廖忠等
［摘 要］随着信息技术的发展，数字化教学资源在教育领域的应用越来越广泛。初中化学实验教学作为培养学生实验技能和科学素养的重要途径，亟待探索新的教学模式以适应时代发展的需要。文章通过对比传统教材实验教学和数字教材实验教学，发现数字教材实验教学在提高学生学习兴趣、实验技能以及科学素养等方面具有显著优势。
［关键词］数字教材；
实验教学；
初中化学
［中图分类号］ G633.8 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2024）15-0067-03
数字化技术的快速发展使得传统纸质教材中的内容能够以数字教材的形式呈现，数字教材具有交互性、动态性、可定制性等特点，这对于提高教学质量和学生学习效果具有重要意义。初中化学实验是化学学科的重要组成部分，对于培养学生的实验技能、科学素养和创新能力具有重要作用。然而，传统的初中化学实验教学存在一些问题，如实验材料有限、实验过程难以控制、实验结果不准确等，需要采取一种新的教学手段来改进和完善。基于数字教材的初中化学实验教学实践研究，正是由此应运而生，它旨在探索一种新的实验教学手段，解决传统实验教学存在的问题，提高实验教学的效果和质量。
数字教材实验教学模式具有以下优势：首先，数字教材可以提供丰富的实验材料和工具，使得实验过程更加易于控制和操作。其次，数字教材可以实现实验结果的实时监测和记录，提高实验结果的准确性和可靠性。再次，数字教材可以通过互动和反馈机制，及时发现和解决问题，提高实验教学的效果和质量。数字教材的广泛应用将改变传统的教学模式和手段，使得教学更加生动、形象、有趣，能够提高学生的学习兴趣和积极性、实现教学资源的共享和优化配置、提高教育公平性和普及率。
不同学科的实验教学存在一定的共性和差异。通过研究和探索基于数字教材的实验教学的手段和方法，可以为其他学科的实验教学提供有益的借鉴和参考；
同时，还可以促进不同学科之间的交流和合作，推动教育教学的改革和创新。
一、数字教材概况
数字教材，又称电子教材，是指通过数字化技术将传统纸质教材转化为电子形式，可以在电脑、手机等设备上阅读和学习的教材。数字教材具有以下特点：
1.便携性。数字教材可以轻松地存储在电子设备中，这意味着学生可以随时随地打开数字教材进行学习。传统的纸质教材需要占用大量的物理空间来存放，而数字教材则只需占用较小的物理空间。数字教材可以轻松地更新和修改，这使得数字教材能够保持与时俱进，能够为学生提供最新的学习内容。数字教材通常配备搜索功能，学生可以快速找到所需的信息和内容。因此，数字教材确实带来了很多便利，使得学习更加灵活、高效和个性化。
2.互动性。数字教材可以通过交互式设计，实现与学生的互动，提高学习效果。交互式设计可以让学生在学习过程中更加主动，通过与数字教材的互动，能够激发学生的学习兴趣和动力，提高他们的学习参与度和理解深度。数字教材包含的互动式内容有交互式图表、动画、视频等，这使得学生在学习过程中能够更加直观地理解知识，并可以通过互动操作加深对知识的掌握。数字教材可以提供实时反馈，例如通过测试、练习等方式，让学生在学习过程中及时了解自己对知识的掌握情况，并针对不足之处进行改进。数字教材还可以提供社交互动功能，让学生在学习过程中能够与其他学生交流、讨论，实现互相帮助、共同进步。
3.多样性。数字教材可以通过不同的形式和媒介来展现教学内容，如文本、图片、音频、视频等，为学生的学习体验增加了更多的维度和深度。这些不同的形式和媒介可以相互补充，能为学生提供更加丰富和全面的学习体验。
4.个性化。数字教材可以根据学生的需求和学习特点，进行个性化的定制和推送。例如，数字教材可以根据学生的学习进度和掌握情况，推送相应的练习题和作业，帮助学生巩固所学知识；
可以根据学生的兴趣和特长，推送相关的拓展知识和学习资源，激发学生的学习兴趣和动力；
可以提供更加灵活的学习方式和更加多样化的学习资源，学生可以根据自己的时间和地点，随时随地进行学习，便于学生更好地理解和掌握知识。
二、基于数字教材的初中化学实验教学方法
（一）数字教材使用指南
在使用数字教材开展实验教学之前，学生和教师需要熟悉数字教材的使用方法。
1.下载和安装数字教材。确保学生已经下载和安装了正确的数字教材版本，可以在计算机或移动设备上使用。
2.熟悉数字教材界面。帮助学生熟悉数字教材的界面和功能，以便他们能够快速找到所需的信息。
3.了解数字教材内容。确保学生了解数字教材中的内容，包括实验目的、原理、步骤、注意事项等。
（二）实验材料准备
数字教材中包含实验材料清单和详细的实验指导。学生可以根据清单准备所需的材料和工具，包括化学试剂、实验器材、测量工具等，以确保实验的顺利进行。在准备过程中，学生需要仔细阅读实验指导，了解实验步骤、所需材料和工具以及注意事项。这有助于确保准备工作的准确性和完整性。如果有任何缺失或不足，需要及时补充或调整。
（三）实验原理指导
使用数字教材开展初中化学实验教学，有助于学生掌握相应的实验原理。学生通过观看数字教材中的实验操作视频或动画，可以更加直观地了解实验原理和反应过程，提高实验的成功率和准确性。
例如，酸碱中和反应是化学学科的核心概念，也是学生在化学学习过程中必须深入理解和掌握的基本知识点。传统的纸质教材往往难以充分展示酸碱中和反应这一复杂过程的细节和动态变化，而数字教材的出现则为此提供了全新的解决方案。数字教材通过其独特的信息展示方式，能够生动地展示酸碱中和反应的全过程。这一过程涉及酸碱分子之间的相互作用、电荷转移和离子结合等多个环节。数字教材可以利用动画和三维图形，将这些微观层面的变化直观地呈现出来，从而帮助学生更好地理解酸碱中和反应的本质。
通过数字教材，学生可以清晰地看到分子的三维结构，了解它们各自的性质和功能。例如，酸溶液中通常含有氢离子（H+），而碱溶液中则含有氢氧根离子（OH-），这是它们能够进行中和反应的基础。数字教材可以通过动画展示酸分子和碱分子彼此接近、相互作用并最终形成水和盐的过程。这种动态展示有助于学生理解反应是如何逐步进行的，以及每一步中分子的变化和相互作用。在酸碱中和反应中，电荷的转移和离子的结合是关键步骤。数字教材通过高亮显示或特殊标记，帮助学生注意到这些重要的变化，进而深入理解反应的进程和结果。除了展示反应原理，数字教材还提供实验操作的指导和注意事项。如可以演示如何正确地测量和混合酸碱溶液，以及如何安全地处理实验过程中产生的废液。
数字教材通过其直观、生动的展示方式，极大地提高了学生对化学原理的理解和掌握程度，进而提高他们的学习兴趣和积极性。因此，在教学过程中，利用数字教材进行实验教学是一种非常有效的教学方法。
（四）实验数据记录与分析
学生可以通过数字教材中的实验数据记录表格或软件，记录实验过程中的数据和现象。在记录数据时，需要注意数据的准确性和完整性。
例如，酸碱中和反应实验中的实验数据记录如表1所示
学生可以在实验过程中，按照实验步骤逐一记录实验数据和现象。例如，在配置氢氧化钠溶液时，记录氢氧化钠的质量和水的体积；
在酸碱中和反应过程中，记录滴定管初始体积和终点体积；
在测定溶液pH值时，记录pH值。通过实验数据记录表格，学生可以清晰地了解实验过程中的数据和现象，方便后续的数据处理和分析［1］。
此外，数字教材中还能提供一些实验数据记录和分析软件，学生可以通过这些软件更加方便地记录和分析实验数据。例如，一些软件可以自动计算滴定反应的体积变化、绘制滴定曲线等，从而帮助学生更好地理解酸碱中和反应的过程和结果。
（五）实验结果展示与讨论
学生可以通过数字教材中的实验结果展示平台或软件，将自己的实验结果进行展示和分享。同时，教师也可以组织学生进行讨论和交流，对实验结果进行分析和评价，进一步加深学生对实验原理和过程的理解。
例如，在完成酸碱中和反应实验后，学生通过数字教材中的实验结果展示平台，将自己的实验数据、图表、图像等上传到平台上，并对其进行标注和说明。教师可以引导学生在分享实验结果的同时互相评价彼此的实验结果。学生可以提出自己的问题和疑惑，与同学、教师进行讨论和交流。通过这种方式，学生可以更加深入地理解酸碱中和反应的原理和过程，同时也可以提高自身的沟通能力和批判性思维。此外，教师还可以根据学生的实验数据和结果，评估学生的实验技能和科学素养，并根据学生的讨论和交流情况，了解学生对实验原理和过程的理解程度。
（六）实验误差分析
误差分析是评估实验结果可靠性和准确性的重要手段。学生可以通过数字教材中的误差分析方法，了解误差的来源和影响，并掌握相应的误差分析方法。
例如，当学生发现自己的实验结果与预期存在一定的偏差时，可以在数字教材中找到关于误差分析的章节。首先，了解误差的来源。误差主要包括系统误差、随机误差和过失误差［2］。接着，学习如何识别和消除这些误差的方法。可以通过改进实验方法、提高仪器设备的精度、控制环境条件等来减小系统误差；
通过多次重复实验、取平均值等来减小随机误差；
通过避免人为错误、提高操作技能等来避免过失误差。
在学习过程中，学生还可以通过数字教材中的实例和练习题，加深对误差分析方法的理解和掌握，学会如何分析实验数据、找出误差来源、评估误差大小，并采取相应的措施减小误差，进而在后续的化学实验中更加注重实验数据的分析和处理，提高实验结果的准确性和可靠性。
三、研究结果
本研究采用实验对比法，选取某初中两个班级作为研究对象，分别采用传统教材和数字教材开展实验教学。两个班级的教学内容、教学进度、教学目标保持一致。在使用传统教材的实验教学中，教师通过现场演示和学生实践的方式进行教学。而在使用数字教材的实验教学中，教师通过数字教材平台进行在线教学，学生可以通过电脑或手机等设备进行学习［3］。通过问卷调查、成绩对比等方式对两种教学模式的教学效果进行评估，发现使用数字教材开展实验教学的班级，在以下方面有突出的优势。
1.学习兴趣方面：数字教材实验教学在提高学生学习兴趣方面具有显著优势。学生普遍认为数字教材实验教学更加生动有趣，能够激发他们的学习热情。
2.实验技能方面：数字教材实验教学在增强学生实验技能方面也具有显著优势。通过在线学习和实践操作，学生能够更加熟练地掌握实验技能，提高实验操作水平。
3.科学素养方面：数字教材实验教学在提升学生科学素养方面也具有显著优势。数字教材中的丰富素材和拓展性知识有助于学生更好地理解学科原理，培养科学思维和创新能力。
四、总结与展望
由于数字教材实验教学比传统教材实验教学存在诸多方面的显著优势，因此建议在初中化学实验教学中积极推广数字教材实验教学模式，以适应时代发展的需要，提高教学质量和效果。随着人工智能技术的发展，数字教材可能会更加智能化，能够根据学生的学习情况和需求进行个性化的推荐和辅导。未来可以进一步探索数字教材教学模式在其他学科中的应用，为教育改革提供更多有益的参考。
［ 参 考 文 献 ］
［1］ 姚彬蓉.数字化转型时代数字教材的价值意蕴、现实挑战与优化路径［J］.教育科学论坛，2023（35）：3-7.
［2］ 钟丽香.基于数字教材的创新教学模式研究［J］.求知导刊，2023（27）：11-13.
［3］ 林琼.初中化学教学中趣味化学实验的应用探析［J］.数理化解题研究，2023（23）：139-141.
（责任编辑 罗 艳）
［基金项目］本文系广西教育科学“十四五”规划2022年度专项课题“基于数字教材的学科教学实践研究”（课题编号：2022ZJY161）的阶段性研究成果。
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