浅谈数字化实验在对比实验中的应用

浅谈数字化实验在对比实验中的应用

宋钰蕾

上海江凤光学仪器有限公司

摘要：当前，信息技术的发展给教师提供了优化教学的新方法和新路径，教师可以在教学实际中使用信息工具对自己的教学设置做出调整，提升教学的有效性。通过研究可以发现，化学是一门实验学科，实验也是帮助学生进行知识解析、掌握化学技能的重要途径。为了优化化学教学，教师可以围绕现有的化学实验设计作出分析，从实验设计的优化调整出发进行研究。

关键词：数字化实验;对比实验;应用

引言

数字化实验，是指利用传感器和计算机为代表的数字化技术，这种运用数字化实验形式合理替代传统实验中的数据采集、处理方式而产生的新型实验模式，也称为DIS(Digital Information System)。随着我国信息技术的发展和基础教育课程改革的推进，数字化实验得到了蓬勃的发展，许多学者和中学教师对数字化实验用于传统实验改进、创新实验设计和教学应用等方面开展了研究，并且“学科教学与数字化实验的整合”被越来越多的专家学者和教育工作者所认可，越来越广泛地应用于理科一线教学，成为一种新型的实验教学形态。

一、对于数字化实验概念的界定

目前有两种观点，这两种观点的相同之处是都认为数字化实验是以真实实验为基础，不同之处在于，一种观点认为数字化实验是由仿真实验、多媒体展现的实验及借助传感器的实验组成，是广义的数字化实验，另一种观点认为数字化实验是由传感器、数据采集器、计算机中相应的配套软件三部分组成，是狭义的数字化实验。

二、数字化实验在对比实验中的应用优势

（一）实验过程可视化，帮助学生理解科学概念

《哪个传热快》一课是“热”单元的内容，主要包含两个探究活动，即木勺、塑料勺、金属勺的导热快慢，铜、铝、铁等金属材料的导热性能比较。通过对不同材料导热性能的比较，学生建立了“对于不同材料制成的物体，导热性能是不一样的”这一概念的初步认识。学生通过讨论，意识到实验仪器的选择和改进对实验数据的准确性有着很大的影响。如果说前面几课的研究活动突出的是热传递方式的探究，那么本课中“哪个传热快”这一探究活动则注重导热性能的比较，本课中引入数字化实验设计可视化的对比实验，让学生实时看到热在铝、黄铜、铁中传导时的温度变化，从而为下一课设计制作保温杯积累知识经验

（二）数字化实验简化实验操作，节省实验时间

新课标所说的“实验教学”是指“教师组织学生在生物学实验室和校园内外开展的教学活动，即可以是动手、观察类的实践活动，也可以是以问题解决为特点的探究活动”。在生物必修教科书中涉及的生物实验中调查类实验主要由学生在校园外分小组利用休息时间完成，观察类和验证类实验操作较简单，耗时较短，可在一节课内完成，而大多数的探究类实验却操作烦琐，耗时较长，往往不能在一节课内完成。

（三）搜集数据灵敏、精确，误差小

在进行数字化实验时，实验过程和数据变化同时进行，并通过电脑以不同形式的图表或数据实时动态地呈现实验过程的变化。数字化实验让学生能够清晰、直观地观察到实验数据的变化，以其灵敏性和精确性帮助学生提高分析问题、解释现象、找出规律、得出结论的能力，从而为他们开展科学探究提供技术支撑。

三、数字化实验在对比实验中的应用

（一）做出实验分析，选出合适实验

为了设计有效的数字化实验，优化化学教学的整体设计，教师在教学实际中需要选出合适的主题内容来构建相应的实验。一般而言，适宜设计数字化实验的化学内容多会与数据的分析展示相关联，且这部分实验的基本现象常常缺乏明显的特征。将数字化工具融入到这一类实验中，教师可以将原本偏向隐性的实验现象通过数字化的形式展现出来，帮助学生进行认知。

（二）善实验室建设，推进化学数字化系统

化学是一门以实验为基础的自然科学，化学实验是化学学习的重要环节，同时也是培养学生化学核心素养的重要途径和方式。通过调查显示，化学数字化实验已经得到了广大教师的接受和认可，首先化学数字化实验可以吸引学生的兴趣，传感器以及软件的综合应用，让实验探究综合化和科技化，展现当代的时代特征;另一方面能够弥补传统化学实验的不足之处，传统化学实验的优势在于给学生直观的呈现实验过程中的现象和感受，但却不能呈现微观过程，数字化实验通过对化学实验过程中的数据进行收集和整理，通过图表的形式呈现出来，由定性分析转变为定量分析，更加准确的呈现实验结果，并培养学生“宏观－微观－符号－曲线”表征的化学四重表征能力。由此可见，传统化学实验与数字化实验的结合能够帮助学生降低化学抽象概念等问题的难度，使实验探究简单化、直接化和高效化，提升教师的教与学生的学的效率。

（三）融合技术工具，做出实验展示

实验现象的合理展现是教师在进行化学实验教学设计时需要密切关注的一大内容，教师需要确保开展的实验具有较为明确的现象，并能对学生的学习动力加以激发调动，帮助学生理解相关联的化学知识内容。在数字化实验设计背景下，教师可以应用技术工具来展现实验现象，将原本并不明显的实验情境用传感器或采集的数据用一个更加清晰明确的方式来做出展示。为了达成这一目标，教师在课下需要对可用的数字化工具进行研究，并分析相应工具的拓展应用方法，明确在实验中有效使用工具进行展示分析的方式。

（四）强化对学生动手操作能力

的锻炼物理实验教学课堂主要是为了培养学生的动手操作能力，因此在课堂教学中，教师要以数字化实验为基础满足这一教育要求，让每个学生能够投入到不同的学习环节中来完成教师所布置的学习任务，通过反复的推断以及思考找到问题的解决方法，使每个学生物理知识应用能力能够得到有效的锻炼．教师在课堂开始之前需要做好实验内容的精心设计，并且还需要注重实验的难易程度，避免对学生的学习造成较为严重的影响，让学生能够快速投人到实验的学习环境中来进行有效的探究，提髙学生的动手操作能力

（五）激发学生科学学习兴趣

数字化实验不仅可以实时呈现数据，让实验过程变得动态可视，还能利用实时呈现的数据统计图，展现数据变化的趋势，便于学生分析归纳，形成普遍的结论。学生看到实验课还能把仪器和计算机结合起来，他们的学习兴趣一下被激活了。从教学效果来看，数字化实验可以激发学生的学习兴趣、求知欲和动手实践的冲动，让学生有了更多自己动手操作的机会，唤醒他们自主学习的意识，认识自我，评价自我，调整自我，从而达到培养核心素养的目标。

结束语

将数字化实验应用于生物实验，能将教材中部分定性研究实验向定量研究转变，使生物实验在重视结果的同时更加重视过程的分析。数字化实验在数据处理方面弥补了传统定性测量的不足，使结果记录、数据处理向更加精确的方向转变，并且数字化实验与传统实验相比实验记录数据以及处理数据时间减少，学生分析探究时间增多，更加有利于培养学生的探究思维。此外，数字化实验还可以对多个因素同时进行观察探究，使实验探究更接近于真实情况，实验结果更具说服力。

参考文献

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