第 1 章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 问题提出
化学教学中实验占用重要的地位，过往的化学实验教学中传统实验已经发挥着很好的功能，实验可以激发学生对于化学的学习兴趣、促进学生学习方式的改变、有助于学生形成化学概念、理解化学知识、培养学生的逻辑思维能力、表征转换能力、问题解决能力和探究能力等。随着时代的不断进步，教学在不断发展，教学中实验的发展往往离不开科学手段的创新，传统实验开始显露出在教学中存在的一些不足：如学生参与度不高，想象力得不到充分发挥；一些实验现象不便于观察，教师讲授原理为主；实验中获得结论所需验证过程繁琐等。近年来随着科学技术的不断进步和教育改革的不断深入，教育技术也在不断地发展中，信息技术与化学学科教学的结合也更加的紧密，数字化实验教学正在改变着实验教学的模式。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010--2020）》指出：信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视。把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。数字化实验是信息技术应用于化学教学的重要平台。数字化实验作为一种相对新颖的教学手段，能在突出化学学科特点并在学生认能知特点的基础上，更好地培养学生的科学探究能力。随着新课程改革的不断推进，数字化实验的应用已经悄然走进了我们的教学中。数字化实验的使用打破了传统化学实验在时间和空间上的局限性，能使实验数据的采集与分析更加简洁方便，打破传统教学理念，并且借助于数字化实验自身所匹配的软件，对于数据相对复杂、繁琐的实验结果进行分析、拟合，减少了学生本身计算的时间与计算的数量，提高了化学在实验研究中的效率。
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1.2 国内外研究现状
国内首次提出数字化实验是在 2000 年，将传感器应用于物理实验教学中。数字化化学实验首次亮相于化学实验中是在 2003 年钱扬义教授利用传感器对火焰温度的探究实验，实验得出了火焰中内焰温度高于外焰温度的结论③，并出版了《手持技术在理科实验中的应用研究》一书，总结了数字化实验具有实时、定量、直观、准确、综合等特点④。同年《普通高中物理课程标准(实验)》（2003年）提出“数字化实验要进入物理实验室”⑤。2004 年 1 月天津市第一中学联合教育部教学仪器研究所联合建立了第一个中学数字化实验室。同年，《上海市中学化学课程标准》发布，明确提出要引入和推广数字传感技术，山东科技出版社出版的新世纪高中化学教材也引入传感技术进行了实验探究。钱扬义、王祖浩与邓建斌等人提出在“数字化掌上实验室”中做科学及信息技术与化学课程整合的原则。该研究在教学系统设计理论、人本主义学习理论等多种理论指导下将化学课程与信息技术进行结合，使教学更加具有有效性和有意义的。2005 年符懋敬提出数字化不仅可以应用与课堂教学中，也可以应用于实际生活的问题中。2006年邓峰等学者利用广州市高中生进行手持技术实验前后学生的认知差别来分析手持技术在中学生学习中的作用，为手持技术如何在教学中更好地应用并发挥作用提出了相关建议⑥。钱扬义等学者提出对于化学教学中比较抽象的概念或远离的教学中，借助手持技术进行教学可以帮助学生更好地理解。应用手持技术将学生的“前科学”概念向科学概念的转变也更加容易⑦。刘晓华运用手持技术证实了学生问题解决心理机制的 6 个组成部分（即“元认知监控”、“问题识别”、“问题表征”、“实验设计”、“实验实施”和“反馈调整”），并由元认知监控其完成表征之间的相互转化。根据以上发现总结了利用手持技术培养学生解决化学问题能力的教学建议⑧。2007 年邓峰、钱扬义提出基于数字化实验的“6S”化学实验探究模式，即激趣、引导、猜想、演示、探究、总结⑨。该模式主要以探究的方式提高学生对于知识的学习能力与领悟能力，主要目的是借助数字化实验作为课堂的定量型实验的辅助操作方式，带领学生学习实验数据与图像结合理解的相关化学基础概念或原理，帮助学生提高对于数据的分析能力、对于信息的加工及处理的能力、对于问题的解决能力与科学知识间的探究能力⑩。同年，谢泽深通过对手持技术实验课的课堂观察、教师访谈、学生访谈及相关报告等方法研究了应用手持技术解决化学定量问题时学生的心理变化问题及手持技术在教学环节中的不同作用，此项研究为一线教师对于数字化实验的应用提供了理论参考。
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第 2 章 研究的理论基础
2.1 核心概念界定
2.1.1 数字化实验钱
扬义在《手持技术在理科实验中的应用研究》一书中对于数字化实验的界定是：以计算机作为实验的基础，将信息技术与化学实验教学进行深度的结合23。它主要由多样化的传感器、数据采集器、（安装与设备箱配置的软件）计算机等相互连接组成。传感器种类繁多，主要包括电导率、温度、声波、压强、位移、光、PH 值、二氧化碳、透光率等多种多样的传感器探头，传感器的目的是将物理量或者化学量变化成简单应用的电信号。数据采集器的主要功能为将传感器收集到的电信化通过二进制转化为对应的数字信号，在传入计算机中。计算机的主要职责为将收集到的数据进行分析处理并以图像的方式显示出来。
2.1.2 数字化化学实验
数字化化学实验是将数字化系统与化学实验相结合，将实验数据数字化，在真实实验的基础上实现了信息技术与化学实验教学的整合。本研究所研究的数字化实验均为在真实的传统实验中添加对应的数字化实验仪器而进行操作的化学实验。
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2.2 理论基础
我们选择了建构主义理论、最优化教学理论、数字化学习理论作为本研究的理论支持。建构主义的出现是当代教育教学理论的革命，同时也是国内外构建基于数字化实验技术的教学模式的重要理论基础，它直接发源于皮亚杰、维果茨基与布鲁纳的理论与实践。皮亚杰的“认知发展论”被公认为 20 世纪儿童发展方面最具权威的认知理论。建构主义理论强调：无论什么方式的学习都只可以在已有的认知水平的认知结构内发生，学生的内部认知结构可以确保学生每次具体的学习都可以进行下去；只有当学生的内部认知结构发生变化时学生会得到进一步的学习与发展。儿童在学习某个新的概念或某个新的规则的过程中，经常会与其原有内部认知结构存在不同程度的差异甚至产生矛盾，从而产生困惑，而只有遵循着“冲突之后的新平衡”的心理机制，原有认知结构发生重建，这些新学习的概念与规则才能真正为儿童所理解与掌握。此外，如果学习者自身提出了相对较新的观点或新的理念，并且在对于新知识与已有知识之间建立联系、产生对比、设计及开发的过程中，就可以产生交互性的认知结构重组。维果茨基以社会环境的角度提出思考，强调了发展对于儿童学习和生活的重要性，维果茨基提出在儿童进行真正的知识学习之前，儿童需要在社会环境中对知识加以构建；对儿童的教学环境进行对应的变化，可以帮助儿童的认知发展，也可以对儿童的认知结构进行建构。“最近发展区”观点与语言促进认知建构的观点是维果茨基最著名的两大观点。
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第 3 章 沈阳市高中化学数字化实验应用现状调查研究 ...........14
3.1 调查前期准备工作 .......14
3.2 数字化实验应用现状调查结果 ......15
3.3 数字化实验应用现状调查结果分析...........33
第 4 章 沈阳市高中化学数字化实验应用的改进建议.....36
4.1 增进校际沟通 ...........36
4.2 加强数字化实验培训 .....36
4.3 鼓励实验创新 ...........37
第 5 章 结论.........43
第 4 章 沈阳市高中化学数字化实验应用的改进建议
数字化化学实验有助于教师更加简明、直观的实现教学目标，促进培养适合现发表展的创新性人才，为了更好的推进数字化实验在沈阳市高中的应用现状，本研究在结合调查发现的问题及问卷问题成因的基础上，对沈阳市数字化实验室发展中存在的问题给出以下建议：
4.1 增进校际沟通
随着经济全球化和信息技术、网络技术的飞速发展，知识更新速度在不断的加快，教师对于知识的更新速度也需要不断的加快，教师信息交流的渠道在不断拓宽，交流手段也在不断更新。基于网络的基础教育教师校际协作，已经成为信息化背景下基础教育教师专业发展的一种非常有效的新途径。在关于数字化实验的校际交流方面，本研究给出以下建议：1.学校应鼓励教师将数字化实验教学设计案例上传网络，实现数字化实验教学设计的资源共享。2.教师将数字化实验课堂实录上传网络，并定时邀请专家或数字化实验优秀教师进行点评，指导。提高教师开展数字化实验的热情。3.筛选优秀数字化实验教学设计与数字化实验课堂实录进行优秀专栏展示。进而引领更多的教师进行数字化实验。4.共享关于数字化实验的教育叙事，作为数字化实验实施过程中的经验借鉴与研究积累都有非常积极的作用。
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结论
化学实验教学是高中化学教学的重要组成部分，随着社会的进步，化学实验教学也在不断向前发展，社会信息化带动着教育信息化。通过对沈阳市高中化学教学中数字化实验应用现状的研究，发现在沈阳市数字化实验应用中还存在以下问题：1.教师的数字化实验教学的意识有待于进一步提升，教师对于信息化实验手段与实验教育结合能力有待于进一步提升。2.已落实数字化实验室的学校中部分教师对于数字化实验应用较少，教师在数字化实验操作中存在实验仪器认识度低、仪器操作不熟练的苦难。3.教师对于数字化实验教学缺乏交流与探讨，导致数字化实验应用推进障碍。
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参考文献（略）