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化学专题
利用数字化实验发展学生化学学科核心素养
朱鹏飞 马宏佳
摘 要:本文结合实例对数字化实验在发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等化学学科核心素
养方面的作用做了分析,论证了数字化实验相比传统实验手段,能够在发展更高水平的学科核心素养方面发挥独特的
优势。
关键词: 数字化实验;化学学科核心素养
一、化学数字化实验教学的缘起及作用 能力。当化学课程教学的理念从三维目标发展为培
数字化实验是指利用传感器、数据采集器和计 养学生化学学科核心素养,数字化实验如何在发展
算机及相应软件进行的实验,其能够采集真实实验 学生化学学科核心素养方面发挥作用?下面,笔者
过程中各种物理量的数据并记录、分析和呈现,进 重点探讨数字化实验对发展学生“宏观辨识与微观
而获得实验结论。21 世纪初,数字化实验被引入 探析”和“证据推理与模型认知”素养的作用。
我国。它在帮助教师优化实验教学,达成三维目标,
提高学生科学探究能力,发展学生科学素养方面发 二、发展“宏观辨识与微观探析”素养
挥了重要作用。 2017 版课程标准明确了“宏观辨识与微观探
2018 年 1 月,《普通高中化学课程标准(2017 析”的主要内涵,并将素养水平分为四个不同层次,
年版)》(以下简称“2017 版课程标准”)正式颁布。 各水平的具体内容见表 1。
该标准指出高中化学课程教学以发展学生化学学科 分析表 1,可以发现“宏观辨识与微观探析”
核心素养为主旨,并提出实验对于全面发展学生的 本质上是要求学生能够形成“宏观、微观、符号三
化学学科核心素养有着极为重要的作用,要在实验 重表征”的化学科学思维方式。此外,伴随着素养
教学中发挥现代信息技术的作用,积极探索现代信 水平的不断提高,对微观表征及三重表征相互转换
息技术与化学实验的深度融合,在化学教材中引入 的能力要求也在不断提高。例如,水平 1 要求学生
数字化实验。同时,还强调化学教学要培养学生的 联系物质的组成和结构解释宏观现象,水平 4 则
学科核心素养,将化学知识与技能的学习、化学思 要求学生能从宏微观视角对物质及其变化分类表
想观念的建构、科学探究与问题解决能力的发展等 征。然而,研究表明:微观表征的建立及三重表征
多方面的要求融为一体。
表 1 “ 宏观辨识与微观探析”素养的水平划分
数字化实验具有定量化、可视
化、实验操作过程与动态曲线可同 素养水平 宏观辨识与微观探析
步录像并反复播放等特点,能够揭 能根据实验现象辨识物质及其反应,能运用化学符号描述常见简单物
水平 1 质及其变化,能从物质的宏观特征入手对物质及其反应进行分类和表
示实验现象背后的本质,节省实验 征,能联系物质的组成和结构解释宏观现象
时间,有利于学生将有限的时间投 能根据实验现象归纳物质及其反应的类型,能运用微粒结构图式描述
入到高认知水平的学习活动中,改 水平 2 物质及其变化的过程,能从物质的微观结构说明同类物质的共性和不
同类物质性质差异及其原因,解释同类的不同物质性质变化的规律
变当前实验探究教学中存在的“注
能从原子、分子水平分析常见物质及其反应的微观特征,能运用化学
重动手欠缺思维过程,或有思维过 水平 3 符号和定量计算等手段说明物质的组成及其变化,能分析物质化学变
化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系
程但缺少高级思维过程”的现状,
能依据物质的微观结构,描述或预测物质的性质和在一定条件下可能
有效帮助学生建构化学学科观念, 水平 4 发生的化学变化,能评估某种解释或预测的合理性;能从宏观与微观
发展化学科学思维,提高科学探究 结合的视角对物质及其变化进行分类和表征
4 2018 年第 7 期 中小学数字化教学
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