CAI在無機化學課程中的應用

摘要:本文分析了計算機輔助教學的概況、無機化學課程的特點，結合作者在大學無機化學課程教學中的實踐，敘述了計算機輔助教學在無機化學課程中應用。

關鍵詞:計算機輔助教學 無機化學課程 教學

0 引言

當今的社會是一個信息化的社會，以計算機網絡為代表的信息技術，正在以驚人的速度改善著人們的工作方式、生活方式和學習方式。計算機輔助教學、網絡教學、教學設計等是當前教育技術中最為活躍、也是最具發展空間的領域，已經為越來越多的高校所采用，成為教育教學的支撐技術[1]。無機化學是各大高校化工專業、材料化學等專業一門重要的專業基礎課，教學內容包括課堂講授、課堂討論和課外作業。本文對利用計算機模擬技術進行無機化學課程輔助教學過程進行探討，目的在于全面推進素質教育，提高教學改革質量。

1 計算機輔助教學(CAI)

計算機輔助教學(Computer-Assisted Instruction ，簡稱CAI)是在計算機輔助下進行的各種教學活動，以對話方式與學生討論教學內容、安排教學進程、進行教學訓練的方法與技術。CAI屬于現代教育技術的范疇，即在教學中利用計算機多媒體的處理能力，將教學中涉及到的文本、圖形、圖像和聲音等媒體資料，按照一定的教學目標及要求組織起來，并按照一定的呈現形式，完成一定的教學任務的行為，也就是集圖、文、聲、像為一體，通過直觀生動的形象來刺激學生的多種感官參與認識的活動，能調動學生的學習積極性，使學生成為學習的主體，從而提高課堂教學效率的教學輔助手段[2]。CAI為學生提供一個良好的個人化學習環境。綜合應用多媒體、超文本、人工智能和知識庫等計算機技術，克服了傳統教學方式上單一、片面的缺點。CAI的使用能有效地縮短學習時間提高教學質量和教學效率，實現最優化的教學目標。

2 無機化學課程的特點

化學作為一門中心學科，深深地影響著許許多多的技術學科[3]。無機化學則是各大高校化工專業、材料化學等專業學生學習的第一門化學基礎課程，也是學生較早接觸的一門起承上啟下作用的專業基礎課，有著很強的理論性和實踐性。無機化學課程在元素周期律、原子和分子結構理論和四大化學平衡(酸堿平衡、沉淀溶解平衡、氧化還原平衡和絡合解離平衡)原理的基礎上，討論重要元素及其化合物的結構、組成、性質及其變化規律等方面的內容[4]，知識涵蓋面廣，涉及的理論知識比較抽象，因此教學難度相對較大。教師在授課過程中，應盡量把復雜的知識簡單化，把抽象的知識具體化，把簡單的知識深化，以提高學生對該課程及本專業其它相關課程的學習興趣。

3 計算機輔助無機化學課程教學

化學是一門從分子、原子水平研究物質的組成、結構、性質、運動、變化及其規律的學科，對于微觀世界，用傳統的一本書、一支筆、一塊黑板的教學手段很難使學生理解[5]。計算機輔助教學可以化抽象教學為形象教學，它借助計算機的模擬手段，可以提供豐富的聲音、圖象以及文字，可以使學生比較直觀地感知微觀粒子的運動，認識化學變化的本質，會最大地激發學生的好奇心和求知欲。同時用計算機輔助教學所做的多媒體課件在呈現客觀事物的時間順序、空間結構和運動特征之時，具有傳統教學無法比擬的優勢。對一些在普通條件下無法實現或無法用肉眼觀測得到的現象、粒子的結構，可以借助多媒體生動直觀地模擬出來。共價化合物的價鍵理論、分子軌道理論和配合物的價鍵理論以及電子對互斥理論是無機化學中重點介紹的理論，此內容一直也是無機化學教學中的難點之一。例如在共價鍵一節中，如何更直觀、更具體地表現σ鍵和π鍵的形成過程，對于原子軌道以“頭碰頭”方式相互重疊形成的σ鍵和原子軌道以“肩碰肩”方式相互重疊形成π鍵的理解，這些往往是學生認知的難點，也是教師難以用語言表達清楚的。在講授此部分內容時，教師可以借助于計算機輔助教學，將電子云形象化:S軌道的電子云為一個球體，P軌道的電子云為紡錘體。通過動畫展示電子云模式及電子云的重疊方式，采用立體和動畫效果來處理這一部分的模型可大大增強立體感，讓微觀結構形象化，便于學生觀察到成鍵過程，對抽象理論的理解更為直觀。圖1展示了σ鍵的三種成鍵方式，圖2為π鍵的成鍵方式。

再如，在膠體一節[6]中，有關膠體的動力學性質——布朗運動，除了顯微鏡下可觀察到膠體顆粒在不斷地作無規則的運動外，還可以將這一微觀的、難以用肉眼直接觀察的粒子運動現象借助計算機輔助教學加以展示;對膠體的擴散雙電層結構的觀察也可借助多媒體，以KI過量時形成的AgI膠體為例。如圖3所示膠團的構造示意圖，分別以不同大小、不同顏色的球體來代表AgI(黃色球體)、I-(綠色球體)和K+(藍色球體)，由AgI形成膠核，I-形成電位離子、部分K+形成反離子，另一部分K+形成擴散層，再由膠核和吸附層形成膠粒，膠粒和擴散層形成膠團，這樣就有色彩豐富的、多層次的黃、綠、藍球體構成了KI過量時形成的AgI膠團結構。借助計算機輔助教學，讓學生對膠體的結構有了正確的理解，有利于學生對膠體的穩定性、電泳現象的理解。由此可見，CAI在表達抽象的概念、復雜的變化過程和運動形式上有著比傳統教學更強、更豐富的表現力，課堂教學更為形象而生動。

4 用CAI課件進行教學的建議

教學現代化，首先要教學手段現代化，計算機輔助教學是當前傳統教學改革的一個有效方法，同時也在課堂教學中發揮著越來越重要的作用。但CAI僅僅是對傳統教學方式的補充和延伸，只能作為無機化學課程教學的輔助工具，在使用CAI的過程中要把握好計算機輔助教學與傳統教學方式的尺度，切不可本末倒置，特別強調合理的開發和利用。隨著廣大師生對計算機輔助教學技術的不斷了解和深入，它在教學過程中將起著越來越重要的作用。

參考文獻:

[1]張爽男，韓雅靜，許鑫華等.應用多媒體課件進行高分子物理教學.實驗技術與管理.2005.22(5).76.

[2]李文陽.淺談計算機輔助教學.科技信息.2003.394.

[3]徐云升，符冠燁，宋維春等.基礎化學.華南理工大學出版社.2007.2.

[4]南京大學《無機及分析化學》編寫組.無機及分析化學.高等教育出版社.2007.3.

[5]方素文.計算機多媒體技術在化學教學中的應用.金華企業技術學院學報.2005.5(3).112

[6]陳榮三.無機及分析化學.高等教育出版社.2004.13.

課題項目:江西科技師范學院教改課題(JGYB-08-33-01)