大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)智能化輔助教學(xué)與管理分析

摘 要：大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)智能化輔助教學(xué)與管理主要包括計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、虛擬實(shí)驗(yàn)室利用現(xiàn)代高科技手段、多樣化真實(shí)化的化學(xué)教學(xué)活動(dòng)、高效化科學(xué)化的學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)。當(dāng)今隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化輔助在教學(xué)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，取得了良好的成果，卻也反應(yīng)出一些問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行解決以及在現(xiàn)有應(yīng)用范圍內(nèi)加以擴(kuò)大，是未來(lái)智能化輔助的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)在教學(xué)中會(huì)占更重要比重。

關(guān)鍵詞：大學(xué)化學(xué)；智能化輔助；利與弊；發(fā)展趨勢(shì)

1 核心詞解釋

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)：即CAI（Computer Assisted Instruction）是指在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動(dòng)，以對(duì)話方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。

虛擬實(shí)驗(yàn)室：是一種基于Web技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，提供了全新型的教學(xué)環(huán)境，便于學(xué)生進(jìn)行各種虛擬實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)與操作。教師與學(xué)生可以使用儀器設(shè)備，自己動(dòng)手配置、連接、調(diào)節(jié)和利用虛擬器材裝備等，既能完成經(jīng)典實(shí)驗(yàn)或案例的模擬操作，又能滿足師生自由組合，創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的要求。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 優(yōu)勢(shì)

2.1.1 教學(xué)內(nèi)容

擴(kuò)大教學(xué)內(nèi)容存量，不僅僅局限于書(shū)本；而且增添了趣味性、靈活性、實(shí)用性，為學(xué)生提供了人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境；綜合應(yīng)用多媒體、超文本、人工智能和知識(shí)庫(kù)等計(jì)算機(jī)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式上的單一性和片面性，能采取多樣化的方式和手段比如畫(huà)面，聲音，視頻等結(jié)合的展示，使化學(xué)中難以理解的微觀世界以及操作上有限制的化學(xué)反應(yīng)，變得生動(dòng)、形象、真實(shí)，易于理解，呈現(xiàn)給學(xué)生更為直觀的感受與體驗(yàn)。

2.1.2 模擬實(shí)驗(yàn)

模擬實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)室中，采用高科技技術(shù)，充分應(yīng)用多媒體的表達(dá)形式，將仿真動(dòng)畫(huà)，實(shí)驗(yàn)錄像以及操作說(shuō)明有機(jī)結(jié)合起來(lái)。好處在于使每個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作達(dá)到高程度的模擬與仿真，讓學(xué)生能夠身臨其境，切身感觸且實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作，并且提供及時(shí)的數(shù)據(jù)參考與反饋，能及時(shí)修正實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停阌趯?shí)驗(yàn)操作的掌握與積累。同時(shí)學(xué)生既可以在虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，親自動(dòng)手操作課本實(shí)驗(yàn)與體驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，又可以自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、實(shí)踐、檢驗(yàn)的新的實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、分析判斷能力、設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力等。并且模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴行П苊饣瘜W(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物的排放，以及化學(xué)過(guò)程中易燃易爆的危險(xiǎn)性。同時(shí)有些實(shí)驗(yàn)所需的物力人力財(cái)力巨大，應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以節(jié)省空間和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)教學(xué)的理念。

2.1.3 信息管理

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建教學(xué)輔助信息管理系統(tǒng)，基本信息包括“學(xué)生信息”和“教師信息”，個(gè)人可以在其中更改、添加、刪除相關(guān)個(gè)人信息，便于教師與學(xué)生及時(shí)的交流。同時(shí)教師通過(guò)合理設(shè)定評(píng)分參數(shù)進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和考核結(jié)果等能夠得到快速、客觀、舍理的評(píng)價(jià)，學(xué)生也可以進(jìn)行及時(shí)的成績(jī)查詢(xún)，得到反饋與幫助。同時(shí)還包括更為豐富的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理信息，主要有課前預(yù)習(xí)題、實(shí)驗(yàn)基本信息、數(shù)據(jù)記錄表等多方面信息，便于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，自主科研，能有效地縮短學(xué)習(xí)時(shí)間、提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的師生教學(xué)信息管理與利用，達(dá)到更好的教學(xué)目標(biāo)。

2.2 不足與限制

從硬件設(shè)施方面看，現(xiàn)在的智能化輔助教學(xué)還處于發(fā)展階段，各種技術(shù)如信息管理系統(tǒng)，虛擬實(shí)驗(yàn)室等還存在較大的發(fā)展空間，不能做到真正的一體化管理，信息的及時(shí)更新與查詢(xún)，多方的即時(shí)交流與互動(dòng)，以及模擬仿真實(shí)驗(yàn)的普及與推廣。同時(shí)受限于財(cái)力物力人力的投入產(chǎn)出比，以及各高校重視程度不一，還不能構(gòu)建完善的先進(jìn)的智能化教學(xué)與管理平臺(tái)，和龐大實(shí)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地。

從軟性的應(yīng)用方面看，一是受傳統(tǒng)教學(xué)觀念的影響，人們傾向于理論教學(xué)或?qū)W習(xí)，忽視實(shí)驗(yàn)的重要性，或者認(rèn)為智能化輔助教學(xué)只是空架勢(shì)，新穎卻不實(shí)用；或者認(rèn)為信息管理太過(guò)繁雜，并不能切實(shí)解決教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題，沒(méi)能真正發(fā)揮智能化輔助教學(xué)與管理對(duì)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教育的幫助。二是對(duì)于高技術(shù)智能化輔助的過(guò)度依賴(lài)，教師過(guò)度使用多媒體設(shè)備以及學(xué)生過(guò)多關(guān)注高科技帶來(lái)的新鮮感，從而忽視了真正教學(xué)的目的。智能化輔助教學(xué)與管理，著落點(diǎn)應(yīng)該是化學(xué)教學(xué)與學(xué)生管理，智能化只是輔助的一種手段，不能因?yàn)E用高科技技術(shù)反而分散學(xué)習(xí)重點(diǎn)。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展

網(wǎng)絡(luò)化是計(jì)算機(jī)技術(shù)未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì)，這同樣也適用于大學(xué)化學(xué)智能化輔助教學(xué)的未來(lái)發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)的連接與應(yīng)用將很大程度上提高教育資源與信息的傳播和傳輸速度，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的資源與信息共享和利用。同時(shí)大大縮短了教育之間的距離，能實(shí)現(xiàn)的跨學(xué)校、跨地區(qū)、跨國(guó)家的教學(xué)交流與實(shí)驗(yàn)共享。并且建立在網(wǎng)絡(luò)背景下的合作學(xué)習(xí)平臺(tái)，不僅僅能夠提供硬性的指標(biāo)，如資源數(shù)據(jù)等的更新共享，還能充分利用了教學(xué)中的人力資源，達(dá)到更好的資源配置效果。實(shí)現(xiàn)全面的人與人，多對(duì)多的零距離交流與互動(dòng)，使學(xué)生接觸到更多的學(xué)習(xí)來(lái)源，接觸到平時(shí)難以獲得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，如網(wǎng)上課程，講座播報(bào)，即時(shí)演講，視頻會(huì)議等，實(shí)現(xiàn)不同層級(jí)不同方面乃至不同領(lǐng)域間的交流和討論，使學(xué)生可以根據(jù)自身要求與目標(biāo)，自主、自助進(jìn)行選擇，安排學(xué)習(xí)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)合作學(xué)習(xí)，規(guī)劃實(shí)踐活動(dòng)等。

3.2 向系統(tǒng)化方向發(fā)展

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)本是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是依托于龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)存量，高速的運(yùn)行方式，和快捷的傳播速度。所以需要確定并遵循統(tǒng)一的設(shè)計(jì)與研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，應(yīng)用的普遍性以及無(wú)限可能的外延性。建立成系統(tǒng)的，有序可查的，有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的，智能化輔助教學(xué)與管理有利于信息的收集整理，數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用，以及資源的上傳共享，從而保證對(duì)教學(xué)的幫助，加強(qiáng)師生間的互動(dòng)與交流，共享化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，分享教育學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)教育信息的管理與利用，更好的實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

3.3 向虛擬化方向發(fā)展

虛擬實(shí)驗(yàn)室是智能化輔助教學(xué)中的一大特色與重點(diǎn)，能夠有效解決實(shí)驗(yàn)中面臨的不現(xiàn)實(shí)、不具操作性、不能理想開(kāi)展的尷尬。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，運(yùn)行、計(jì)算與傳播速率的提高，數(shù)據(jù)庫(kù)朝著大容量小體積的不斷完善，以及各種機(jī)器人模擬，智能化服務(wù)的推進(jìn)，還有觸屏界面和感官技術(shù)的發(fā)展，虛擬化實(shí)驗(yàn)有著更多的可能性和發(fā)展空間。同時(shí)從實(shí)際角度出發(fā)，受限于時(shí)間空間，節(jié)約成本與綠色化學(xué)也要求了虛擬實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步發(fā)展，學(xué)生也能利用虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，模擬實(shí)驗(yàn)，記錄仿真變化，建立數(shù)據(jù)模型等更好地鍛煉實(shí)際操作能力與發(fā)散性創(chuàng)新思維。

綜上所述，隨著近幾年實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校化學(xué)中越來(lái)越受到重視，智能化輔助教學(xué)與管理也顯得更加重要，只有通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)以科學(xué)的方式和多樣化的手段講解教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、收集利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等才能更好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。同時(shí)要注意明確教育目的，分清教學(xué)主次，將智能化輔助與傳統(tǒng)教育手段相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作能力的提升，創(chuàng)新思維的開(kāi)發(fā)，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教育的普及與目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王強(qiáng)（1982，8-），男，漢族，四川省宜賓縣，大學(xué)本科，助理實(shí)驗(yàn)師，四川省宜賓學(xué)院化學(xué)研究所，研究方向：儀器分析、無(wú)機(jī)化學(xué)。