中学化学实验经历了传统的试管实验、微型实验后,正迈入了实验3.0时代——数字化实验。数字化实验指使用传感器、数据采集器和计算机等数字化实验系统的实验。数字化实验具有实验过程“可视化”;实验设计“重点化”;数据采集“智能化”;数据处理“智能化”;教学过程“现代化”的特点。
为了向前辈同行学习,提高自身数字化实验的应用水平,我校徐文佳和林丹两位化学教师参加了2019年3月15日——3月17日在上海交通大学附属中学举办的2019年数字化实验教学应用成果交流与培训活动。这是一场数字化实验的饕餮盛宴,两天的培训与观摩,我们经历了一场头脑风暴。
3月16日全天进行的是化学数字化实验创新设计、教学应用优秀作品的展示及观摩。从来自全国各地的164件作品中精选出26件优秀数字化实验作品展示和答辩,并由9位专家现场提问、讲解和点评。这些数字化实验有两个突出特点:一是关注课堂教学,选手的作品中一半可直接服务于课堂教学,1/3关注了实际教学中的疑难问题,比如《常温下钠在空气中反应的实验设计研究》、《基于数字化实验探究NaOH与CO2的反应》等。数字化实验融入教学,服务教学,这也是数字化实验不断发展的根本动力。二是关注社会生活,解决实际问题,比如《数字化实验探究抗酸药的抗酸能力》、《基于TI-Innovator的?培植物生长环境?动化调节实验创新设计》等。中午成员们参观了交大附中的实验中心,这里设备先进,环境布置也极具学科特色,“让每面墙壁都开口说话”。
3月17日,成员们先观摩了交大附中的尤颖欣老师开设的一节数字化实验教学应用展示课《醋酸在水中》,尤老师通过精巧的设计,结合数字化实验和传统实验,让学生感受到醋酸在水中存在电离平衡,外界条件的改变(如加水稀释、氢离子或醋酸根离子的浓度)会影响平衡的移动。令人意外的是,温度升高后,虽然醋酸溶液的电离程度增大,但溶液的电导率反而下降。尤老师的解释是温度升高,溶液中离子的热运动加强,削弱了离子的定向移动。尤老师一直和学生渗透这样的思想:讨论问题要在一定的环境中,不能脱离环境;一个因素改变,可能会触发多个影响,而这些影响之间可能还相互矛盾,我们要用辨证统一思想分析问题。
接下来成员们还聆听了两场专家讲座。华东师大附属东昌中学唐增富特级教师做了报告《数字化实验促进学生成长和教师专业发展》。一方面,数字化实验成就学生。学生的成长分为三个阶段:第一阶段,学做研究,以简单测量为主;第二阶段,做真实的研究,如探究温差发电,探究口香糖中木糖醇的影响等;第三阶段,创新能力培养的需要,学生将数字化实验同乐高结合,实现精准控制和自动反馈调节。另一方面,数字化实验促进教师专业发展,在过程中教师形成了自己的教学应用策略,如现象放大策略,曲线表征策略,问题解决策略,定量实验策略,创新实验策略,知识完善策略。
上海市教研室徐睿特级教师的报告《中学实验现代化的实践与探索》向我们展示了极具未来色彩的实验室,让我们耳目一新,叹为观止。综合实验室克服了现阶段理化生实验室各自为政、利用率低等不足,设计理念先进,力争打造安全、舒适、方便、灵活、普适、高效的实验室。对实验室进行分区,包括实验区、制作区、交流区、展示区,这些区域还可以根据实际情况灵活调整,这些都需要硬件设备及软件的支撑,以高度发达的制造业和信息化为依托。徐睿老师还和我们分享了中学数字化实验的新趋势,如集成、双向、无线、智能,并向我们展示了上海一些中小学的案例,我们受益匪浅。
两天的培训老师们都意犹未尽,我们知道,这只是一个开始,是机遇也是挑战,我们依然前行在探究未知的道路上。