教育数字化下高中化学实验教学创新策略

一、引言

教育数字化是指将数字技术融入教育教学各环节，推动教学模式、资源配置和评价方式的系统性变革。随着信息技术的飞速发展，高中化学实验教学逐渐突破传统实验室的时空限制，数字化工具如虚拟仿真平台、数据分析软件等为实验教学提供了新的可能。当前，传统化学实验教学存在设备不足、危险性高、现象转瞬即逝等问题，难以满足学生个性化学习和深度探究的需求，在此背景下，探索教育数字化下高中化学实验教学的创新路径具有重要的现实意义。

二、实施策略

数字化工具为高中化学实验教学创新提供了多元支撑，需通过系统性的实施策略，将技术优势转化为教学实效。以下从资源建设、情境搭建、互动深化到评价完善四个层面，构建连贯的教学创新流程。

（一）整合数字化资源，搭建实验教学基础框架

从化学实验的核心要素出发，运用系统化思维梳理教材中涉及的实验类型，构建起物质制备、性质验证、定量分析、探究设计四大分类体系。针对不同类型实验的特点与教学需求，采用差异化的数字化资源整合策略：对于危险性较高的实验，如强酸强碱的腐蚀实验、有毒气体生成实验，引入虚拟仿真软件，依托先进的三维建模技术，精准还原实验场景。学生能够在电脑端自由操作虚拟仪器，自主调节反应温度、压强、反应物浓度等参数，通过交互式界面沉浸式观察实验现象，既保障了实验安全，又加深了对反应原理的理解。

对于实验现象不明显的内容，如某些可逆反应的平衡移动、微量物质的显色反应，通过收集高清实验视频资源，运用专业的视频编辑软件，采用慢放、特写、多视角切换等技术处理，将转瞬即逝的反应过程拆解为可视化的动态画面，精准突出关键反应节点。同时，借助动画模拟辅助展示微观粒子的运动与变化，帮助学生突破抽象思维瓶颈。

为实现资源的高效管理与便捷使用，建立智能化的数字化实验资源库。按照实验目的、所需仪器、操作步骤、安全注意事项等多维标签进行精细分类标注，并在教材对应章节嵌入电子链接，师生只需轻点鼠标，就能快速调取所需资源。资源库建立动态更新机制，定期纳入最新的数字化实验工具使用教程、学生自主设计的优秀虚拟实验方案、前沿化学实验研究成果等，通过持续的内容迭代，始终保持资源的时效性与创新性，为高中化学实验教学注入源源不断的活力。

（二）创设阶梯式探究情境，引导实验深度参与

基于整合的数字化资源，设计由浅入深的探究任务链。在基础实验操作学习阶段，利用虚拟仿真技术，以 3D 动态视角呈现高中化学必修课程中的经典实验，如 “粗盐提纯”“酸碱中和滴定” 等。学生通过佩戴 VR 设备或在 PC 端操作虚拟实验平台，沉浸式完成移液、滴定、过滤等操作。系统自动记录学生操作步骤，生成包含操作耗时、仪器使用规范度、误差率等指标的反馈报告。学生需对照报告，在电子实验记录本中详细标注操作要点，例如 “滴定终点判断时需关注溶液颜色突变”，并结合误差分析模块，推演因操作不当可能导致的实验偏差。

在进阶探究环节，围绕 “化学反应速率影响因素” 主题，设置递进式问题情境。以“如何通过调整反应物浓度缩短反应时间” 为核心问题，引导学生分组设计实验方案。学生借助数字化传感器，将温度传感器、pH 传感器、压力传感器等集成于反应装置，实时采集锌粒与不同浓度硫酸反应过程中的温度变化曲线、溶液 pH 波动及气压增长数据。通过无线传输模块，将数据同步至计算机端的 Origin 数据分析软件，生成可视化的动态变化图谱。同时，学生登录虚拟实验平台，调整反应物浓度、温度、催化剂等变量参数，模拟不同条件下的反应进程，获取理论数据模型。两组数据通过数据对比插件进行可视化叠合，直观展现实验实测值与模拟预测值的差异，促使学生深度思考实验误差来源。

（三）构建协同互动机制，促进实验经验共享

搭建线上线下融合的协同平台，将学生划分为实验探究小组，每组分配数字化实验任务。小组内通过在线文档共同设计实验方案，利用视频会议功能讨论操作细节，教师通过平台查看各组进度，实时批注指导。实验过程中，小组使用移动终端拍摄操作视频，上传至共享空间，其他小组可在线观看并留言提问，操作小组通过视频回放进行针对性解答。对于复杂实验，采用分工协作模式，一组负责虚拟仿真验证，一组负责实际操作，两组数据实时同步至共享面板，共同分析差异原因。课后，建立实验经验交流区，学生上传实验反思报告，标注数字化工具使用中的技巧与不足，形成互助式学习氛围。教师定期整理典型问题，制作成微视频教程在平台发布，强化协同学习效果。

（四）完善动态评价体系，优化实验教学闭环

建立涵盖过程与结果的数字化评价体系，通过平台记录学生的虚拟实验操作次数、准确率，传感器数据采集的完整性，协同讨论中的参与度等过程性数据。设置实验报告数字化评分量表，从方案设计的科学性、数据处理的规范性、结论推导的逻辑性等维度进行量化打分，系统自动生成初步评分后，教师进行人工复核并添加个性化评语。定期组织学生开展互评活动，利用平台的匿名评价功能，对他人的实验方案和操作视频进行打分，评价结果纳入综合评分。根据评价数据生成个人和班级的实验能力分析报告，明确学生在实验设计、数据处理等方面的薄弱环节，为后续教学提供针对性改进方向。同时，收集学生对数字化工具使用的反馈意见，结合评价数据调整资源库内容和情境任务设计，形成 “教学 - 评价 - 改进” 的完整闭环。

三、结语

教育数字化为高中化学实验教学注入了新的活力，从资源整合到评价优化的系统性策略，不仅突破了传统实验教学的局限，更培养了学生的探究精神和数字化素养。随着技术的不断发展，化学实验教学需持续深化数字技术的融合应用，让实验探究更具深度与广度，为学生科学思维的养成搭建更广阔的平台。

参考文献

[1] 瞿筱岚 . 数字化工具在中学化学实验教学中的应用研究 [J]. 教育信息技术 ，，2024（3）：45-49.

[2] 樊梓宸 . 虚拟仿真技术与高中化学实验整合路径探析 [J]. 化学教学参考，2024（5）：36-40.

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