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論計算機輔助教學與化學教育教學現(xiàn)代化
幾年來，我們在研究運用現(xiàn)代化教學手段，采用計算機技術(shù)輔助課堂教學方面取得了一些進展。我們加強了計算機輔助化學教學的研究，敢于實踐，勇于突破，拓寬計算機技術(shù)的應用范圍，把文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像和聲音等信息媒體作為一個集成體由計算機處理，把計算機帶入一個文、圖、聲集成的應用領域，輔助化學教學，優(yōu)化教學過程，加強素質(zhì)教育，提高教學質(zhì)量。１９９４年８月，我校在全國計算機輔助教學研討會上作了經(jīng)驗介紹，１９９５年３月我校校長在李嵐清副總理主持的“減輕中小學生過重課業(yè)負擔的五省市座談會”上，匯報了我校采用現(xiàn)代化教學技術(shù)優(yōu)化課堂教學的思路與做法。同年１０月在北京國際電腦軟件博覽會上展示了自己制作的教學軟件光盤。１９９７年６月在“全國計算機輔助化學教學研討會”上介紹了我校的探索與思考，獲得與會代表的好評。一、促進教學思想的更新，提高教學技術(shù)現(xiàn)代化的認識是開展計算機輔助化學教學的前提和基礎
教育現(xiàn)代化不僅要求在設備、技術(shù)手段等“硬件”方面更新，最重要的是思想觀念、思想內(nèi)容和思想方法等“軟件”方面的更新。后者是教育現(xiàn)代化的重要方面和教學改革的深層目標。它意味著對科學文化、教育傳統(tǒng)的繼承、轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新，要求更新觀念，轉(zhuǎn)變落后于時代的教育思想、教學內(nèi)容和教學方法。
傳統(tǒng)的教學是以“傳道、授業(yè)、解惑”為基本宗旨的，傳授知識是教學的根本目標。這種舊的教學思想和教學模式不符合化學教育的規(guī)律，阻礙學生的化學素質(zhì)的提高，不利于人才的培養(yǎng)。其具體表現(xiàn)是重教輕學、重知（識）輕能（力）、重結(jié)果輕過程、重“學會”輕“會學”、重方法輕思路等。傳統(tǒng)的教學觀念遠遠落后于現(xiàn)代的教學思想，難以達到我國目前對人才的要求——能在２１世紀迎接挑戰(zhàn)的、全面發(fā)展的、潛能大、素質(zhì)高的現(xiàn)代化人才。因此對于舊的傳統(tǒng)的教學要在繼承和借鑒其經(jīng)驗與長處的同時，必須改革那些陳舊的、落后的低效高耗的內(nèi)容、方法和手段，引進新的現(xiàn)代化教學技術(shù)。
善于揭示化學的本質(zhì)和化學的思維過程，提煉化學的思想方法，既是現(xiàn)代化學教學的要求，又是化學教學藝術(shù)的充分體現(xiàn)。現(xiàn)代教學思想有別于傳統(tǒng)教學思想，主要體現(xiàn)在教學的目的觀、結(jié)構(gòu)觀、質(zhì)量觀和發(fā)展觀等方面。專家們通過研究和實踐證明，運用或不運用現(xiàn)代化教學手段，教學效果大不一樣。因此，我們要充分利用計算機等現(xiàn)代教育技術(shù)作為教學媒體，提高化學教學質(zhì)量。計算機輔助教學向著多媒體化、智能化、網(wǎng)絡化發(fā)展，必將大大促進對未來一代化學的教育。如果說化學教學中的實驗教學在提高學生能力和化學素質(zhì)上的作用是不可低估、不可替代的教學手段，那末從現(xiàn)在開始，使用計算機輔助化學教學將會異軍突起，在體現(xiàn)和實現(xiàn)教學目的觀、結(jié)構(gòu)觀、質(zhì)量觀和發(fā)展觀方面將成為不可多得的形式。ＣＡＩ（計算機輔助教學）的健康發(fā)展既會使常規(guī)課堂教學、某些實驗教學相形見絀，又會使常規(guī)課堂教學、實驗教學如虎添翼。
計算機是現(xiàn)代科學技術(shù)的基礎和核心。人類已經(jīng)進入了計算機時代、信息高速公路時代，近３０年來世界科學技術(shù)９０％以上的發(fā)明、發(fā)展都與計算機技術(shù)緊密相連�？梢哉f掌握計算機知識是未來人才的必備素質(zhì)，對未來一代青年人的要求，不是考察他們已經(jīng)儲備的知識有多少，而是更注重他們索娶獲取知識的能力有多大。計算機及軟件是智慧的結(jié)晶，是一種有價值的知識產(chǎn)品。把計算機引進課堂教學、引進家庭輔導，作為現(xiàn)代化教學技術(shù)的重要組成，不僅有利于加強教學的時代性、競爭性和開拓性，有利于面對新時代的挑戰(zhàn)，而且也有助于學生在學習過程中形成新思想、新觀念、新方法，對他們今后成為高素質(zhì)的人才有著重要的積極作用。計算機與基礎教育的結(jié)合是世界范圍內(nèi)教育改革的一大趨勢，化學學科計算機輔助教學的潮流也將勢不可擋。
二、了解計算機輔助教學的特有功能，促進教學技術(shù)現(xiàn)代化的進程
化學教學方法是化學教師工作方式與學生學習方法的集合，而教學方法是屬于一定的教學思想的。教學思想的更新必然導致教學方法的深刻變革，現(xiàn)代教學論已把化學教學的目的提高到“知識——能力——思維——實踐”的高度，著眼于發(fā)展學生的智能。通過輔助常規(guī)教學手段、實驗教學手段并與其它教學媒體有機結(jié)合，使之相輔相成發(fā)揮整體優(yōu)勢，計算機輔助教學必將帶來一場具有時代特色的教學改革。ＣＡＩ的特點是教學內(nèi)容的形象化、多樣化，它有嚴謹?shù)目茖W性、統(tǒng)一的適用性和及時的交互性，有利于實施個體化教學。尤其值得提出的是，在揭示化學過程的微觀實質(zhì)，展示化學思維的形成路徑，描述化學思想的產(chǎn)生，化學概念的形成與發(fā)展等方面，計算機輔助教學都有其獨到之處。
（一）突破教學難點
現(xiàn)代計算機技術(shù)對圖形處理能力高超，利用這一特有功能可以變抽象為具體，變靜態(tài)為動態(tài)，將微觀過程進行宏觀模擬，把宏大場景作縮微處理，對瞬變搞定格分析，化枯燥為生動�！皩W習障礙”的存在是教學難點的成因之一。抽象思維的障礙、邏輯思維的障礙、語言表達的障礙等在計算機技術(shù)的上述功能下被打通了、降解了、消失了，從而降低了學習難度，使教學難點得以順利突破。學生也為其形式之新穎，聲畫之精彩而耳目一新，從而產(chǎn)生樂學情緒。比如，在課件《離子鍵與共價鍵》中，利用微機模擬核外電子運動和化學鍵的形成就很成功。這一內(nèi)容抽象、枯燥、難度大，用一般模型演示不能給學生以動感，且易造成概念模糊。計算機的二維及三維的圖像與動畫模擬達到了其它教學手段無法或很難達到的效果。形成離子鍵時的電子的轉(zhuǎn)移、陰陽離子的形成、離子間引力與斥力的平衡等都表示得清清楚楚，使學生有了直觀的感受，能較科學準確地理解化學鍵的實質(zhì)和特征。
又如，課件《原電池》利用微機把無法用肉眼觀察到的電極反應這一微觀變化模擬成宏觀圖景加以演示，彌補了化學實驗也難以展現(xiàn)的微觀世界的動態(tài)變化。軟件的運用交錯穿插在學生實驗、老師講解之間，教學效果達到了最佳狀態(tài)：理解透徹、掌握準確、印象深刻、記憶牢固。
傳統(tǒng)的教學模式必須改變，因其信息傳輸通道狹窄單一、信息容量孝傳輸速度慢、效果差，單純的文字板書、聲音都遠不如畫面圖像易于人們對信息的接收，過去靠老師說、靠比劃、靠表格、靠掛圖、靠模型等手段的教學一經(jīng)和微機課件比較，立刻相形見絀。有機化學中烷烴的同分異構(gòu)體及其命名的教學，因?qū)W生初學，概念生疏頭緒多，又缺乏空間結(jié)構(gòu)意識和空間想象力，黑板上的平面板書無論如何也難以喚起學生的共鳴，是教學的難點和重點，利用ＣＡＩ從容不迫地把一種烷的結(jié)構(gòu)進行多種不同的展示：比例模型、球棍模型，變換角度旋轉(zhuǎn)，對比與復原，關(guān)鍵部位放大，正誤對照剖析……。逼真的主體畫面、清晰的比較鑒別、精練的規(guī)律歸納，牢牢地吸引住學生，激發(fā)了他們的求知欲。
（二）加大教學密度
利用計算機多媒體技術(shù)可以做到高密度的知識傳授，大信息量的優(yōu)化處理，大大提高課堂效率。圖形不是語言，但比語言更直觀和形象，比語言包容的信息量更大。動畫又比圖形更高級地輸出信息，利用文字閃動，圖像縮放與移動，顏色變換的手段，不僅容量更大，速度更快、效果也更好。ＣＡＩ的聲、光、電的多媒體軟件因其信息傳輸通道寬闊多樣，容量大，速度快，效果好，使得加大教學密度并非難事，這是因為４５分鐘的課堂時空被計算機拓寬和延長了。
《氣體的制取與發(fā)生裝置》的課件是用于高三復習課的。４０分鐘內(nèi)充分體現(xiàn)了教師為主導，學生為主體的教學原則。一人一機的教學形式中，教師充當了學生探求知識規(guī)律的向?qū)�。借助于軟件中三套氣體發(fā)生裝置的實物錄像，配合教師的精要剖析，讓學生確認了氣體發(fā)生裝置選擇的原則與規(guī)律，為今后的遷移性練習（創(chuàng)造性學習）作好鋪墊。軟件中常見錯誤的幾種裝置類型及其糾正方法被高度集中展示，可有效地調(diào)動學生感官上的信息接受和思維上的信息處理。在正反兩方面認識對比的基礎上，通過單人單機獨立完成了兩組共２８個在新情境中的遷移性練習，并由主機監(jiān)控及時反潰這種高密度教學是常規(guī)教學難以實現(xiàn)的，收到了很好的效果。這樣的復習課一反過去實驗復習的單調(diào)復現(xiàn)模式，不再是板書的遷移與活動、課本的再現(xiàn)與組合、舊知的重復與羅列，而是通過軟件的高密度大信息量，使學生由模仿思維到程序思維再發(fā)展為創(chuàng)造性思維，體現(xiàn)了計算機輔助教學的卓越功能。
（三）反饋教學成果
建立計算機多媒體教室，為計算機輔助教學創(chuàng)設特定的環(huán)境，在這個環(huán)境中一人一機操作，可進行教學、練習、檢測等。重要的是，縮短了時空距離，加速了人與人之間的聯(lián)系溝通。教師還可以利用網(wǎng)絡技術(shù)將全部學生答案迅速收集統(tǒng)計，及時分析教學效果，從而調(diào)整教學的節(jié)奏和進程，迅速地及時反饋，使教學的調(diào)控合理化，又進一步調(diào)動了學生學習的積極性和主動性。提高了課堂教學效率，減輕了學生過重的課業(yè)負擔。我�；瘜W教研組的老師在使用《溶液中離子共存問題》《氣體的制取與發(fā)生裝置》兩個課件的實踐中深切地體驗到及時反愧迅速調(diào)控的必要性與優(yōu)越性。在練習或檢驗過程中的任何時刻都可了解任何學生（或全班學生）的進度、成績及任意一題的通過情況，這是過去常規(guī)教學中難以實現(xiàn)的；常規(guī)教學往往是：要么耗時費力，時過境遷；要么望洋興嘆，心有余而力不足。這樣的課件還能隨意調(diào)出需要重新講解或答疑解難的問題，重點剖析，加強教學的針對性。
計算機聯(lián)網(wǎng)中ＣＡＩ信息處理系統(tǒng)的使用，為知識反愧釋疑和進一步深化的及時性創(chuàng)造了條件，縮短了反饋周期，也使教室中的每位學生個體的學習行為置于教師主機的監(jiān)控之下，加強了調(diào)控的針對性，形成了課時內(nèi)講、練、評一體化。
（四）優(yōu)化教學過程
現(xiàn)代教學方法的根本點是，讓學生積極主動地獲取知識，全面提高各種能力，使每個學生獲得充分發(fā)展。我們進行計算機軟件研制和教學實踐是從我國、我校的實際出發(fā)，無論是單機自學的學件，示教演示的課件，交互式，ＶＣＤ視盤均把握以下方法論的原理：堅持整體觀點，重視多樣化；貫徹綜合觀點，力爭最優(yōu)化。
在《原電池》一課里，通過人人動手實驗已經(jīng)令人信服地看到了利用化學反應產(chǎn)生電流的事實。在學生急切渴求解決疑問——電流究竟是如何產(chǎn)生時，計算機屏幕上以鮮艷的彩色圖像展示出銅鋅兩種金屬的自由電子的濃度的不平衡，又以生動的動畫效果模擬出自由電子在電位差的作用下沿著導線從低電位向高電位的定向移動。畫面中Ｈ＋得電子成為Ｈ原子，兩個Ｈ原子結(jié)合為分子，Ｈ２氣泡在銅板上冉冉升起。逼真的動畫效果、聽覺效果與視覺效果的融洽，學生眼耳手腦的全部調(diào)動并聚焦于一點，達到了教學的最優(yōu)化。在課件《烷烴的系統(tǒng)命名法》里，一個繁雜的多支鏈的長鏈烷烴的結(jié)構(gòu)式，通過計算機的圖形轉(zhuǎn)換功能、閃爍提示功能很容易比較出“最長碳鏈”的位置及碳數(shù)；利用不同色彩的區(qū)別也很容易比較出碳鏈編號的起迄端的正確抉擇。教師在軟件的配合輔助下使學生順利完成了由“知”到“懂”到“會”到“對”（正確），再到規(guī)范的全過程。
計算機以其獨特的功能創(chuàng)造良好的思維情境，培養(yǎng)能力，發(fā)展智力，教師、計算機、學生形成一個有機的組合。教師通過計算機教懂、教準、教活、教精，又促使學生樂學、善學、勤學、活學，師生共同進入教與學的自覺狀態(tài)和最佳狀態(tài)，增加了課堂教學的活力，優(yōu)化了課堂教學過程。
我�；瘜W教研組編制的教學軟件正在逐步從單課件走向系統(tǒng)化，從無聲彩色動畫走向多媒體，從順序執(zhí)行走向多項選擇，從群體教學發(fā)展到個別教學，向著具有教師備課、課堂教學、課后輔導、學生自學的多功能方向發(fā)展。
三、幾點思考
通過幾年來的實踐，我們認識到計算機技術(shù)在化學教學過程中主要用于教學信息的呈現(xiàn)、教學效果的分析和教學過程的控制。在教學中它已經(jīng)發(fā)揮了巨大作用，但這方面特別符合我國國情的可資借鑒的現(xiàn)成經(jīng)驗并不多，必須加強研究。
教學手段的現(xiàn)代化為教學進程提供了一個新的發(fā)展空間，師生相互作用的條件趨于多元化，使學生在知識、能力、興趣、特長、個性品質(zhì)等方面的發(fā)展成為可能。值得關(guān)注的是信息技術(shù)的進一步發(fā)展，將更有效地推動教學改革。信息高速公路的實現(xiàn)為因材施教個別化教育的發(fā)展提供了很大空間，突破了時間的限制。
（一）進行計算機輔助教學的研究首先要明確其地位是“輔助”，而不是“代替”，不可盲目地、不加分析地用計算機輔助教學代替其它教學方法和手段。要堅持不可取代性原則，盡可能地避免或縮短形式上的追求過程。
（二）一切能夠用實驗去研究的教學問題就絕不能脫離實驗，可以通過微機解決其局部放大模擬或微觀變化宏觀展現(xiàn)。鑒于實驗教學的功能是任何手段替代不了的，學生在實驗中所經(jīng)受的思維、操作、分析、觀察能力的鍛煉，在實驗中對情緒、意志、毅力等品質(zhì)的形成只能通過實驗來實現(xiàn)。因此，不能因計算機輔助教學的開展而削弱實驗教學，即堅持以實驗為基礎的教學原則。
（三）發(fā)揮計算機輔助教學的獨特功能去作最佳結(jié)合，即功效最佳原則。從生理學及心理學的角度分析，無論是有意注意還是無意注意，變換方式最有效果。如果不是特別必要，盡量避免一課時的４０或５０分鐘全程計算機教學。否則學生的視覺疲勞、心理疲勞將會抑制大腦對信息的接受。研究最佳結(jié)合點是開展ＣＡＩ的一個核心問題。有的課雖然只用了２分鐘的軟件輔助，卻解決了最難突破的關(guān)鍵點，說得上是畫龍點睛、雪里送炭，堪稱好課件。今后開發(fā)的多媒體軟件是否應具備以下功能和特點：１．交互性能好；２．及時診斷與反饋；３．模擬實驗（極危險、大污染、無法實現(xiàn)的條件、高科技、微觀世界）及宏大生產(chǎn)過程；４．題庫系統(tǒng)（有助于進行診斷，達到形成，作出評價）；５．可以從其它信息資源中裁下與化學有關(guān)的內(nèi)容進行分類、貯存和備用。
（四）開發(fā)與應用并行、專職與兼職并重、教學人員與研制人員并用，形成一個相對穩(wěn)定的ＣＡＩ開發(fā)、研制及應用系統(tǒng)。
幾年來，我們把計算機輔助教學應用在化學教學上作了一些大膽的探索與嘗試，也取得了某些突破性的進展，但這一新生事物對于我們?nèi)匀怀錆M了神奇的魅力，吸引我們?nèi)プ非�。為了培養(yǎng)２１世紀祖國需要的人才，我們一定要把充滿生命力的ＣＡＩ工作深入下去，創(chuàng)造出璀璨的教學成果。
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