【正文】  摘 要：随着教学条件的改善，数字化实验在初中科学教学中得到越来越广泛的应用，与传统实验相比，数字化实验在数据的测量、采集和处理实验数据等方面具有明显的优势，能帮助提高教学效率，更好的培养学生核心素养，但也存在一定的局限性。本文就如何应用数字化实验提高初中科学实验教学实效进行研究，总结了一些行之有效的实施策略。
　　关键词：数字化实验；核心素养；教学效率
　　一、问题提出
　　传统科学实验受实验器材、实验本身复杂程度、学生主观因素等影响，有的实验现象不明显、有的获取实验数据误差大、有的实验数据收集和处理难度大、耗时长，从而给实验分析、整理、归纳带来困难，影响教学实效。这可以说是初中科学教师的痛点之一。九月底，参加了90课时培训，听了专家有关数字化实验在初中科学教学中的应用的报告有所触动，数字化实验一定程度上可以帮助教师改进教学，提高科学实验教学的实效，培养学生核心素养。回来后，学校正好也进了一批数字化实验教学仪器，笔者就马上投入探索数字化实验教学提高教学实效的策略研究。
　　二、理论依据
　　《初中科学新课程标准》（2022年版）要求教师课程资源开发与利用贴近教与学的实际，重视信息技术与科学教学的深度融合，教师应利用信息技术辅助手段，如虚拟仿真实验，数字化实验等，让学生比较直观便捷地学习相关知识。数字化实验特指在实验数据的获取、传输及预处理方面采用传感器和数字电路等技术，实验数据上传至计算机，再由特定的软件加以计算处理，最终得出真实实验结果的新型实验教学体系。数字化实验对实验数据采集和处理的智能化必然会给初中科学课堂教学带来新鲜的气息，更有利于提高课堂教学效率。本文就如何应用数字化实验提高科学实验教学实效总结了一些实施策略，希望能对初中科学教师有所启发。
　　三、策略探究
　　（一）对症下药，确立适合数字化教学的实验。
　　数字化实验不仅让学生探究活动更直观便捷，还能更好地激发学习兴趣和增强求知欲，也有利于降低实验难度，提高实验效率，让学生有更多的时间和精力进行整理、分析实验现象和数据，并开展反思、交流，进而对新知的自主建构。尽管数字化实验有很多优点，但并不是所有实验都适合数字化的，经过笔者梳理，整理出部分应用数字化实验能弥补不足，较大程度上提高教学效果的实验。
　　1.现象模糊，引发怀疑。传统实验中有些实验现象不明显，有些不方便科学观察的，不利于教学重难点突破。比如学生对声音的频率、响度、音色的理解，传统实验只能通过敲打各种物体发出不同声音，让学生感官的感受来获取声音信息，从而总结归纳，现象模糊，缺乏科学性。还有探究空气成分与人体呼出气体成分的变化，传统实验只能通过定性实验加以推断，学生将信将疑，说服力不够。
　　2.测量困难，不利理解。传统实验操作要求高，难度大，实验数据采集有难度，完成质量不高，数据整理耗时长，影响课堂教学效率。比如晶体熔化实验，整个过程温度的变化是连续的，测量很不方便，七年级学生处理数据能力较差，一节课教学内容很难顺利完成。还有为了让学生感受化学反应过程中溶液温度的变化，教师常常会拿着试管在教室转悠，让学生观察体验，学生获取信息不方便、不准确、效率低，也不科学。再如学习流体压强与流速的关系，教师会通过一些定性实验来帮助学生理解，不利于学生对知识点的深入理解。探究二氧化碳气体的温室效应，用温度计测量温度不方便，现象不明显，实验效果较差。
　　3.数据处理，降低效率。涉及到多个科学量变化关系的，传统实验难以兼顾，通过直观感受也不利于科学观察和概括科学量的变化关系。比如帮助学生建立比热容的概念，由于实验涉及质量、温度、吸收的热量三个相关量，学生通过传统实验理解概念有一定难度。还有在学习做功改变内能时，压缩气体做功，气体压强增大，内能增加，气体温度升高。传统实验由于没有直观感受气压的变化，只能是通过教师的口头描述获得，所以难以有效建立气压和气温的相关性。气体对外做功，内能减小，气温降低也只是通过产生的白雾和教师的表述获得认知。教学中还会遇到很多通过传统实验难以取得很好教学效果的案例，我们可以尝试用数字化实验帮助改进。
　　（二）数字化：破解疑难实验的教学难题。
　　学生建立科学概念，理解科学规律的认知基础，是学会解决科学问题的关键所在，而科学概念的建立，科学规律的理解往往依耐有效的科学实验教学。数字化实验的突出特点就是实验过程可视化。实验过程可视化包括实验过程空间可视性和实验过程时间可视性，这给科学实验教学提供了有力的支持，帮助破解以上教学难题。
　　1.数据显示，定性实验定量化。通过数字实验增强实验可视化，模糊变清晰，抽象变形象，破解传统实验中有些现象不明显或不方便观察的实验教学难题。声音的频率、响度、音色的教学中，通过数字化实验将不同声音的波形直观展示在屏幕上，学生容易理解，并在头脑中建立波的数字模型。而在探究空气成分与人体呼出气体成分的变化中，通过数字化实验能直观呈现氧气、二氧化碳含量的变化，便于学生认识呼吸过程气体的转化。数字实验可以改变目前很多定性实验的现状，拥有更多定量实验的机会，让学生探究活动更接近科学本质。
　　2.精确测量，数据处理精准化。数字化实验的智能化特点使他能迅速准确的采集和处理数据，破解数据采集有难度的问题。比如晶体融化的实验，关键是完成海波融化实验，并对数据进行处理找到融化相应的规律。数字化实验用传感器代替温度计，利用电脑自动记录及数据处理把整个过程，加热时间和温度及状态描述出来，一目了然，有效提升课堂的效率。化学反应过程，溶液温度的变化也可以直观展示出来，对化学反应过程吸放热情况有了更直观的认识。有了数字化实验，让温室效应真实展示在学生面前，告别了教师描述实验。
　　3.多量综合，数据处理关联化。数字化实验可以同时接入多个相同的传感器或不同的传感器，能同时采集多个相同或不同种类的物理量，实现数据的同步采集处理。比如在设计比热容实验时，把加热时间和温度同时呈现在屏幕上可以很好的帮助学生理解等质量的不同物质吸收相同热量升高的温度不同，从而理解比热的概念，及比热是物质的一种特性。压缩气体做功，气体对外做功，数字化实验可以把气压和温度变化过程直观呈现，让教师推理有理有据，帮助学生更好的理解做功改变物体内能。
　　此外，教师在教学中发现可深入的生成性问题，有些也可以通过数字化实验帮助解答。比如酸碱中和反应过程中溶液PH变化，温度变化；稀释过程中酸性溶液PH变大，碱性溶液PH变小；作用力与反作用力大小变化等等都可以通过数字化实验帮助解答。还可以根据需要开发综合性、趣味性实验。比如化学反应过程过程中溶液导电能力的变化，向硫酸铜溶液中滴加氢氧化钡，将电流变化显示在屏幕上。学生通过观察实验现象和电流大小变化，更深刻理解化学变化过程是溶液中离子重新组合产生新的物质。
　　四、研究反思
　　数字化实验需要重视建立数形关系，提高由感性认识到抽象整理的转化能力。实验数据采集及时有效、精度高，信息处理、图形展示直观反映科学量的关系，帮助学生理解科学知识，促进学生认知水平。但数形关系的转化也会给学生带来一定的困惑，比如直角坐标系图像的建立，相关量变化关系的理解对学生来说是有一定难度的。这也反映在相关习题的解答上，学生由于不能正确理解图形中相关量的变化关系而出错。所以如何训练增强学生对数形转化关系的理解还需进一步探索和研究。数字化实验对数据采集和处理的智能化，一定程度削弱了学生观察动手和计算能力，甚至有的学生只是出于对数字化实验本身的好奇，忽略了对实验现象的观察，以及对事物本质的探究。这是教师在实施数字化实验教学中要引起重视的，数字化实验要与传统实验有效结合，重视通过实验获取真实数据，图像是真实数据反映。作为新的教学辅助手段，在内容选择、重难点突破、学生研究等方面还需要在教学过程中不断的发现问题、总结反思，进一步改善教学。
　　五、结语
　　目前数字化实验在很多学校，尤其是农村学校，还是新生事物，要取得很好的实效还需学校行政支持，广大科学教师积极参与，相互协作，群策群力。数字化实验的介入一定程度上改变了传统实验教学，但也给老师课堂教学带来一定的挑战，教师相关素质也要提高，需要及时开展培训。传统教学评价也对数字化实验开展有一定的阻碍作用。基于提高学生核心素养，结合学科特点，数字化实验有很多优势，其在初中科学教学中会有越来越多的开发和使用。
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