【正文】  摘 要：从文献介绍、教材编写、硬件建设、专著出版等方面介绍了数字化实验在中学化学教学中的应用与发展，并讨论了传统实验中数字化实验的改进、创新实验的设计、难点问题的分析以及课堂教学成果在教学模式探索中的整合及其对学生认知的影响。
　　关键词：历程；应用；辨析
　　我国的数字实验起步晚于西方发达国家，但发展迅速。近年来，数字实验在中学化学教学中的应用研究取得了许多成果。从传统实验的改进和创新设计，到基于数字化实验的教学模式研究，我们在数字化实验对教学效果和学生认知的影响方面取得了大量理论成果。本文论述了数字化实验在中学化学教学中的发展和研究过程，以供参考。
　　1、数字化实验在中学化学教学中的发展历程
　　1.1 教材的编写
　　2005年，人民教育出版社在选修课《实验化学》中发表了“利用数字化实验研究酸碱中和滴定过程中溶液pH值的变化曲线”的内容。山东科技出版社出版的“实验化学”选修课包括数字实验内容“使用pH传感器测定醋的总酸度”和“使用色度计测定食物中的铁含量”。
　　1.2 硬件的建设
　　2004年1月，由学校和教育部教学仪器研究所共同组建的天津一中建成了第一个中学化学数字化实验室。2007年，学生化学数字化实验室在南京金陵中学成立，可开展“中和滴定”等数字化实验。2011年，西部地区也建立了数字化实验室，如内蒙古包头固阳县第一中学。2016年，安徽省合肥市和马鞍山市高级中学配备了数字化实验室。
　　1.3 活动的推动
　　中国教育协会专业化学教学委员会和南京师范大学组织了重要活动，主办方试图通过此次活动调动广大中学化学教师参与数字化实验研究和应用的积极性，让数字化实验走进中学课堂，发挥数字化实验在化学教学中的优势。从2011年到2019年，首届“V赛杯”共举办了八届，从第一届来自五个省市的数十部作品和数十人，到第八届来自28个省市的数百部作品和近千人，表明数字化实验已经在全国推广，并正逐步进入中学化学课堂。应该说，“V赛杯”在推动数字化实验的应用和研究方面发挥了重大作用。
　　2、数字化实验在中学化学教学中的应用
　　2.1 传统实验的改进
　　数字化实验具有数字感知、精确测量和实时记录的特点。人们可以对传统实验进行技术改进，以使实验现象更明显、更直观或更易于操作。例如，在实验“酸碱性中和滴定度”中测量了未知浓度的酸（碱性）。传统实验通过选择酸碱指示剂来评估终点，并目视测量所用标准溶液（待测量）的体积，这具有工作繁琐、数据过多和误差过大的缺点。使用pH传感器和光电门传感器来确定标准溶液（测量溶液）的计量终点和体积，可以简化操作，提高精度，并帮助学生分析数据和研究内部规律。
　　2.2 创新实验的设计
　　创新实验设计主要是指利用数字实验进行实验设计研究。在教学中，往往存在一些抽象的化学概念，学生缺乏感性知识，传统的实验无法提供更好的验证方案。当学生学习这些知识时，他们往往难以理解，并逐渐产生误解和学习难点。数字化实验可以从多个角度呈现有关化学反应的信息，帮助学生从不同角度分析和理解，并且每个信息都相互印证，成为克服学习困难的利器。
　　例如，用传统的实验方法很难验证“沉淀溶解平衡”的存在。电导率传感器可用于测量添加到蒸馏水溶液中的氯化银固体电导率的增加，这证明不溶物也可溶于水。通过改变电导率值可以看出不溶性物质的溶解度。然后氯离子传感器可以用来检测在溶液中加入少量硝酸银固体后氯离子浓度的变化，证明“沉淀-溶解平衡”的存在。另一个例子是使用湿度传感器来检测浓硫酸的吸水率；利用温度传感器和氧传感器探索铁粉暖宝宝的加热原理和最佳配比；使用氧化还原传感器测试了84消毒液的漂白原理和影响因素。
　　2.3 疑难问题的辨析
　　疑难问题的辨别主要是利用数字化实验来研究化学的问题，辨别一些现有结论的真实性，或者利用实验来证明一些以前无法研究的问题。这类研究在我国占有很高的比例，这是中国数字化实验研究的特点之一。例如，在溶液电导率的研究中，向盐酸中加入少量固体氢氧化钠，许多中学教师回答说，溶液的电导率保持不变，因为溶液的体积几乎不变。尽管溶液中的H+减少，但离子浓度随着Na+的增加而保持不变，因此溶液的电导率保持不变。然而，当在实验期间使用电导率传感器测量溶液的电导率时，发现当向盐酸中添加固体氢氧化钠时，溶液的电导率在开始时降低，这不是恒定的。
　　2.4 课堂教学的应用
　　随着数字化实验的应用和推广，这种课堂教学案例逐渐被人们所接受和重视。例如，在“基于手持技术的‘离子反应及其发生条件’教学设计”一文中，作者使用钙离子和硝酸盐离子传感器实时监测反应中两种离子浓度的变化。由于直观的数字演示和图像变化，学生们更好地理解了离子反应的本质。再比如，应用pH传感器和温度传感器来测量浓度、酸度和温度对盐水解的影响，可以将传统的定性实验转化为定量、直观和更科学的实验，这更有利于学生的理解。
　　2.5 对学生认知的影响
　　研究学生的认知影响需要教学实践、研究和调查研究的实证设计、测试学生、收集数据并发现使用数字教学前后认知、学习兴趣或学习能力的变化。一般过程是：选题、研究设计、实施、数据收集、数据分析和结论。这样的研究具有重要意义，因为它有经验证据和数据，具有很强的说服力。然而，从文献数量来看，国内研究并不多，这是中国当前数字研究中相对薄弱的一部分。造成这一现象的原因之一是，数字化实验在中国仍处于演示实验和课外实验的状态，尚未作为全班学生实验普及。真正参与实验的学生很少。对于大多数研究人员来说，数字化实验对学生影响的研究缺乏前提。另一个原因是，与西方国家相比，我国的教学研究缺乏重视实证研究的传统。
　　在中学化学教学中使用数字化实验为科学探究提供了技术支持。它不仅可以促进学生化学素养的形成，如发展认知水平、学习探索实验、解决化学问题，还可以提高学生的“四个代表”能力，从而促进学生科学素养的提高。数字化实验在中学化学教学中的价值将逐步体现，引起化学教育工作者的重视。
　　参考文献：
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　　[3]郑红. 利用手持技术探究难溶电解质的溶解平衡[J]. 中学化学教学参考， 2011.