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化学专题

相互转换是学习者感觉比较困难的地方。这是因为 溶液中哪些离子发生了反应，但传统实验较难帮助
微观世界抽象且不可见；学生思维受他们已有的经 学生认识哪些离子没有发生反应。离子之间的反应
验影响，无法理解微观表征；学生只掌握有限的概 并不是瞬间完成的，如何动态地呈现整个反应过程
念性知识加之空间可视能力贫乏，不能将一种表征 中的微粒行为，如何帮助学生理解某些特定的反应
转化为另一种表征。因此，需要借助于相关工具实 中参与反应的离子间存在的定量关系，建立正确的
现微观世界的可视化，从而增强学生对微观表征的 符号表征，也是传统实验教学较难解决的。开展数
理解。 字化实验教学可以有效地解决上述难题。
传统实验能够呈现物质的宏观现象，教学过 例如，Ba(OH) 2 与 HCl 反应中，教师帮助学
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程中教师一般是通过讲解宏观现象来阐述反应的微 生认识 Ba 2+ 和 Cl 没有参加反应。教师借助导电
观本质，而学生要理解这些，需具备一定的空间想 率传感器测定向 Ba(OH) 2 溶液中滴加盐酸后导电率
象能力。有时教师也会利用动画模拟等可视化工具 变化情况，可以发现反应体系的导电率数值逐渐降
+
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揭示微观结构知识，然而动画模拟大多不够真实， 低，说明 H 与 OH 发生了反应，当到达最低点时
容易导致学生认知错误，因此需要寻找更可靠、更 体系导电率仍远大于 0，证明溶液中存在大量自由
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真实的可视化工具。数字化实验中，我们应用种类 移动的离子，进而推定 Ba 2+ 和 Cl 并未参加反应。
繁多的传感器能够采集真实实验过程中的一些表征 教师还可以利用氯离子传感器检测反应过程中 Cl -
微观粒子行为的物理量，为学生提供了观察微观世 的浓度变化，进而判断其是否发生反应。学生通过
界的“眼睛”。例如，离子的迁移能力可以用导电 对图像的分析能够理解，同一溶液中多种离子间的
+
率传感器来测定，H 浓度可以用 pH 传感器来测 反应存在定量关系，离子方程式的书写必须根据客
定……此外，数字化实验可以实时记录并直观呈现 观事实，准确反映出这种内在联系，正确地表示它
物理量数据变化，将实验宏观现象的变化与表征微 们之间的定量关系。数字化实验教学能使学生认识
观世界的动态曲线图像同步摄像并反复播放，帮助 符号表征所代表的宏观和微观含义，进而降低符号
学生建立宏观表征和微观表征的联系。学生一旦理 表征学习的难度。
解宏观表征和微观表征的含义后，对符号表征的学
习也变得比较容易。因此，数字化实验是帮助学生
建立微观表征并增强三重表征之间转换能力的有效
可视化工具。
下面，以化学必修内容中的“离子反应”教学
为例，阐述数字化实验如何帮助学生降低微观表征
的难度，增强对不同表征方式的转换能力，从而发
展“宏观辨识与微观探析”核心素养。离子反应是 图 1 向 Ba(OH) 2 溶液中滴入 HCl 时导电率和 pH 的变化示意图
高中化学的核心概念之一，该内容的教学旨在使学 数字化实验在降低微观表征难度，增强表征
生认识化学反应的角度从宏观进入微观，从微粒的 方式转换能力的同时，也能够降低宏观表征难度。
视角认识物质在水溶液中的反应实质。离子反应作 一些实验的宏观现象并不明显、不易被人的感官所
为一种重要的反应类型，通过实验能够让学生对化 感知，且易受不同个体感觉差异影响引起对实验现
学反应形成科学的分类视角，提升认识水平。此外， 象的认识偏差。数字化实验一个明显的特点是将化
通过离子方程式书写的程序性知识训练能够使学生 学实验过程中各种物理量的变化用数据、表格、图
初步建立从微观角度研究水溶液中物质反应的认识 像直观地表现出来，这也无疑增强了学生的宏观
思路和方法。因此，“离子反应”这一核心概念的 体验。
学习是发展学生化学学科核心素养难得的载体。然
而，教师在教学中经常遇到一些难题。例如，可以 三、发展“证据推理与模型认知”素养
利用宏观现象（如指示剂的变色等）帮助学生认识 2017 版课程标准也明确了“证据推理与模型

中小学数字化教学 2018 年第 7 期 5

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