高中虛擬化學實驗課件設計制作中的問題探討

摘要：認為目前計算機虛擬化學實驗還存在許多不盡人意之處， 人們的認識上也存在一些偏差。對高中化學實驗多媒體CAI課件在設計與制作過程中，課件的類型以及課件的先進性、必要性、真實性等問題進行了深入探討。

關鍵詞：高中教育；化學實驗；CAI課件

文章編號：1005－6629(2006)12－0034－02中圖分類號：G633.67文獻標識碼：B

化學是一門實驗性很強的學科，通過親身實驗以及對實驗結果的分析，可以幫助學生形成有關的化學概念，理解和鞏固相關知識，培養學生的觀察能力、分析能力、解決問題的能力以及初步的科研能力，但這種傳統的實驗方式由于環境污染和教學成本的雙重壓力正日益受到許多人的置疑。近年來， 多媒體CAI課件在現代教育中的地位不斷上升，日益成為中學化學教育教學改革中的一個重要環節[1-3]，虛擬化學實驗也以其低廉的成本和對實驗現象的透徹分析能力，對傳統的化學實驗方式形成了前所未有的沖擊和挑戰。但目前計算機虛擬化學實驗還存在許多不盡人意之處，人們的認識上也存在一些偏差。本文就當前高中虛擬化學實驗課件在設計與制作過程中遇到的有關問題進行初步的探討。

1化學虛擬實驗課件的類型

CAI虛擬化學實驗課件是借助于圖形、圖像、仿真和虛擬現實等技術在計算機上營造的可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境[3-4]。它不同于一般的理論知識教學多媒體課件，因此在制作化學虛擬實驗CAI課件前首先應根據服務的對象確定其類型。它應分為學生自主學習型和教師課堂實驗演示型兩大類，簡稱自主型和演示型。用途不同，課件的制作要求也應不同。

1.1學生自主學習型課件

中學生的思維方式和學習方法跟小學生有很大差別。按照思維發展的階段可以知道，大部分小學生處于認識發展的第三階段，認識結構屬“直覺思維圖式”，CAI課件應廣泛采用圖形、動畫和音樂等形式以實施形象化教學。大部分初中生處于認識發展的第四階段，認識結構屬“運算思維圖式”，CAI課件應幫助他們由直覺思維向抽象思維過渡，形象化教學不可缺少。高中生的認識結構更多的屬

于“抽象思維圖式”，自我意識大大增強[5]。由于學生自主學習型課件主要用于學生實驗的自學，因此，高中化學實驗自主型課件在設計時應與中學生的學習特點相適應，應具備較高的智能化和互動化，并具有較強的測評功能。課件不應是簡單的資料庫和純粹的實驗過程展示，它不但要能適應實驗預習和復習的不同需要，更需要根據不同個體的水平和要求，選擇不同的等級、路線、方式進行虛擬實驗、開展理論學習和測評，并給予正確的判斷和反饋，使學生在進入實驗室之前能對整個實驗過程及注意事項等進行學習，從而提高實驗效率和減少不必要的實驗損失，并真正形成以學生為中心的個別實驗教學模式。

1.2教師課堂實驗演示型課件

演示型課件主要用于教師的課堂實驗演示教學，

即利用計算機的優勢給課堂以更高的效率。它應具有操作簡便，界面生動形象，兼容性好，運行速度快等特點。首先，這類課件不應簡單地、純粹地以屏幕代替黑板，以鍵盤代替粉筆，圖片代替實驗。高中實驗演示型課件不應只是文字、圖片、音樂加按鈕，應該賦予其一定的智能化內涵，真正確立CAI課件的不可替代的地位。這類課件在設計制作前要經過精心的教學設計和程序設計，為了適應不同教學方法和不同教學對象的需要，課堂實驗演示型課件不應設計成直線型結構，而應有一些交互界面以便給教師留下靈活運用的空間。其次，演示型課件要能提供一目了然的教學目標、教學步驟及操作方法。它應主要考慮教師的教學思路，知識的呈現順序應符合教師的教學要求和學生的認知規律。最后，它對不同操作系統都應具有良好的兼容性，課件文件及相關動畫文件均不宜過大、過于復雜以減少用戶等待時間。

2化學虛擬實驗課件制作的必要性

CAI虛擬實驗課件作為輔助教學工具并不是每課必用的，它畢竟不同于真實實驗，其必要性值得深入探討。

(1)必須通過反復的動手實驗，才能使學生在科學態度、科學方法等方面得到培養、訓練和提高。只有親自動手做實驗并運用已學的知識去解決問題，才是學生獲取實驗能力、提高分析和解決問題能力的根本方法。諸如藥品取用、儀器洗滌、條件控制、安全意識、環保習慣以及現象的觀察、記錄、判斷、處理等等實驗基本技能、基本工作方法和態度，都要通過反復實踐才能逐步掌握和獲得。

(2)一些感官刺激如嗅覺、味覺和膚覺，從虛擬課件中是無法體驗到的，這樣學生就不能形成對整個化學實驗的正確的知覺映象。虛擬實驗如果長期取代實驗室實驗，勢必造成學生對化學實驗的感知缺陷，由此形成的化學概念、理論和知識也必然會出現較大的偏差。

(3)盡管計算機和網絡技術日益普及，但在我國目前的教育發展形勢下，各個學校的多媒體教室數量畢竟有限，計算機人均占有率不高，因此在制作課件時應認真考慮其必要性，否則課件的利用率將難以保證。虛擬實驗課件的內容應當是學生學習難度大的實驗，或是其它媒體不容易表達的內容，或是不能開展、不方便操作的實驗。比如那些需要高溫、高壓、劇毒、易爆等苛刻反應條件，以致在實驗室內難以完成的實驗，或者是那些反應太快或太慢而不便觀察的實驗內容。

3化學虛擬實驗課件的先進性

當前，隨著大型集成技術的發展，計算機硬件以驚人的速度發展，例如，顯卡處理芯片，它能高速處理多邊形，使虛擬實驗有很高的仿真度，使學生在做虛擬化學實驗時有身臨其境的感覺。隨著各種Web技術和應用程序技術在虛擬化學實驗中的應用，通過各種視頻、音頻教學文件可以把形象、生動的化學實驗教學帶到學生的PC機上，使學生得到更豐富的信息和更逼真的教學環境。隨著計算機、網絡、多媒體、通信、虛擬儀器技術的發展，高中化學虛擬實驗教學越來越具有可行性。

但現實中，許多早期建設的校園網目前仍在運行；各個時期建設起來的性能各異的多媒體教室也仍在使用中；在二手電腦市場上，手頭拮據的中學生又往往是最活躍的交易群體之一。普通的多媒體課件在以上環境下運行時一般沒有任何困難，但要運行復雜大型的化學實驗虛擬課件，往往就會因打開或找點困難而耗費大量時間、進而分散學生的注意力，影響教學效果，甚至發生死機現象……。可見，面對日新月異飛速發展的計算機技術，校園網建設、多媒體教學設施和微機終端硬件的相對滯后也許是我們永遠需要面對的問題之一：一方面，如果馬上投入大量資金更新和淘汰這些設施，那么就無法達到通過計算機虛擬高中化學實驗來降低教學成本的目的；另一方面，如果虛擬實驗課件運行速度太慢，學生的學習興趣又將大受影響。為此我們不應忘記，制作多媒體CAI課件的目的是優化課堂教學結構、提高教學效率，既要有利于教師的教，又要有利于學生的學。因此，化學實驗CAI課件的先進性應與本校現實的軟硬件環境相適應，不可一味求大求新。它不該是先進技術的展覽或制作技巧的炫耀，更不是網絡游戲的翻版。化學實驗課件既要廣泛采用超文本以打破傳統的以線性模式為主的教學和學習方式，使學生可以根據自己的特點自主地選擇、進行學習，又要注意各種媒體間的有機結合，避免生拉硬配，避免造成媒體和資料的堆積；既要強調其交互性，以提高高中化學實驗課件的仿真程度，又不能用過多的新異刺激來分散中學生學習知識的精力。CAI課件的大小以及它對硬件的要求必須控制在一個合理范圍內，否則再好再先進的課件也會因運行困難、曲高和寡而不得不束之高閣。

4化學實驗課件的真實性

教師還需注意到化學實驗課件的真實性。盡管計算機虛擬化學實驗則能夠把微觀的或抽象的東西展現出來，讓學生在盡可能短的時間內很好地掌握它們的本質。例如在有關原電池工作原理的動畫課件中，我們可以看到鋅棒中的鋅由于金屬活潑性較強，不斷釋放離子和自由電子，鋅離子溶入水中，電子通過導線不斷從鋅棒向自由電子數少的銅棒作定向運動，溶液中的銅離子則不斷地在銅棒上獲得電子后沉淀為單質，鹽橋中的陰、陽離子又分別向兩端定向移動以維持溶液的電中性……。但是，它畢竟不是真正意義上的化學實驗，如果動畫畫面過于簡單粗糙，又沒有真實的實驗過程和結果作對照，其真實性必然使人置疑。因此動畫課件應盡可能與真實的實驗全程錄像或實驗裝置照片等內容相結合。

5結束語

高中化學虛擬實驗教學作為一種新的教學模式，一方面可以有效解決目前教學經費緊張、實驗設備

不足、課程學時少和講授內容多的矛盾。另一方面可以提高教學效果，提高學生的學習興趣和學習的積極性，理解和掌握知識，在一定程度上可以代替

部分實驗內容。未來的高中化學實驗應當是實物實驗室與虛擬實驗室相結合，這也是教學手段現代化的必由之路。盡管目前計算機模擬化學實驗還存在許多不盡人意之處，認識上也存在一些偏差，但隨著科學技術的發展，多媒體交互式教學軟件的研制必將更為完善，使用更加廣泛，對高中化學教育質量的提高必將產生深遠的影響。

參考文獻：

[1]林秋月，應桃開，呂天喜等.計算機輔助無機化學實驗教學的研究[J].實驗室研究與探索，2005.24(5)：72～76.

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[3]蔡成翔.分析實驗CAI課件的制作與思考[J].廣西右江民族師專學報.2004，17(21)：91～92.

[4]邵劍龍，葉艷青.用Authorware開發分析化學實驗多媒體CAI課件[J].計算機與應用化學.2001，18(6)：599～601.

[5]劉志廣.大學化學實驗類CAI課件的特點及智能化研究初探[J].現代教育技術.1999，(1)：36～38.