基于核心素养的高中化学数字化实验案例研究

基于高中化学核心素养的数字化实验研究发布时间：2021-05-10T08:17:20.408Z 来源：《教育考试与评价》2021年第2期作者：曹飞[导读] 随着我国新课改的实施，学科的核心素养教学受到了越来越多社会层面的重视，在高中化学学科教学当中，以核心素养作为教学理念也成为了高中学生发展的重要组成部分，核心素养是学生的综合体现，也反映出了社会的核心价值观下化学学科的育人要求。

安徽和县第二中学 238200摘要:随着我国新课改的实施，学科的核心素养教学受到了越来越多社会层面的重视，在高中化学学科教学当中，以核心素养作为教学理念也成为了高中学生发展的重要组成部分，核心素养是学生的综合体现，也反映出了社会的核心价值观下化学学科的育人要求。

本文主要根据现如今高中化学核心素养下数字化实验进行具体教学探讨，使学生在掌握化学知识的同时，提升综合素质发展。

关键词:高中化学；核心素养；数字化实验；研究方法引言:用知识角度来说，高中化学实验中包含的化学概念较多，学生学习的难度也随之上升，如果在这种情况下依然注重理论的教学，那么就会使高中课堂的教学效率大打折扣。

可以很负责任的说，化学实验是培养学生核心素养的重要教学途径，实验教学不仅可以激发起学生的学习兴趣，也可以使他们在探究实验的过程当中培养化学素养，体会到化学实验给学生们带来的感受，同时也增强了动手实践能力。

一、数字化实验的具体优点在传统的高中化学教学当中，普遍的实验教学会因为实验器材过于落后，或者是其他客观方面的原因无法在实验室当中进行，这就在很大程度上限制了学生对化学知识的理解，高中化学教师只能通过口头的形式向学生讲解实验操作步骤和实验现象，这样就会降低学生对化学实验的积极性，也无法提升化学课堂的教学气氛。

采用数字化实验教学，教师可以利用数字化技术模拟进行各种类型的实验，从前不能在课堂上展示的实验都可以利用数字化实验来进行操作，这就可以激发起学生的学习热情。

核心素养下数字化实验在化学教学中的应用作者：李爱玲来源：《考试与评价》2022年第02期化学是一门以实验为基础的学科。

化学教学更是离不开化学实验。

可以说如果离开化学实验，化学教学就成了“无源之水，无本之木”。

化学实验在为教师进行化学教学提供真实的情境问题的同时，也为学生学习化学概念和化学反应原理等理论知识提供了事实依据。

学生进行实验方案设计、实验观察时，还可以培养学生的思考能力和观察能力，渗透了“宏观辨识与微观探析”核心素养，发展了“科学探究与创新意识”核心素养，提高了“科学态度与社会责任”核心素养。

从古到今，人类探索未知世界的方法与手段总是不断在进步。

纵观化学实验教学的历史发展：早期由于实验条件的限制，化学实验教学以老师讲实验为主，辅以少量演示实验;中期随着教育理念的发展和实验条件的完善，化学教师对教材实验进行了改造和创新，同时每学期的化学实验教学都安排有一定数量的学生分组实验;随着现代信息技术的发展，实验视频、计算机模拟实验处处可见，这些信息技术手段的使用，将实验微观过程可视化、三维化、立体化。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）年》指出：信息技术对教育发展具有革命性影响，必须高度重视。

如何切实加强信息技术与学科教学的融合，现在已越来越引起教育行政部门和广大中小学的普遍关注，已成为教育信息化的一个重要目标。

目前许多一线教师已参与到其中，但教师对信息技术与学科融合还存在以下问题：认识理解不到位（认为使用多媒体课件、播放视频、微课录播等就是融合）;对它的开展存在懒于改变、畏惧困难的心理;自身掌握的技术操作欠缺等。

因此对信息技术与学科融合研究较多的、成果显著的偏向于经济发达地区、资源丰富的学校，而不发达地区和农村学校受设备、技术等条件的影响研究较少。

基于以上认识，笔者（所处学校为农村中学）将数字化手持技术应用于实际教学的案例与大家分享。

一、应用pH数字化实验探究浓度对盐类水解的影响1. 教材实验分析以苏教版《化学反应原理》专题三第三单元“影响盐类水解的因素”为例。

基于化学核心素养的数字化实验在教学中的应用研究——以“弱电解质的电离平衡”为例摘要：以数字化实验为手段，对不同条件下盐酸和醋酸的pH、电导率进行测定，从宏观和微观两个层面认识弱电解质的电离平衡移动，构建变化与平衡思想观，在信息技术的融合过程中培养学生科学探究与创新意识的核心素养。

关键词：数字化实验弱电解质核心素养一、问题的提出在鲁科版《化学反应原理（选修4）》的课程中，弱电解质的电离平衡较为抽象，利用数字化实验将这一过程通过图像动态的显示出来，从定性到定量，直观清晰，可视电离平衡的移动，为学生理解电离平衡移动提供了技术保障。

2017年版普通高中化学课程标准中提到“关注信息化环境下的教学改革，关注学生个性化、多样化的学习和发展需求，促进人才培养模式的转变，着力发展学生的核心素养”。

数字化实验具有便捷、数据准确、实时性等特点，激发学生探索合适自己的学习方式，帮助学生形成化学学科的思想和方法。

杜威指出，真正的知识应该是主体与客观对象在相互作用的过程中，主体与经验材料紧密联系在一起的结果。

在信息化实验过程中学生之间进行团队协作，对图像、数据进行分析，锻炼提取信息能力，通过感知和交流获得知识，对化学学习有更高层次的价值追求。

二、弱电解质的电离平衡与化学学科核心素养1. 宏观辨识与微观探析：通过简单实验认识强电解质和弱电解质的电离程度；从微观角度对弱电解质的微粒种类和数量进行分析。

2. 证据推理与模型认知：从宏观和微观结合基础上收集证据，提出假设，构建弱电解质电离平衡模型，运用模型解释混合体系的平衡系统。

3. 变化观念与平衡思想：能说明温度、浓度对电离平衡移动的影响；运用化学平衡原理解决弱电解质的电离平衡问题，树立平衡观的思想，提高综合应用能力。

4. 科学探究与创新意识：提出数字化实验方案，与同学合作完成实验，收集实验证据，对图像和数据进行分析并得出结论，提出自己的看法，养成辩证分析问题的意识与习惯。

5. 科学态度与社会责任：利用信息化技术处理问题的过程中，能从微观角度评价数字化实验的应用价值，体会技术变革的积极意义。

浅谈数字化实验在中学化学教学中的应用孙毅男（蚌埠市中小学教师进修学校安徽蚌埠233000）摘要:数字化实验能够把实验结果以数据形式显示出来，使实验结果更直观、精确。

本文介绍了数字化实验的界定及其构成、数字化实验在中学化学教学中的应用举例，分析了数字化实验应用在中学化学教学中的意义，以期更好地提升学生化学核心素养。

关键词：中学化学数字化实验大数据当今时代是一个移动互联网加速发展的时代，在互联网技术渗透到生活方方面面的同时,也产生了大量的数据。

从海量数据中提取有价值的数据并有效利用，使其作为人们分析问题、解决问题的重要依据。

大数据正在改变着我们的生活，教育领域也同样离不开大数据。

化学是一门以实验为基础的学科,当大数据的信息技术与化学实验相融合时，传统的化学实验发生了新的变革，这其中脱颖而出的便是数字化实验。

一、数字化实验的界定及其构成数字化（Digital Information System）实验，也称传感器实验、DIS实验、手持技术等，其主要构成为传感器、数据采集器、计算机及处理软件等。

物理量通过传感器转换为电信号，电信号被采集器处理后传输至计算机,计算机及软件对数据信息进行分析、记录和图像的呈现。

常见的传感器有压强传感器、温度传感器、pH 值传感器、电导率传感器、离子传感器、二氧化碳等气体传感器、滴数传感器等。

传感器能实时动态地测量压强、温度等物理量，且同一个实验中可多个传感器联用。

尤其在复杂实验中，可同时得到几组数据，有效提高了实验效率。

数字化实验操作手段简单，可实时监测实验过程并采集实验数据,通过软件处理将采集的大数据转化为图表等可视化的形式。

其先进的数据处理技术，可对数据和图表进行深层次分析，有助于深入探索和挖掘实验现象背后的本质。

二、数字化实验在中学化学教学中的应用举例在中学化学教学中,实验占有极为重要的地位。

化学实验有助于激发学生的学习兴趣,帮助其理解化学知识,启发科学思维，锻炼自主学习和动手能力,培养学科核心素养。

关键词：核心素养；数字化实验；传感器高中化学核心素养是高中学生发展核心素养的重要组成部分，是学生综合素质的具体体现，反映了坚持社会主义核心价值观、化学学科育人的基本要求，全面展现了化学课程学习对学生未来发展的重要价值。

化学核心素养包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任[1]。

数字化实验系统由计算机及相关配套软件、数据采集器、传感器构成[2]，具有实验过程可视化，实验数据处理与呈现现代化的特点[3]。

人教版教材中很少涉及数字化实验，笔者将教材中的实验加以改进和优化，或根据教学需要将学生难以理解的微观内容设计为数字化实验，通过呈现不同的宏观图像，帮助学生降低学习难度，加深理解，提升学习效果。

一、探究不同物质水溶液的导电能力实验原理：电导率是衡量物质导电能力强弱的物理量，电解质在水溶液中能解离成自由移动的阴、阳离子，阴、阳离子在电场的作用下可自由移动，因此电解质溶液能导电，其导电能力的强弱可由电导率测量。

实验仪器：苏威尔电导率传感器、采集器、计算机、小烧杯、量筒。

实验药品：浓度为0.02mol/L的氯化钠溶液和氨水、75%的乙醇溶液。

实验过程：按照图1所示组装好仪器，连接数据采集器、电导率传感器及计算机，打开数字化实验系统，进入教材通用软件，打开新建实验，选择“电导率”，校准测量温度为19℃(实验室温度)。

取50mL浓度为0.02mol/L的氯化钠溶液置于小烧杯中，将传感器探头插入溶液中，选定测量时间为1分钟，时间间隔为1秒，点击开始按钮进行实验。

数据采集结束后保存数据。

选择重叠显示，用同样的方法测定浓度为0.02moL/L的氨水及75%的乙醇溶液的电导率，得出电导率曲线。

实验结果分析：从图2可知，浓度相同的氯化钠溶液和氨水相比，前者电导率大于后者，且数值相差较大，说明强电解质在溶液中的电离程度远大于弱电解质；75%的乙醇溶液的电导率几乎为零，说明非电解质在水溶液中未电离，溶液中无自由移动的阴、阳离子。

基于“证据推理与模型认知”的核心素养培养案例研究——以《离子反应》为例随着高考从“知识立意”走向“能力立意”以及社会对人才的综合素养要求越来越高，核心素养渐渐成为热门词汇。

2016年，关于《中国学生发展核心素养》一文就提出“将根据不同学年阶段学生及课程的特点制定出具有一定操作性的学生核心素养结构框架”；其后，2017年又重新修订的高中阶段课程标准，在各学科新的课程标准中都渗透着学科核心素养，以高中化学来说，其核心素养包括:“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“实验探究与创新意识”、“证据推理与模型认知”和“科学精神与社会责任”五大素养。

其中，“证据推理与模型认知”是化学核心素养的思维核心，它又被称为“上位素养”[1]。

因此，在教学实践中如何有效的培养学生的学科核心素养？特别是学习和掌握“证据推理与模型认知”这一上位素养成为摆在学校和教师面前的难题。

一、证据推理和模型认知的概念及辩证关系什么是“证据推理”？从概念上来说，“证据推理”是基于一定证据的推理，它主要通过分析收集的数据（或证据）对结论做出逻辑推理。

但这里的推理并非完全正确，所以需要相关的实验进一步验证它。

在化学学科教学过程中，这一过程主要表现为：学生根据所收集到的数据或观察到的实验现象，对物质的结构或性质等做出预定的假设，再通过相关的实验来检验真伪，并在这个过程中获取相关的化学知识。

狭义上来说，“模型认知”是指人们对于“模型”的认识与理解，这里的模型多指客观实物模型。

但在化学学科中，模型可分为实物模型和非实物模型大类别。

比如常见的以公式或方程等用数学语言描述的模型，就属于实物模型的一种。

而像用文字语言描述的语义模型或者用二维、三维坐标系描述的数学图像模型，则属于非实物模型的范畴。

[2]在化学核心素养培养中，想要出色的完成教学任务，“证据推理”与“模型认知”缺一不可，前者是后者的认知基础，后者是对前者的进一步完善和验证，两者相辅相成辩证统一。

基于“教、学、评”一体化的“情境—任务”案例研究———以“海水的综合利用”一节为例作者：田琪刘江田来源：《江苏教育·中学教学》 2019年第3期一、设计思想基于学科核心素养的高中化学“教、学、评”一体化课堂教学模式,采用主题式“情境—任务”的形式,将化学知识逻辑、学生认知发展、真实情境与问题、任务与活动、表现与评价5个方面交织和融合,使得学科核心知识在情境中再建构与创造。

其中,学科知识与学科活动是学科核心素养形成的两翼,学科知识是学科核心素养形成的主要载体,学科活动是学科核心素养形成的主要路径。

作为路径的学科活动,必须体现实践性、思维性、自主性、教育性和学科性五大特性。

这种教学模式倡导在真实情境下开展项目式学习,在分析解决真实问题的过程中,使学生形成“变化观念”“平衡思想”,培养他们的“创新意识”“科学态度”和“社会责任”。

具体如图1 所示。

“海水的综合利用”是人教版高中化学必修二第四章第一节的内容,以海水中物质的提取和转化为主要教学内容。

本节课根据新课标要求选择和整合教材内容,以海水的综合利用为素材,在真实情境任务中培养和评价化学学科素养,打通从知识技能到能力素养的“教、学、评”一体化通道。

教学设计思路如图2 所示。

二、教学过程1.创设情境,学科问题融入生活实际。

【情境】展示盐水动力车———几滴盐水就能激活电池,产生动力,引发学生联想到海水电池的开发和利用。

(设计意图:以盐水动力车的真实情境引入,联想到海水电池,再到对海水成分的微观探究,激发学生的学习兴趣和探究欲望,让学生从宏观上认识物质的变化、能量的转化,从微观上探析海水的组成,引导学生从宏微结合的视角分析解决问题的方法。

)2.温故知新,感知物质转化中的元素观。

【情境】从元素守恒的视角探析粗盐精制的实质,利用流程图作化学思维导图,呈现物质转化的思路和结构化知识。

【任务】归纳粗盐精制中物质转化的规律。

(1)宏观辨识图3 中各步转化的过程。

2021·04数字化实验校本课程对促进学生化学学科核心素养的发展具有独特的优势。

文章以“化学数字化实验探索”校本课程的开发与实施为例，基于目标模式进行课程开发，探讨了课程目标的设置、课程内容的选用与编排、课程实施与课程评价等问题，并对校本课程的开发与实施进行了反思。

摘要关键词数字化实验；化学核心素养；目标模式；校本课程高中化学数字化实验校本课程开发与实施王成秩（福建师范大学附属中学，福建福州350007）化学是以实验为基础的学科，化学实验对全面发展学生的化学学科核心素养发挥着极其重要的作用。

随着科技的进步，化学实验技术手段日新月异，融现代信息技术于一体的数字化实验进入了化学课堂教学。

数字化实验是指利用传感器、数据采集器和计算机及相应软件进行的实验。

［1］与传统实验相比，它能够借助传感器和信息处理终端进行实验数据的实时采集与分析，呈现可视的图像信息，具有实时性、准确性、直观性等特点，可以弥补某些传统实验操作不便，实验数据不易采集的特点，使化学实验进入数字化、信息化的感知模式。

因此，数字化实验得到了化学教育工作者的重视而被研究开发。

《普通高中化学课程标准（2017版）》指出，高中化学课程教学以发展学生化学学科核心素养为主旨，要注重在实验教学中发挥现代信息技术的作用，积极探索现代信息技术与化学实验的深度融合。

［2］数字化实验促进学科核心素养的发展研究进一步得到重视。

综合研究数字化实验的文献观点来看：数字化实验其数字、曲线图像的同步表征能力，为化学学习提供了更为直观的证据来源，将数字化实验引入中学化学实验教学中，能有效帮助学生理解和掌握化学知识，建构化学概念，理解反应原理，发展学科思维，提升学科核心素养。

相对传统实验手段在发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”更高水平的素养上有独特的优势。

［3］虽然数字化实验优点突出，但实际上数字化实验并没有被广泛应用于课堂教学，其优点没有得到最大限度的发挥。

培养高中化学核心素养的课堂教学实践与研究1. 引言1.1 研究背景在当前教育改革的背景下，高中化学核心素养的培养已经受到了广泛的关注和重视。

教育部提出了“素质教育”的重要理念和要求，要求学生具备扎实的基础知识和思维能力，能够灵活运用知识解决现实问题。

如何通过课堂教学实践来探究高中化学核心素养的培养策略，成为当前教育领域的一个重要课题。

通过深入分析和研究，可以为提升高中化学教育质量和效果提供有益的参考和借鉴。

1.2 研究意义高中化学核心素养的培养是当前教育领域的研究热点之一，其意义重大。

培养高中化学核心素养可以帮助学生建立起扎实的化学基础知识和思维能力，提高他们的学科素养水平。

化学是一门重要的自然科学学科，具有广泛的应用价值，因此培养学生们在化学方面的核心素养可以为他们未来的学习和职业发展打下良好的基础。

培养高中化学核心素养还可以促进学生们的综合素质的提高，包括科学思维、创新能力、实验技能等方面的发展，有利于他们全面发展和成长。

通过开展关于培养高中化学核心素养的课堂教学实践与研究，可以更好地促进学生们的综合素质的提高，为其未来的学习和发展奠定坚实基础。

2. 正文2.1 课堂教学实践探究在高中化学教学中，课堂教学实践是培养学生核心素养的重要途径之一。

通过深入探究课堂教学实践，可以帮助教师更好地理解学生的学习需求和特点，有效地引导学生掌握化学知识和技能，培养学生的科学素养和创新能力。

课堂教学实践应注重学生的主体地位，激发学生的学习兴趣和动力。

教师可以采用多样化的教学方法，如启发式教学、案例教学、实验教学等，让学生在积极参与中感受化学学科的魅力，激发他们对知识的探索和思考。

课堂教学实践应注重培养学生的实践能力和解决问题的能力。

通过设计多样化的实验和案例分析，引导学生运用化学知识解决实际问题，提高他们的动手实验能力和科学思维能力。

课堂教学实践还应注重跨学科的整合和应用。

化学知识与其他学科知识的交叉融合，可以帮助学生更好地理解化学在现实生活中的应用，培养他们的跨学科思维和能力。