入温度传感器，发现“中和反应放热”，拓展了学生对化学反应的认知维度。

（三）借助数据分析，深化数字化实验探究

数字化实验室可高效、精确地采集大量的信息，对信息进行研究、分析，发现其中含有的化学规律、法则，教师对学生的数据分析方法不只看数字大小，同时还要观察数据的变化规律、数据间联系以及反常情况，通过数据之间的交流、对比、推理培养学生的逻辑思维、科学探究能力，让学生从中了解化学知识的本质，进一步理解实验知识，提升学生的化学学科素养[4]。

在《氧气的制取》实验中，以过氧化氢分解制取氧气为例，学生使用氧气传感器实时监测反应过程中氧气浓度变化。数字化实验环境能为学生提供精准监测，是分析实验变化的辅助工具，在实验引导之下，学生通过分析发现，随着氧气浓度的变化，曲线上升后，逐渐趋于平缓，早期的上升速度较快。经讨论得出，反应开始时过氧化氢浓度高，分解速率快，产生氧气多；随着反应进行，过氧化氢浓度降低，反应速率减慢。有学生观察到曲线起始阶段有小段延迟，提出疑问。教师不会对小组讨论的具体问题直接给予答案，而是通过鼓励学生积极思考，最终发现“催化剂”可能没有与过氧化氢进行接触。即使利用数字化实验平台进行二次实验，学生仍然发现“曲线起始延迟”的现象是存在的，只有加入催化剂，才能使曲线的延迟现象消失。这一数字化实验过程帮助学生切实理解过氧化氢分解制取氧气反应的方法。

结论

综上所述，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。”虽然本文已经明确了初中化学数字化实验教学的重要性以及发展方向，但仍然要不断地持续发展以及完善，选择合适的数字化实验项目。教师采用数字化实验教学的手段，改变了传统实验室繁冗的操作模式，能够为学生提供全面的指导。目前，初中化学实验教学的重要性不言而喻，教师将会把所涉及的教学内容加以优化，利用数字化实验教学优化教学进程，作为鼓舞学生探索数字化实验教学的价值与优势，培养学生创造力和实践能力的手段，从而促进中学化学教育的发展和提升。

参考文献

[1] 陈江华 . 科学态度与社会责任素养培养的实践探索——以初中化学“ 酸雨的形成和危害” 教学为例 [J]. 龙岩学院学报 ,2022,40(02):124-128.

[2] 叶菁 . 数学建模思想在初中化学数字化实验教学中的应用研究初探 [J]. 中国现代教育装备 ,2022,(02):19- 21+30 .

[3] 石亚伟 , 陈月明 , 李晓冬 . 数字化实验在中学化学教学中的应用研究——以洛阳市为例 [J]. 广东化工 ,2021,48(06):189- 190.

[4] 梁金红. 数字化传感实验在化学教学中的应用策略——以初中化学测定空气里氧气的含量实验为例 [J]. 中国现代教育装备 ,2020,(20):20-21.