基于多媒體的可視化技術(shù)在化學(xué)實驗教學(xué)中的實踐應(yīng)用

鄭會勤

(河南財政金融學(xué)院(龍子湖校區(qū)) 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450046)

基于多媒體的可視化技術(shù)在化學(xué)實驗教學(xué)中的實踐應(yīng)用

鄭會勤

(河南財政金融學(xué)院(龍子湖校區(qū)) 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450046)

將基于多媒體技術(shù)的圖片、PPT、FLASH和視頻的可視化技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實驗教學(xué)中，并以“標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制”和“一氧化碳還原氧化銅”這兩個實驗為例進行深入分析.這種基于多媒體的可視化教學(xué)方式，可有效地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深其對理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力.這種新的教學(xué)模式，可為化學(xué)實驗教學(xué)改革提供新思路.

可視化;多媒體;化學(xué)實驗教學(xué);實踐應(yīng)用

0 引言

新課程改革以提高學(xué)生素質(zhì)為宗旨，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力為重點[1].化學(xué)實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系、提高創(chuàng)新意識和實踐能力的重要環(huán)節(jié)，它不僅是研究化學(xué)的一種重要手段，更是整個化學(xué)的靈魂[2].實驗課不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生積極主動地參與到學(xué)習(xí)中來，還能鞏固學(xué)生在課堂上分析問題、解決問題的能力，促使其養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，樹立開拓創(chuàng)新意識[3].在素質(zhì)教育的引導(dǎo)下，為了更好地突出“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的新型教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，本文將可視化技術(shù)引入到化學(xué)實驗教學(xué)體系，就如何提高化學(xué)實驗教學(xué)的效果，充分發(fā)揮化學(xué)實驗對學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)及如何提升學(xué)生的動手實踐能力等問題進行探討，旨在提高化學(xué)實驗的教學(xué)效果，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)揮其創(chuàng)新思維能力，最終提高化學(xué)實驗的教學(xué)效果.

1 當(dāng)前中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中存在的主要問題

由于化學(xué)實驗涉及的內(nèi)容較多、儀器復(fù)雜，對于一些學(xué)校來說(特別是某些中學(xué))，還存在著實驗條件不具備，通風(fēng)設(shè)備不完善等情況，很多新課程中提出的學(xué)生必做的化學(xué)實驗其實并沒有真正做到每個學(xué)生都動手操作，多數(shù)學(xué)校采取的都是老師直接講授的方式，如實驗原理是什么、實驗裝置如何搭建、需要什么儀器、如何連接等問題.這種教學(xué)方法使得學(xué)生聽完一頭霧水，無法獲得理想的教學(xué)效果.本文針對多數(shù)學(xué)校的化學(xué)實驗存在的這種死板單一的教學(xué)模式，將計算機科學(xué)技術(shù)中的“可視化”教學(xué)方法和教學(xué)模式引進化學(xué)實驗課的教學(xué)過程，以期獲得較好的教學(xué)效果.

2 可視化技術(shù)在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 可視化技術(shù)的概念及表示方法

可視化是將數(shù)據(jù)、信息和知識形象化的視覺表達形式，充分利用了人們對可視模式快速識別的自然能力，以形象化的姿態(tài)接受大眾的解讀的過程[4]. 其表示方法有多種，如幾何線條表示法、色彩表示法、多媒體表示法等[5]，每種表示方法又分為不同的小類(如圖1所示)，這些方法各有優(yōu)缺點，適用范圍也各不相同. 可視化實驗教學(xué)是一種新型的教學(xué)模式，是指課堂授課增加“看”的比重，從枯燥的聽課變?yōu)椤翱绰牻Y(jié)合”[6].本文針對當(dāng)前化學(xué)實驗教學(xué)中存在的教學(xué)模式單一的問題，選擇了基于圖片、PPT、FLASH及視頻等多媒體的可視化教學(xué)方法，力求增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深學(xué)生對知識的理解，最終獲得更好的教學(xué)效果.

圖1 可視化技術(shù)的表示方法Fig.1 The representation of visualization techniques

2.2 基于圖片、PPT、FLASH及視頻的多媒體可視化技術(shù)化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

在上述諸多的可視化表示方法中，與教育教學(xué)密切聯(lián)系的可視化技術(shù)主要是色彩表示法和多媒體表示法，其中，以多媒體為基礎(chǔ)的基于圖形、圖像、聲音和動畫的PPT、FLASH及視頻技術(shù)是化學(xué)教學(xué)中常用的可視化技術(shù)[7].

如講解大一無機化學(xué)實驗中“標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制”這一實驗，文字步驟為“計算稱量→轉(zhuǎn)移→溶解→轉(zhuǎn)液、洗滌→定容→搖勻”，在課堂上老師要逐一講解這六步操作，如用什么儀器、怎么操作、注意事項等，學(xué)生聽得一頭霧水，老師費很大功夫講完后讓學(xué)生自己去操作時，還會出現(xiàn)諸如儀器選錯、操作方法有誤等錯誤.如果采用“可視化”教學(xué)模式，上述實驗可采用圖片演示實驗步驟(如圖2所示，圖片可以由仿真化學(xué)實驗室軟件畫出).

圖2 一定濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液配制的“可視化”步驟Fig.2 The “visualization” process of preparation of a certain concentration of standard solution

圖2所示的步驟簡單明了，學(xué)生可以一目了然地看到配制標(biāo)準(zhǔn)溶液所采用的儀器、藥品的存放和具體配制方法，再配合老師的講解，必然會收到事半功倍的效果.

圖片展示僅僅是“可視化”教學(xué)手段的一種，PPT、FLASH、視頻、計算機輔助教學(xué)(CAI)等也是“可視化”教學(xué)的主要途徑. 采用PPT、FLASH、視頻等多媒體技術(shù)進行教學(xué)可突破時間及空間的束縛，將無法演示的、微觀的、極快的變化過程，進行逼真的模擬、靈活地放大，并以生動形象的方式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，這種教學(xué)方法可將抽象思維具體化，起到轉(zhuǎn)換思維模式、降低思維難度的作用，使學(xué)生對實驗的認(rèn)識更深刻、理解更透徹[8].以簡單的實驗“CO還原CuO”為例,說明PPT、FLASH和視頻技術(shù)在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用，具體教學(xué)過程中的多媒體輔助展示如圖3所示.

在具體的實驗教學(xué)過程中，首先展示第一頁PPT (圖3(a)), 并說明本實驗的教學(xué)目標(biāo)和實驗?zāi)康?，重、難點等，然后提出問題1——該實驗的反應(yīng)原理是什么；問題提出之后，預(yù)留幾分鐘時間讓學(xué)生思考，讓其對所做實驗心中有數(shù)，同時找出難以理解的地方，當(dāng)學(xué)生思考結(jié)束后，展示第二頁PPT(圖3(b))， 這張PPT列出問題1的答案,即CO還原CuO的反應(yīng)方程式，并通過所含元素化合價的變化說明這是一典型的氧化還原反應(yīng)，并通過在PPT中插入FLASH的方法展示第三頁PPT，向?qū)W生說明CO奪取CuO中的氧原子的微觀變化過程(圖3(c)，具體的講解過程，是以FLASH動畫顯示CO從CuO中奪取一個O原子，生成CO2和Cu單質(zhì))，隨后提出問題2——實驗需要什么反應(yīng)儀器，讓學(xué)生思考后，展示第四頁PPT，即反應(yīng)裝置圖(圖3(d))，同時講解安裝儀器的順序(從左到右，從上到下)和儀器的名稱、用途、藥品加入方法、實驗步驟、注意事項(如裝置的氣密性，CO通入、撤離順序，酒精燈的點燃、熄滅順序、尾氣的處理)等內(nèi)容；然后提出問題3——該實驗的反應(yīng)現(xiàn)象如何，其微觀變化是怎樣的，在學(xué)生思考后，展示第五頁PPT (圖3(e))，說明反應(yīng)現(xiàn)象為黑色的CuO粉末變?yōu)榧t的Cu，且生成能使澄清的石灰水變渾濁的氣體，并說明反應(yīng)現(xiàn)象所涉及的化學(xué)方程式. 由于這一實驗中涉及的CuO被還原成Cu單質(zhì)時的顏色變化比較細微，學(xué)生無法清楚地看到變化過程.因此，可在PPT中插入FLASH，通過控制播放速度，放慢演示過程或反復(fù)播放，讓學(xué)生清楚地看到新生成的銅單質(zhì)的顏色變化.當(dāng)學(xué)生已經(jīng)全面了解實驗的流程時，為了讓學(xué)生有更為形象具體的體驗，可以視情況插播實驗視頻(圖3(f))，在視頻播放過程中老師再次對實驗步驟和注意事項進行重點強調(diào)，加深學(xué)生對知識的理解.上述內(nèi)容講完后可讓學(xué)生分組進行動手操作實驗，由于前述有較好的講解和直觀的演示，大部分學(xué)生都可又快又好地完成實驗，即使沒有條件做實驗的學(xué)校，學(xué)生也可通過這種色彩、圖文、聲音、圖像等多種方法結(jié)合的教學(xué)模式，獲得更加直接和真實的實驗感受，加深對理論知識的理解和掌握.

圖3 CO還原CuO 實驗PPT、FSASH及視頻展示圖Fig.3 PPT, FSASH and video display of the experiment “CO reduced CuO”

這種教學(xué)模式圖文并茂、師生互動、人機結(jié)合，符合新課程體系下“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，可吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高其主觀能動性，使教學(xué)效果“事半功倍”.

3 結(jié)論

本文將基于多媒體圖片、PPT、FLASH及視頻的可視化技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實驗教學(xué)，并以實際的案例進行深入分析，在教學(xué)過程中采用色彩、圖形、圖像、聲音、動畫等方式對知識進行深入加工；這種“圖文并茂、師生互動、人機結(jié)合”的教學(xué)方式，符合新課改中提出的“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，可有效地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深其對理論知識的理解，提高其動手能力，可獲得較好的教學(xué)效果，為化學(xué)實驗教學(xué)改革提供新思路.

[1] 沈燦星,唐力. 基礎(chǔ)教育化學(xué)新課程改革對大學(xué)化學(xué)教學(xué)的啟示 [J]. 大學(xué)化學(xué),2015,30(5):11-15.

[2] 郭美榮,侴愛輝,夏德宏,等.可視化教學(xué)法在化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索, 2012,31 (11) :128-130.

[3] 李姝丹.無機化學(xué)實驗可視化建設(shè)與創(chuàng)新[J].廣州化工,2016(8):212-213.

[4] HORTIN J A. Instructional Design and Visualization [J]. Performance and Instruction,1983，2(8):20-21.

[5] 趙國慶,黃榮懷,陸志堅.知識可視化的理論與方法[J].開放教育研究,2005(1):23-27.

[6] 黃昆. 可視化化學(xué)實驗教學(xué)的應(yīng)用與實踐[J]. 學(xué)理論, 2014 (14) :180-181.

[7] 韋復(fù)華,張俊聲.地方本科院校有機化學(xué)實驗教學(xué)探索[J].化學(xué)教育,2015,36(6),39-41.

[8] 韓蓮.多媒體技術(shù)在初中化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息,2011(10):305-307.

PracticalApplicationofMultimedia-basedVisualizationTechnologyinChemistryExperimentTeaching

ZHENG Huiqin
(DepartmentofChemistryandEnvironment,HenanInstituteofFinanceandBanking(LongzihuCampus),Zhengzhou450046,China)

Multimedia-based image, PPT, FLASH and video visualization technology were applied in chemistry experiment teaching, and two chemistry experiments such as “preparation of standard solution” and “CO reduction of CuO” were used as examples for in-depth analysis. These multimedia-based visualization approaches can effectively attract students’ attention, stimulate students’ interest in learning, deepen understanding of theoretical knowledge, and develop students’ ability to analyze and solve problems. This new teaching model can provide a new idea for the reform of chemistry experiment teaching.

visualization; multimedia; chemistry experiment teaching; practical application

2017-04-16

河南省教師教育課程改革研究項目(2017-JSJYYB-125)；河南省科技計劃項目(142102310258)

鄭會勤(1980—)，女，河南南陽人，河南財政金融學(xué)院(龍子湖校區(qū))化學(xué)與環(huán)境學(xué)院講師，博士，主要研究方向：光催化材料.

10.3969/j.issn.1007-0834.2017.02.015

G642.0

：A

：1007-0834(2017)02-0061-04