陈 泉

“互联网+”时代，教育更需要有信息技术及互联网的辅助与支持。数字化实验融入中学化学教学已是必然趋势，数字化实验的应用必将拓宽实验的范围，对中学化学科学探究实验产生革命性的影响[1]。在初中化学溶液的模型建构中，数字化实验(DIS)将不能看到的化学现象转变为直观的图像与数据，显示出数字化实验应用的时代必然性。

一、数字化实验的必要性

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础科学，其特征是研究物质和创造物质。化学是以实验为基础的科学。数字化实验是依靠电脑、数据采集器、传感器等仪器进行实验的活动。它能将化学反应现象转化为可监测的信号，从而帮助学生增强对化学现象和原理本质的认识。在教学中，教师可根据实际情况进行数字化实验，让学生更直观地观察到实验现象，帮助学生更加深刻理解相关实验的原理与本质。

《溶液的模型建构和溶解的微观探析》一节主要分为两大部分的内容，即：溶液的模型建构及溶解的微观探析。一个从宏观的角度，通过模型建构的方法探究溶液的概念；另一个是从宏观到微观，透过现象看本质的角度，从微观辨析溶解的现象。在讲解溶液的模型建构时，主要探究的溶质是不是只能为固体，溶剂是不是只可以为水。溶质是被溶解的部分，学生通过他们的生活经验及学习经历，大多认为都是固体，在接触的物品中，也有液体。但是溶质可以是气体，很多学生只是听说，而没有很清楚的认知。为了让每一位学生，能够很直观地看到现象，引入了数字化实验，将无法通过直观现象表现出来的变化，转化为图像与数据的形式呈现出来。以应用溶解氧传感器建立溶液的概念为例，谈谈数字化实验的应用。

二、数字化实验构建概念模型

在《溶液的模型建构和溶解的微观探析》的教学中，教师与学生在课堂中通过传统的化学实验探究了溶质可以是固体与液体，但是对于溶质是否可以是气体还有待探究。仅仅通过传统实验探究及生活的经验，学生仍无法理解溶液中溶质可以是气体，为了更好地使学生理解溶液的核心概念，建立溶液的模型，教师可利用传统实验与数字化实验相结合的方式构建概念模型。

1.学情分析

对于有一定实验基础的初中学生而言，他们内心对科学探究、自主实验、交流讨论等展现自我和表达自我的教学方式充满渴望。通过化学知识的学习，已经对化学中的核心概念有了一定的了解，学生也通过日常生活经验及化学知识的学习，知道溶质可以是固体和液体。但对于溶质是否可以气体，学生并不了解。

2.探究过程

创设问题情境：溶液中的溶质只可以是固体与液体吗？从数字化实验的角度探究，或者从传统实验和生活经验角度分析。学生从先前学习氧气的性质中知道，鱼可以在水中生活，因为水中溶解了氧气，也就是有氧气溶于水中；学习二氧化碳的性质实验中，“塑料瓶变瘪”，因为二氧化碳溶于水中，而使瓶内压强减小。学生通过生活实际及实验现象，从感性的角度了解了溶液中的溶质除了可以是固体、液体外，还可以是气体，但从理性的角度学生们还不是很清楚，还不能很好地理解。

3.实验目的

溶液中的溶质可以是气体。

4.实验器材与药品

溶解氧传感器、数据采集仪、电脑、离子水、H2O2溶液、MnO2、实验室制氧气发生装置、烧杯等。

5.实验步骤

(1)连接好溶解氧传感器、数据采集仪、计算机，组装好制氧简易装置。

(2)用烧杯取用一定量的离子水，并将溶解氧传感器放入水中。掌握溶解氧传感器的使用注意事项，打开软件(注意：不要将传感器接触烧杯底部)。

(3)溶解氧传感器不要离开水中，分别将MnO2，H2O2溶液加入制氧简易装置中，并通入离子水中，利用溶解氧传感器测量水中的溶解氧，记录实验数据。

6.实验现象

利用溶解氧传感器，先测出了水中溶解了一定量的氧气。通入氧气后，利用溶解氧传感器测出数据，发现水中溶解的氧气量增大(如图1所示)。

图1　通入氧气后测定水中溶解的氧气含量与原水中溶氧量的比较

7.实验结论

通过以上的实验结果，得出结论：溶液中的溶质可以是气体。

在教学中，教师运用数字化实验的辅助，将无法用肉眼看到的实验现象，通过数字化实验器材与软件呈现出图像与数据，让学生更直观地理解溶质可以是气体，归纳出溶质可以是固体、液体与气体，建立溶液的概念模型，帮助学生解惑，培养了学生自主探究的科学素养，为今后进入高中阶段学习接触更多的数字化实验仪器做好铺垫。

三、传统实验与数字化实验并用 发挥数字化实验优势

教师利用溶解氧传感器和计算机软件合成的数字化实验，在溶液的概念模型建构中起着非常重要的作用。传统实验是利用自己的感官观察实验现象，教师利用实验室中的实验器材与药品进行实验，使学生在感性的基础上认识反应的实质。将传统的实验教学与数字化实验进行比较，发现数字化实验在教学中有着一定的教学优势。

1.变“无形”为“有形”　呈现方式更直观

在传统实验中，很多化学反应比较缓慢，学生的感官是很难感受到的，而数字化实验将无法感受到的现象转化为可监测的信号，具有直观、准确、实时、先进等显著特点。使用数字化实验可以优化部分常规实验，帮助解决一些常规实验手段不能解决的问题，培养学生从定性到定量的实验探究能力。将“无形”的现象转变成“有形”的数据与图像，呈现方式更直观。

2.数据更完整与准确　说服力更强

诸如溶解氧传感器、PH传感器等数字化传感技术可以采集整个过程中的完整数据，通过对数据的分析，可以感受实验的全程变化，从而得出更加准确、科学的结论。计算机经由配套软件利用软件将数据进行整合以图像的形式呈现，并进行分析处理。适当组合数字化传感器和数据采集仪来采集数据和实时图像呈现数据，有利于培养学生获取数据的能力，让学生对数据进行分析和评价，培养学生思考的能力，学会类比的方法。

3.建立课堂“教”与“学”新模式　教学效果更强

教师的“教”是为学生的“学”服务的，数字化实验对学生的发展起到了积极作用，可转变教师的教学方式，进而转变学生的学习方式，有利于发展学生的创新精神和实践能力，提升学生的科学素养。在数字化采集设备、计算机终端，信息技术的辅助教学组成的数字化实验室，使课堂也成为了一种新的教学模式，使课堂实验的“教”与“学”合二为一。让学生在新的课堂教学模式中，突破难点，把握重点，使课堂效率更高，起到事半功倍的效果，真正做到“教学做”合一。

四、结语

传统实验从定性的角度分析结果，侧重实验过程的具体操作，培养学生对实验现象的观察与分析能力，而数字化实验则是从定量的角度对实验数据的整合及图像的呈现归纳结论，侧重实验过程的探究过程和思维能力的培养。总之，我们要根据教学中的内容，根据教学内容合理设计实验，将平时所用的传统实验和数字化实验两者有机地结合在一起，在信息技术的融合下，充分发挥各自优势，互相弥补，相得益彰，共同为教育教学活动提供帮助，让学生更轻松，更直观地获取实验现象，理解与运用相关知识。

[1]孟晓龙.数字化实验在中学化学科学探究教学案例中的开发和应用研究[D].合肥:合肥师范学院,2017.