摘要：随着信息技术的发展，数字化工具在教育领域的应用越来越广泛，特别是在化学实验教学中，数字化工具的引入为实验教学提供了新的方法和手段。本文探讨了数字化工具在高中化学实验教学中的应用策略，主要围绕数据智能采集、虚实协同建构和学习过程画像三大方面展开。通过引入智能传感器、虚拟仿真技术、大数据分析等先进工具，提升实验精度、重塑实验体系并优化实验评价，为学生提供更加高效、安全、个性化的学习体验。

关键词：数字化工具；化学实验；学习过程画像；实验评价

引言

高中化学实验是培养学生科学探究精神和实践能力的重要途径。然而，传统的实验教学模式面临着实验资源不足、安全隐患较大、实验结果不易标准化等问题。随着信息技术的进步，数字化工具的引入为实验教学带来了新的突破。通过智能化的数据采集、虚拟实验的模拟以及大数据分析，教师可以更精确地评估学生的实验能力，学生也能通过虚拟实验平台提前进行实验模拟，减少实际操作中的风险，提高学习效果。因此，探索数字化工具在高中化学实验中的应用具有重要的现实意义。

一、数据智能采集，提升实验精度

在高中化学实验教学中，传统的实验数据采集方式往往依赖学生手动记录，存在一定的误差风险，也难以实现实时监测与精准分析。而数据智能采集技术的引入，使得实验数据的获取和分析更为精确和高效。通过智能传感器与数据采集系统的结合，实验中的温度、pH值、质量等关键参数可以实时监测，并自动记录。这种自动化的数据采集不仅提高了实验的精度，也使学生能够通过直观的数字化数据更好地理解实验现象和规律[1]。更为重要的是，数据智能采集能够实时反馈实验中的偏差，帮助教师及时发现学生在实验过程中可能出现的问题，为个性化指导提供了重要依据。

在配制一定物质的量浓度溶液这一实验中，数据智能采集技术能够全程监测并记录实验过程中的每一个细节，从而确保实验的准确性。在溶质称量环节，智能天平能够实时显示质量数据，精确到，确保所称溶质质量的准确。举例来说，实验要求配制氢氧化钠溶液，学生需要称的氢氧化钠，这一过程通过智能天平的自动记录，可以确保溶质质量的精确性。温度传感器在溶解过程中起着重要作用，能够实时监测溶液的温度变化，避免溶液温度过高或过低影响反应效果。pH传感器则通过实时记录溶液的pH值变化曲线，使学生能清楚地观察到酸碱中和反应中的pH波动。尤其在定容阶段，液位传感器的使用能够确保溶液体积的准确性，帮助学生判断液面位置，避免液面位置不准确影响溶液的浓度。当数据出现偏差时，系统会自动发出警报，提醒学生及时调整操作。整个实验过程中的数据将被自动记录，并通过数据采集软件生成实验报告，教师可以基于这些实时数据对每位学生的实验操作进行分析，发现实验过程中的偏差并进行针对性指导。

二、虚实协同建构，重塑实验体系

虚拟实验与实体实验的协同结合为高中化学实验教学提供了新的教学模式，通过这种方式，学生能够在虚拟环境中进行预演和模拟，随后再进行实际操作。虚拟实验不仅弥补了传统实验中设备和材料的限制，还能帮助学生在实验前对实验原理和步骤进行充分的理解。虚拟实验中，学生可以调整不同的实验条件，观察不同因素对实验结果的影响，进而加深对实验原理的掌握。而在实际实验中，学生可以将虚拟实验中的知识应用于真实的操作中，形成良性的学习循环。通过虚实结合，学生能够提前识别实验中可能遇到的问题，减少实际操作中的风险。

以“铁及其化合物的性质”这一实验为例，在虚拟实验环境中，学生可以观察到铁在不同氧化状态下的反应，了解铁与氧气反应生成氧化铁的过程。通过调整实验条件，学生可以观察到反应速率和温度、氧气浓度等因素的关系。虚拟实验还可以展示铁在酸性和碱性环境中与不同化学试剂反应的过程，帮助学生直观地理解铁的化学性质及其与其他物质的相互作用。

在进行实际实验时，学生已经对实验步骤和现象有了初步的了解。在实验过程中，学生可以通过观察铁与酸、氧气或其他试剂的反应，进一步加深对铁化学性质的理解。例如，在实验中，铁与稀硫酸反应生成氢气，并观察到铁表面发生变化，形成氧化铁。通过在虚拟实验中提前模拟这些反应，学生可以更加熟悉实验的操作流程，减少在实际操作中因紧张或不熟悉步骤而可能犯的错误。教师可以根据虚拟实验的数据结果，提前预测学生可能出现的问题，并在实际实验中提供针对性的指导。比如，学生在实际实验中发现铁片反应速度较慢，教师可以从虚拟实验中回顾反应条件的设置，指导学生调整实验温度或酸浓度，以优化反应过程。

三、学习过程画像，优化实验评价

数字化工具的应用为化学实验教学提供了前所未有的便利，尤其在学生学习过程的跟踪与评价方面。通过数据采集与分析平台，教师可以实时监测学生在实验过程中的表现，识别其在操作、理解和思维方面的优缺点，从而实现精准的个性化教学。学习过程画像是基于学生的实验数据、操作行为及实验结果的综合分析，通过数字化手段记录和呈现学生的学习轨迹[2]。这种基于数据的动态评价体系，能够比传统的实验结果评定更全面、更细致。教师不再单纯依赖最终实验结果来判断学生的掌握程度，而是通过过程中的每一个环节，评估学生的实验思维、操作规范性及解决问题的能力。

在“化学反应速率的影响因素”实验中，数字化工具可以通过实时监测和数据分析，帮助教师了解学生的实验过程和结果。实验中，学生需要观察温度、浓度和催化剂等因素对反应速率的影响。通过智能传感器，温度变化、反应物浓度、反应产物的生成速率等数据可以实时记录。数字化平台不仅能够自动记录这些数据，还能实时生成图表，直观呈现各个因素对反应速率的影响。例如，学生在实验中可能会调节反应物浓度，观察浓度变化对反应速率的影响。通过数字化平台，学生可以立刻看到浓度与反应速率之间的关系图，从而更清楚地理解浓度影响反应速率的规律。再比如，学生通过温度变化对反应速率的影响实验，可以实时监测温度变化，并观察其与反应速度的关系。这些数据将在系统中自动生成实验报告，教师可以根据这些报告，查看每个学生在实验过程中的操作轨迹，包括是否准确调整了温度、浓度，是否在实验中保持了适当的实验条件。

在实验过程中，系统还可以提供实时反馈。如果学生在实验中出现不规范操作，例如温度未能准确控制或浓度配比错误，系统会及时发出警报，提醒学生修正。同时，系统会记录学生的每个操作步骤，生成操作日志，并与实验结果进行对比分析。通过这种方式，教师可以清晰地看到每个学生在实验过程中的具体表现，并根据其操作步骤和数据结果，给予个性化的反馈与指导。如果某个学生反应速率的计算不准确，教师可以根据学习过程画像，分析学生是否在步骤中遗漏了某个因素，如温度的准确控制或催化剂的添加，并针对性地帮助学生纠正。

这种基于学习过程画像的实验评价，不仅使教师能够全方位地了解学生的学习状况，还为学生提供了更为精准的学习反馈。通过数字化工具，学生可以实时查看自己的学习进度，了解自己在每个实验环节中的得失，从而更有针对性地调整自己的学习策略。与传统的“事后”评价模式相比，过程评价更为全面和实时，能够有效提升学生的实验技能和科学素养。

结束语

数字化工具在高中化学实验教学中的应用，能够有效提升实验教学的效率和质量，促进学生实验能力的提升。通过数据智能采集、虚实协同建构和学习过程画像，教师不仅能够精确评估学生的实验表现，还能够为学生提供更加个性化的学习体验。然而，数字化工具的应用也面临着设备投入、技术支持和教师培训等方面的挑战。因此，未来需要进一步优化数字化工具的应用，推动化学实验教学的智能化、个性化和高效化发展。

参考文献：

[1]石普亮.数字化手持技术在高中化学课堂实验教学中的应用研究[J].天天爱科学（教学研究），2023（2）：25-27.

[2]金国林，周慧智.基于学科理解的数字化实验在高中化学中的应用研究——以人教版《化学反应原理》为例[J].中学化学，2024（8）.