探究数字化实验工具在高中化学教学中的应用与实效

随着信息技术的迅速发展，数字化实验工具已成为高中化学教学中不可或缺的一部分，这些工具不仅能够有效提高实验教学的效率，还能突破传统实验教学中的诸多限制，如实验材料的稀缺、实验操作的安全性、以及实验场所的限制等。数字化实验工具通过虚拟仿真、互动式操作、实时数据监测等方式为学生提供更加直观、丰富的学习体验，学生通过模拟真实实验环境能够在不受物理环境限制的情况下进行多次实验操作，提高学习的兴趣和实践能力，此外数字化工具的引入还为教师提供了更加科学的教学支持，帮助教师对学生的学习过程进行实时监控与反馈，从而提升教学质量，因此数字化实验工具的应用已成为新时代化学教育发展的趋势。

一、数字化实验工具在高中化学教学中的应用概念

数字化实验工具是指利用计算机技术、虚拟仿真技术以及智能化工具来模拟和呈现化学实验操作、反应过程和实验结果的教学工具，这些工具不仅可以使学生在虚拟环境中进行化学实验，还能实时采集、分析实验数据，数字化实验工具与传统的物理实验不同能够通过虚拟现实技术提供丰富的互动体验，使学生能够在安全、无风险的环境下进行多种复杂实验，学生通过这些工具能够更好地理解抽象的化学概念，提升他们的实验操作技能，并加深对化学原理的理解，同时数字化实验工具在教师的教学中也发挥着重要作用，帮助他们精确监控学生的实验过程，提高课堂教学的质量 [1]。近年来，我国涌现出多种优秀的数字化化学实验教学工具，例如，“虚拟化学实验室”由北京师范大学研制，涵盖中学化学各类实验，支持 3D 模拟操作；“爱课程·智慧实验”平台则整合虚拟仿真与教学资源，广泛用于高等院校；“超星实验教学平台”提供高仿真互动实验体验，便于教师监控学生进度；此外，“知到化学实验平台”“人教社数字实验室”也在中小学广泛应用，结合课程教材提供标准化实验模拟，这些工具依托国产软件和教学资源，不仅保障教学质量，也提升了化学教学的数字化水平。

二、数字化实验工具在高中化学教学中的应用与实效

（一）实验数据实时采集

数字化实验工具在高中化学教学中实现实验数据的实时采集，能够显著提升学生对化学实验的理解与操作能力，学生通过实时采集实验数据可以直观地观察到实验过程中的各类变化，包括温度、反应速率、浓度变化等，这种即时反馈能够帮助学生更好地理解化学反应的原理和规律，在传统实验中学生往往只能通过事后分析结果，无法实时掌握实验中的动态变化，而数字化工具则能够通过数据采集系统将实验过程中的各项数据实时传输到计算机或其他智能设备上，从而为学生提供更加详细和精准的实验数据，这种实时的数据采集不仅能提升学生的实验兴趣，还能帮助学生及时调整实验参数，提高实验的成功率[2]。

以“铁及其化合物”的教学实验为例，教师可以使用“虚拟化学实验室（北京师范大学版）”这一数字化实验工具。该平台集成了实时数据采集、图像仿真与交互分析功能，能模拟铁与氧气反应的全过程，实时呈现氧气浓度、铁表面温度等变化，并生成动态图表与实验报告，助力学生深入理解化学反应机理，帮助学生实时观察和分析铁与氧气反应生成铁锈的过程，在实验过程中数字化工具能够实时监测实验中氧气浓度的变化、铁表面温度的变化等数据，并将这些数据通过图表的形式呈现给学生，例如在铁与氧气反应生成铁锈的实验中，数字化工具会显示温度上升和氧气浓度下降的趋势，并实时记录铁锈生成的速度，学生可以根据这些数据分析反应的速率与条件的关系，如温度对反应速率的影响等，此外系统还可以自动生成实验报告，帮助学生理解铁的氧化反应及其动力学过程，这种基于数据实时采集和分析的教学方式极大地增强了学生对实验过程的理解，并能够帮助教师更好地评估学生的实验操作。

（二）实验过程实时监控

数字化实验工具在高中化学教学中，实验过程的实时监控为教师和学生提供了全新的教学方式，教师在传统实验教学中难以时刻观察到每个学生在实验过程中的细节，尤其在一些复杂的实验操作中学生容易出现误操作，导致实验结果不准确，教师通过数字化实验工具能够实时监控学生的实验过程，及时发现问题并给予指导，这些工具通常配备有传感器和监控系统能够在实验过程中自动记录和分析各种实验参数，如温度、压力、溶液浓度、反应速度等，实时监控使得实验数据的采集更加精确，同时也确保了学生在操作过程中能遵循正确的实验步骤，避免错误操作的发生，这种技术的应用不仅提升了实验的安全性，还能够有效增强教学的互动性和实效性，帮助学生和教师更好地理解和掌握化学实验。

以“金属材料”的实验为例，数字化实验工具在学生实验过程中的实时监控提供了强大的支持，在此实验中学生需要进行金属与酸反应，研究金属的活性。传统实验中学生往往会遇到操作不当的情况，如未控制好反应温度或加入酸的量不准确，导致实验数据偏差，而数字化实验工具通过实时监控反应过程中金属表面温度、酸浓度变化以及气体产生量等关键数据，能够将这些数据通过实时显示的方式呈现给学生，比如监控系统可以显示金属溶解速度的变化、气体产生量的增加等信息，同时系统还能发出警告信号，提醒学生温度过高或酸溶液浓度不合适，教师通过这种技术可以远程监控所有学生的实验进度和操作，及时发现实验中的异常并加以纠正，从而保证实验的顺利进行，这种实时监控不仅提升了实验教学的安全性，也增强了学生对金属化学反应过程的理解，帮助他们掌握实验技能，获得更精确的实验结果。

三、结语

数字化实验工具在高中化学教学中的应用极大地推动了教学模式的创新与发展，这些工具不仅打破了传统实验的局限性，也为学生提供了更加灵活、安全的学习方式，通过实验数据的实时采集和过程监控，学生能够更直观地感受到化学反应的变化过程，从而加深对抽象概念的理解，同时教师在实时监控实验过程中也能更好地指导学生，确保实验操作的准确性和安全性，总之数字化实验工具为化学教学带来了显著的提升，既提高了学生的实验能力，也促进了教学质量的全面提高，而随着科技的不断进步，未来这些工具将继续发挥更大的作用，帮助学生掌握更全面的科学知识，培养更高水平的创新思维和实践能力。

参考文献

[1] 李绍艳 . 互动式教学在高中化学课堂中的应用研究 [J]. 课堂内外（高中版）， 2024（37）：87-89.

[2] 许先慧 . 高中化学教学中学生实验探究能力的培养策略 [J].读与写：上旬 ， 2020（5）：1.

武丽华，女，1981 年 9 月 民族：汉族 籍贯 ： 河北邯郸最高学历：本科 职称：中学高级教师 研究方向：高中化学教学邮编：050000 单位：石家庄市第二中学