計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

李川江 冉 鳴

（1.重慶三峽學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程系，重慶萬(wàn)州 404100）

（2.四川師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，四川成都 610068）

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer Aided Instruction，簡(jiǎn)稱(chēng)CAI)是在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動(dòng)，以對(duì)話(huà)方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù).CAI為學(xué)生提供了良好的個(gè)人化學(xué)習(xí)環(huán)境.綜合應(yīng)用多媒體、超文本、人工智能和知識(shí)庫(kù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式上單一、片面的缺點(diǎn).它的使用能有效地縮短學(xué)習(xí)時(shí)間、提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的教學(xué)目標(biāo).

1 計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)為學(xué)生提供一個(gè)良好的個(gè)人化學(xué)習(xí)環(huán)境.綜合應(yīng)用多媒體、超文本、人工智能和知識(shí)庫(kù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式上單一、片面的缺點(diǎn)，它的使用能有效地縮短學(xué)習(xí)時(shí)間、提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的教學(xué)目標(biāo).

面向化學(xué)教學(xué)，與教材同步，將教材中全部演示實(shí)驗(yàn)和重要的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用目前最先進(jìn)的交互仿真智能技術(shù)開(kāi)發(fā)出既可教學(xué)又可自學(xué)的教學(xué)軟件系統(tǒng)，[1]對(duì)各階段化學(xué)學(xué)習(xí)中的各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作步驟及其錯(cuò)誤操作的結(jié)果進(jìn)行仿真模擬，能顯著提高學(xué)生對(duì)各階段化學(xué)課程實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的理解記憶，讓學(xué)生在游戲式的環(huán)境中得到智力能力的培養(yǎng).[2]

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)克服了在化學(xué)教學(xué)過(guò)程中教學(xué)資源短缺的矛盾，解決了教學(xué)設(shè)備更新緩慢的問(wèn)題，解決了實(shí)驗(yàn)耗材不足的問(wèn)題，解決了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全問(wèn)題，解決了教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容的時(shí)效問(wèn)題等.計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)以其靈活、生動(dòng)、形象、鮮明的文字、聲音、圖形和動(dòng)畫(huà)等豐富多彩的表現(xiàn)形式，使化學(xué)教學(xué)內(nèi)容化難為易，化靜為動(dòng)，化抽象為具體，化微觀為宏觀，有助于學(xué)生掌握重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，啟迪思維，引發(fā)興趣，進(jìn)而鞏固知識(shí)，發(fā)展能力和提高素質(zhì).計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的化學(xué)教學(xué)的模式，促進(jìn)教師教育觀念的轉(zhuǎn)變，通過(guò)人機(jī)交互、信息共享，拓展了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)造性思維能力.

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在化學(xué)教學(xué)中獨(dú)具特色：1）趣味性.多媒體課件在表達(dá)形式上，充分利用動(dòng)畫(huà)圖象、場(chǎng)景照片和動(dòng)作攝像、文字說(shuō)明等手法，使教學(xué)模式新穎、生動(dòng)、直觀、富有強(qiáng)烈的感染力.這種信息傳遞方式通過(guò)看、聽(tīng)等多感官刺激，有效地激活學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)興趣，有利于課堂調(diào)動(dòng)學(xué)生，符合學(xué)生獲取知識(shí)的自然狀態(tài).這種教學(xué)模式可以將抽象的理論知識(shí)演變成生動(dòng)、直觀的圖象，產(chǎn)生很強(qiáng)的趣味性.[3]2）信息容量大.多媒體教學(xué)使教師可以節(jié)省大量的板書(shū)時(shí)間，在課堂教學(xué)中充分利用直觀的教學(xué)手段，將大量的教學(xué)信息、相關(guān)資料融入到多媒體課件中，傳遞給學(xué)生，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富，有利于學(xué)生接受和理解，這種教學(xué)模式可以在規(guī)定的授課時(shí)間內(nèi)，將較大的信息量傳遞給學(xué)生，且學(xué)生接受知識(shí)的效果很好.3）具有網(wǎng)絡(luò)共享性.互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在我們的生活中得到了廣泛的應(yīng)用，教師可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，建立網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)，教師和學(xué)生共同享有資料庫(kù)中的資源.這樣就使得教學(xué)過(guò)程不拘限于課堂40分鐘，學(xué)生可以隨時(shí)隨地在網(wǎng)上學(xué)習(xí).4）易于操作性.隨著教師與學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)使用技能的日益提高，教師制作、應(yīng)用多媒體課件的水平也不斷提高.Flash動(dòng)畫(huà)、數(shù)碼照片、數(shù)碼攝像等技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多媒體課件中，多媒體課件的制作技術(shù)也易于教師掌握和操作.5）具有靈活性.授課內(nèi)容要密切地與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合、相聯(lián)系，理論不能脫離生產(chǎn)實(shí)踐，這是當(dāng)今教學(xué)的現(xiàn)實(shí)要求.多媒體課件教學(xué)可以靈活方便地通過(guò)攝像、照片等形式，將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系，這樣能夠補(bǔ)充生產(chǎn)實(shí)踐中的理論知識(shí)不足的缺點(diǎn)，為學(xué)生既要掌握一定的專(zhuān)業(yè)技能，又要掌握一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提供了行之有效的手段.

2 計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用

2.1 直觀性好，變抽象為具體

化學(xué)課程中微觀和抽象的內(nèi)容較多，像原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、電子云的概念等都比較抽象，單憑教師在課堂上口頭講述，學(xué)生理解起來(lái)比較困難，需要通過(guò)一系列復(fù)雜的思維加工過(guò)程才能獲得知識(shí).利用圖形、動(dòng)畫(huà)、音效等各種媒體制作的多媒體課件可以將難以理解的抽象知識(shí)直觀地展示給學(xué)生，生動(dòng)地模擬和再現(xiàn)物質(zhì)微觀的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和變化過(guò)程.“百聞不如一見(jiàn)”，電教媒體的直觀性使學(xué)生對(duì)抽象的知識(shí)有了感性的認(rèn)識(shí)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，避免了學(xué)生由于對(duì)知識(shí)難以理解而產(chǎn)生厭學(xué)情緒.

2.2 計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)，彌補(bǔ)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的不足

多媒體電腦輔助教學(xué)的一大優(yōu)點(diǎn)是形象性和動(dòng)感強(qiáng)烈，運(yùn)用這一優(yōu)點(diǎn)模擬一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以收到很好的效果.有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)速度過(guò)快或過(guò)慢，學(xué)生往往不易看清反應(yīng)現(xiàn)象，以致影響教學(xué)進(jìn)度；有些實(shí)驗(yàn)如硫化氫的制取、苯的溴代、硝基苯的制取等會(huì)放出有毒氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境；有些易燃易爆的藥品實(shí)驗(yàn)，因有一定的危險(xiǎn)性，一般條件的實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行；有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴，一般難以配備.若借助于計(jì)算機(jī)，則可用鮮明的色彩模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，克服上述不利因素.用二維和三維圖像及動(dòng)畫(huà)進(jìn)行模擬，可局部放大一般實(shí)驗(yàn)中不易觀察但很重要的現(xiàn)象，引起學(xué)生的注意，而且制成的軟件可反復(fù)使用，較實(shí)際實(shí)驗(yàn)節(jié)省很多費(fèi)用.通過(guò)實(shí)驗(yàn)的模擬，不可見(jiàn)變?yōu)榭梢?jiàn)，變間接觀察為直接觀察，實(shí)現(xiàn)其他媒體難以實(shí)現(xiàn)的功能.[4][5][6]

2.3 培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)和自我教育的能力

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，知識(shí)更新速度加快，學(xué)習(xí)者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可便捷快速地獲得所需要的各方面的知識(shí)，從被動(dòng)地接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地獲得知識(shí)，個(gè)體的發(fā)展水平將越來(lái)越取決于不斷利用信息、培養(yǎng)自我學(xué)習(xí)和自我教育的能力.例如在學(xué)習(xí)二氧化碳時(shí)，布置學(xué)生上網(wǎng)查找有關(guān)二氧化碳的資料，然后在課堂上與同學(xué)們交流.有的學(xué)生找到了二氧化碳的奇妙用途，有的學(xué)生了解了二氧化碳的許多性質(zhì)，有的學(xué)生認(rèn)識(shí)到了原來(lái)二氧化碳就在我們的身邊，有的學(xué)生給同學(xué)們介紹了溫室效應(yīng)，有的學(xué)生繪聲繪色講起了“殺人湖”的故事等，這樣不但使學(xué)生體驗(yàn)到化學(xué)與人類(lèi)、環(huán)境的密切關(guān)系，培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)與他人進(jìn)行交流和討論，清楚地表達(dá)自己觀點(diǎn)的能力，而且調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，提高了他們獲取信息以及充分利用信息資源，快速高效地解決問(wèn)題的能力.

2.4 實(shí)現(xiàn)資源的共享，提高教學(xué)質(zhì)量

計(jì)算機(jī)教學(xué)還可以減少各教學(xué)環(huán)節(jié)的重復(fù)勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)資源的共享.教師可以使用計(jì)算機(jī)備課，用超文本格式或幻燈片形式保存，其中的大部分內(nèi)容可以在課堂上直接展示出來(lái).以往不容易演示的部分，如3D模型、動(dòng)態(tài)演示等可以直接在制作過(guò)程中合成，在課件中，在教學(xué)過(guò)程中可以根據(jù)課堂情況適當(dāng)調(diào)整.同樣的一套幻燈片，不同學(xué)校的教師可以根據(jù)本校的教學(xué)計(jì)劃自行修改，這樣就減少了重復(fù)開(kāi)發(fā)，利于教師之間的經(jīng)驗(yàn)交流.學(xué)生也可以把這種課件作為“電子筆記”，課上可以專(zhuān)注于教師的講解，課后可以根據(jù)這些“筆記”進(jìn)行復(fù)習(xí).尤其是利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)軟件，使優(yōu)秀教師的教學(xué)成果能供全國(guó)乃至全世界師生共享，并實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)和遠(yuǎn)距離教育.[7][8]

3 結(jié) 語(yǔ)

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，在化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)的基本手段，是必不可少的.但是演示實(shí)驗(yàn)不可能十全十美，有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生時(shí)間短暫，無(wú)法看清，許多實(shí)驗(yàn)使用儀器設(shè)備較多，需要進(jìn)行解釋?zhuān)稚⒘藢W(xué)生注意力，沖淡了主題.不少化學(xué)情景無(wú)法在演示實(shí)驗(yàn)里完成.還有一些實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)器材等條件的限制，學(xué)生無(wú)法自己動(dòng)手而借助計(jì)算機(jī)是可以觀察這些現(xiàn)象和實(shí)現(xiàn)這些模擬操作的.[9]如果充分利用計(jì)算機(jī)模擬一些無(wú)法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，突出實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，模擬化學(xué)情景，就能使課堂教學(xué)內(nèi)容形象化，表現(xiàn)手段多樣化，創(chuàng)造生動(dòng)活潑的學(xué)習(xí)氛圍，促使教學(xué)過(guò)程從靜態(tài)描述向動(dòng)態(tài)描述發(fā)展.[10]

如在演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，我們充分利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件的強(qiáng)大模擬功能、[11]動(dòng)畫(huà)功能及大屏幕顯示器、液晶投影儀等外部設(shè)備，解決了許多常規(guī)手段難以表現(xiàn)、難于再現(xiàn)或可見(jiàn)度低的實(shí)驗(yàn).這些模擬過(guò)程畫(huà)面清晰直觀，并且可以暫停、重放，既減少了教師的勞動(dòng)強(qiáng)度，又使學(xué)生理解迅速、印象深刻，增加記憶，因而教學(xué)效果和學(xué)生反應(yīng)比較好.

當(dāng)然，有一點(diǎn)要指出的是，計(jì)算機(jī)模擬是建立在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，它并不能完全取代化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作本身，[12]如有條件做的實(shí)驗(yàn)一定要實(shí)際操作.

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