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【摘要】本文从硬件和软件环境两个方面说明了中学数字化化学探究实验室的建设，并分别对硬件和软件建设中存在的问题进行了说明。
【关键词】数字化 化学 探究 实验室建设
【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0155-01
数字化技术在化学课堂和科学探究活动中的应用十分广阔，它对于整合课程资源、促进教师教学方式和学生学习方式的转变和提高教学质量有积极影响。数字化化学探究实验室包括硬件环境与软件环境。前者主要指实验室、手持技术仪器（如数据采集器与各类传感器）和计算机等；后者指教师、学生和教学内容（如教科书和专著）。
一、硬件环境的建设
1.化学实验室建设：实验室的数量，基本实验药品、仪器与相关设备的配置必须达标，实验台设计要有利于体现合作探究与互动式学习，为学生进行探究活动奠定物质基础。
2.手持技术仪器的配置：主要包括数据采集器与传感器（探头）。前者主要用于采集并储存实验数据；后者可根据探究需要测定的参数（如温度、湿度、光强、pH值、溶解氧浓度、电导率、气压、电流、电压等）而自行选择。同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能——如学生可以带上溶解氧传感器、pH传感器和电导率传感器与数据采集器，在河边进行实时定量测定河水的有关常数和进行水质分析。
3.计算机配置：将计算机与手持技术仪器联用时，传感器可以精确地测量与传递实验中所测定的各种实验参数，所得实验数据将通过数据采集器转到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。例如将温度传感器与pH传感器置于盛有少量水的烧杯中，随着固体氢氧化钠的加入，计算机屏幕上将分别出现两条逐渐上升的实验曲线，并且在表格中实时显示温度与pH值的变化数据。可见，利用基于计算机的化学实验，能使传统教学中的定性实验得以量化验证。
4.硬件环境的建设方面存在的问题：硬件方面存在的问题主要是一些附属设备不配套，如中和滴定实验时，磁性搅拌器数量太少，演示实验可以满足，但是作为学生实验数量严重不足。
二、软件环境的建设
1.转换教师角色。数字化化学探究实验室的建设对化学教师提出更新和更高的角色要求：教师必须具备一定的信息技术技能——会熟练使用手持技术仪器进行化学探究；教师应是课程的建设者与开发者——善于从生活、社会及教科书中挖掘能运用手持技术探究与解决的化学问题；教师应是学生学习的引导者与促进者——引导学生在利用手持技术进行探究时解决各类问题，促进学生探究能力的培养；教师应是教学的研究者——研究手持技术使用过程中学生的学习心理与认知机制等；教师应进行自觉反思——使探究式教学经验理论化与成熟化，不断加强数字化探究实验室利用效率。
2.充分体现学生的主体性作用。数字化探究实验室要求学生改变以往过多依赖教师的学习方式，如学生应在新的学习环境中，大胆借助手持技术与计算机技术从多渠道获得所需信息，敢于对书本质疑，乐于动手探究等等。当然，学生利用信息技术进行自主学习，是具备一定条件的：学生必须具有独立自主学习的精神、具有善于获取知识的能力和能掌握适合自己特点和学习要求的学习策略。此外，手持技术仪器能快速测定并以数据和图表的形式呈现整个探究过程，有助于学生通过对图像变化趋势的观察与理解，及时对实验条件做出适当的调整或建立新的实验假设，并在每一次修订实验方案或控制探究变量的过程中不断思考自己的预测与实验事实不吻合的具体原因，从而导致更深层次的学习。
3.选择合适的教学内容支撑。这要求教师应积极挖掘现行新教材中的配套探究题材，并鼓励学生通过查阅相关专著和文献，积极开展探究活动。如在《化学2》的“化学反应能量的变化”教学时，可引导学生采用温度传感器，定量测定不同物质（如生石灰、硝酸铵、氯化钠等）在溶于水时温度变化情况，通过分析实验曲线以加强其对放热反应与吸热反应的认识。
4.软件环境的建设中存在的问题
（1）教师方面存在的问题
①化学教师应用信息技术能力比较差。数字化化学探究实验室能利用手持技术测量和储存随时间变化的大量的各种物理量以及随其它方面变化的数据，实验数据能快速的可视化。但是由于化学教师应用信息技术能力比较差，一时难以适应新的教学环境的需要，从而导致数字化化学探究实验室利用率很低。
②化学教师驾驭探究式教学的能力较差。许多教师适应了传统的教学模式，驾驭探究式教学的能力比较弱，一旦带入数字化化学探究实验室，教师就会出现手忙搅乱，不知所措，从而导致教师从心底里不愿使用数字化化学探究实验室。
（2）学生方面存在的问题
①学生发现与提出问题能力比较弱。数字化化学探究实验室应用过程中反映出学生发现与提出问题能力比较弱，不能从日常现象或经教师启发，发现有探究价值的问题，不能用口头或书面的形式清楚地表述问题。
②学生实验设计能力比较弱。学生不能根据所要解决的化学探究问题，结合手持技术仪器的优点，独立或与他人合作设计实验方案；不能对实验方案的可行性进行初步论证。
③学生收集证据与数据处理能力比较弱。不能对所得证据运用表格和图像等形式进行处理；不能根据误差分析原理对实验数据进行初步分析。
④评价能力与元认知能力比较弱。不能对结论的可靠性进行客观评价；不能对自己在探究活动中的表现进行反思。
总之，建立数字化化学探究实验室是一项新的教育工程，实现管理与使用效能的最大化也是一个全新的课题，专职实验人员必须首先学习、摸索，逐步在教学中熟练应用，并带领其他教师能结合具体的校情、教情、学情，在教学中逐步应用，从而使先进的教学设备发挥其应有的作用。
【关键词】数字化 化学 探究 实验室建设
【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0155-01
数字化技术在化学课堂和科学探究活动中的应用十分广阔，它对于整合课程资源、促进教师教学方式和学生学习方式的转变和提高教学质量有积极影响。数字化化学探究实验室包括硬件环境与软件环境。前者主要指实验室、手持技术仪器（如数据采集器与各类传感器）和计算机等；后者指教师、学生和教学内容（如教科书和专著）。
一、硬件环境的建设
1.化学实验室建设：实验室的数量，基本实验药品、仪器与相关设备的配置必须达标，实验台设计要有利于体现合作探究与互动式学习，为学生进行探究活动奠定物质基础。
2.手持技术仪器的配置：主要包括数据采集器与传感器（探头）。前者主要用于采集并储存实验数据；后者可根据探究需要测定的参数（如温度、湿度、光强、pH值、溶解氧浓度、电导率、气压、电流、电压等）而自行选择。同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能——如学生可以带上溶解氧传感器、pH传感器和电导率传感器与数据采集器，在河边进行实时定量测定河水的有关常数和进行水质分析。
3.计算机配置：将计算机与手持技术仪器联用时，传感器可以精确地测量与传递实验中所测定的各种实验参数，所得实验数据将通过数据采集器转到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。例如将温度传感器与pH传感器置于盛有少量水的烧杯中，随着固体氢氧化钠的加入，计算机屏幕上将分别出现两条逐渐上升的实验曲线，并且在表格中实时显示温度与pH值的变化数据。可见，利用基于计算机的化学实验，能使传统教学中的定性实验得以量化验证。
4.硬件环境的建设方面存在的问题：硬件方面存在的问题主要是一些附属设备不配套，如中和滴定实验时，磁性搅拌器数量太少，演示实验可以满足，但是作为学生实验数量严重不足。
二、软件环境的建设
1.转换教师角色。数字化化学探究实验室的建设对化学教师提出更新和更高的角色要求：教师必须具备一定的信息技术技能——会熟练使用手持技术仪器进行化学探究；教师应是课程的建设者与开发者——善于从生活、社会及教科书中挖掘能运用手持技术探究与解决的化学问题；教师应是学生学习的引导者与促进者——引导学生在利用手持技术进行探究时解决各类问题，促进学生探究能力的培养；教师应是教学的研究者——研究手持技术使用过程中学生的学习心理与认知机制等；教师应进行自觉反思——使探究式教学经验理论化与成熟化，不断加强数字化探究实验室利用效率。
2.充分体现学生的主体性作用。数字化探究实验室要求学生改变以往过多依赖教师的学习方式，如学生应在新的学习环境中，大胆借助手持技术与计算机技术从多渠道获得所需信息，敢于对书本质疑，乐于动手探究等等。当然，学生利用信息技术进行自主学习，是具备一定条件的：学生必须具有独立自主学习的精神、具有善于获取知识的能力和能掌握适合自己特点和学习要求的学习策略。此外，手持技术仪器能快速测定并以数据和图表的形式呈现整个探究过程，有助于学生通过对图像变化趋势的观察与理解，及时对实验条件做出适当的调整或建立新的实验假设，并在每一次修订实验方案或控制探究变量的过程中不断思考自己的预测与实验事实不吻合的具体原因，从而导致更深层次的学习。
3.选择合适的教学内容支撑。这要求教师应积极挖掘现行新教材中的配套探究题材，并鼓励学生通过查阅相关专著和文献，积极开展探究活动。如在《化学2》的“化学反应能量的变化”教学时，可引导学生采用温度传感器，定量测定不同物质（如生石灰、硝酸铵、氯化钠等）在溶于水时温度变化情况，通过分析实验曲线以加强其对放热反应与吸热反应的认识。
4.软件环境的建设中存在的问题
（1）教师方面存在的问题
①化学教师应用信息技术能力比较差。数字化化学探究实验室能利用手持技术测量和储存随时间变化的大量的各种物理量以及随其它方面变化的数据，实验数据能快速的可视化。但是由于化学教师应用信息技术能力比较差，一时难以适应新的教学环境的需要，从而导致数字化化学探究实验室利用率很低。
②化学教师驾驭探究式教学的能力较差。许多教师适应了传统的教学模式，驾驭探究式教学的能力比较弱，一旦带入数字化化学探究实验室，教师就会出现手忙搅乱，不知所措，从而导致教师从心底里不愿使用数字化化学探究实验室。
（2）学生方面存在的问题
①学生发现与提出问题能力比较弱。数字化化学探究实验室应用过程中反映出学生发现与提出问题能力比较弱，不能从日常现象或经教师启发，发现有探究价值的问题，不能用口头或书面的形式清楚地表述问题。
②学生实验设计能力比较弱。学生不能根据所要解决的化学探究问题，结合手持技术仪器的优点，独立或与他人合作设计实验方案；不能对实验方案的可行性进行初步论证。
③学生收集证据与数据处理能力比较弱。不能对所得证据运用表格和图像等形式进行处理；不能根据误差分析原理对实验数据进行初步分析。
④评价能力与元认知能力比较弱。不能对结论的可靠性进行客观评价；不能对自己在探究活动中的表现进行反思。
总之，建立数字化化学探究实验室是一项新的教育工程，实现管理与使用效能的最大化也是一个全新的课题，专职实验人员必须首先学习、摸索，逐步在教学中熟练应用，并带领其他教师能结合具体的校情、教情、学情，在教学中逐步应用，从而使先进的教学设备发挥其应有的作用。