現代信息技術在中學化學教學中的應用現狀

任宏江 郭春燕 王雪瑩

（1.西安文理學院化學工程學院，陜西 西安 710065；2.西京公司子校，陜西 西安 710065）

信息化技術在如今社會已被廣泛使用，他們均是以計算機網絡和數字媒體為核心。目前大家都利用手機和計算機等通訊設備作為了便捷服務的軟件，例如目前廣泛使用的微信、微博和QQ軟件等社交類軟件、百度地圖和高德地圖等地圖導航系統、各種娛樂類游戲軟件等。隨著現代信息技術的蓬勃發展，對傳統的教育理念和教學模式產生了前所未有的沖擊。網絡傳媒技術憑借其先天的優勢在教育領域得到了廣泛的運用。這種傳媒技術主要表現在形式多樣化、信息儲存量大、共享性強、擴展性廣、交流時效性佳。因此，這種技術為教育教學提供了豐富的資源，也為教育現代化的實現提供了技術支撐。

教育信息化的重要性已被大家所認可。教育信息化的趨勢在全球所有國家均已萌芽。尤其是美國在教育信息化領域更是捷足先登，在1989年美國科學促進協會就已經發布了《2061計劃》并且提出了新觀念—信息技術與課程整合[1]。美國的教育系統非常重視這種技術，政府在教育信息產業上也提供了相當規模的保障措施。1993年時任美國總統的克林頓政府提出信息高速公路計劃[1]，為信息技術與課程整合的順利開展所提供了政策性的保障。在教育信息化發展起來后,2000年美國教育技術論壇在第三年度報告中指出，數字化學習的關鍵之處是把數字化的內容整合范圍逐漸增加，并且在全課程中整合應用于課堂教學。只有把動態性質的數字內容運用于教學，并且明確教育目標且教師訓練有素，這將會提高學生探索與研究的能力，可以達到數字化學習的目標。為了創造生動的數字化學習環境，培養21世紀的素質型人才，學校必須將數字化內容與各學科課程相整合[1]。”可見，美國在信息化教育教學方面的重視程度是極大的。

在英國教育信息化的影響也很大。1995年英國官方就提出了教育高速公路—前進之路行動計劃[2]。國家層面要求在學校所有科目的教學過程中使用信息技術并改善信息技術的有效性，并且要求學校提高教育效率。在該計劃實施兩年后，英國官方就宣布將信息技術廣泛應用于公立學校的教學中。在信息技術取得一系列成果的同時，英國政府在2005年又提出了信息化教育的五年e-Strategy政策，確定了未來五年信息教育的總體目標、可行內容，教育改革的程度以及在實踐中優先開展的活動等。 這一目標強化了未來優先實行的六項核心任務，建立了相應的評估方法，為教育信息化的發展做出了較大的貢獻。

教育信息化對亞洲國家也有深遠的影響。早在1990年，日本已經提出一項九年行動計劃，倡導大力支持信息技術在教育中的應用[3]。1994年，開展了百校聯網工程[3]。1998年，日本在關于教育課程基本方向的研究報告中明確指出，所有基礎教育階段學科都應該使用計算機授課。1999年，日本又頒布了新千年計劃，明確了教育信息化的目標。預期到2001年所有公立學校聯網且所有教師具備有效采用計算機授課的能力，到2005年，所有學校都將使用互聯網輔助教學。2006年后，將實行一項新戰略《后2005年代IT戰略行動計劃》。可見日本對于教育信息化的重視程度非常顯現。

當然，我國也不例外。十一五期間，教育部部長陳至立同志在《應用現代信息技術，推動教育教學改革》中指出 “要深刻認識現代信息技術在教育教學中的重要地位及其應用的必要性和緊迫性，充分認識應用現代信息技術是現代科學技術和社會發展對教育的要求,是教育改革和發展的需要。”，并且號召“各級各類學校的教師要緊跟科學技術發展的步伐,努力掌握和應用現代信息技術,以提高自身素質,適應現代教育的要求”。國家教育部在2001年 6月7日頒布的《基礎教育課程改革綱要試行》[4]中提出“大力推進信息技術在教學過程中的普遍應用,促進信息技術與學科課程的整合,逐步實現教學內容的呈現方式、學生的學習方式、教師的教學方式、和師生互動方式的變革,充分發揮信息技術的優勢,為學生的學習和發展提供豐富多彩的教育環境和有力的學習工具”。在2018年的政府工作報告[3]中李克強總理明確指出“做大做強新興產業集群，實施大數據發展行動，加強新一代人工智能研發應用，在教育等多領域推進“互聯網+”，同時，要發展網絡教育。在這一背景下，“互聯網+教育”迅猛發展的大趨勢變得更加清晰”[5]。

在這種發展趨勢的誘導下，信息技術的應用在中小學教育中顯得尤為突出和重要。改變傳統、單一的授課方式，打破學生僅以教科書作為唯一知識來源的局限性。上世紀60年代在教育領域應用計算機以來，發達國家信息技術與課程整合的發展通常經歷了三個階段：CAI(計 算 機 輔 助 教 學)、CAL(計 算 機 輔 助 學 習)、IITC(信息技術與課程整合)。并且在第三階段信息技術與課程整合IITC階段，提出了信息技術教育的概念來取代計算機教育的理念[6]。目前各國都在致力于IITC階段，這一階段也是目前教育信息化發展的重要趨勢。

在中學化學教學中，加強信息技術的應用，可以使抽象難懂的知識以生動的形象展現出來,從而激發學生的學習興趣，提高教師的教學質量，有效的提升課堂的效果與效率[7-12]。

經查閱大量文獻可知，現代信息技術的使用能有效提高學生的學習興趣。在目前的CAI與CAL階段，中學化學教學中應用最為廣泛的是多媒體技術 （即計算機將文字、圖片、視頻等進行數字化采集、加工和處理，在以單獨或合成形式表現出來的技術）。在中學教學中最常使用的就是幻燈片及視頻。用幻燈片將所學的知識點結合圖片展示給學生，使復雜難懂的知識變得更加通俗易懂，更加形象，使用視頻將一些危險的、復雜的實驗進行展示，彌補了之前教學中所出現的只能讓學生死記硬背實驗現象的不足,讓學生更加直觀地看到實驗現象，便于學生理解與記憶，從而提升學生對化學學習的興趣。

而在IITC階段，我們將不滿足于以上只是單一的用多媒體授課的信息化教學方式，學生只是被動地接受。而現在我們將致力于研究一種將學生與知識有機緊密地聯系起來，這種方式不再局限于課堂之中，而是讓學生隨時隨地的都能學習，同時讓學習更加的生動、有趣。

在這種前提下涌現了一種新的方法——虛擬實驗法。虛擬實驗法具有仿真、交互、安全等諸多特點，并且該方法的使用不受時間和空間的限制，可以將微觀的實驗現象宏觀化，將一些不夠明顯的實驗現象放大展示，加深學生的認知，他不同于以往是實驗視頻，只是簡單的講述，虛擬實驗強大的交互性正是我們現在IITC階段所要尋求的一種方式，同時它可以彌補現階段教育教學中的不足之處，同時結合教學中真實的實驗操作，使得二者有機結合相互補充，在一些現有困難方面發揮其良好的作用，同時也能使理論教學取得一定成效，是學生自主學習的良好工具。

目前國外的許多公司已經研究出了相對較完善的虛擬實驗系統，例如：由美國Model Science公司研制的一款交互式化學實驗模擬軟件Chem Lab[13]。該軟件具有強大的功能，學生通過與計算機的交互，使實驗過程栩栩如生的展現在他們面前，完美地再現實驗過程和現象。VRCEL(Virtual Reality in Chemical Engineering Laboratory)實驗室主要開發和探索虛擬現實技術在化學工程領域的應用可引導學生快速的掌握實驗、問題求解和數據處理分析的方法。

我國虛擬實驗的研究目前來看相對較少，但有些高校也已制作了虛擬實驗仿真系統教學軟件。例如，中國第一套虛擬現實教學軟件是由中國科學技術大學人工智能與計算機應用研究室所研發的“幾何光學實驗設計平臺”[13]。 南京一公司推出 “仿真化學實驗室”[14]，分為仿真化學實驗室、三維分子展示和中學化學百科三大部分。虛擬實驗室使用簡單，一些中學教師已經在實驗教學中初步應用；浙江大學的虛擬化學實驗具有更加完善的三維圖像，在實驗教學中可以通過鼠標操作完成實驗，大大增加了實驗的交互性[15]。未來可將虛擬實驗與人工智能相結合，使該軟件操作更加簡潔，使用更加人性化。由此看來虛擬實驗軟件的發展前景良好，對中學化學教學有著重大意義，它能轉變現有的教學模式，使教學更加智能化。

總之，本文重點闡述了現代信息技術在中學化學中的應用情況，并介紹了虛擬實驗在中學化學教學中的應用現狀。期望通過調查現代信息技術在中學化學教學中的應用現狀，找出現階段使用現代信息技術的困難與問題，提出改進方法，其次探尋一條如何使用現代信息技術有效提升中學化學教學的質量與效率之路。