1、1关于在高中化学中展开学生数字化实验的研究上海市浦光中学 徐琤雅 张玲 杨宇翔 目前数字化实验已深入到社会生产和生活的各个领域，对数字化实验的核心设备各种传感器及微电极的研究为我国分析化学领域优先资助的前沿课题。在中学化学教育中引入数字化实验教学，一方面弥补了传统实验工具的缺陷，使实验的方法更加先进，实验的数据更加准确，实验的步骤更加清晰；另一方面革新了化学实验仪器与方法，拓展了化学实验的内容。我校有非常有利的硬件条件专属数字化教学的实验室。为了有效地利用学校现有资源，为了将数字实验与教学实践更好的结合，通过对几个典型的中学化学实验的研究与改进，将其传统的实验操作方法改进为数字化操作，定位于可
2、广为推广的学生实验，应用于日常教学与学生的研究型学习。同时对中学化学教学中合理应用数字实验提供一定的教学参考，进一步推进数字实验在教学中的优势发挥应用，从而有效地提高高中化学的教学质量。本研究在高中化学新教材的教学中积累相关案例，从实践中研究与改进几个典型的中学化学实验，将其传统的实验操作方法改进为数字化实验，应用于日常教学与学生的研究型学习。对中学化学教学中合理应用数字实验提供一定的教学参考，发挥数字实验在教学中的优势，使之与课堂教学更为合理、紧密地整合。课题研究内容：（1） 研究能广泛适用于高中化学教学的学生数字化实验案例。（2） 研究学生数字化实验方案及其实验报告的设计。（3） 研究比较
3、学生数字化实验与传统学生实验的教学效果。（4） 研究学生数字化实验对高中化学教学的实践价值。（5） 研究学生数字化实验对于提高学生能力的意义。（6） 研究在实践过程中所遇到的问题。研究结果：（一）能广泛适用于高中化学教学的学生数字化实验案例。在高中学段化学理论体系中，理论上有不少可用数字化实验实现的实验。数字化实验案例 相关化学理论 传感器1. 溶质在溶解过程中的能量变化现象 温度传感器2. 中和反应中的热效应化学变化中的能量变化 温度传感器3. 溶液酸碱度测定 电解质溶液、强弱电解质、盐类水解 传感器pH24. 各种溶液导电性的测定 电导率传感器5. 强弱电解质的鉴别传感器、pH电导率传感器
4、6. 酸碱中和滴定传感器、滴数传感器7. 温度对弱电解质电离的影响传感器、pH温度传感器8. 活泼金属与酸反应的速率 气压传感器9. 固体表面积对化学反应速率的影响化学反应速率、化学平衡理论 气压传感器此外，将若干传感器很好的组合，更可实现大型的、户外或与实际生活相关的学生探究性实验，比如水质测定、饮料成分测定、碘盐中含碘量的测定等等。（二）学生数字化实验方案及其实验报告的设计。在传统实验方案及实验报告的基础上，突出对于实验数据的研究与分析，强化学生对于实验结果数形结合认知、分析、归纳、总结的能力，相对简化具体的实验操作步骤，偏重学生对实验方案的自行设计，在实验中渗透学生主观能动设计实验的能力
5、。初步拟定实验方案及实验报告有以下几个部分组成：实验探究目的、实验设计依据原理、实验器材及药品选用、实验操作步骤、实验结果输出、实验数据分析、实验误差讨论等。在此，笔者选取呈现一个案例。浓度对化学反应速率的影响实验原理：除参加反应各物质本身化学性质以外，还有许多因素均可能会对化学反应速率产生一定影响，这些因素包括反应物的浓度、物理条件例如反应物表面面积、温度、催化剂的存在与否、压力（如果反应包含气体）、以及光等等。化学反应速率可以通过研究单位时间内产物或反应物的数量(或浓度)的改变率来检测。在这个实验中, 是其中一个形成的产物。通过使用气体压力传感器, 这个反2CO应的变化率可以由在一个附上的
6、反应容器的压力的增加被测试。通过改变反应物的浓度, 我们可以研究浓度对反应速率的效应。实验目的：一、使用计算机来测量来自反应物形成的气体压力的变化3二、研究反应物浓度对反应速率的影响实验仪器及药品：计算机、气体压力传感器及专用试管、50 量筒、0.5 / 盐酸、0.25 /mLolLmol盐酸L实验步骤：一、使用沙皮纸将镁带表面的氧化膜去除，取等长约 2 厘米长的镁带，分别装入两支干燥的专用试管中。二、用两只 10 量筒分别量取 5 0.5 / 盐酸及 5 0.25 / 盐酸，放mLmLolmLol在一旁备用。三、预备气体压力传感器来采集数据，将开始采集的条件定为压力在 104kPa 以上。四
7、、将 5 0.5 / 盐酸倒入一支装有镁条的专用试管，开始采集数据。Lol五、重覆步骤四，这次使用 0.25 / 盐酸。molL实验数据（以图表形式输出）问题与讨论一、描述你的图表中出现的两条曲线。评论两条曲线的形状。二、在反应的速率上，你可以总结关于反应物浓度的效果吗?三、在这反应中哪一种反应物是过量的，是镁还是盐酸? 请解释原因。知识扩展请在你的图标中大略地描绘出 0.5 / 的硫酸与镁条的反应曲线。molL（三）比较学生数字化实验与传统学生实验的教学效果。传统实验教学效果显著，但数字化实验作为与传统实验相辅相成的教学手段，更具有不可比拟的优越性。数字化手段可以极大地扩展实验的可视性和可重
8、复性。在采集数据的环节上，计算机和传感器等数字手段的介入可以更快更准确地得到实验数据，从而节省宝贵的教学时间，把更多的时间用于学生讨论问题、解决问题上，让学生在课堂上产生更多的兴趣点，提升学习的主动性，加强学习能力的培养。例如，电导率，中学化学教材中一般不出现这个概念，在研究强弱电解质时，传统实验仅限于用小电珠光亮程度来检验溶液的导电能力，操作繁琐且现象欠佳，若借用数字实验的图像呈现，用数字说话的形式，让学生直观地体会出溶液中离子“量”的问题，若干条简单的工作曲线就能比较直观地说明此较为抽象的知识点即溶液的导电能力与离子浓度有关。因此，在一年的课题研究过程中小组成员累积类似案例，研究比较学生数
9、字化实验与传统学生实验的教学效果，以实现数字化实验在传统实验基础上的突破、数字化实验对传统实验的进一步延伸、数字化实验与传统化学实验的整合。在此，笔者选取两个案例加以详细说明。4案例一：催化剂间的竞争（拓展型课程）传统实验 数字化实验实验目的 探究双氧水分解催化剂的效果实验原理给定质量的反应物转变成产物的时间是通过反应速率来描述的。许多因素可能影响这个速率。这些可能包括反应物的浓度、物理条件例如反应物表面面积、温度、催化剂的存在与否、压力(如果反应包含气体) 、以及光等等。反应速率可以通过研究产物或反应物的数量(或浓度 )的改变率来检测。一个反应通常有其相配的催化剂，催化剂能极有效地增加反应的
10、速率。不同于反应剂，催化剂在反应结束时不会 (作化学上的) 改变。有一类非常重要的催化剂，叫做酵素，在生物中有举足轻重的重要性。药品 3%双氧水、二氧化锰固体、碘化钾、溴化钾、三氯化铁，胡萝卜泥等实验器材 试管、胶头滴管 计算机、气体压力传感器及专用试管、50 量筒、移液管mL实验操作 以双氧水自然情况下分解为参照，分别在同浓度同体积的双氧水中加入少量二氧化锰固体、碘化钾、溴化钾、三氯化铁，胡萝卜泥等，观察气泡产生情况以双氧水自然情况下分解为参照，使用气压传感器测定在同浓度同体积的双氧水中加入少量二氧化锰固体、碘化钾、溴化钾、三氯化铁，胡萝卜泥等时产生气体的情况实验数据 学生主观判断，用“快”
11、或“慢”描述实验现象以 P-t 图表形式案例分析：催化剂间的竞争作为一节拓展性课，教师指导学生围绕“催化剂”的概念，设计实验方案，验证假设，经过多次实验探究，学生成功地发现了双氧水分解的新催化剂 、 ，进而又发现新问题：为什么作为双氧水分KI23FeO解的催化剂均含有氧元素？是否因为反应过程中它们所含氧元素转化为氧气？通过多次实验比较，学生得出更多可以用来促进双氧水分解的催化剂。整堂课的反复重复双氧水分解的实验，不同之处就在于所添加的试剂不同。按照传统实验的做法，在不同的试管中加入适量的同浓度的双氧水，然后分别加入不同的催化剂，观察气泡产生的速率，判断催化剂效率的高低，总结记录实验结果。引入数
12、字实验教学，基本步骤相同，但是对于不同催化剂的效率不再是根据学生主观视觉判断，而是根据气泡产生的同时在试管内会造成一系列压强，连接的气压传感器可以感受到这些细微压强的变化，在个人电脑的屏幕上以 P-t 的图形出现。5比较这两种教学实验的效果，统实验对于学生的动手能力更有帮助，在通过对于实验现象本身的观察中，找出效率较高的催化剂，但是往往靠个人感官的判断有时难以得到精确的结果，再加上由于学生主观判断的差异性、不同催化剂催化效果前后靠肉眼观察对比并不明显，最后可能无法实现最初设定的教学目标。而使用数字实验教学，则可以更好地提高学生对于实验结果的精确把握，数字传感器可以感受到压强的细微变化，从而提高
13、了学生分析数据，解析图形的能力。案例二：探究验证醋酸是弱电解质的实验方案（研究型课程）三维目标 知识与技能：通过实验的研究，对电离平衡、化学反应速率、盐类水解等相关知识点有进一步的认识和巩固，并能运用于实践。过程与方法：一、运用传统实验与数字化实验手段对同一课题进行较为全面的探究。二、将弱电解质醋酸的某些性质与强电解质盐酸作比较，揭示强弱电解质的本质区别。三、学生发现问题，小组讨论，设计试验方案。情感态度与价值观：一、实验方案设计，学生多角度思维方式训练。二、学生自己发现问题，提出问题，设计试验方案，并进行实践操作，在提高学生解决化学问题能力的同时也锻炼了动手能力。三、运用数字化实验解决实际问
14、题，引导学生透过现象揭示事物变化本质。教学流程 提出问题：如何用实验验证醋酸是一种弱电解质 学生讨论测定已知浓度醋酸的值pH提出问题：0.1 的盐酸/molL与醋酸的 值分别为多少？pH强电解质盐酸与弱电解质醋酸电离的本质区别测定已知 值醋酸的浓度比较同值pH醋酸与盐酸的浓度比较同浓度醋酸与盐酸的值比较同浓度醋酸、盐酸与镁条反应的起始速率比较醋酸盐与盐酸盐的值pH6实验器材及药品酸碱度传感器、滴数传感器、电导率传感器、气压传感器、试管架、干燥大试管若干、小试管若干、50 小烧杯、500 大烧杯、10 量筒、50 量mLLmL筒、玻璃棒、表面皿、砂纸、蒸馏水瓶、水槽、镊子、 试纸、0.1 /pH
15、ol盐酸、0.1 / 醋酸、0.05 / 盐酸、0.05 / 醋酸、酚酞、甲基橙、Lololol醋酸钠晶体、氯化钠溶液、醋酸钠溶液、镁条用于探究推论的传统实验 用于探究推论的数字化实验探究验证推论的具体实验A. 使用 试纸比较同浓度醋酸与pH盐酸溶液的 值B. 用酚酞试剂或 试纸测定醋酸盐与盐酸盐的酸碱性C. 用甲基橙试剂测定醋酸盐对醋酸电离的影响A. 使用气压传感器比较同浓度醋酸、盐酸分别与镁条反应的起始速率B. 使用酸碱度传感器、滴数传感器比较等量水稀释对醋酸与盐酸值的影响pHC. 使用电导率传感器、滴数传感器比较等量水稀释对醋酸与盐酸电导率的影响D. 使用温度传感器、酸碱度传感器测定温度
16、对醋酸电离的影响案例分析：此案例属于研究性课程。研究性学习是一门课程，没有一定的模式，是在教师的指导下，由学生自己选择和确定研究的课题或项目的设计，自己收集、选择、分析信息资料，应用知识去解决实际问题的一种课程。它的学习内容极具综合性和开放性，因为对于一个实际问题，学生必须运用多个知识解决。比如此案例中验证醋酸是弱电解质的实验方案理论上不下十种，学生可以从电离平衡、盐类水解、化学反应速率等角度验证了醋酸是弱电解质这一观点，如果完全依靠传统实验，某些实验根本无法实现，而且在短时间内也无法实现所有实验验证或推论温度对醋酸电离的影响小结比较同电导率醋酸与盐酸的浓度比较同浓度醋酸与盐酸的电导率等量水稀
17、释对醋酸与盐酸电导率的影响电离平衡的进一步探究等量水稀释对醋酸与盐酸值pH的影响醋酸盐对醋酸电离的影响盐酸、醋酸滴定曲线7图一 数字化实验与传统实验的比较图图二 同浓度盐酸、醋酸分别与镁条反应的起始速率推论的验证，这样留给学生思考问题从而解决问题的时间就所剩无多了。据数字化实验与传统实验比较，由于学生在数据处理上的时间大大缩短，这就给学生创造了多余空间，使他们在探索研究的投入的时间与精力都上大幅度增加，而这正是符合二期课改研究性课程理念的。但在整个研究性学习过程中，我们并没有完全依赖于数字化实验，而是采用了传统实验与数字化实验相结合的方法。传统实验经过多年的实践，也有其必然存在的经典价值，有些
18、实验使用数字化手段反而化简为繁，比较同 值醋酸与盐酸的浓度、测定已知浓度醋酸pH的 值、比较同浓度醋酸与盐酸溶液的 值、比较醋酸盐与盐酸盐的pH值等等这几种方案使用传统实验器材比如 试纸、 计甚至是酸碱指pH示剂即可快捷地得出结论，使用数字化实验反而华而不实、欲速则不达。但凡涉及到定量线形变化或电导率的实验，比如比较同浓度醋酸与盐酸的电导率、比较同浓度醋酸、盐酸分别与镁条反应的起始速率、等量水稀释对醋酸与盐酸 值的影响、等量水稀释对醋酸与盐酸电导率的影响、用同浓度氢pH氧化钠分别中和等浓度等体积盐酸与醋酸的滴定曲线、醋酸盐对醋酸电离的影响、温度对醋酸电离的影响等等这些写实验方案我们就不得不借助
19、于数字化实验。8图三 同浓度同体积盐酸和醋酸同倍稀释后电导率变化曲线图四 同浓度氢氧化钠分别中和等浓度等体积盐酸、醋酸的滴定曲线9综上所述，因此数字化实验只是互补于传统实验的一种手段，我们应将两者很好的整合，通过将近一年具体操作实践过程中的积累，小组成员就数字化实验与传统学生实验的教学比较结果如下：传统实验 数字实验联系 传统实验和数字实验在教学中是互补的角色，数字实验是某些传统实验的补充和改进，起到的是共同促进课堂教学的作用。区别 实验器材上的巨大不同以及实验课题选材的侧重点实验器具 传统的实验器材，改进后新颖的实验器材 电脑、数据提存器、各种可供选择的传感器实验效果经典实验不可替代，但其它
20、一些实验方法陈旧、延续时间长、数据处理繁琐、可信度差可以完成原有实验手段不可能完成的实验。极大地扩展了实验的可视性和可重复性，以往肉眼看不见的实验现象，可以借助数字视频技术在时间和空间上的扩展可以清楚地采集下来反复观察。在采集数据上，数字实验可以更快更准确地得到实验数据，提高课堂效率。实验带来的思维方式大多实验步骤预先设置，学生只能“按图施工”，缺乏独立思考和创造性活动，好多仅仅是技能的训练，对于学生的质疑没有起到一个很好的铺垫作用。因为没有可参照的案例，所以给学生提供了很大的思考空间，学生可以在有理论知识的基础上选择器材设计实验，特别是实验得出的数据、实验图像会给学生以思维的刺激，激发学生去
21、思考、去讨论，培养了学生自主探究的精神。对学生能力的培养动手能力、观察能力、数据分析能力在培养学生动手能力的基础上，尤其培养的是学生的读图能力、分析能力、质疑能力课堂效果缺乏一定的互动性 教师可以通过屏幕监控及时地了解学生的接受知识的情况，实验的完成情况，学生参与讨论的积极性情况等等，能够比较准确地把握课堂的动态，使师生的交流更为充分，大大提高了授课效果。10（四）学生数字化实验对高中化学教学的实践价值。在高中化学教学中开展学生数字化实验必将对传统的教学理念、教学手段、教学模式带来很大的冲击与革新。教学理念：学生数字化实验的引入凸显二期课改的教学理念以学生为本，学生自助设计、操作实验的机会多了
22、，注重学生为主体的实践过程，培养学生创新思维、发现问题、提出问题和解决问题以及搜集处理数据等各方面的能力，改变传统教学忽视科学探究过程只求死记硬背的学习方式，在学生切身体会科学探究的过程中，让其体会到学习的乐趣以及对科学探究的精神的领悟，增强科学方法意识，更可实现学科内以及学科间的整合，甚至是与实际社会生活的融和。教学手段：数字实验的出现，也随之带来教学手段的革新，更有了多的教学手段的组合，比如数字实验、传统实验整合教学；单一的数字实验演示教学；学生数字实验教学，包括学生改进、自行设计实验等等。教学模式：新的教学途径的介入，必将引发更多教学模式的产生，比如以“实验的数形”作为引入，整堂课以“学
23、生讨论、分析、深入、总结”的模式；比如由传统实验和数字实验的共同辅佐，以“比较法”渗入教学，进一步强化知识点的掌握；比如实验探索模式，某些课题有了数字实验的介入，可以使探究的过程更加完整，毕竟数字实验在某些层面还有着拾漏补缺的作用，学习的完整性得以很好的体现。在此，笔者选取两个案例加以说明。案例一：固体表面积对化学反应速率的影响（基础型课程）传统实验 数字化实验实验目的 研究固体表面积对反应速率的影响实验原理除参加反应各物质本身化学性质以外，还有许多因素均可能会对化学反应速率产生一定影响，这些因素包括反应物的浓度、物理条件例如反应物表面面积、温度、催化剂的存在与否、压力（如果反应包含气体）、以
24、及光等等。化学反应速率可以通过研究单位时间内产物或反应物的数量（或浓度）的改变率来检测。在这个实验中, 大理石与盐酸反应生成二氧化碳，通过使用气体压力传感器, 这个反应的变化率可以由在一个附上的反应容器的压力的增加被测试。通过改变反应物的颗粒大小, 我们可以研究浓度对反应速率的效应。药品 0.5 / 盐酸、碳酸钙粉末、块状碳酸钙固体molL实验器材 试管、100 针筒、计时工具、钻孔橡皮塞、50 量筒计算机、气体压力传感器及专用试管、50 量筒mL1. 将 4g 碳酸钙粉末装入干燥的专用试管中。2. 用 50 量筒量取 25 0.5 / 盐酸，放在一旁备用。LLol实验步骤3. 将 25 0.
25、5 / 盐酸倒入专mol3. 预备气体压力传感器采集数据，11用试管，插上连接 100 针筒mL的橡皮塞。4. 每隔十秒记录针筒内气体体积。5. 用 4g 块状碳酸钙重复上述实验。将开始采集的条件定为压力在135kPa 以上。4. 将 25 0.5 / 盐酸倒入专mLol用试管，开始采集数据。5. 用 4g 块状碳酸钙重复上述实验。实验数据 以 V-t 表格形式 以 P-t 图表形式案例分析：在该案例中，数字化实验与传统实验在三方面有比较明显的区别。第一，从实验器材角度，传统实验前期准备较数字实验略显繁琐。第二，在实验具体操作上，传统实验耗时较长，易出现实验失败现象。传统实验通过人工采集几个特
26、殊时间点产生的气体体积数据，由于时间与目测针筒显示气体体积这一环节需要较为精密的配合，很容易出现失误。此外，药品的取量也个非常关键的问题，倘若药品取少了，针筒内气体体积前后变化不明显，不利于观察记录，而药品取多了又可能造成起始阶段变化过于迅速，在选择时间点上难以掌握或者说容易错失最佳数据的采集点。而数字实验的这一环节全由电脑掌控，数据采集器不仅能采集某个时间段的实验数据，更可精确到 0.1秒乃至更为精细的时间单位，这样所采集的数据较为全面，更为客观科学，整个实验变化过程中，学生的注意重心更多的是放在由电脑屏幕呈现出的 P-t 曲线变化，而不是忙于记录各种数据，数字实验更可反复多次，最终得到最为
27、理想的实验数据。第三，实验数据的记录输出方式的不同对于学生观察现象、考虑问题的角度、研究问题的方式方法以及最后对整个知识点的掌握均产生不同的影响。传统实验以表格形式呈现：t（s） 10 20 30 40V（ ）2CO1234图五 固体表面积对化学反应速率的影响数字化实验装置图12学生从该表中了解某一时间点的化学反应速率，通过计算求得平均反应速率，但由于给定的时间点并不全是采集数据的最佳时间点，再加上具体实验操作过程中出现的失误，最后得出的结论偏差会很明显。数字实验以电脑输出图表形式呈现：通过这张图表，学生能更为直观的了解整个反应过程中产生气体的快慢程度，对化学反应速率这一概念有更为直观的了解。
28、再有在实际考试中，学生对带有图像的题目总有些许“望而生畏”的感觉，如该知识点就曾以图像形式成为一经典考题，具体考题如下：将 块状碳酸钙跟足量盐酸反应，反应物消耗的质量随时间的变化曲线如ag下图的实线所示。在相同条件下，将 （ ）粉末状碳酸钙与同浓度的盐bga酸反应，则相应的曲线（图中虚线所示）正确的是（ ）。使用数字实验做过该实验的学生对该题中出现的图示并不会感觉陌生，只要稍加思索就能得出正确结论。通过以上三方方面的对比，学生数字化实验对高中化学教学的实践价值可见一斑。案例二：强弱电解质的鉴别（基础性课程）传统教学 渗入数字实验的教学教学目标 1、 借助常规实验手段，通过实验现象的直观表现，鉴
29、别强弱电解质理解透彻强弱电解质的本质区别2、 理解透彻强弱电解质的本质区别后，设计出各种可知识与技能：1、掌握借助常规实验和数字实验鉴别盐酸和醋酸的方法2、学会根据数字实验的结果分析问题，最终归纳到强弱电解质的本质问题。过程与方法图六 固体表面积对化学反应速率的影响数字化实验数据图13行的实验途径，预想出可能的实验结果，包括曲线图，发展学生的拓展思维，发散思维，培养总结归纳能力。3、 学会学以致用，灵活解题。对比传统实验，设计数字实验来区别盐酸和醋酸，体会提出假设到运用实验数值、曲线验证假设的学习探究过程，通过动手、观察、分析形成有关知识。情感态度与价值观：培养以科学态度进行实验设计能力，提高
30、科学探究的积极性，提高在课堂上的主观能动性，激发学习的兴趣。教学模式 实验探究、集体讨论、归纳总结自主实验探究、问题解决模式教学重点和难点1、让抽象的强弱电解质的本质区别通过具体的实验现象让学生理解2、读懂题意，学会解析习题1、学会分析图象、读懂数据，让抽象的概念以数据的形式为学生理解。2、体验知识探究的过程，学会灵活运用知识，解析习题。教学简单流程【复习引入】电解质的概念强电解质的概念弱电解质的概念强弱电解质的本质区别哪些物质分别属于强弱电解质【实验探讨】理解概念的基础上，让学生设计强弱电解质鉴别的实验方法【实验操作】把设计好的实验付诸于实践，然后从实验现象中更加透彻地去理解强弱电解质的本质
31、区别-电离程度，让学生区分开强弱电解质的全部电离和部分电离在实验现象中的显示【问题拓展】同浓度的盐酸和醋酸同倍稀释，pH 值曲线变化会怎样？【问题解决】学生提出假设，然后设计实验、绘制曲线，最终论证假设【知识活用】学生练习相关习题，学会学以致用。【问题引入】如何鉴别盐酸和醋酸？【解决问题】学生活动 1：从常规实验的角度讨论鉴别的方法学生活动 2：从数字实验的角度去探讨a) 设计简单的数字实验，交流方案b) 假设实验结果c) 根据设计思路，学生动手操作实验，验证假设是否成立d) 教师引导，学生分析实验结果【引出结论 1】归纳到氢离子浓度的大小，强弱电解质的本质区分【问题迁移】不同浓度的盐酸借助数
32、字实验如何鉴别？【问题拓展】不同浓度的盐酸在酸碱中和滴定中会影响到什么？【引出结论 2】氢离子的浓度影响了酸碱中和滴定教学反思 在高中化学教学中，“电解质溶液”是比较重要的章节，但因为内容的理论性、抽象性比强弱电解质的讨论有很大的讨论空间，在这一节课中只是借助了数字化实验这个新的载体从一个新的角度进行了探讨，通过一14较强，在传统教学中很难让学生理解透“完全电离”“部分电离”中的“量化”概念。学生通过前期的学习，能理解强弱电解质的区别，所以能够比较好地设计出实验方案，让强弱电解质的区别通过实验现象很直观地表现出来。在传统教学的实验中很难做好“用数据来说话”这一点，所以比较欠缺学生读图能力、图像
33、分析能力的培养。些数字实验的设计，通过一些图像读取，强化了一些抽象知识点的理解。在这过程中学生的动手能力、观察能力、图像分析能力都得以了一定的锻炼，让学生真正“动”了起来，学生的主观能动性被“激发”了。由于教师和学生接触数字实验的时间不长，对新的教学媒体使用还不是太熟悉，对教学活动设计也还存在一些不足：1 学生整体参与性有所欠缺，学生还没有完全放开手脚。2 在教学中的问题设计上，教师还可以让学生有更多的探究问题的空间。数字化实验教学并不是要否定和代替传统的实验教学，而正是在继承前者的同时进行改进和补充。与应试的结合相同物质的量浓度、相同体积的一元强酸（如盐酸）与一元弱酸（如醋酸）的比较见下表：
34、 比较项目酸)(Hcp中和碱的能力与活泼金属产生的量2H开始与金属反应的 速率一元强酸 大 大 大一元弱酸 小 小相同 相同小比较项目酸)(Hc)(酸c中和碱的能力与活泼金属产生的量2H开始与金属反应的 速率一元强酸 小 小 小一元弱酸相同大 大 大相同此案例的实践效果体现在于以下几个方面：第一，课堂氛围。因为有数字实验的介入，学生课堂活动增多，师生互动增多，学生上课情绪提升，对于教与学都提供了和谐的课堂氛围。第二，学生对于重点和难点的接受程度。“电解质溶液”是比较重要的章节，但因为内容的理论性、抽象性比较强，在传统教学中很难让学生理解透“完全电离”“部分电离”中的“量化”概念，而数字实验正好
35、可以填补这部分缺憾，通过电导率传感器的应用，通过对数字实验显示的数值、曲线的读取，15提供了让学生鉴别强弱电解质的新途径，使“全部电离”“部分电离”抽象的概念得以具体化的体现。第三，学生学习能力的培养。强弱电解质的讨论本身就有很大的空间，这一节课中借助了数字化实验这个新的载体从另一个新的角度进行了探讨，通过设计数字实验对一些数据、图像读取，把抽象的知识点具体化，深入浅出。学生的实验设计能力、动手能力、观察能力、图像分析能力等其间都会得以锻炼。第四，知识点的夯实为学生自信应试打下基础。强弱电解质一直是上海高考内容中必考的一部分，正是因为知识点的“抽象”，掌握不透彻，所以就成为学生的应试软肋。而在
36、知识点“吃透”的前提下，学生应试肯定多的是自信。（五）学生数字化实验对于提高学生能力的意义。通过几个月的学生实践，数字化实验对学生各方面能力的确有或多或少的提升。数字实验有着传统实验无法比拟的优越性。在观察环节上，数字化手段可以极大地扩展实验的可视性和可重复性。在采集数据的环节上，计算机和传感器等数字手段的介入可以更快更准确地得到实验数据，从而节省宝贵的教学时间，把更多的时间用于学生讨论问题、解决问题上，让学生在课堂上产生更多的兴趣点，提升学习的主动性，加强学习能力的培养。其一，增加了学生亲自参与实验、动手操作实验的机会。在高中化学教学中，实验教学的效果的确不容忽视。但是传统实验因为各方面条件
37、的局限性，更多走的是演示实验这条途径，虽然效果不错，但毕竟不是全民参与，所以激起的兴奋点未必能全部辐射开，而数字实验教学以 3-4 人为一参与小组，各个小组成员各施其职，从实验方案设计，规划使用试剂（也包括一些溶液的自行稀释浓度等），传感器的选择使用，实验装置的整体搭建，实验过程的控制，实验数据的读取，以及实验数据、图像的分析，做到了在课堂上让每个学生“动”起来，并且学生在通力合作中，集体的力量、集体的智慧更能很好地得以体现和发挥，并且能提升学生融入集体的快乐！其二，数字实验的辅佐可以让化学教学中抽象的理论知识具体化，减少学生学习的心理障碍，激发学生的兴趣。中学化学课程的架构是由几个具有指导意
38、义的基本理论如物质结构理论、氧化还原反应理论、物质的量理论、反应速率和化学平衡理论、有机反应原理等构成的，而这些重要理论都建立在原子的微观结构基础上。抽象这一共同特点使得这些理论成为学生在传统教学模式中难以理解掌握的难点内容，而学生往往越难就越不愿意学。比如电解质溶液这一知识点在高中化学学习中属于理论性、综合性、抽象性都比较强的知识点，学生在理解上一直存在着障碍，学过但理解不透的现象非常普遍。像强弱电解质的区别本身就带有一定量化的形16式，量化在传统实验中难以得到体现，而数字实验就提供了一条以量化的形式区分强弱电解质的途径。通过电导率传感器与计算机的相互辅佐，在非常短的时间内就可以采集到电解质
39、溶液的电导率数据，抽象的知识具体化以后更易为学生接受，同时可以数据、图像作为学生能力培养的切入点，一系列的讨论、探究活动可以由教师设计后很好的展开。于是教学内容的难点反而变成了学生形成学习动机的源泉。其三，数字实验与传统实验相辅相成，体现出更好的教学效果，同时在一定程度上改变了教学中的工作方式、思维方式和教育方式，从而更全面地培养学生的能力。传统的教学方法是以教师演示实验为主，得出实验结论，学生被动地接受实验事实，记住实验结论，然后应用结论解决问题。学生虽然也能很好地利用这些知识点来解决问题，但是体验不到知识探究的整个过程，当然也就减少了在这个过程中质疑精神、创新精神、主动学习的愿望、学生间的
40、协作等等能力的培养。而有了数字实验的辅佐，它的便捷、操作结果的直观、数据处理的迅速让学生有了更多思考、讨论的空间和时间，同时学生多了自身参与的机会后，更加提升了学习的兴趣点，更加能够激发思维。比如依旧涉及到化学中强弱电解质的区分，学生可以学会从不同的曲线走势去判别强弱电解质，从一些数据，从一些曲线，挖掘出强弱电解质更多的宏观表现形式。比如同浓度、同体积的盐酸和醋酸溶液同倍稀释后观察它们的变化曲线，传统实验是无法在短时间内绘出这么精确的比较曲线的，而数字实验中与操作同步出现的曲线，一下子就能抓住学生的兴趣点，从而激发学生的思维。学生就会主动想着去讨论曲线的变化趋势，就会刨根究底想要解决心中的质疑
41、，主观能动性被挑动起来了，学习的兴趣也就有了。比如就有学生想到可不可以利用“温度对碳酸钠水解影响”的数字实验中 与温度的图像得出弱电解质水解的关系式的等等，学生的探究pH精神是不容忽视的，这需要教师的挖掘，而数字实验就给教师提供了一条挖掘学生潜能的途径。其四：高中化学教学中数字实验的顺利展开，同样对于授课教师提出了能力全面发展的要求。师生之间教学相长，教师能力的提升，为学生能力的提升提供了更有利的条件，提供了更为宽广的空间。对于教师更是为了能更大程度上挖掘出学生的潜力，培养学生的能力，那就需要教师勤思多想，选择好课题，以适当的方式把它用到教学中恰当的环节中，使其自然地与常规教学融合，真正地使数
42、字实验发挥其最大的功效多方面培养学生学习能力，最大程度提升教学效率。好的引路者，能让后来者少走弯路。的确在数字教学的路途中，教师把一些小的路障扫除，学生的基础夯实了，学生就有更多的空间去学会思考，教与学的相辅相成，学生各方面能力都会得以提升。（六）研究在实践过程中所遇到的问题。17由于数字化实验教学在中学阶段刚刚开始起步，因此在研究过程中一定会遇到不少问题：第一，传感器的使用。如何操作传感器对于现在这些能熟练应用基础的计算机技术的高中生来说，已经不存在太大的问题，但是如何利用传感器去测定出精准的数据，比如说电导率传感器校准液一次用完后，如何进行精确溶液的配制，以及 pH 传感器缓冲液的配制，应
43、该也是学生需要掌握的基本技能，这样一方面能提升对仪器维护的意识，更重要的一方面是培养学生严谨的科学研究态度，因为介于传感器的高灵敏度，一旦没维护好，数据的显示会出现很大的偏差，而数据的偏差会直接导致研究结果、规律的总结。课题实施一路走来，很多时学生只会去用，而不会注重去维护，等到采集数据出了问题，再回过头，那就是事倍功半了。如何利用好传感器的问题还在于，合适的时候去合理地用它，有时是时机不合适，譬如说 pH 值的测定，用传统的 pH 计测定，没了接线、没了与计算机连接的步骤，应该是更为简洁明了，但学生会注重了现代化，而抛弃一些传统的东西，还有学生会缺乏捕捉很好地利用数字实验为课堂服务的机会，比
44、如在现用的二期课改高一第二学期的教材上第 37 页上“测定大理石与盐酸反应生成二氧化碳的化学反应速率”，学生实验中演示的是采用针筒去收集气体，在不同的时段读取体积读数然后以时间作为横坐标，气体体积作为纵坐标，做曲线图对于“浓度影响化学反应速率”进行用数据说话式地分析，的确很为直观，效果也不错。但是我们今天有了数字实验仪器，我们完全可以采用气压传感器与数据提存器相结合，让时间-压强的曲线很快地在计算机屏幕上得显示，快捷，又非常具有说服力，最起码减少了对于体积读数人为的误差，但学生在课堂上很少能有提出此手段的，那也说明数字实验教学还没有变成常态化，还没有完全灌输给学生，这种理念的培养当然需要一定的
45、过程，我们有待努力。第二，数字实验最大的特点就是体现在它的“数字”上，如何使数字成为有效的数字，如何把有效的数字进行分析、归纳，如何对同一主题实验分组做后出现的曲线异常进行及时地抓捕、讨论、反思，这在我们的课题研究中还是有所欠缺的。比如酸碱中和滴定曲线的显示，为什么有的小组曲线特别的不光滑？比如同样浓度溶液同倍率稀释后，为什么电导率曲线会会有所不同？更有实验过程中发现的问题：比如等体积等 值的盐酸和硫酸分别与足量的 片pHAl反应，为什么同时间截取的压强曲线跟理论有出入，前者的速率大于后者的速率，像这种通过曲线的差异顺势问题的提出，然后再逐步解决问题，就是很好的研究课题，但学生往往会忽略掉。因
46、为现在的学生不好发问，尤其是针对我们这种层面的学生更不愿意深层次的发问，因为比较畏惧解决问题的过程，所以在今后的研究过程中我们教师还得更注重对学生的启发引导，他们不好问，我们从点到面对他们启发，让他们从被动地问到主动地问。18四后续思考传统实验所呈现的往往是单一的，而数字化实验的引入，则给我们的实验带来了生动和具体，增加了探究性，因为它所呈现的是多维的，数据和图象可以同时动态地表现，可以更快更好地完成化学实验。在新课程标准的实施过程中，新知识大量地快速增长，使得课程处于尴尬境地：一方面，大量新知识要加入到课程中，加重学生的负担，另一方面，课程开展的时间又不可能无限地延长,甚至有些课程周课时量在
47、削减，为了让学生有更多的兴趣爱好发展的空间。解决这种问题的一种出路是：改变课程是继承人类经验知识精华这个基本观点，即学习过程为一种单纯继承的观点，新课程应该是在传授一些基础性知识的同时，注重创新性和适应能力的培养，使受教育者学会学习，并且具备终身学习的能力。国际 21 世纪教育委员会于 1996 年向联合国教课文组织提交的报告中指出：要适应未来社会的发展，教育必须围绕：学会认知，学会做事，学会共同生活，学会生存。这四种基本学习能力来全新进行设计。布鲁纳主张：学习任何学科都应该要学习该学科的基本结构、基本概念、基本原理。而教学过程的中心是促使这些基本知识的迁移，以及帮助学生掌握在不同应用情景中知
48、识的迁移的技能。新课程的基础性，除了要介绍原汁原味的科学知识外，还应该更加接近社会生活的现实，让学生真实地理解科学原理的应用及技术，促进知识结构的迁移，在利用技术的探究活动中，体验技术与科学、技术与社会发展、技术与人类能力之间的关系。当然，高中化学进行数字化实验教学并不是要否定和代替传统的实验教学，而正是在继承前者的同时进行改进和补充。在这一点上专家、学者与探究者是有共识的，而如何进行改进和补充将会是我们工作中一直需要重视下去的。我们把在工作的感想和总结简单地汇总如下：1“共存”与“替换”数字化实验与传统实验应该同时并重，长期共存，互为补充，相辅相成，既无主次之分，更不能完全替换，它们不是推倒
49、与重建、破和立的关系，而是继承与发展的关系。在高中化学教学过程中既要提倡运用数字实验，又不能偏废传统实验原理、实验手段和实验方法的学习。2. “全面推行”与“稳步发展”利用数字实验能够完成高中化学中电解质溶液、化学变化中的能量变化、化学反应速率、化学平衡等方面的诸多实验，但是数字作为一种新型的实验系统，师生的学习和掌握有一个渐进和内化的过程，大面积推广也要经历循序渐进的阶段。教师可以先按课程标准，从基础性、拓展性和研究性课程中挑选一19部分具有代表性、典型性的数字实验把它们讲清楚、让学生做熟又不重复，适度把握好数字实验的容量和密度，否则容易造成学生囫囵吞枣、一知半解、似是而非。教师要注重引导，循序渐进，对新仪器以及使用新仪器采集到的相关信息进行及时解释。教师要加强对学生活动的引导与控制，注意内容与新颖仪器之间注意力的分配。3. “载体”与“主体”数字化实验是一种新型实验工具和教学手段，是化学教学的载体，而学生是学习过程的主体。优秀的化学教学应该以学生发展（建构良好的知识结构）为本，使“载体”为“主体”服务，而不是要求“主体”适应“载体”。因此，一切要从学生的实际和学生的发展出发，比如一个学校要开展好数字教学，必须要针对受教对象的学习层次，不能要求过低，让数字实验只是成为学生的快乐体验；更不能过高，仅仅为了提升“数字实验”的身价，而故弄玄虚、本末
