基于數(shù)字實(shí)驗(yàn)的初中化學(xué)教學(xué)思考范文

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一、問題的提出

教育的信息化是教育現(xiàn)代化的重要特征之一,信息化的飛速發(fā)展加速、推進(jìn)了我國教育現(xiàn)代化的步伐。2013年9月中山市開展數(shù)字探究實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究試點(diǎn),溪角中學(xué)成為首批試點(diǎn)學(xué)校之一。數(shù)字實(shí)驗(yàn)以傳感器和計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ),結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集之后用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理,通過數(shù)據(jù)圖表展示現(xiàn)象、揭示規(guī)律[1]。這一年多筆者經(jīng)歷了從疑慮到接受再到信任最后到離不開的轉(zhuǎn)變,通過實(shí)踐深刻地體會了數(shù)字儀器應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的出色效果。

二、應(yīng)用數(shù)字實(shí)驗(yàn)優(yōu)劣勢分析

（一）案例一:KNO3、NaCl和NaOH溶解吸放熱現(xiàn)象《溶解過程中的吸放熱現(xiàn)象》是初中化學(xué)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn),傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理是:先用溫度計(jì)測定溶解前的水溫并記錄,然后再分別加入KNO3、NaCl和NaOH充分?jǐn)嚢枞芙?再分別測出溶解后的溶液溫度并記錄,對比溶解前后溫度變化。該方法主要存在以下不足:1.教材中的演示實(shí)驗(yàn)只是讓學(xué)生知道物質(zhì)在溶解過程中由于溶解熱引起了溫度變化,至于是如何變化?變化的趨勢如何?學(xué)生卻全然不知。2.實(shí)驗(yàn)過程不清晰,展示也不直觀,學(xué)生知道溫度上升還是下降但不知溶解過程中溫度的具體變化情況。3.教材中的演示實(shí)驗(yàn),用普通溫度計(jì)演示,其讀數(shù)只能由實(shí)驗(yàn)參與者看清,不方便其他同學(xué)遠(yuǎn)距離觀察,從而使其他同學(xué)缺乏參與感。用傳感器參與本實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)原理基本不變,只是用溫度傳感器替代了普通的溫度計(jì),將演示結(jié)果直接輸入電腦。對此實(shí)驗(yàn)引入數(shù)字實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改進(jìn)后主要優(yōu)點(diǎn)如下:1.該實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生知道物質(zhì)在溶解過程中由于溶解吸、放熱引起溫度變化,并且了解是變化的過程與趨勢,電腦的圖像演示使變化過程一目了然。2.溫度探測儀等數(shù)字化儀器有靈敏度高,誤差小,結(jié)果精確,可信度高等突出優(yōu)點(diǎn)。3.該實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)方式由點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性并直接由電腦屏幕輸出,突破了學(xué)生只能通過前后溫度差得出吸熱或放熱結(jié)論,而不知其溫度有溶解過程的實(shí)時(shí)變化過程的局限。由以上分析可以看出,傳感器的介入提升了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的層次。圖像的展示進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和分析能力[2],讓教師無須過多的贅述,學(xué)生就能通過觀察圖像進(jìn)行理性的分析進(jìn)而快速得出物質(zhì)溶解熱量變化規(guī)律,使學(xué)生認(rèn)知水平得到提升,使教學(xué)更為嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)。

（二）案例二：人體吸入和呼出氣體成分的探究《人體吸入和呼出氣體成分的探究》是學(xué)生剛接觸初中化學(xué)時(shí)的一個(gè)重要啟蒙實(shí)驗(yàn)，對學(xué)生化學(xué)探究思維和興趣的形成有著至關(guān)重要的作用，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理是：先分別收集空氣和呼出氣體樣品，然后用燃著木條比較氧含量多少，用澄清石灰水比較CO2含量多少，用玻璃片呼氣檢測水蒸汽多少。該傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法主要存在以下不足：1.教材中的演示實(shí)驗(yàn)只是讓學(xué)生知道氣體成份在呼吸前后含量發(fā)生了變化,學(xué)生無法清楚地了解CO2、O2、H2O含量變化的趨勢。2.由于實(shí)驗(yàn)中觀察到:呼出氣體樣品中燒著木條熄滅和石灰水變渾濁,容易造成學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為呼出的氣體只有CO2和H2O,得出呼吸過程中氧氣全部轉(zhuǎn)化成CO2的錯(cuò)誤結(jié)論。用傳感器參與本實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)原理基本不變,只是用O2和CO2傳感器替代了普通的燃著的木條和澄清石灰水,結(jié)果直接由電腦輸出到屏幕。對此實(shí)驗(yàn)引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改進(jìn)后主要優(yōu)點(diǎn)如下:1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果被量化和圖表化,更方便讓學(xué)生更清楚地觀察呼吸過程中O2及CO2含量的變化趨勢便于得出呼吸過程中氧氣含量不斷減少,CO2含量不斷增大的結(jié)論。2.通過對數(shù)據(jù)分析,學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后O2含量并不為零,這一數(shù)據(jù)讓學(xué)生清楚認(rèn)識到呼吸中吸入的O2無法全部轉(zhuǎn)化成CO2這一經(jīng)常被忽略的事實(shí),從而避免答題過程中輕易下呼吸作用吸進(jìn)去的是空氣呼出來的全部是CO2的武斷結(jié)論,傳感器的介入提升了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的層次更有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高,更能幫助培養(yǎng)學(xué)生對待科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。這一點(diǎn)對剛接觸化學(xué)的初三學(xué)生來說是至關(guān)重要的。

三、數(shù)字實(shí)驗(yàn)進(jìn)入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考

（一）整合信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科教學(xué),優(yōu)勢互補(bǔ),優(yōu)化教育資源配置實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ),化學(xué)中每一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)和重要規(guī)律都是建立在化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的[3]。傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于受實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)條件等多方面的限制,很多實(shí)驗(yàn)只能停留在定性層面,也是學(xué)生觀察現(xiàn)象,并在教師啟發(fā)下對現(xiàn)象進(jìn)行分析、推理形成相應(yīng)結(jié)論的層面上。推理雖然是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常重要的方法,但有時(shí)缺乏過程化的呈現(xiàn)和實(shí)際的數(shù)據(jù)支撐,比較缺乏說服力,也不利于學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維的培養(yǎng)。數(shù)字實(shí)驗(yàn)的介入,通過信息技術(shù)手段解決了一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法解決的問題,如傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法將實(shí)驗(yàn)過程完整呈現(xiàn)、無法實(shí)現(xiàn)定量等問題。如《溶解過程中的吸放熱現(xiàn)象》這一實(shí)驗(yàn)中,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法無法將溶解過程中的吸放熱的趨勢呈現(xiàn)給學(xué)生,但傳感器的介入就很好的解決了這一問題。再如:《人體吸入和呼出氣體成分的探究》實(shí)驗(yàn)中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法將吸入氣體和呼出氣體中的氧氣和二氧化碳含量定量檢測,但數(shù)字實(shí)驗(yàn)幫助實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的量化,更有利于避免學(xué)生認(rèn)為呼吸作用吸進(jìn)去的是空氣呼出來的全部是CO2的錯(cuò)誤認(rèn)知。因此,數(shù)字實(shí)驗(yàn)設(shè)備優(yōu)化了教育資源配置,大大提高教學(xué)過程的效率。數(shù)字實(shí)驗(yàn)不僅可以成為輔助教師教學(xué)的工具,同時(shí)也有助于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會把信息技術(shù)作為獲取信息、協(xié)作討論、探索問題、解決問題和構(gòu)建知識的認(rèn)知工具。引入傳感器會使一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)起到事半功倍的效果。同時(shí)引入傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)課本資源的二次開發(fā),變課本習(xí)題、學(xué)生疑問等為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),也可以改進(jìn)原來做不出或效果不佳的實(shí)驗(yàn)。這樣又為化學(xué)學(xué)科的研究性學(xué)習(xí)提供了新的活力。

（二）深化探究意識,著眼科學(xué)方法,培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)新課程理念之一是“注重科學(xué)素養(yǎng)教育,提倡多元化學(xué)習(xí)方式”。傳感器的引入更強(qiáng)化了數(shù)學(xué)分析化學(xué)問題的意識,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)更具真實(shí)性、科學(xué)性?；瘜W(xué)的發(fā)展離不開數(shù)學(xué),學(xué)好初中化學(xué)更離不開數(shù)學(xué)。愛因斯坦認(rèn)為,數(shù)學(xué)給予精密的自然科學(xué)以某種程度的可靠性,沒有數(shù)學(xué),那些學(xué)科是達(dá)不到那么高的可靠性的。表格和圖像的充分利用是強(qiáng)化數(shù)學(xué)在化學(xué)教學(xué)中的作用的一個(gè)重要體現(xiàn)。如《溶解過程中的吸放熱現(xiàn)象》這一實(shí)驗(yàn)中,溫度是人們親身體驗(yàn)的冷熱程度,而傳感器在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用,使學(xué)生感受到一種不一樣的感知事物的方式,那就是真實(shí)的數(shù)據(jù),這種感知方式對學(xué)生而言更具說服力。長此以往就能培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成通過“現(xiàn)象──實(shí)驗(yàn)──數(shù)據(jù)──分析──結(jié)論”的研究問題的科學(xué)習(xí)慣,更有利于培養(yǎng)學(xué)生“用數(shù)據(jù)說話”、“凡事講證據(jù)”的科學(xué)素養(yǎng)的形成。

（三）喚醒問題意識,教會發(fā)散思維,提升過程實(shí)效探究式教學(xué)是以探索、研究化學(xué)規(guī)律為出發(fā)點(diǎn),以實(shí)驗(yàn)活動(dòng)為中心,以學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展探究能力的培養(yǎng)為根本的一種教學(xué)方法。探究式教學(xué)強(qiáng)調(diào)“猜想—驗(yàn)證—?dú)w納”的科學(xué)探究過程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的定性分析和引入傳感器的數(shù)字化定量實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,通過對比及數(shù)據(jù)分析,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與、大膽猜測,喚起學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程出現(xiàn)問題求知欲,有助于開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力。傳感器引入化學(xué)教學(xué),更利于教師主導(dǎo)地位的體現(xiàn)。教師教會學(xué)生處理數(shù)據(jù)的方法,讓學(xué)生在研究和歸納的過程中感性地理解化學(xué)變化及其規(guī)律,學(xué)生不僅可以更深入地理解化學(xué)的現(xiàn)象,而且可以學(xué)會獨(dú)立思考、大膽假設(shè)和嚴(yán)謹(jǐn)探索實(shí)驗(yàn)的科學(xué)精神。一幅圖擺在學(xué)生面前,不同程度的學(xué)生會有不同的理解,但只要看出相關(guān)的問題,教師就可以給予肯定,盡可能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性;在同學(xué)們對解決問題的討論中切磋,懂得互助,學(xué)會合作。如《人體吸入和呼出氣體成分的探究》教學(xué)中學(xué)生可能對結(jié)果圖中氧氣含量變化圖提出為什么呼出氣體中氧氣含量不為零的疑問,教師可以就呼吸作用的原理與實(shí)質(zhì)做出解釋是因?yàn)榉我环昼姾粑?0多次,氧氣不可能在短時(shí)間內(nèi)被完全吸收并轉(zhuǎn)化。

（四）傳統(tǒng)與數(shù)字化優(yōu)勢互補(bǔ)，重在合理整合數(shù)字實(shí)驗(yàn)是時(shí)代進(jìn)步的產(chǎn)物,但并不意味著它一定能替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式,兩者不存在絕對的誰優(yōu)誰劣之分,兩者是優(yōu)勢互補(bǔ)的關(guān)系。新技術(shù)豐富了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn),使傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有了新的發(fā)展,并且拓寬了學(xué)生的視野、開闊了他們的思路[4]。新技術(shù)的使用也給教師帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn),教師在新課程中必須接受新儀器、新手段。學(xué)會對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“再開發(fā)”,努力開發(fā)數(shù)字化設(shè)備的潛在的教育教學(xué)功能及價(jià)值,合理地將其與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合起來,彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足,使其更好服務(wù)于教育教學(xué)。

四、結(jié)束語

綜上所述,隨著信息社會的不斷發(fā)展、教育信息化也是必然的發(fā)展趨勢,教育信息化不斷促進(jìn)教師再發(fā)展,數(shù)字化儀器設(shè)備的使用及相關(guān)教學(xué)資源的整合與開發(fā)需要廣大一線教師的積極參與,只有教師不斷更新教學(xué)理念,與時(shí)俱進(jìn),學(xué)生的實(shí)踐精神和創(chuàng)新意識發(fā)展才成為可能。數(shù)字實(shí)驗(yàn)教學(xué)能很好地與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)勢互補(bǔ),能給傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有新的生命力,讓學(xué)生的思維達(dá)到更高的層次。筆者將努力在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的資源整合上進(jìn)行更深入的研究,讓其更好地服務(wù)于教學(xué),發(fā)揮其更大的功效。

作者：曾青華 單位：廣東省中山市沙溪鎮(zhèn)溪角中學(xué)