【正文】  摘 要：从数字化实验接口设备从单向到双向、传感器专业化到普及、数据传输从有线到无线、实验控制网络和智能化的发展现状出发，指出了中学化学教学数字实验值得进一步探索的发展方向。
　　关键词：数字化实验；远程实验；中学化学
　　传感器的使用和实验数据的数字化采集与处理意味着中学化学实验进入了数字化时代。在促进认知、丰富探索方法和拓宽认知领域方面发挥了独特的教学作用。经过20多年的探索，数字化实验设备和数字化实验的使用正在发展，越来越多的传感器；数据处理器也逐渐多样化。除了图形计算器，还有电脑、平板电脑和手机，使用户可以通过考虑功能、便携性和成本等各种因素做出灵活的选择。教学应用的普及程度也在提高，越来越多的学生有机会使用数字设备进行探索和创新。
　　一、数字化实验软硬件的发展现状
　　（一）接口设备从单向到双向
　　一些接口设备还具有触摸屏，触摸屏也具有一定的数据处理功能。在传统的数字化实验中，接口设备负责将传感器收集的信息转换为可由计算机或手持设备上的软件识别和处理的数据。这是“传感器”的单向传输过程→接口设备→数据处理机“.在实验过程中，我们使用各种传感器收集实验数据，如pH、电导率、电流、电压、温度、二氧化碳浓度、溶解氧等。并通过接口设备将其传输到数据处理器。通过相关的支持软件，我们可以实现数据分析和处理功能，以及图形渲染。
　　（二）传感器从专业化到大众化
　　传统的数字化实验接口设备只能与制造商自己或合作制造商的传感器兼容。例如，Pasco接口设备只能使用Pasco传感器，TI接口设备只能连接TI传感器和Vernier传感器。除了支持其自有品牌的传感器之外，一些新出现的“双向”接口设备还可以与符合某些通用技术规范的许多第三方传感器兼容。尽管这些兼容的第三方设备的精度可能不如该品牌的专用传感器高，但它们足以满足中学的教学需求。此外，这些流行的传感器还具有以下特征：
　　（1）小型。与传统的定量实验仪器或传统传感器相比，这些设备的尺寸要小得多。一般采用模块化设计，接口统一、标准化，连接时可简单插拔。
　　（2）集成。一些传感器可以集成多个功能，并通过单个传感器同时收集多个物理量。例如，图4中的空气质量传感器可以同时测量PM2.5、甲醛、温度和湿度，尽管其体积很小。
　　（3）兼容。这些传感器的兼容性通常非常好，可以安装不同品牌的接口设备，有些还可以用于连接适当的机器人教学设备。硬件兼容性的提高有利于其跨学科使用，这不仅为学生创造了更广泛的技术应用场景，还降低了技术学习时间的比例，提高了教学效率。
　　（4）价廉。其他公司的传感器价格通常只有专业品牌传感器的十分之一左右，这促进了设备在各个学校的普及。因为成本低，即使在使用中有损失，学校也能承受，更适合学生使用。
　　（三）实验控制的网络化与智能化
　　随着近年来智能物联网的不断发展，许多智能设备已经进入日常生活，它包括温度传感器、湿度传感器、光强传感器、天然气报警器、烟雾报警器、人体传感器、智能插座、智能摄像头、智能灯泡等。虽然精度可能不如专业传感器或控制设备的精度，但互联网接入的特点使该设备的使用、控制和管理更加方便，在化学实验中具有广泛的应用场景，例如测量实验变量、控制实验条件、确保实验安全、进行远程实验和长期实验观察和记录。通过匹配应用程序，您还可以设置各种逻辑条件，使实验更加自动化和智能化。
　　二、数字化实验的发展趋势
　　（一）传感器等外围设备使用的多元化
　　随着数字化实验设备的普及和发展，传感器的种类越来越多。例如，教师在实验中经常使用氧气、二氧化碳、溶解氧等传感器，一些教师还使用离子选择性电极。传感器的多种使用促进了学生在教学中的设计思想的开放，并鼓励创建各种方案，如中和滴定实验。除了pH传感器，电导率、温度和颜色传感器也可用于研究滴定终点。“双向”是数字化实验发展的重要趋势。除了使用传感器获取和输入信息外，实验还涉及数字信息的输出，通常以电、光、声音等形式表示。电的输出可用于驱动电机形成机械运动。
　　（二）化学实验的自动化
　　在具有单个输入的单向数字化实验系统中，尽管数据处理器具有自动记录和处理从传感器获得的数据的功能，但它只能以数字、表格、图像等形式呈现结果，不能输出动作[1]。实验条件的控制只能由实验者手动完成，例如关闭活塞、提高加热温度等。使用“双向”接口设备后，这些输出动作可以在程序的控制下由相应的外围设备完成，例如电机的旋转和电加热的启动。可以在程序中自由设置各种逻辑条件。只有满足特定条件，才能执行相应的操作。
　　三、数字化实验教学的发展方向
　　（一）解决生活实践中的真实问题
　　数字化实验手段的日益丰富扩大了学生探索和解决问题的手段，有助于教师引导学生发现生活中的真实问题，建立解决问题的模型，并借助相关技术通过实践活动解决问题。一个可以借助数字化实验解决的好问题通常具有以下特征：（1）问题来自现实生活，它确实存在。学生最好有相关的经验或感受；（2）问题的解决需要数据的实证支持；（3）对于学生来说，问题解决是开放的和不确定的，教师可以提供大量资源；（4）问题的解决需要遵循一定的程序和规范。
　　（二）实现跨学科的教学目标
　　教师要引导学生充分认识技术应用在解决问题中的重要作用，找到技术特点与解决问题需求的结合点，充分发挥技术解决问题的优势。在解决问题的过程中，能够根据解决问题的需要学习和应用某些新技术。一些国家将“10分钟编程”融入科学课程教学，这是技术服务于学科问题解决的典型案例。
　　（三）促进学生综合学习能力的提升
　　数字化实验环境对学生的自学能力和科学探究能力提出了更高的要求，体现在学习新技术、数据搜索、方案设计、数据处理、沟通与合作等方面，比较不同解决方案的优缺点，并提出各自独特的解决方案。能够在解决问题的过程中大胆挑战，正确面对挫折和失败。数字化实验创造的学习环境可以锻炼和提高学生的综合学习能力，也有助于促进科学态度和创新意识的培养。
　　在课程实施过程中，教师准备学习资源，提出学习任务，并在信息平台上参与学生的学习和交流。教师还需要从环境、仪器、药物等方面做好学生实践活动的线下保障，在学生探索过程中及时提供针对性指导，确保学生整个实践和体验过程的安全。短周期、网络化和自助化的特点使此类课程的实施更加灵活和方便，也将使其更有生命力。
　　参考文献：
　　[1]曾波.校园远程网络实验室的设计与实现[J].物联网技术，2011.