數(shù)字化實(shí)驗(yàn)提升初中學(xué)生化學(xué)科學(xué)探究能力的研究摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，諸多學(xué)科在教學(xué)中已經(jīng)開始引入信息化的元素。而信息化元素在提高教學(xué)的效果和效率方面已經(jīng)顯現(xiàn)出了成效，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)是大勢(shì)所趨。在初中階段數(shù)字化技術(shù)主要解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法解決的問題，比如定量研究、無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象等問題，利用數(shù)字化技術(shù)能夠增加老師和學(xué)生之間的互動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提升學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐的能力。關(guān)鍵詞：數(shù)字化試驗(yàn)；初中化學(xué)；科學(xué)探究與實(shí)踐引言：初中化學(xué)教學(xué)具有一定的特殊性。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)既包括科學(xué)探究的基基礎(chǔ)知識(shí)，也包括科學(xué)探究與實(shí)踐的能力培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要讓學(xué)生更加深刻地理解科學(xué)探究的基本過程，同時(shí)也要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)踐的能力。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也逐漸強(qiáng)調(diào)信息化和智能化。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)正是在這種背景下產(chǎn)生的，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相融合，可以解決初中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法解決的問題，比如定量研究、無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象等問題。因此，開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)初中生化學(xué)科學(xué)探究和實(shí)踐能力的研究顯得尤為重要。一、相關(guān)概念1、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的含義和特點(diǎn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)而言的，它是隨著信息化技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是由計(jì)算機(jī)、傳感器、數(shù)據(jù)采集器以及相關(guān)軟件組成的。它不但能夠?qū)崿F(xiàn)定量的數(shù)據(jù)采集，而且能夠清晰地將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)又被稱為掌上實(shí)驗(yàn)和數(shù)字實(shí)驗(yàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的自主性，讓學(xué)生完成自主的實(shí)驗(yàn)操作。而且數(shù)字化實(shí)驗(yàn)借助了計(jì)算機(jī)的功能，讓數(shù)據(jù)和圖像能夠更為完美地結(jié)合，讓知識(shí)的呈現(xiàn)方式變得更加清晰明了。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。直接。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在運(yùn)行過程中能夠?qū)?shù)據(jù)用圖像或圖表的形式來表現(xiàn)。這種情況極大地加快了數(shù)據(jù)的提取工作，能讓數(shù)據(jù)更加直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。簡(jiǎn)便。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的儀器和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器不同，它的體積更小，質(zhì)量更輕，更加便于攜帶。而且開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)時(shí)間和空間的要求較低。整體性。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)從多個(gè)角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了描述。學(xué)生可以從整體上了解到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，也方便學(xué)生進(jìn)行知識(shí)遷移。節(jié)約性。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)一般對(duì)化學(xué)試劑的應(yīng)用較少，而且試劑浪費(fèi)的情況很少出現(xiàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)苡幂^少的試劑量達(dá)到和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相同的效果。2、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)字化實(shí)驗(yàn)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)和其他軟件構(gòu)成。傳感器能對(duì)所處環(huán)境中的相應(yīng)信號(hào)元素進(jìn)行收集，進(jìn)而傳遞給采集器的一種儀器。傳感器在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中具有非常重要的地位，而且在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中通常會(huì)應(yīng)用到不同類型的傳感器。數(shù)據(jù)采集器能夠接收傳感器傳輸過來的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些信號(hào)的存儲(chǔ)，也能將這些信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)采集器是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的中樞部分。計(jì)算機(jī)和其他相關(guān)軟件。計(jì)算機(jī)和其他的相關(guān)軟件可以對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)應(yīng)用1、促進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)向定量發(fā)展中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)之一是培養(yǎng)學(xué)生思考能力和動(dòng)手能力，同時(shí)也要幫助學(xué)生獲得化學(xué)的核心素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的觀察能力和創(chuàng)新精神。化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生對(duì)化學(xué)的認(rèn)識(shí)由感性上升到理性，認(rèn)識(shí)到化學(xué)變化的本質(zhì)。初中化學(xué)定量化的發(fā)展就必須要有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐，這是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)無法達(dá)到的。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)施能夠滿足數(shù)據(jù)獲取的要求，大大提高了獲取的數(shù)據(jù)精度?？傊瑪?shù)字化實(shí)驗(yàn)促使化學(xué)實(shí)驗(yàn)向定量化發(fā)展。2、實(shí)現(xiàn)了對(duì)無明顯現(xiàn)行化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ矫媾R的一個(gè)重要問題就是無法對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非常有效地監(jiān)測(cè)。舉例來說，在氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳，該反應(yīng)無明顯現(xiàn)象，學(xué)生難以判斷反應(yīng)是否發(fā)展，創(chuàng)新傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，利用壓強(qiáng)改變也可以證明二者反應(yīng)。但是，實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)變動(dòng)以及能量變化卻無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地提取。但是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠以二進(jìn)制編碼的形式對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和存儲(chǔ)，能在計(jì)算機(jī)中將這些編碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信息。這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。3、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行幚韺?shí)驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象不可否認(rèn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中或多或少會(huì)出現(xiàn)一些異?，F(xiàn)象，純文字的解釋學(xué)生有時(shí)無法理解，且不利于學(xué)生科學(xué)探究思維的培養(yǎng)。對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的難以避免的異?，F(xiàn)象，我們就可以設(shè)置成探究性課型，帶著學(xué)生一同去解決，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與實(shí)踐能力。比如在電解水的過程中，實(shí)驗(yàn)得到的氫氣和氧氣的體積比為2：1，而實(shí)際操作過程中結(jié)果一般大于2：1，什么原因?qū)е逻@樣的結(jié)果呢？我們完全可以借助于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，不僅能解決問題，還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與實(shí)踐能力。三、利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)初中學(xué)生化學(xué)科學(xué)探究略1、有效發(fā)揮傳感器的作用傳感器是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的最關(guān)鍵設(shè)備之一。如果能夠利用好傳感器，那么就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的提取和存儲(chǔ)。舉例來說，在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明氫氧化鈉能和鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)”中。學(xué)生在前期的學(xué)習(xí)中已經(jīng)對(duì)氫氧化鈉和鹽酸的性質(zhì)有所了解，知道兩者都是無色的，兩者在一起的發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)也不易被觀察。而且氫氧化鈉和鹽酸反應(yīng)生成的物質(zhì)是氫氧化鈉溶液和水同樣是沒顏色的。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法是在氫氧化鈉溶液中滴加酚酞，然后再不斷滴入鹽酸，通過觀察鹽酸的顏色變化來分析氫氧化鈉和鹽酸的反應(yīng)情況。但是，這只能讓學(xué)生從表面感受到了兩者的變化，但是，兩者變化中的溫度是怎樣變化的？傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲荒軐?duì)這個(gè)問題做出解答。如果在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，有效運(yùn)用數(shù)字傳感器，那么，實(shí)驗(yàn)的效率不僅會(huì)被提升，而且，實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)被會(huì)更加簡(jiǎn)便地記錄下來。教師可以將溫度傳感器浸沒在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氫氧化鈉溶液中，而傳感器和數(shù)據(jù)采集器鏈接，那么實(shí)驗(yàn)中溶液的溫度變化會(huì)被傳感器記錄下來，被采集器接受，最終，計(jì)算機(jī)會(huì)呈現(xiàn)出溫度變化的情況。2、發(fā)揮老師的引導(dǎo)作用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的開展離不開教師的引導(dǎo)。因此教師應(yīng)該積極地發(fā)揮自己引導(dǎo)學(xué)生和培養(yǎng)學(xué)生的作用。在教學(xué)的第一個(gè)階段，教師可以演示實(shí)驗(yàn)操作的過程，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀摩。教師可以對(duì)教材的化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作，向?qū)W生講解，讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)操作的基本步驟和具體原理。具體來說，教師可以向?qū)W生演示用數(shù)字化傳感器測(cè)量紅磷燃燒中集氣瓶?jī)?nèi)氣壓的變化。而學(xué)生則可以模仿老師的操作測(cè)量木炭燃燒中集氣瓶?jī)?nèi)氣壓的變化。學(xué)生通過模擬實(shí)驗(yàn)可以熟悉實(shí)驗(yàn)的操作步驟，樹立實(shí)驗(yàn)操作的信心。在完成了教師的演示和學(xué)生的模擬實(shí)驗(yàn)之后，教師應(yīng)該積極引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和研究。而教師的引導(dǎo)應(yīng)該僅作為一種輔助。在這個(gè)階段，教師可以根據(jù)學(xué)生知識(shí)掌握的特點(diǎn)設(shè)計(jì)合適的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過資料查詢和小組探究，完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，進(jìn)而將方案交由教師進(jìn)行指導(dǎo)，從而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的方案。學(xué)生在按照方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的過程中，會(huì)經(jīng)歷很多失敗。教師應(yīng)該及時(shí)地指導(dǎo)，幫助學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終得出結(jié)論。3、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)數(shù)理化實(shí)驗(yàn)必須要和探究性的學(xué)習(xí)模式相結(jié)合。只有這樣，才能夠提高學(xué)生自主探索知識(shí)的能力和積極性。首先，傳統(tǒng)教科書中的化學(xué)原理和概念比較抽象，具有一定的晦澀性。有的教材中說二氧化碳是一種溫室氣體，類似溫室氣體還有甲烷等。但是這樣的概念并不容易被學(xué)生理解。很多學(xué)生只是知道二氧化碳的化學(xué)式，但是對(duì)具體的溫室氣體的性質(zhì)和概念還不清楚。針對(duì)這種情況，教師可以采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的方法，引導(dǎo)學(xué)生開展對(duì)溫室氣體的探索。舉例來說，教師可以借助溫度傳感器來研究不同類型的氣體在太陽光和紅外燈照射下溫度的變化情況，再由計(jì)算機(jī)生成溫度變化曲線，來闡述溫室氣體的相關(guān)特征。這樣就能降低學(xué)生理解的難度。從素質(zhì)教育的角度來說，化學(xué)教學(xué)的基本理念是從學(xué)生已有的知識(shí)體系和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)和生活之間的關(guān)系，提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和創(chuàng)新意識(shí)。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的儀器具有體積小，重量輕的特點(diǎn)，可以被學(xué)生方便地?cái)y帶到各種的戶外場(chǎng)合使用，舉例來說，學(xué)生可以用二氧化碳傳感器來測(cè)量交通路線的空氣質(zhì)量，也可以測(cè)量封閉教室內(nèi)部的空氣質(zhì)量變化。教材中所呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)只是化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一小部分，生活中還有很多有趣的問題值得學(xué)生進(jìn)行探索。舉例來說，人每次會(huì)吸入多少氧氣？會(huì)呼出多少二氧化碳？這些問題都需要數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和探究式的學(xué)習(xí)模式相結(jié)合。四、結(jié)束總而言之，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是在信息化技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，它與傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合可以解決很多問題。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中化學(xué)的一個(gè)重要組成部分之一，如果初中學(xué)生能學(xué)好化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)，就能形成科學(xué)的化學(xué)思維，運(yùn)用化學(xué)方法去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。從數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的實(shí)施策略來看，應(yīng)該有效利用傳感器技術(shù)，加強(qiáng)教師的有效引導(dǎo)，結(jié)合探究式學(xué)習(xí)方法。只有這樣才能真正發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的作用，幫助學(xué)生化學(xué)實(shí)踐能力的提高，促使其獲得化