一、研究背景与意义

随着高中化学课程改革的深入，教学重点已转向提升学生的化学学科核心素养。创新是推动社会和个人发展的关键因素，新时代背景下，对具备高阶思维技能的创新人才需求愈发明显。学科核心素养和高阶思维的培育，对于实现教育目标至关重要。

数字化实验作为现代教育技术的一部分，在化学教学中的应用日益广泛。它能够突破传统化学实验的感官局限和设备不足问题。传统教学中，学生只能凭借肉眼观察实验现象，凭借经验判断实验结果，难以突破时间和空间的桎梏。而数字化实验具有无与伦比的精准度和即时反馈能力，通过传感器与数据采集器的配合，能精确记录与实时显示实验数据。例如在测定溶液pH值的实验中，传统方法依靠比色卡粗略判断，数字化实验则能将pH值变化精确到小数点后两位，并以动态曲线呈现，让学生更深刻理解实验现象，培养对科学严谨性的追求。

然而，数字化实验教学并非万能，若过分依赖，可能使学生失去动手实践能力。但总体而言，它不仅能提升教学效率，更能培养学生的科学思维与创新能力，使学生从被动的实验操作者转变为主动的探索者与发现者。因此，探索如何通过数字化实验平台提升高中生的化学探究能力，具有极高的研究价值。

二、研究目标与内容

（一）研究目标

本研究旨在通过实践探索，明确数字化实验工具在高中化学教学中的应用方式，提升高中生的化学探究能力，培养学生的科学思维与创新能力，同时促进教师教学方式的转变，提高化学教学质量。

（二）研究内容

1. 数字化实验工具的特点与功能研究：深入分析各类数字化实验工具，如传感器、数据采集器等的特性，以及它们在化学实验中的应用范围和优势。例如，不同类型的传感器可精确测量化学实验中的各种物理量，像温度传感器能精准感知反应过程中的温度变化，为探究化学反应的热效应提供可靠数据。

2. 数字化实验工具与传统实验教学的融合策略：研究如何将数字化实验工具与传统实验教学有机结合，避免过分依赖数字化设备而忽视学生动手实践能力的培养。如在传统酸碱中和滴定实验中，引入数字化pH传感器，既让学生通过手动操作掌握滴定技巧，又能利用传感器实时获取pH值变化数据，更全面深入地理解酸碱中和反应的过程。

3. 基于数字化实验工具的教学案例设计与实施：以人教版高中化学选择性必修1“化学反应原理”中的“沉淀溶解平衡”章节为例，设计并实施基于数字化实验工具的教学案例。引入数字化实验技术，聚焦碳酸钙（CaCO₃）固体溶解过程中的电导率变化研究，让学生亲身体验难溶电解质溶解平衡的动态过程，培养学生的宏观辨识和微观解析能力。高二学生在自主思考和团队协作方面已有一定实力，且之前系统学习过化学平衡的基础理论，具备较强的处理水溶液问题的能力，适合开展此类教学案例。

4. 数字化实验工具对高中生化学探究能力的影响评估：构建科学合理的评估体系，从多个维度评估数字化实验工具对高中生化学探究能力的影响。评估指标包括学生对化学知识的理解深度、实验操作技能的提升、问题解决能力的增强、创新思维的发展等方面。通过前测和后测对比，以及学生的实验报告、课堂表现、小组讨论成果等进行分析评估。

三、研究方法与步骤

（一）研究方法

1. 文献研究法：查阅国内外相关文献，了解数字化实验工具在教育领域的应用现状和研究趋势，为课题研究提供理论支持。分析已有的研究成果，借鉴成功经验，避免重复研究，明确本课题的研究方向和重点。

2. 行动研究法：在实际教学中应用数字化实验工具，设计并实施教学方案。通过课堂观察、学生反馈等方式，及时调整教学策略，不断优化教学过程。例如，在实施基于数字化实验工具的教学案例过程中，根据学生的课堂反应和实验操作情况，对实验步骤和教学方法进行灵活调整。

3. 案例分析法：选取具有代表性的教学案例进行深入分析，总结成功经验和存在的问题。对“沉淀溶解平衡”章节的教学案例进行详细剖析，从教学目标达成、学生参与度、教学效果等方面进行评估，为其他教学案例的设计和实施提供参考。

4. 问卷调查法：设计问卷，调查学生对数字化实验工具的接受程度、使用体验以及对化学探究能力的影响。问卷内容涵盖学生对数字化实验工具的兴趣、操作难度感受、对化学知识理解帮助等方面，通过统计分析问卷结果，了解学生的需求和意见。

（二）研究步骤

1. 准备阶段（第1—2个月）

(1) 组建研究团队，明确成员分工。

(2) 查阅相关文献，确定研究框架和方法。

(3) 设计调查问卷和评估体系。

2. 实施阶段（第3—10个月）

(1) 开展数字化实验工具的特点与功能研究，收集整理相关资料。

(2) 设计并实施基于数字化实验工具的教学案例，如“沉淀溶解平衡”章节的教学。

(3) 定期进行课堂观察和学生反馈收集，调整教学策略。

(4) 实施问卷调查，了解学生对数字化实验工具的看法和需求。

3. 总结阶段（第11—12个月）

(1) 对研究数据进行整理和分析，评估数字化实验工具对高中生化学探究能力的影响。

(2) 总结研究成果，撰写研究报告。

(3) 组织课题研讨会，交流研究成果和经验。

四、预期成果与创新点

（一）预期成果

1. 形成一套基于数字化实验工具提升高中生化学探究能力的教学方案和资源包，包括教学课件、实验指导手册、案例集等，为高中化学教师提供可借鉴的教学资料。

2. 发表相关研究论文，阐述数字化实验工具在高中化学教学中的应用策略和效果，为教育领域的研究提供参考。

3. 提升学生的化学探究能力，通过前测和后测对比，以及学生的实验报告、课堂表现等评估，显示学生在化学知识理解、实验操作技能、问题解决能力和创新思维等方面有显著提升。

4. 促进教师教学方式的转变，提高教师的教学水平和专业素养，推动高中化学教学的改革与发展。

（二）创新点

1. 理念创新：将数字化实验工具与传统实验教学深度融合，强调在利用数字化技术提升教学效率的同时，注重培养学生的动手实践能力和科学思维，突破传统教学中单一的教学模式。

2. 方法创新：构建基于数字化实验工具的多元化教学案例，根据不同的化学知识点和学生特点，设计个性化的教学方案。例如，针对抽象的化学概念，利用数字化模型和动态数据展示，帮助学生直观理解；对于实验操作要求较高的内容，结合数字化设备的精准测量功能，提高学生的实验准确性。

3. 评估创新：建立多维度的评估体系，不仅关注学生的知识掌握情况，还注重对学生探究能力、创新思维和团队协作能力等方面的评估。通过综合评估，全面了解数字化实验工具对学生化学素养提升的影响。

五、研究保障

（一）人员保障

研究团队成员包括高中化学教师、教育技术专家等。高中化学教师具有丰富的教学经验，能够准确把握教学需求和学生特点；教育技术专家则提供数字化实验工具的技术支持和指导，确保研究的顺利开展。

（二）资源保障

学校提供必要的实验设备和数字化教学平台，如传感器、数据采集器、MOOC平台等。同时，图书馆和网络资源为研究人员提供丰富的文献资料，方便查阅和学习国内外相关研究成果。

（三）时间保障

合理安排研究时间，确保每个研究阶段都有充足的时间完成任务。在实施阶段，根据教学进度和学生实际情况，灵活调整教学案例的实施时间，保证研究质量。

（四）制度保障

建立完善的研究管理制度，明确团队成员的职责和工作流程。定期组织课题研讨会，及时交流研究进展和存在的问题，共同商讨解决方案。同时，加强对研究过程的质量监控，确保研究结果的真实性和可靠性。

六、结论

本研究聚焦数字化实验工具对高中生化学探究能力的提升作用，极具现实价值。当前高中化学教学中，传统实验方式存在局限性，影响学生探究深度与广度。而数字化实验工具凭借其精准测量、实时呈现数据等优势，为化学探究带来新契机。

本课题计划通过实践研究，深入探究数字化实验工具在高中化学教学中的应用策略。预期能构建一套科学、实用的教学模式，借助数字化工具激发学生对化学实验的兴趣，增强其观察、分析、解决问题的能力，有效提升化学探究能力。这不仅能优化高中化学教学效果，还能为学生未来科学素养的发展奠定坚实基础。