對國外化學實驗教學網站信息呈現方式的淺層分析

摘要：通過對國外化學實驗教學網站信息呈現方式進行考察，劃分不同教學資源類型和三種網站信息組織形式，重點針對網站信息的載體特征和表征方式，以及對國內實驗教學的啟示進行分析。

關鍵詞：化學網絡實驗教學；教學資源；信息呈現

文章編號：1005－6629(2007)08－0054－03中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：B

自從以多媒體和網絡技術為代表的信息技術問世以來，就為現代教育帶來極為深刻的變革。化學信息可視化和虛擬技術的迅速發展，給傳統化學教育帶來極大轉變。國外尤其是歐美，關于化學與信息技術的實踐和資源建設起步較早。基于不同的基礎建設，歐美化學教育網站在內容、形式上存在著較大差異，在實驗教學方面表現尤為明顯。本文擬從學習認知的角度出發，對國外一些化學實驗教學網站信息呈現的載體特征和表征方式進行考察，作出初步思考。

1網站信息呈現方式

化學實驗網絡資源主要有以下幾種表現形式：（1）實驗方案文本；（2）實驗儀器或實驗操作圖像；（3）實驗視頻；（4）實驗模擬動畫等。為了敘述方便，筆者依據教學網站主要利用的教學資源類型，把網站教學組織形式大致劃分為以下三類。本文更多地關注網站信息的呈現方式，而不對實驗內容作出論述。

1.1文本敘述形式

文本敘述形式指主要采用文本敘述實驗內容，或者配套實驗儀器和具體操作的圖片的網絡實驗教學方式。實驗文本一般包括實驗相關的基本概念（Chemical Concepts Demonstrated）、實驗步驟（Demonstration）、設備圖片、實驗現象（Observations）和實驗現象解釋（Explanation）等內容。整個網站由數目龐大的實驗文本網頁組成，并按照實驗涉及到的主題原理及實驗操作難易程度排列次序。

國外大量實驗教學網站或者網絡課程中的實驗部分都是采用這種形式。具體網站如“General Chemistry Demos”（網址1，參見表1，下同）、“The Organic Laboratory”（網址2）和“High School Chemistry Experiments”（網址3）等。不同網站中的文本敘述詳略不一，個別甚至以實驗圖像為主，輔以簡單描述話語。這類站點的建站時間一般較早，或者只是普通的教師個人教學站點。

1.2 視頻演播形式

對于視頻演播形式而言，演示實驗視頻（Demonstration Movie）是網站的主體資源。網站在實驗文本配合下充分利用流媒體技術，可以在線瀏覽實驗視頻或者下載視頻文件后觀看。與其他實驗教學素材相比，網絡上的演示實驗視頻是較為缺乏的，提供這方面資源的主要是大學、研究所等機構建造的網站。許多實驗需要一定的反應條件，或者實驗過程耗時較長；另外，實驗拍攝需要大量經費投入，這是一般人不能承擔得起的。這些原因都造成了實驗拍攝、錄制困難，而只有具有渾厚科研實力的機構能夠支持這方面的工作。

網絡中提供的實驗視頻，都只是顯示反應部分過程和突出現象。幾個較有價值的實驗視頻站點，如美國Purdue大學化學系“Lecture Demonstration Movie Sheets”（網址4）、美國西北地區教育DV Action工作組（網址5）、美國Sam Houston州立大學化學系“Chemistry-Based Streaming Audio”（網址6）。

以美國Purdue大學化學系實驗視頻為例，其中有通過普通水冰塊和重水冰塊在水中浮沉顯示重水密度大的實驗視頻，也有實驗視頻是關于向磁鐵傾倒液體氧，顯示液體氧的順磁性。以上實驗所需的實驗器材要求較高，因而視頻有極高利用價值。視頻文件一般采用MOV格式，需要采用QuickTime播放器播放。

1.3動畫模擬形式

由于高質量的視頻制作困難，文件較大在網絡傳播不方便，而且缺乏交互性，隨著動畫制作技術的不斷發展，越來越多的網站采用動態模擬動畫（Simulations and Animations）來模擬實施過程。他們一般采用Shockwave動畫或Java語言編寫的動畫。具體可以參考“Animations Index”（網址7）和“Virtual Chemistry Experiments and Exercises”（網址8）等。

動畫模擬一般都有詳細的實驗說明，主要采用兩種表現方式：（1）通過學習者堆砌組裝實驗裝置，或沿實驗步驟指示點擊某一按鈕以激發動作，逐步實現實驗過程；（2）通過學習者輸入一些自擬的實驗數據或者確定實驗藥品，實現實驗過程（圖1）。

由于模擬動畫實驗能對實驗流程和微觀現象進行充分模擬，不僅使得學習者容易理解實驗原理和基本操作，而且能簡單實現國外化學教育界一直倡議的三重表征（threefold representation），對學習者學習化學產生較大影響。

2分析和討論

2.1呈現信息的載體特征

我們可以從信息載體特征、信息綜合程度、認知負荷影響因素和學習過程控制程度等多個方面對化學實驗教學網站的信息呈現方式進行評價。就呈現信息的載體特征而言，前面提及到的三種網站教學組織形式各具優劣。

詳細實在的文本敘述和儀器設備圖片有利于學習者明確實驗各階段的發展脈絡，同時也是教師教學、備課的優秀輔助素材，但是它們大多只能作為網絡教材使用。加之學習者未必對實驗基本原理有充分認識，在文本閱讀過程中難以想象出實驗反應的各種變化情景因素。實驗文本描述過于簡略，或者過于復雜，都會影響學習者對實驗的認知沖突變化和對實驗基本原理的意義建構程度。

圖像能加深學習者對實驗文本內容的理解和深入表征，但是我們更應該關注圖像成分的易識別性特征。學習者主要利用視覺體驗呈現信息的刺激。一般認為，圖像越真實或越復雜，揭示的各種情景線索將會越豐富，因而對學習者的理解有所幫助。但是也有研究表明，圖像解讀是一種視覺感知能力。當學習者缺乏足夠的知識領域的背景知識時，正是圖像的復雜性阻礙了進一步深入認知。對于實驗視頻，如果演示圖像缺乏必要的提示，學習者未必會對反應過程有特別關注，反而忽略了某些重要現象。就筆者觀看過的大量實驗視頻而言，許多高水準的實驗錄像對某些重要現象有特寫鏡頭，但是普遍缺乏必要的指示說明。在圖像編輯時添加箭頭或文字說明以造成刺激信息，其空間分布方便學習者對某些關鍵信息產生注意，將能夠有效解決以上問題。

模擬動畫的兩種方式，如果說學習者在前者只能遵循動畫制作者預設的實驗步驟，是一種線形結構的體現；那么學習者在后者中自主設置實驗內容或者做對比實驗，飽含了非線性結構的意義。動畫模擬的大多不是驗證性的實驗內容，而是注重通過具體反應物的量來揭示化學反應的變化本質。由于學習者能自由確定實驗的發展，模擬動畫創設出的許多探究性和差異性的學習情景，更適合學習者選擇適應個人認知偏好的學習。

2.2呈現信息的外部表現

在瀏覽網站時發現，許多實驗教學網站在采用文本敘述時并沒有考慮到學習者的認知負荷問題。即實驗文本在網頁中列出時，文本布滿整個網頁空間，沒有注意文字之間的間隔；除了文本項目標題有加粗外，主要內容缺乏標示。

網站設計者必須考慮網頁提供的信息對學習者識別、接收和編碼過程的影響。這意味著教學網站應該關注內部信息的表征方式：該網站能夠提供不同的表征素材，從不同情景中反映出學習內容的多個側面和復雜性；同時注重給與潛在的學習支持，以利于學習者的信息加工[1]。國外許多化學實驗教學網站忽視了這一點。其實不單是實驗教學，國外許多化學主題教學網站都不同程度地凸現出這一問題。筆者認為，這可以從以下討論中作出解釋。

在認知負荷影響因素中，外部認知負荷指因學習材料組織和呈現的方式不恰當，而造成的認知負荷及學習困難。它的產生與學習材料中學科知識組成的相互作用并沒有必然聯系，由材料的外部表征（呈現信息的大小、顏色、相互距離等物理因素）決定[2]。

網絡學習環境其實并不適合所有的學習活動。對于結構良好領域的學習活動而言，特別是獲取事實性知識時，其學習過程容易受到各種動態信息的干擾，學習效果可能并不如印刷體教材好。例如，如果要在網絡學習中識記教師一直強調的實驗操作步驟、現象描述和實驗安全等規范化表述內容，這顯然不是恰當的舉措。

在網絡實驗教學中，除了通過實驗現象圖像或視頻演播創設的情景，引起學習者對變化現象特別、持續性注意外，一般文本對學習者的實驗學習效果是值得存疑的。學習者需要動手實踐才能掌握及提高化學基本實驗技能，許多國外化學實驗教學網站僅是起到作為間接實驗知識學習資源庫的作用，即作為傳統的信息源實現“信息獲得”。因而，網站既不注重學習信息外部表征的設計，也缺乏對學習影響因素（特別是信息的外部認知負荷）的考慮。

3對國內網絡實驗教學的啟示

通過前面對國外化學實驗教學網站信息呈現的初步討論，至少可以得到以下結論和啟示：

（1）國內網絡化學實驗教學與國外有一定相似之處：實驗文本較多，許多一線教師自主開發大量與課程相對應的實驗模擬動畫。比較而言，國內網絡中的實驗演示視頻和真實圖像較為缺乏，而且許多模擬動畫僅是對常見既定實驗的重復呈現，并不重視反應過程中量的因素。邱麗卿等[3]提出利用Flash和Java等編程技術編制的模擬動畫，與Chemlab等實驗軟件相比仍有較大差距。朱杰[4]在最近也指出，虛擬實驗對實驗異常現象難以有效呈現，

容易造成學習者實驗表象的概括化和缺乏完整性。他認為教學過程中采用虛擬實驗的前提是學生觀察過真實實驗。以上觀點都具有思考價值，但是國內中學學生接觸實驗的時間較少，視頻影像和注重量的模擬動畫都將有益于學習者對化學現象的多角度觀察。根據各種教學信息載體特征，開發多樣化的實驗教學資源仍然值得人們給以充分關注。

（2）網絡學習是一種個性化的學習活動。網絡學習效果并非完全由媒體決定，它同時受到信息的外部表現和感受信道的共同作用。作為網絡教學，如果充分關注信息的外部表征設計并合理利用超媒體信息呈現特征，便能夠發揮網絡實驗教學最優化的效果。從認知心理學的角度說，網絡設計需要考慮同時運用多種表征方式。學習者憑借對各種語義、圖像信息的操弄，從中建立混合的多重表征心智模型，可以獲得高效的實驗認識。顯然的是，網絡學習中的多重表征和認知設計應該成為網絡教學媒介設計中特別關注的研究問題，也是開發國內化學實驗教學網站時的重要指導方向之一。

參考文獻：

[1] 苗逢春，張文青.超媒體信息表征與網絡學習[J].中國電化教育，2004，(6):15-19.

[2]Mayer R E. 多媒體學習[M].北京:商務印書館， 2006:46.

[3] 邱麗卿，袁中直，肖信.知識與游戲的結合是虛擬化學實驗軟件的重要特征[J].化學教學，2003，(11): 37-38.

[4] 朱杰.對當前虛擬實驗存在問題的一些看法[J].中學化學教學參考，2007，(3):27-28.