信息新技術(shù)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

吳繼紅

【摘 要】信息技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)給各行各業(yè)帶來了極大地便利。信息技術(shù)已經(jīng)逐漸滲入到了課堂當(dāng)中，教師通過使用新技術(shù)、新手段，化難為簡、化靜為動。但是，化學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，不可避免的存在著危險性，而實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，是必須要保留的，傳統(tǒng)的技術(shù)手段無法清晰的展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程，很多實(shí)驗(yàn)因?yàn)槭艿綏l件限制無法而無法進(jìn)行。利用新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)教學(xué)的各項(xiàng)要求，同時又不具有危險性，有利于增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的化學(xué)理論素質(zhì)及應(yīng)用素質(zhì)。

隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展，人類獲取信息的手段日趨多元化。如何跟上信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，利用信息技術(shù)為課堂服務(wù)，是每個教師都應(yīng)該思考的話題。單純而抽象的課堂教學(xué)已經(jīng)不再適應(yīng)時代的發(fā)展，也不容易為學(xué)生所接受，因此，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中引入信息新技術(shù)，，將知識通過新途徑傳授給學(xué)生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)課堂質(zhì)量、學(xué)習(xí)質(zhì)量、學(xué)習(xí)興趣等多方面的共同提高。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)

一、當(dāng)前具有前景的新技術(shù)闡述

（一）VR技術(shù)

VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)綜合了計算機(jī)圖形技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，在多維信息空間上創(chuàng)建一個虛擬信息環(huán)境，能使用戶具有身臨其境的沉浸感，具有與環(huán)境完善的交互作用能力，并有助于啟發(fā)構(gòu)思。虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合，所包括的技術(shù)種類很多，這其中又有多個分支，對于不同類型的個體還要涉及與之相關(guān)的學(xué)科。對此在國外也未能嚴(yán)格細(xì)致地加以劃分與確定，但公認(rèn)的基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)成主要有人機(jī)接口技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、真實(shí)存在技術(shù)3個方面。

參與者需要使用VR系統(tǒng)適配的可穿戴設(shè)備，例如數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)字衣，等等，通過進(jìn)行動作等方法為計算機(jī)提供輸入信號，VR系統(tǒng)根據(jù)接收到這些輸入信號，利用虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)庫當(dāng)中已經(jīng)存儲的信息進(jìn)行反應(yīng)，并將反應(yīng)結(jié)果反饋給參與者所穿戴的設(shè)備，通過設(shè)備產(chǎn)生的實(shí)時變化使得參與者能夠?qū)崟r獲得各種感官上的虛擬效果。

（二）AR技術(shù)

AR技術(shù)是指通過多媒體技術(shù)、三維建模技術(shù)、實(shí)時視頻控制技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、實(shí)時跟蹤及注冊技術(shù)、場景融合技術(shù)等多種技術(shù)手段，將生成的虛擬信息融合到真實(shí)場景之中，使得虛擬增強(qiáng)信息和真實(shí)場景信息相互共存、相互補(bǔ)充、相互疊加。

AR技術(shù)是將景象在人的視覺系統(tǒng)中進(jìn)行增強(qiáng)與擴(kuò)張，促使用戶將其所見所聞和信息的顯示有效地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界真正意義上的無縫銜接，通過建立虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界結(jié)合的軌道空間，將花費(fèi)在虛擬與現(xiàn)實(shí)兩者之間不斷切換和對應(yīng)的時間與工作量降到最低。

二、新技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般都是比較枯燥危險的，傳統(tǒng)的教學(xué)方式下，很多的實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行演示或者由學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生經(jīng)常處于懵懂的狀態(tài)，不能很好的接受知識，也不能體會到實(shí)驗(yàn)的危險性，也容易引起很多問題。

通過VR/AR技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，不僅能夠體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性、直觀性、安全性和時效性，同時也能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動手能力，對于一些不容易完成的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以利用平臺反復(fù)進(jìn)行，也節(jié)省了寶貴的教育資源。

【實(shí)例一】氫氣與氯氣反應(yīng)，在光照條件下發(fā)生爆炸。這個實(shí)驗(yàn)使用的材料有劇毒的氯氣和極易燃的氫氣，不僅有爆炸，也會產(chǎn)生氯化氫氣體。即使是教師進(jìn)行演示，也需要專門的實(shí)驗(yàn)區(qū)域和實(shí)驗(yàn)器材。學(xué)生很難有親身感受。而通過使用VR/AR技術(shù)，學(xué)生可以在模擬的環(huán)境下進(jìn)行虛擬操作，不需要接觸到任何的危險氣體，同時也能體會到一樣的效果。

【實(shí)例二】金屬鈉與水反應(yīng)。金屬鈉作為活潑金屬，與水的反應(yīng)非常劇烈，而且很快就完成反應(yīng)，學(xué)生也不利于觀察反應(yīng)進(jìn)行的情況。而通過VR/AR技術(shù)，學(xué)生可以通過放慢等方式延長反應(yīng)時間，可以仔細(xì)觀察反應(yīng)進(jìn)行的情況，也避免了金屬鈉與水反應(yīng)所可能帶來的人身傷害。

【實(shí)例三】甲苯與濃硫酸濃硝酸混合物反應(yīng)。此反應(yīng)為制備三硝基甲苯的反應(yīng)，在教科書上僅有化學(xué)反應(yīng)方程式。現(xiàn)實(shí)當(dāng)中沒有條件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，而通過VR/AR技術(shù)，可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直面反應(yīng)過程與反應(yīng)產(chǎn)物，將課本上枯燥的描述具體化，也便于學(xué)生領(lǐng)會學(xué)習(xí)相關(guān)的知識。

利用VR/AR技術(shù)，可以虛擬出各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需要的器材，學(xué)生可以在虛擬的世界中，練習(xí)各種實(shí)驗(yàn)儀器的使用方式方法，使學(xué)生理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的各種原則，讓學(xué)生通過非傳統(tǒng)手段接觸到難以親身體會的信息，形象生動、安全可靠，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有利于促進(jìn)新信息的傳遞和知識的構(gòu)建。

三、信息新技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考

信息新技術(shù)作為一種重要的工具，能夠有效地與課堂信息相結(jié)合，拓展學(xué)生的知識面，擴(kuò)大教學(xué)范圍。利用信息技術(shù)，使得學(xué)習(xí)的知識由書本上的理性認(rèn)識上升為實(shí)際可操作的感性認(rèn)識，增強(qiáng)學(xué)生融會貫通的能力，同時，將理論與實(shí)際相結(jié)合，可以提高學(xué)生的發(fā)散思維能力，增加學(xué)生的創(chuàng)造性。

VR/AR技術(shù)的出現(xiàn)，使得實(shí)驗(yàn)的安全性和可操作性得到了極大地提高，教師在授課的過程當(dāng)中，可以有針對性提出問題，引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。教師可以對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評估，并且繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行深度挖掘，讓學(xué)生可以對各種概念熟練運(yùn)用，也調(diào)動了學(xué)生的進(jìn)取心和積極性。

信息新技術(shù)變革了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中教師的教學(xué)方法和學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，教師可以不再通過進(jìn)行各種繁復(fù)的分析教學(xué)，學(xué)生可以更加輕松的來學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以將更多的精力投入到現(xiàn)實(shí)的、探索性的化學(xué)實(shí)踐活動中去，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)的突破。將現(xiàn)代化的教學(xué)手段對傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，相互補(bǔ)充促進(jìn)，補(bǔ)齊傳統(tǒng)教學(xué)手段的短板，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)和解決問題的能力，提升教師的教學(xué)質(zhì)量，最終形成雙贏的局面。但信息新技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有以下幾個注意方面。

（一）信息新技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，重點(diǎn)在于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和新的實(shí)驗(yàn)類型開發(fā)上，不能因?yàn)槭褂眯录夹g(shù)而喧賓奪主，過分的重視新技術(shù)。

（二）信息新技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，應(yīng)注重理論結(jié)合實(shí)際，一方面，不能放棄傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，另一方面，教師應(yīng)該學(xué)習(xí)更多的先進(jìn)教學(xué)理念和教學(xué)理論，將這些理論和認(rèn)識用于新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，而不是故步自封。

（三）信息新技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，不能完全放棄真實(shí)的實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)所具有的現(xiàn)場性，時效性，真實(shí)性等特點(diǎn)是新技術(shù)手段無法取代的，學(xué)生即使經(jīng)過再多的模擬練習(xí)，在真正的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下依然可能出錯，這就需要學(xué)生必須有現(xiàn)場實(shí)際的動手能力。與此同時，要鼓勵學(xué)生多動手進(jìn)行實(shí)際操作。虛擬環(huán)境下是純粹意義上的理論環(huán)境，沒有任何的干擾因素存在，現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中并沒有如此完美的環(huán)境存在，因此，要讓學(xué)生學(xué)會在日常的環(huán)境當(dāng)中盡量減少實(shí)驗(yàn)的干擾因素，獲得正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時，也要讓學(xué)生善于觀察實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)的其他反應(yīng)，從中獲取到更多的知識。

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