“智慧校園”背景下數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的思考

本文系2018年度江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題《教育信息化2.0背景下農(nóng)村中小學(xué)“智慧校園”建設(shè)質(zhì)量提升研究》研究成果，課題立項(xiàng)號(hào)D-2018-02-73摘要：在智慧校園背景下，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)受到了教師的追捧。由于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的開展需要一定的方法，而大多數(shù)教師對(duì)此了解不多，課堂教學(xué)效率并不理想。所以，教師必須優(yōu)化自身的課堂教學(xué)方式，發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的積極作用，才能促使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)。本文以中和反應(yīng)為載體，介紹數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的概念和應(yīng)用策略。關(guān)鍵詞：中和反應(yīng)；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用策略在信息化背景下，智慧校園成為主流。信息化技術(shù)的應(yīng)用也成為教師與時(shí)俱進(jìn)的表現(xiàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是基于信息技術(shù)的創(chuàng)新教學(xué)模式，可提高課堂教學(xué)效率。下面，以中和反應(yīng)為載體，介紹數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的概念和應(yīng)用策略。一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的概念及其優(yōu)點(diǎn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)（含配套軟件）構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)。它能實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)（如溫度、壓強(qiáng)、pH、氣體濃度電導(dǎo)率）并自動(dòng)生成相應(yīng)曲線，為適時(shí)定量研究化學(xué)反應(yīng)提供可能?？山档蛯?shí)驗(yàn)難度，節(jié)省一定的時(shí)間、精力、人力，讓學(xué)生更加深入地參與到教學(xué)過程中，進(jìn)行深入的研究[1]。二、數(shù)字化驗(yàn)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例1.問題提出《酸和堿的中和反應(yīng)》[2]的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單，但是容易錯(cuò)過反應(yīng)終點(diǎn)，致使學(xué)生容易形成“恰好變色”就是“恰好完全反應(yīng)的”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，不利于學(xué)生從動(dòng)態(tài)、定量、微觀的角度來認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)的本質(zhì)和特征。2.應(yīng)用舉例教師：如圖所示，向磁力攪拌器上的燒杯中注入15mL0.1mol/L的氫氧化鈉溶液，滴入3滴酚酞溶液；連接好數(shù)字化設(shè)備，打開磁力攪拌器，啟動(dòng)軟件，打開酸式滴定管，向燒杯中滴入0.1mol/L的稀鹽酸，測(cè)定溶液pH和溫度變化。學(xué)生：觀察曲線圖，回答下列問題：（1）A點(diǎn)溶液中主要有哪些離子？（2）從點(diǎn)A到點(diǎn)B，溶液的pH為什么會(huì)降低？（3）C點(diǎn)所表示的意義是什么？此時(shí)溶液中主要有哪些離子？它們的數(shù)量關(guān)系是什么？（4）從點(diǎn)A到點(diǎn)D，溶液中Na+的數(shù)量如何變化？（5）溫度為什么會(huì)升高？溫度最高點(diǎn)的意義是什么？然后溫度為什么又下降？意圖：將看不見的離子反應(yīng)轉(zhuǎn)化為看得見的指標(biāo)，達(dá)到中和反應(yīng)過程的實(shí)證化、動(dòng)態(tài)化、定量化，豐富學(xué)生感知微粒間作用的方式。三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用策略1.改變教師的理念有些教師認(rèn)為信息技術(shù)是萬能的，開展課堂教學(xué)的時(shí)候會(huì)過度依賴信息技術(shù)，并沒有將現(xiàn)代信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)深度融合。而另外一部分教師認(rèn)為信息技術(shù)是機(jī)械化的，機(jī)器不如人腦靈活，所以不愿意采用信息技術(shù)進(jìn)行教學(xué)。如果教師一直保持這樣的觀念，將不利于中學(xué)化學(xué)教學(xué)現(xiàn)代化水平的提高和教師專業(yè)素質(zhì)的發(fā)展。所以，想要使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)揮效用，教師就需要轉(zhuǎn)變觀念，緊跟時(shí)態(tài)步伐，不斷學(xué)習(xí)，用豐富的技術(shù)手段優(yōu)化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，多角度展示化學(xué)現(xiàn)象、揭示變化本質(zhì)。2.要選擇適合的課題雖然數(shù)字化實(shí)驗(yàn)包容性較強(qiáng)，但是想要發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的作用，教師就需要選擇適合的課題。以需求為向?qū)У募夹g(shù)才能支撐學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者和技術(shù)應(yīng)該成為智能伙伴。例如，利用傳感器檢測(cè)中和反應(yīng)過程中溶液的酸堿度、溫度變化，通過軟硬件將其直接轉(zhuǎn)化為曲線進(jìn)行呈現(xiàn)，大大節(jié)省了學(xué)生繪制滴定曲線的時(shí)間，使學(xué)生更快更直接地認(rèn)識(shí)酸堿度、溫度的變化趨勢(shì)。這不僅沒有增加學(xué)生的負(fù)擔(dān)，反而能幫助學(xué)生動(dòng)態(tài)、定量的理解中和反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。3.因“實(shí)”制宜，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行合理統(tǒng)籌。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)側(cè)重實(shí)驗(yàn)過程的探究，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)側(cè)重儀器的規(guī)范使用、宏觀現(xiàn)象的定性分析，把兩者有機(jī)結(jié)合起來，在實(shí)驗(yàn)做完后，讓學(xué)生進(jìn)行思考、分析，形成結(jié)論。這樣才能使學(xué)生內(nèi)化知識(shí)，產(chǎn)生較高的教學(xué)價(jià)值。例如，中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師從“宏觀—微觀—符號(hào)—曲線”四重表征的視角，引導(dǎo)學(xué)生深入思考：酸和堿是怎樣反應(yīng)的？反應(yīng)的動(dòng)力是什么？溫度曲線為什么會(huì)先上升后下降，pH曲線上特殊點(diǎn)有怎樣的含義？進(jìn)而深刻理解中和反應(yīng)本質(zhì)和特征。當(dāng)然，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供的真實(shí)感受是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)的，不能完全用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)，只有將兩者結(jié)合起來，才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相得益彰。四、結(jié)語《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010年-2020年）》指出：信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用、功能加強(qiáng)了，將學(xué)生和實(shí)驗(yàn)有效地聯(lián)系在了一起，對(duì)課堂教學(xué)的形式進(jìn)行了創(chuàng)新。作為新時(shí)代的教育工作者，教師需要不斷學(xué)習(xí)，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的開展重視起來。不過在開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，教師要注意上述提到的幾種方