数字化实验资源融入高中化学新质课堂的教学模式探索

引言：

随着教育数字化转型的深入推进，高中化学教学正经历着从传统课堂向新质课堂的转变。新质课堂强调以学生为中心，注重培养学生的核心素养和创新能力。在这一背景下，数字化实验资源作为连接理论与实践的重要桥梁，为高中化学教学带来了新的机遇。如何有效整合数字化实验资源，构建适应新时代要求的化学教学模式，成为当前高中化学教育改革的重要课题。

一、数字化实验资源在高中化学教学中的类型与特点

1、虚拟仿真实验平台

虚拟仿真实验平台通过计算机技术模拟真实的化学实验过程，为学生提供安全、可重复的实验环境。例如，在学习硝酸的性质时，浓硝酸与铜反应会产生有毒的二氧化氮气体，传统实验需要在通风橱中进行，且学生只能远距离观察。而通过虚拟仿真平台，学生可以清晰地观察反应过程中溶液颜色的变化、气体的产生情况，还能通过调节反应物的量来探究反应的定量关系。

2、数字化数据采集系统

现代数字化传感器能够实时采集温度、pH 值、电导率等数据，并通过图表形式直观呈现。在中和滴定实验中，传统方法依靠指示剂颜色变化判断终点，主观性较强。使用pH 传感器后，学生可以实时观察pH值的变化曲线，准确找出滴定终点，深入理解中和反应的本质。在原电池教学中，通过电压传感器监测不同金属组成的原电池的电动势，学生能够直观地验证金属活动性顺序。

3、AR/VR 增强现实技术

AR/VR 技术能够将抽象的分子结构和化学反应过程可视化。在学习有机化合物的结构时，学生可以通过 VR 眼镜进入分子内部，360 度观察甲烷、乙烯、苯等分子的空间构型，理解键角、键长等概念。在晶体结构教学中，AR 技术可以将氯化钠、金刚石等晶体的三维结构投射到现实空间中，学生可以从不同角度观察晶胞的排列方式。

二、数字化实验资源融入新质课堂的教学模式构建

1、 预习探究 - 课堂互动- 拓展创新三阶段模式

基于数字化实验资源的特点，可以采用三阶段教学模式。第一阶段是预习探究，教师在课前发布数字化实验任务，学生通过虚拟实验平台进行自主探究。例如，在学习化学反应速率前，学生可以在虚拟平台上改变温度、浓度、催化剂等条件，观察反应速率的变化，形成初步认识。第二阶段是课堂互动，教师基于学生的预习情况，设计针对性的教学活动。在电解质溶液教学中，教师可以实时展示不同浓度盐酸的电导率数据，引导学生分析电离度与浓度的关系。学生分组使用数字化传感器进行实验，通过数据共享和对比分析，深化对电离平衡的理解。第三阶段是拓展创新，鼓励学生运用数字化工具进行深度探究。在学习化学电源后，学生可以利用虚拟实验平台设计新型电池，通过改变电极材料、电解质种类等参数，探索提高电池性能的方法，优秀的设计方案可以在真实实验室中进行验证。

2、问题导向的探究式学习

数字化实验资源为问题导向的探究式学习提供了有力支撑，在影响化学平衡的因素教学中，教师可以提出问题：工业合成氨为什么选择高压条件？学生通过虚拟实验，改变压强观察平衡移动情况，收集不同条件下的产率数据。通过数据分析，学生不仅能够验证勒夏特列原理，还能理解工业生产中需要综合考虑反应速率、设备成本等因素。

3、协作学习与数据共享

数字化平台支持多人协作和数据共享，促进学生之间的交流合作。在酸碱中和热的测定实验中，不同小组可以选择不同的酸碱体系进行实验，通过数字化温度传感器精确测量反应热。各组数据汇总后，学生可以分析强酸强碱、弱酸强碱等不同体系的中和热差异，深入理解电离热的概念。

三、典型案例分析

案例一：氧化还原反应的数字化教学

课前准备阶段，教师在虚拟实验平台上设置铁钉与硫酸铜溶液反应的模拟实验，虚拟实验提供三个观察层次：宏观层面显示铁钉表面逐渐覆盖红色物质，溶液由蓝色变为浅绿色；微观层面动态展示Fe 原子失去 2 个电子变成 Fe²⁺ ， Cu²⁺ 得到 2 个电子还原成 Cu 原子；符号层面同步显示化学方程式和电子转移数目。课堂实施环节，教师组织学生分组进行电化学实验。每组配备数字化电位测量仪，学生依次测量Zn-Zn²⁺ 、Fe-Fe²⁺、 Cu-Cu²⁺ 、 Ag-Ag⁺ 等半电池的标准电极电位。测量数据自动上传至班级数据库，教师通过大屏幕展示全班数据汇总表。学生发现电极电位越负的金属还原性越强，越正的金属离子氧化性越强。教师引导学生利用 Excel 绘制金属活动性顺序图，并设计预测反应环节。学生根据电位数据判断 Zn 与 CuSO₄ 、Fe 与 ΔAgNO₃ 等反应能否发生，随后通过真实实验验证预测结果。这种数字化教学方式让抽象的电子转移变得可视化，数据采集的准确性提高了学生对氧化还原规律的理解深度。

案例二：有机合成路线的虚拟设计

在有机化学复习中，有机合成路线设计是重点难点。教师可以利用 ChemDraw 等软件结合虚拟实验平台，开展了创新性教学：学生首先在 ChemDraw 中绘制目标分子结构，软件自动分析可能的合成路线。然后在虚拟实验平台上模拟每步反应，观察反应条件对产率的影响。例如，合成阿司匹林时，学生可以比较不同催化剂（浓硫酸、磷酸）的效果，理解酯化反应的机理。通过这种方式，学生不仅掌握了有机合成的基本方法，还培养了逆向思维和系统设计能力。部分学生甚至提出了教材之外的合成路线，展现了良好的创新意识。

结束语：

数字化实验资源为高中化学新质课堂建设提供了强大动力，通过构建预习探究、课堂互动、拓展创新的教学模式，能够有效提升学生的科学思维能力和实践创新能力。在实施过程中，需要注意技术与教学的深度融合，避免为了使用技术而使用技术。教师应始终以学生发展为中心，充分发挥数字化资源的优势，创设真实的问题情境，引导学生主动探究，培养面向未来的化学核心素养。

参考文献：

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