現代教育技術在大學化學教學中的應用*

黃紫洋 吳華婷 林深

(福建師范大學化學與材料學院 福建福州 350007)

大學化學及大學化學實驗課程將原來分屬于無機化學和定量化學分析兩個教學體系的內容整合起來，利用一些宏觀規律解釋化學反應中的現象，然后在初步了解原子、分子結構理論的基礎上，闡明元素的周期性，以及相應化合物的性質和它們的內在聯系[1-2]。大學化學教學內容豐富多樣，教育的主要目標不再是讓學生掌握和擁有化學知識，而是培養化學觀念和化學技能，培養化學信息的收集、篩選和應用能力，培養自主創新、終身學習的能力。隨著科技進步，教育手段、教育技術愈趨向多元化和現代化，利用多媒體技術輔助教學在大學化學教學中已經被廣泛應用[3-4]。由于現代教育技術具備組織優秀教學資源、存儲大容量教學信息和教學信息多樣化的特點，能夠實現教育信息資源的共享和自主選擇，并且具有圖、文、聲、像并茂的優勢，在大學化學教學過程中，只要確立了大學化學教學的目標，實現真正意義上現代教育技術與大學化學教學的整合，與時俱進，充分挖掘和利用現代教育技術所蘊藏的教學功能，就能打破傳統教學模式，深化大學化學教學改革，突出以學生的發展為中心的教育理念，實現培養創新型人才的最終教育目標。

1 國內大學化學教學現狀

隨著各高校招生規模的擴大，大學化學作為面向非化學專業理工科本科生的公共基礎課，學習人數大大增加，每個授課班級的人數普遍在100人以上。目前，在大學化學的大班教學中，傳統的課堂講授仍是最主要的教學方式，主要強調教師傳授知識的主導性而忽視學生的積極主動性，學生只是被動參與，忙于記筆記，因此常常覺得學習大學化學單調枯燥，學習積極性不高。另外，傳統的教學手段(黑板、粉筆、掛圖、模型以及錄音機、幻燈片、放映機等電化教育工具)存在一定的局限和適用范圍，這些手段在信息傳遞中功能弱，個別化教學效果差，不利于學生對大學化學知識和體系的理解和構建[5]。顯然，這種舊的教學模式已經不再符合新時期大學化學教學的需要，在一定程度上會影響學生綜合素質的提高，不利于創新型人才的培養。

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗在化學教學和科研中的地位和作用是不言而喻的。綜觀當今大學化學教學狀況，不難發現大學化學實驗教學仍然需要進一步完善。由于實驗教學運行經費和環保問題使實驗教學內容更新慢，有些運行成本高或有環境負效應的實驗無法開設；實驗教學方法手段單調，學生的積極性不高，教學效果欠佳；如何加強大學化學實驗教學的效果是擺在大學化學教學工作者面前的一個重要問題[6]。

因此，大學化學教學模式改革勢在必行，要重視理論與實驗教學設計，改革陳舊的、落后的傳統教育手段和方法，在發揚優良傳統教育方法的基礎上，實現現代教育技術與大學化學傳統教學的優勢互補，利用現代教育技術促進大學化學教學的現代化和最優化。

2 現代教育技術在大學化學教學中的應用

2.1 多媒體課件的使用

2.1.1 多媒體課件使抽象概念形象化

在大學化學教學中，對于化學反應機理(反應歷程)，反應過程中化學鍵斷裂、組合，原子、分子軌道雜化過程，電子云的形態變化等較復雜的問題，學生往往難以理解。又如熱力學方程、反應速率、平衡常數和液體飽和蒸氣壓與溫度的關系、吉布斯自由能、熵增加原理等，概念抽象繁雜，各個公式有自身的適用范圍，這些單純靠教師口頭或者板書描繪難以表達清楚，而常規教學工具如掛圖、投影、模型等缺乏直觀的效果，也不利于學生理解[7]。在大學化學教學中，可利用ChemOffice或ChemWindow結合Flash制作出各種類型雜化軌道(sp、sp2、sp3、d2sp3、sp3d2等)及配合物中心離子雜化軌道的形成過程；在分子軌道的教學中，可利用課件展示雙原子分子軌道的形成過程以及分子軌道能級高低的次序；在配位化合物教學中，可結合價鍵理論繪制不同類型配合物雜化軌道的形成過程；在晶體場理論教學中，可制作四面體和八面體場中能級分裂的情況，使抽象概念形象化，以便于學生理解和掌握[8]。這些結構圖形、演變歷程和推導過程可由計算機軟件制作成多媒體課件，集圖、文、聲、像于一體，從而能使學生從多方位、多角度進行觀察，加深理解。

2.1.2 多媒體教學手段使微觀現象宏觀化

大學化學是側重在原子、分子基礎上研究物質的組成、結構、性質、合成及其變化規律的一門課程，該課程的最大特征在于其思維方式是微觀與宏觀的聯系。微粒的構造和運動，如膠粒的布朗運動、粒子有效碰撞、離子的電遷移現象、原電池及電解池兩極的離子放電等雖無法直接觀察，卻能夠通過多媒體3D動畫形象地表現出來，既直觀又易懂。例如：原電池中金屬鋅失去電子形成鋅離子，銅離子得到電子形成金屬銅，這些可以利用計算機多媒體技術制作成動畫進行演示，使學生直觀地觀察整個過程，一目了然[7]。一般地說，多媒體課件可以讓學生通過多種感官進行學習，使學生對課堂內容記憶深刻；可在一定程度上提高教學效率，達到常規教學難以達到的教學效果和教學質量。

2.2 大學化學實驗教學的革新

2.2.1 實驗預習系統

實驗是大學化學教學的重要環節，一般包括實驗預習、實驗過程和實驗總結(報告)3個過程。實驗預習是一個重要而又易被忽視的過程，如何使學生真正達到預習目的，學習到更多的背景知識和實驗技能，并使教師了解學生預習的基本狀況，這些是值得探討的問題。澳大利亞悉尼大學的計算機化學實驗在線預習系統(online chemistry pre-laboratory work，簡稱實驗預習系統)較好地解決了這方面的問題[9-10]。該實驗預習系統的基本設計思想是使學生能夠方便地在課前對實驗日程安排、各實驗的背景知識、基本原理、技能和參考資料進行了解和閱讀。通過一組在線測試題目，使學生可以在課前自我檢查對實驗的預習情況；通過對每個學生及全班學生測試結果的統計報告，使教師能夠及時了解學生個體及總體對實驗的預習情況和掌握程度，便于發現問題，有的放矢地進行講解。這樣既加強了教師實驗課講解的針對性，又使教師能夠把主要精力用于觀察和指導學生掌握實驗技能，使實驗課時的利用更加合理有效。

2.2.2 實物投影和實驗錄像

進行實驗教學時，使用實物投影儀可使實驗操作、反應現象和實驗結果清晰可見。還可以結合實驗錄像設備與計算機聯機，讓學生反復觀看實驗過程，從而規范了學生實驗操作技能，促進了教學。

2.2.3 模擬化學實驗過程

大學化學實驗中有些相對來說危險性較高(有毒、有害或爆炸性)、實驗過程冗長或復雜，不適合進行演示或學生操作的實驗；對于這些實驗，可以采用計算機多媒體技術模擬實驗過程，具有經濟、無污染、不腐蝕、不燃燒、不爆炸、不需要實驗環境等優點，學生同樣可以獲得感性認識和生動直觀的教學效果。例如與氯氣相關的實驗、苯的硝化反應、二氧化硫與硫化氫的性質實驗等，都可以通過多媒體影像資料展示給學生[11]。雖然這些實驗比不上親自動手實驗那樣印象深刻，但是比起只在口頭上講解該類危險實驗，效果更好。

有些實驗，由于存在一定危險性或是實驗條件無法滿足，無法提供齊全的實驗室條件，而學生又有需要或是感興趣，這時候，可以應用虛擬實驗室軟件——Corel ChemLab進行模擬[12]。該軟件幾乎完全仿真，模擬過程很逼真，甚至連燒瓶磕碰的聲音都能聽到。學生應用這個軟件有如身臨其境，能大大提高學習化學的興趣，對所進行的模擬實驗也可獲得較為深刻的印象。另外，也可以通過類似的化學實驗軟件組織學生進行實驗訓練和測試。

但是，多媒體技術模擬化學實驗畢竟不能代替學生親手實驗獲得的經驗，學生在認知上會對實驗結論、教師的操作能力產生懷疑，最重要的一點是學生的實驗操作技能在電腦上是培養不出來的。因此，模擬實驗是輔助教學的手段，必須明確它的從屬地位，在實際的大學化學實驗教學中，不能用其代替實際操作。

2.3 數字化化學微格教學系統

隨著化學課程改革的實施，對非化學專業理工科本科生教學技能的要求也愈加嚴格。在以計算機多媒體技術和網絡技術為主要手段的現代教育技術支持下，數字化的化學微格教學系統構建得以輕松實現[13]。

2.3.1 規范的化學微格教學室

化學微格教學室包括實驗準備室、微格教學室、總控室(監控室)三大部分，能進行化學演示實驗和具有防止實驗污染環境及教學設備的設施。

2.3.2 數字化微格教學系統

數字化微格教學系統包括數字化的多媒體教學系統和微格教學錄像系統。數字化微格教學系統主要包括多媒體教學設備(計算機、實物投影儀、數字化投影與播放設備及其他附屬教學設施)、網絡連接設備和相應的Internet文件，具備音視頻及文字的播放、標本與模型及實驗現象等的投影、網絡資源的利用與傳輸等功能。微格教學錄像系統主要包括攝像與錄音設備。拍攝試講學生和聽課學生模擬課堂教學過程，以數字化格式錄制微格教學的全部信息，包括試講者的語言表達、肢體動作、實驗演示和師生互動等教學過程以及聽課學生的表現，從而提供微格教學示范錄像作為范本，供觀摩、交流學習和借鑒。

2.3.3 數字化的微格教學錄像編輯系統

錄制化學微格教學錄像的影像信號后，經總控室內的信息交互式中控系統，可實現影像信號的編輯、錄制，并支持刻錄功能與遠程登錄，同時也便于對微格教學效果的評價。

2.4 基于Internet的自主學習

2.4.1 教師引導學生自主學習

教師應向學生提供探究課題，指導學生選擇學習內容，確定研究方向，提供自主學習的準備知識，引導學生形成知識體系的關節脈絡；要求學生自己通過網絡查閱文獻、資料、課件、習題等資源，進行自主學習。例如在二氧化硫性質的教學中，教師可以提出探究問題，如二氧化硫所造成的危害及其產生的原因以及從各個角度(包括市民、環保局和工廠等)所提出的解決辦法。在網絡的環境中，學生能夠較獨立地參加學習活動，直接獲得學習的經驗。

2.4.2 計算機輔助分組學習和自學

計算機視聽閱覽室以學生小組活動為中心。學生在學習過程中，除了自己接收和處理信息外，還能與其他學生進行信息交流，使學習更加積極主動[14]。另外，學生在多媒體計算機上可以進行獨立的學習，與計算機進行人機對話。在這種學習模式中，計算機是教學的中心和組織者。同時，大量多樣化的大學化學課后訓練與考試、作業和答疑均可在多媒體計算機上進行，大大方便了教師及時快速地獲得反饋信息。

2.4.3 大學化學教學網站

大學化學教學網站包括基礎平臺和運行環境，融入了多媒體、網絡和數據庫技術，將教學和管理融為一體，在模塊功能的設計上強調其實用性、綜合性和智能性。網站的建立為廣大教師和學生提供了一個內容豐富新穎、使用便利快捷的教學窗口，讓答疑和考試走出了課堂，使課內課外的教學活動互為補充，相得益彰。網站具有方便快捷，交互性好，可實現遠程教學，適應學生的自主學習環境，知識信息量大，教學方式生動活潑，聲像輝映，圖文并茂等特點，已受到教育界的普遍認可和歡迎[15]。

2.4.4 化學教育資源和軟件

現代教育理念倡導創新思維的培養，現代教育技術使學生的學習空間更為寬廣。Internet上的化學信息容量大且更新迅速，例如：Internet化學信息資源導航系統ChIN(http://chin.csdl.ac.cn)不僅鏈接了豐富的化學化工信息，而且還鏈接了國內外許多與化學相關的教學資源，包括課程材料、在線課程、學習軟件和實驗教學軟件、常用的數據庫、化學知識介紹、J.Chem.Educ.(化學教育)雜志目錄、與教學有關的會議信息及中學化學教學資源等；同時也鏈接到Chemistry Resources for the Secondary Education/High School(中等教育化學資源)、Asian-pacific Chemical Education Network(亞太化學教育網)、cbe21.com(中國基礎教育網)、Education World(教育世界)等。另外，虛擬教育圖書館(http://www.csu.edu.au/education/library.html)、英國皇家化學會(http://www.chemsoc.org)、牛津大學化學系(http://www.chem.ox.ac.uk/)、實驗室演示網站(http://genchem.chem.wisc.edu/demonstrations/)以及教育部批準的68所高等學校開展現代遠程教育試點的站點，為大學化學學習者提供了廣闊的學習天地[16]。

許多優秀的化學軟件也在大學化學教學中發揮了重要的作用。例如：Gaussian程序包是功能強大的量子化學計算軟件，界面友好，便于操作，可以計算分子結構和能量、繪制分子軌道和軌道能、電荷分布、振動頻率、紅外和拉曼光譜、核磁性質、反應動力學性質等[17]。還有許多其他類型的化學軟件，比如ChemSketch 8.0軟件和ChemOffice Ultra 2004軟件，可以對化合物進行IUPAC命名；NIST Chemistry WebBook數據庫和溶劑性質數據庫(SOLV-DB)，可以查詢元素和化合物的基本性質[18]。

3 做好現代教育技術與大學化學教學的整合

現代教育技術對大學化學教學的作用是不言而喻的。當前的關鍵問題是做好現代教育技術與大學化學教學的整合。整合的個體對象包括現代教育技術、教育思想、教學理念和大學化學教學過程中的知識內容、教學策略、學習活動等。整合的目的是充分發揮信息技術的工具性功能，使現代教育技術融入大學化學教學中，從而提高大學化學教學質量，營造新型的實驗教學環境，不斷深化教學改革[19]。因此，在現代教育技術與大學化學教學的整合過程中，需特別注意以下幾點：① 不能不切實際地追求電子教學，用課件替代直觀的實驗教學。實際上，現代教育技術是不能完全取代傳統教學模式的，應當融合傳統教學模式與現代教育技術，做到優勢互補。② 不能過分強調人機交流，忽視師生間面對面的交流。事實上，教師與學生面對面的交流是任何現代教育媒體所無法替代的。③ 不能扭曲現代教育技術與大學化學整合的意義。整合的目標是力求使教師的教學方式朝著既能發揮教師主導作用又能體現學生主體地位的方向發展，朝著以自主、合作、探究為特征的教學方式轉變，而不是追求短期的轟動效應。這是一個需要長期堅持的過程。

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