初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究课题报告

初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究课题报告目录一、初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究开题报告二、初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究中期报告三、初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究结题报告四、初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究论文初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究开题报告一、研究背景意义

初中化学作为科学启蒙的重要载体，电解水实验以其直观的化学变化现象，成为帮助学生理解分子原子、化学键等核心概念的关键载体。然而传统实验装置存在明显局限：装置体积庞大，占用课堂空间大；电解液消耗多，实验成本高；气体产生速率慢，现象观察周期长；数据记录依赖人工读数，误差大且难以实时追踪。这些问题不仅削弱了实验的直观性，更让学生的探究热情在漫长的等待和繁琐的操作中逐渐消磨。

微型化实验理念的兴起为这一困境提供了新路径。通过缩小装置尺寸、减少试剂用量，微型化装置既能降低实验成本、提高安全性，又能让每个学生动手操作，增强参与感。而数字化监测技术的融入，则让实验从“定性观察”走向“定量分析”——传感器实时采集电压、电流、气体体积等数据，通过软件动态绘制变化曲线，让抽象的电解过程变得可视、可感。这种“微型化+数字化”的融合，不仅解决了传统实验的痛点，更契合新课标对“科学探究与创新意识”的培养要求。

环保评估的引入则赋予实验更深层的育人价值。传统实验中废弃电解液的处理常被忽视，而微型化装置减少的试剂用量，本身即是对资源的节约；结合能耗计算、废弃物产生量分析等环保指标评估，能让学生在实验中直观感受“绿色化学”的内涵，将环保意识从知识转化为自觉行动。因此，本研究通过构建电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估体系，既是对初中化学实验教学模式的创新探索，更是对学生科学素养与环保理念的双重培育，对推动化学实验教学的绿色化、智能化发展具有重要意义。

二、研究内容

本研究聚焦初中化学电解水实验的微型化改造、数字化监测与环保评估三大核心模块，具体内容包括：

微型化装置设计与优化。基于电解水实验原理，选取廉价易得的材料（如微型电解槽、石墨电极、微型气体收集器等），设计体积小巧、操作便捷的微型化装置。重点解决电极间距、电解液浓度、气体收集效率等关键参数的优化问题，确保装置在微量试剂条件下仍能稳定产生明显现象，并满足安全性和重复使用性要求。

数字化监测系统构建。集成电压传感器、电流传感器、气体流量传感器等，搭建实时数据采集系统，通过编程软件实现电解过程中电压、电流、气体体积等数据的动态显示与存储。开发数据可视化模块，绘制电解时间与气体生成量、能量消耗等关系曲线，帮助学生直观理解电解规律，定量分析实验结果。

环保评估体系建立。结合微型化装置的试剂用量、能耗数据及废弃物产生情况，构建包含资源消耗指数、环境影响系数、绿色度评价等维度的环保评估模型。通过与传统实验的数据对比，量化微型化装置在减少资源浪费、降低环境负荷方面的优势，形成可推广的实验环保评估方案。

教学应用与效果验证。设计基于微型化数字化电解水实验的教学案例，在初中化学课堂中实施应用，通过问卷调查、实验操作考核、访谈等方式，收集学生对实验兴趣、探究能力及环保意识变化的数据，分析该教学模式对学生科学素养提升的实际效果，为教学实践提供实证依据。

三、研究思路

本研究以“问题导向—技术融合—实践验证”为主线，遵循“理论构建—装置开发—系统搭建—教学应用—总结优化”的逻辑路径展开。

首先，通过文献研究梳理国内外微型化实验、数字化监测在化学教学中的应用现状，结合初中化学电解水实验的教学痛点，明确微型化装置的设计目标与数字化监测的核心指标，构建研究的理论框架。

其次，进入装置开发阶段。采用“原型设计—参数测试—迭代优化”的研究方法，通过控制变量法测试不同电极材料、电解液浓度、电压条件对实验效果的影响，确定微型化装置的最优结构；同步选取合适传感器，搭建数据采集系统，开发数据可视化软件，完成数字化监测平台的搭建。

随后，开展环保评估研究。通过实验数据采集，计算微型化装置与传统实验在试剂用量、能耗、废弃物产生量等方面的差异，构建环保评估模型，量化分析微型化实验的绿色化效益。

最后，进入教学应用与效果验证阶段。选取试点班级开展教学实践，设计包含“实验操作—数据采集—环保分析”的探究任务，观察学生的参与度与探究行为，通过前后测对比分析学生在实验技能、科学思维及环保意识上的变化，总结教学经验并优化研究方案，形成可复制、可推广的初中化学微型化数字化实验教学模式。

四、研究设想

本研究设想以“让电解水实验从‘课堂演示’走向‘学生探究’”为核心，通过微型化装置的精准设计、数字化监测的高效实现、环保评估的科学构建，打造一套可操作、可感知、可思辨的初中化学实验体系。在装置设计上，我们计划采用“模块化+低成本”策略，利用3D打印技术制作微型电解槽，选用石墨棒作为电极（成本低、稳定性好），通过控制电极间距（2-3mm）和电解液浓度（5%NaOH溶液），实现在10mL电解液条件下快速产生气体（预计2分钟内收集满5mL气体），同时确保装置密封性，避免气体泄漏影响数据准确性。数字化监测方面，拟选用Arduino开源平台集成电压传感器（0-5V，精度±0.01V）、电流传感器（0-2A，精度±0.001A）和气体流量传感器（量程0-10mL/min，精度±0.1mL/min），通过Python编程开发实时数据采集与可视化系统，动态绘制电流-时间曲线、气体体积-时间曲线，并自动计算电解效率（单位电量产生的气体体积），让学生直观看到“电流稳定时气体生成速率恒定”的规律，突破传统实验中“只能观察现象，无法定量分析”的局限。环保评估模块则构建“三维指标体系”：资源维度统计试剂用量、能耗（通过电压电流计算电能消耗），环境维度监测废弃物产生量（废电解液pH值、重金属离子含量），效益维度对比微型化实验与传统实验的“投入-产出比”，最终生成“绿色度评分”，让学生在实验结束后通过数据对比理解“微型化=资源节约+环境友好”的深层逻辑。教学应用上，设计“阶梯式探究任务”：基础任务完成电解操作与数据记录，进阶任务分析曲线异常原因（如电极污染导致电流波动），拓展任务讨论“如何进一步降低能耗”，将实验从“验证知识”升级为“探究问题”，让每个学生都能在动手操作中感受科学的温度，在数据解读中培养理性思维，在环保评估中建立责任意识。

五、研究进度

研究周期拟定为12个月，分三个核心阶段推进。前期准备阶段（第1-3个月），重点完成国内外微型化实验、数字化监测技术的文献综述，梳理初中电解水实验的教学痛点，确定装置设计的技术参数（如电极材料、电解液浓度）和数字化监测的核心指标（电压、电流、气体体积），同时调研初中化学教师的实际需求，确保研究方向与教学实践紧密贴合。装置开发与测试阶段（第4-7个月），采用“原型迭代法”进行装置优化：初版装置完成基础功能验证，重点解决气体收集效率低（改用倒置量筒排水法收集气体）、数据波动大（优化传感器安装位置，减少电磁干扰）等问题；第二版装置加入便携式设计（尺寸控制在15cm×10cm×5cm），便于学生分组操作；同步开发数字化监测软件，实现数据实时显示、曲线自动绘制、电解效率一键计算，并通过预实验测试系统的稳定性（连续运行10次，数据误差≤3%）。环保评估模型构建阶段（第8-10个月），通过与传统实验的数据对比，计算微型化装置在试剂用量（减少80%）、能耗（降低60%）、废弃物产生量（减少70%）等方面的优势，构建包含“资源消耗指数”“环境影响系数”“绿色度等级”的评估模型，形成《初中化学实验环保评估指南》。教学实践与成果总结阶段（第11-12个月），选取2所初中的3个班级开展教学实验，设计“实验操作-数据解读-环保讨论”的探究流程，通过学生访谈、课堂观察、实验报告分析等方式，评估教学模式对学生实验兴趣、科学思维及环保意识的影响，最终形成研究报告、微型化装置操作手册、数字化监测系统使用指南及教学案例集，为初中化学实验的绿色化、智能化转型提供实践范例。

六、预期成果与创新点

预期成果将形成“硬件+软件+理论”三位一体的产出体系：硬件方面，完成一套低成本、易操作的电解水实验微型化装置原型（含电解槽、电极、气体收集器），配套数字化监测硬件套件（传感器、数据采集器）；软件方面，开发具备实时数据采集、曲线绘制、效率计算功能的可视化系统，生成《初中化学电解水实验数字化监测操作指南》；理论方面，构建包含资源、环境、效益三维指标的环保评估模型，发表1-2篇关于微型化化学实验教学的研究论文，形成《初中化学微型化实验设计与教学策略研究报告》。创新点体现在三个维度：设计理念上，突破传统实验“重现象轻数据、重操作轻环保”的局限，将“微型化减量、数字化增效、环保化育人”深度融合，让实验成为科学探究与绿色意识的双重载体；技术手段上，通过开源硬件与低成本传感器的结合，解决数字化监测“价格高、难推广”的痛点，使普通中学也能开展定量实验；教育价值上，创新“实验-数据-环保”三位一体的教学模式，让学生在“做实验”中“学科学”，在“看数据”中“悟规律”，在“评环保”中“担责任”，实现知识传授、能力培养与价值观塑造的有机统一，为初中化学实验教学改革提供可复制、可推广的新范式。

初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究中期报告一：研究目标

本研究旨在突破传统初中化学电解水实验在操作便捷性、数据获取精确性及环保意识培养上的多重瓶颈，通过微型化装置的精巧设计、数字化监测技术的深度融合与环保评估体系的科学构建，重塑实验教学的育人价值。核心目标在于打造一套体积紧凑、试剂消耗微量化、现象显著、数据可视化的新型实验系统，使抽象的电解过程转化为学生可触可感的科学探究体验。同时，通过实时采集电压、电流、气体生成量等关键数据，实现实验过程的定量分析与动态呈现，帮助学生精准理解电解反应的本质规律，培养其数据处理与科学推理能力。更深层次的目标，是将环保评估理念贯穿实验全过程，引导学生关注实验资源消耗、能源利用效率及废弃物环境影响，在动手实践中建立绿色化学思维，使实验成为知识学习、技能训练与价值塑造的立体化载体，最终推动初中化学实验教学从“演示验证”向“探究创新”的范式转型，为培养兼具科学素养与环保意识的未来公民奠定基础。

二：研究内容

本研究聚焦三大核心模块的协同推进：微型化装置的精妙设计、数字化监测系统的智能构建与环保评估模型的科学建立。在装置设计层面，以“减量增效”为原则，采用模块化设计理念，选用石墨电极、微型电解槽及定制化气体收集器等核心组件，通过优化电极间距（2-3mm）、电解液浓度（5%NaOH溶液）及密封结构，实现在10mL电解液条件下快速生成可观测气体（2分钟内收集5mL），同时确保装置结构稳固、操作简便、成本低廉，满足学生分组实验需求。数字化监测方面，基于Arduino开源平台集成高精度电压传感器（±0.01V）、电流传感器（±0.001A）及气体流量传感器（±0.1mL/min），开发具备实时数据采集、动态曲线绘制（电流-时间、气体体积-时间）、电解效率自动计算功能的可视化系统，实现实验现象与定量数据的无缝衔接，为探究电解规律提供直观支撑。环保评估模块则构建“资源-环境-效益”三维指标体系，精确统计微型化实验相较于传统实验在试剂用量（预计减少80%）、能耗（降低60%）、废弃物产生量（减少70%）等方面的优势，建立包含资源消耗指数、环境影响系数及绿色度评分的评估模型，引导学生通过数据对比深刻体会实验操作的环保意义，将环保意识内化为科学探究的自觉准则。

三：实施情况

自课题启动以来，研究团队严格按照预设方案稳步推进，各模块均取得阶段性突破。在微型化装置开发阶段，已完成三代迭代优化：初代装置验证了基础功能，重点解决气体收集效率低（采用倒置量筒排水法）及数据波动大（优化传感器布局减少电磁干扰）等问题；第二代装置实现便携化设计（尺寸压缩至15cm×10cm×5cm），显著提升学生操作便捷性；第三代装置强化耐用性与安全性，采用防腐蚀材料处理电解槽，确保长期使用稳定性。目前装置原型已完成10轮连续测试，气体收集效率稳定在95%以上，数据误差率控制在3%以内，满足课堂实用需求。数字化监测系统开发同步推进，硬件套件完成传感器选型与集成，基于Python的数据采集与可视化软件已实现实时数据显示、曲线动态绘制及电解效率一键计算功能，并通过预实验验证了系统稳定性（连续运行10次，数据误差≤3%）。环保评估模型构建取得关键进展，通过对比传统实验与微型化实验的试剂消耗、能耗及废弃物数据，初步建立了包含资源消耗指数、环境影响系数的评估框架，并完成废电解液pH值及重金属离子含量的基础监测，为后续绿色度评分模型奠定数据基础。教学应用层面，已选取两所初中的3个班级开展试点教学，设计“阶梯式探究任务”，学生反馈显示微型化装置操作便捷、现象直观，数字化监测系统有效提升了数据解读能力，环保评估环节显著增强了学生的资源节约意识与责任感。目前，研究团队正同步整理装置操作手册、数字化系统使用指南及初步教学案例，为成果推广做准备。

四：拟开展的工作

后续研究将聚焦环保评估模型的深化、教学应用的全面验证及成果体系的系统构建三大方向。环保评估模型方面，计划通过多组对比实验，精确量化微型化装置在试剂消耗、能源转化效率及废弃物处理成本等维度的优势，建立包含资源消耗指数、环境影响系数及绿色度评分的综合评估算法，并开发配套的环保评估计算工具，使学生能直观输入实验数据自动生成环保分析报告。教学应用层面，将在现有试点基础上拓展至5所初中的8个班级，实施“微型化+数字化+环保化”三位一体的教学模式，重点观察学生在定量分析能力、科学探究深度及环保行为意识上的变化，通过课堂录像、学生实验报告及深度访谈，构建“实验操作-数据解读-环保决策”的完整教学证据链。成果体系构建方面，将系统整理装置设计图纸、传感器校准参数、数字化监测系统源代码及环保评估模型算法，形成包含硬件套件、软件平台、评估工具及教学案例的完整解决方案，编写《初中化学微型化实验数字化监测与环保评估指南》，为区域教研推广提供标准化范本。

五：存在的问题

当前研究在技术实现与教学融合层面仍存在优化空间。技术层面，气体流量传感器在微量气体采集时偶发信号漂移，需进一步校准传感器灵敏度并优化算法滤波机制；环保评估模型中废电解液的环境影响因子权重分配尚未完全科学化，需结合生命周期评价方法进行权重优化。教学应用层面，部分教师对数字化监测系统的操作熟练度不足，需开发更直观的交互界面及配套培训课程；学生数据分析能力存在个体差异，需设计分层指导策略，确保不同认知水平学生均能从定量数据中提炼科学规律。此外，微型化装置的长期耐用性测试尚未完成，电解槽材料在连续使用后的腐蚀情况需进一步观察，以确保装置的课堂适用性。

六：下一步工作安排

下一阶段将分四项重点任务推进研究深化。一是完成环保评估模型的校准与验证，通过增加实验样本量（计划新增20组对比实验），优化废电解液pH值、重金属离子含量等环境指标的检测方法，建立动态更新的环保数据库，完善绿色度评分算法。二是开展数字化监测系统的迭代升级，重点解决传感器信号稳定性问题，引入机器学习算法提升数据抗干扰能力，开发移动端数据同步功能，支持学生课后延伸探究。三是组织大规模教学实践，联合教研团队设计“电解水实验环保探究”主题课程包，包含学生任务单、教师指导手册及评价量表，在新增试点学校实施前后测对比分析，验证教学模式对学生科学素养与环保意识的实际影响。四是启动成果推广准备，与教育装备企业合作开发标准化微型化装置套件，申报教学成果奖，并通过区域教研活动展示教学案例，形成“技术-教学-评价”一体化的可推广模式。

七：代表性成果

中期阶段已形成系列具有实践价值的创新成果。硬件方面，第三代微型化电解装置实现突破性进展：采用3D打印一体成型的耐腐蚀电解槽，配合石墨-钛复合电极，在10mL电解液条件下2分钟内稳定收集5mL氢氧混合气体，装置体积压缩至12cm×8cm×4cm，成本控制在50元以内，满足大规模课堂部署需求。数字化监测系统开发完成基于Python的实时数据可视化平台，支持电压、电流、气体体积多参数同步采集与动态曲线绘制，内置电解效率自动计算模块，误差率≤2.5%，学生可通过直观曲线分析电解反应的瞬时变化规律。环保评估模型初步构建完成，对比实验显示微型化装置较传统实验减少试剂消耗82%、降低能耗65%、减少废液排放73%，形成的“资源-环境-效益”三维评估框架已应用于试点班级的环保主题教学。教学层面设计的“阶梯式探究任务”获师生积极反馈，学生在环保评估环节主动提出“电解液循环利用”“太阳能供电”等创新方案，体现科学探究与环保意识的深度融合。

初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究结题报告一、概述

本课题围绕初中化学电解水实验的传统教学痛点，以微型化装置革新、数字化监测赋能与环保评估深化为核心路径，历时十八个月完成系统性研究。研究团队从实验装置的物理形态优化入手，通过模块化设计与材料创新，将传统电解水装置体积压缩至12cm×8cm×4cm，试剂用量减少80%，气体生成效率提升至95%以上；同步构建基于Arduino开源平台的数字化监测系统，实现电压、电流、气体体积的实时采集与动态可视化，数据误差率控制在2.5%以内；创新性建立“资源-环境-效益”三维环保评估模型，量化实验操作的绿色化效益。研究成果已在8所初中12个班级开展教学实践，形成可推广的“微型化+数字化+环保化”三位一体实验教学模式，推动化学实验教学从“现象验证”向“探究创新”与“价值引领”深度融合转型，为新时代科学教育提供兼具技术先进性与教学适用性的实践范本。

二、研究目的与意义

研究旨在破解传统电解水实验长期存在的操作繁琐、数据粗放、环保意识薄弱三大瓶颈。通过微型化装置实现“减量不减效”，让每个学生都能亲手操作微型电解槽，在10mL电解液条件下2分钟内清晰观察到气体生成现象，彻底改变教师演示、学生旁观的教学困境；依托数字化监测技术将抽象的电解过程转化为实时动态曲线，帮助学生精准理解“电流稳定性决定气体生成速率”的化学本质，培养定量分析与科学推理能力；环保评估模型的引入则赋予实验更深层的育人价值，通过对比传统实验与微型化实验在资源消耗、能耗、废弃物维度的数据差异，引导学生建立“实验操作即环保行动”的科学伦理观。研究不仅为初中化学实验教学提供了技术革新方案，更通过“做实验-学科学-悟环保”的闭环设计，实现知识传授、能力培养与价值塑造的有机统一，对推动化学教育绿色化、智能化发展具有示范意义。

三、研究方法

研究采用“技术开发-教学实践-理论构建”三位一体的行动研究范式。技术开发阶段以迭代优化法为核心，通过“原型设计-参数测试-功能迭代”的循环模式，历经三代装置升级：初代验证基础功能，二代实现便携化，三代强化耐用性；同步采用传感器选型对比实验，确定电压传感器（±0.01V）、电流传感器（±0.001A）与气体流量传感器（±0.1mL/min）的最优配置，开发基于Python的数据可视化系统。教学实践阶段采用准实验设计，选取实验班与对照班开展对比研究，通过课堂观察、学生访谈、实验报告分析等方法，评估教学模式对学生实验操作能力、数据分析能力及环保意识的影响；环保评估模型构建则结合生命周期评价法，通过20组对比实验建立试剂用量、能耗、废弃物产生量的数据库，运用层次分析法确定资源消耗指数、环境影响系数的权重，最终形成动态更新的绿色度评分算法。研究全程注重教师与学生参与，通过教研研讨会、学生反馈问卷等形式确保技术方案与教学需求的精准匹配。

四、研究结果与分析

微型化装置研发取得突破性进展。第三代装置采用3D打印一体成型电解槽，配合石墨-钛复合电极，在10mL5%NaOH电解液条件下，2分钟内稳定收集5mL氢氧混合气体，气体收集效率达95%以上。装置体积压缩至12cm×8cm×4cm，成本控制在50元/套，较传统装置减少试剂消耗82%，废液排放量降低73%。连续20次耐久性测试显示，电解槽无腐蚀泄漏，电极损耗率≤0.5%，完全满足课堂高频使用需求。数字化监测系统实现多参数实时同步采集，电压（0-5V）、电流（0-2A）、气体体积（0-10mL）数据误差率≤2.5%，动态曲线绘制功能使学生直观捕捉"电流波动导致气体生成速率变化"的瞬时规律。环保评估模型通过20组对比实验建立，量化显示微型化实验较传统实验能耗降低65%，资源消耗指数下降78%，绿色度评分达92分（满分100），形成可量化的实验环保效益评价体系。

教学实践成效显著。在8所初中12个班级的准实验研究中，实验班学生实验操作技能优秀率提升41%，数据分析能力合格率从58%升至89%。环保评估环节激发学生创新思维，35%的小组提出"电解液循环利用""太阳能供电"等优化方案。课堂观察显示，微型化装置使分组实验参与率从30%提升至98%，数字化监测系统使抽象电解概念具象化理解率提高67%。教师反馈表明，"阶梯式探究任务"有效实现"实验操作-数据解读-环保决策"的教学闭环，学生环保意识量表得分提高32分（满分100）。典型案例显示，某学生在完成实验后自主计算班级全年电解水实验的碳排放量，并设计微型装置的回收再利用方案，体现科学探究与环保责任的深度内化。

五、结论与建议

本研究成功构建"微型化+数字化+环保化"三位一体的电解水实验教学新范式。微型化装置通过结构创新实现"减量不减效"，数字化监测系统通过数据可视化突破"现象定性分析"局限，环保评估模型通过量化指标建立"实验操作与环保责任"的强关联。研究证实该模式能有效提升学生实验参与度、定量分析能力及环保意识，为初中化学实验教学改革提供可复制的实践路径。

建议在推广中强化三方面工作：一是建立区域微型化实验资源共享中心，降低学校装备成本；二是开发分层教学资源包，针对不同认知水平学生设计差异化的探究任务；三是将环保评估纳入学生实验评价体系，设立"绿色实验标兵"激励机制。教育部门应将微型化数字化实验纳入实验教学标准，推动化学教育向绿色化、智能化转型。

六、研究局限与展望

研究存在三方面局限：一是微型化装置在极端低温环境下气体收集效率波动达±8%，需优化材料耐候性；二是环保评估模型对废电解液重金属含量的检测依赖实验室设备，普适性受限；三是数字化系统对教师信息化素养要求较高，部分农村学校推广存在障碍。

未来研究将向三方向拓展：一是开发基于物联网的远程监测平台，实现跨校实验数据共享；二是研制生物降解型电解槽材料，探索实验废弃物的零排放路径；三是构建"化学实验环保素养"评价体系，将环保行为纳入学生综合素质评价。研究团队将持续深化技术迭代与教学实践，推动化学实验教学从"知识传递"向"价值引领"的深层变革，让绿色化学理念在青少年心中生根发芽。

初中化学电解水实验微型化装置的数字化监测与环保评估课题报告教学研究论文一、摘要

本研究针对传统初中化学电解水实验存在的装置笨重、数据粗放、环保意识薄弱等痛点，融合微型化设计、数字化监测与环保评估理念，构建了一套“减量增效、定量可视、绿色育人”的新型实验体系。通过3D打印一体化电解槽、石墨-钛复合电极等技术创新，实现装置体积压缩至12cm×8cm×4cm，试剂用量减少80%，气体生成效率达95%；基于Arduino平台开发多参数实时监测系统，电压、电流、气体体积数据误差率≤2.5%，动态曲线绘制使电解反应规律具象化；创新建立“资源-环境-效益”三维环保评估模型，量化显示微型化实验能耗降低65%，绿色度评分达92分。教学实践证实该模式使实验参与率提升至98%，学生环保意识得分提高32分，为化学实验教学从“现象验证”向“探究创新”与“价值引领”深度融合提供了可推广范式。

二、引言

电解水实验作为初中化学理解分子原子、化学键等核心概念的经典载体，其教学价值不言而喻。然而传统装置的体积庞大、试剂消耗高、数据采集依赖人工等局限，不仅削弱了实验的直观性，更在漫长的操作等待与繁琐记录中消磨着学生的探究热情。当化学教育呼唤核心素养培育时，实验教学的革新势在必行。微型化实验理念的兴起为困境破局提供了钥匙，而数字化技术的注入则让定量分析成为可能。更深层的挑战在于，如何将环保意识从知识口号转化为实验行动？本研究正是对这一系列问题的回应——通过技术赋能与理念创新，重塑电解水实验的教育价值，让实验成为科学探究与绿色意识的双重孵化器，为新时代化学教育注入温度与责任。

三、理论基础

本研究的理论根基深植于建构主义学习理论与绿色化学教育观的交叉融合。建构主义强调学习是学生主动建构意义的过程，微型化装置通过降低操作门槛、增强参与感，为学生提供了“亲手做实验”的实践场域，使抽象的电解概念在动手操作中内化为认知图式。数字化监测系统则将隐性过程显性化，实时数据可视化契合了具身认知理论中“感知-理解-应用”的