高中化學教學中教學軟件的應用現狀調查

化學作為一門以實驗為基礎并結合“宏微符”三重表征的學科，在教育教學過程中不僅需要深入分子和原子層面進行微觀分析，同時需要根據學科本身的符號特色開展教學。為更好地達到教學效果，隨著信息技術的不斷發展，在教育現代化過程中有大量的教學軟件被開發。為進一步了解高中一線化學教師對教學軟件的應用現狀，本文對蘭州市某市級示范校教師進行調查，研究發現許多高中化學教師對軟件的應用率及應用程度均偏低且不同學歷教師的使用水平有一定差異。因此建議教師個人、學校以及師范生培養重視化學教學過程中的教學軟件應用，幫助學生進一步發展其核心素養。

2018年4月13日，教育部發布《教育信息化2.0行動計劃》引領推動教育信息化升級，將教育信息化作為教育現代化的支撐，帶動我國教育改革發展，推動教育理念更新、模式變革、體系重構，使我國教育信息化發展水平走在世界前列。同時，2020年初“新型冠狀病毒肺炎”（曾用名）在全世界范圍內暴發，為社會各行各業造成了嚴重影響。這也導致全國各省市必須根據自身實際開展“停課不停學”的線上教學模式，這一授課模式對教師和學生均提出了很高的要求，尤其是對部分信息技術水平不高的教師。而化學作為各學科中較特殊的一門學科，不僅擁有自身的符號，還必須將宏觀的實驗現象和微觀世界中分子和原子的變化相結合并向學生展示。化學的一系列學科特色也為教師的線上有效教學帶來了不同程度的挑戰。

在平常的化學教學和命題過程中，各類化學教學軟件的應用也非常重要。《普通高中化學課程標準（2017年版）》倡導化學學科核心素養，其中素養1為“宏觀辨識與微觀探析”，說明了化學反應微觀本質的理解對學生學習化學的重要性。而在幫助學生培養宏微結合思想的時候，一些化學軟件的使用則具有巨大的優勢。另外在化學命題過程中會經常遇到實驗裝置圖、實驗流程圖等平常軟件不能完成的任務，這對教師的信息化水平提出了進一步的要求。因此了解教師對教學軟件的應用現狀才能幫助教師提升信息素養和教學水平，幫助學生發展化學學科核心素養和綜合信息素養。

1 對常用教學軟件的應用現狀

在日常教學中最常用的軟件包括微軟公司開發的基于Windows操作系統的Microsoft辦公軟件套裝以及金山公司開發的WPS兩種，尤其是Microsoft辦公軟件中的PowerPoint在以投影多媒體教學為主流的當下更是發揮出了無可比擬的優勢。經調查發現筆者所在學校所有教師都會較熟練地運用該軟件進行教學，但是在制作多媒體課件的技術含量、效率質量和美觀程度等方面，年輕教師尤其是教育部直屬公費師范大學畢業生和研究生學歷的教師相對老教師更勝一籌。

PowerPoint雖然在教學中應用范圍很廣，但是由于各學科自身的獨特性，使其在部分學科教學中具有一定的局限性。如在化學教學中經常會遇到可逆反應，需要用可逆符號“”表示，而在其字符庫中無該符號存在。另外在化學學科教學過程中多種多樣的實驗儀器和圖表也很難表示，因此作為化學教學工作者，學會使用其他化學學科特有的教學軟件顯得很有必要。

2 對化學教學軟件的應用現狀

2.1 化學金排簡介及應用現狀

化學金排是金龍軟件開發組專門為化學工作者定制的，是一款基于微軟Word、PowerPoint平臺的專業排版輔助軟件，該軟件提供了多種實用功能，在化學學科教學以及試題命制過程中具有極大作用。其中包含有大量的實驗儀器、實驗裝置、微觀結構模型、電子式、原子結構示意圖、工業流程圖以及試題命制模板（如圖1所示），是化學教師和命題工作者的必備工具。

該軟件目前支持在Word、PowerPoint中編輯，制作所得圖片可隨意進行復制粘貼。同時該軟件具有自動識別化學元素符號、化學式上下角標、自動配平等智能化功能，如教師輸入“Fe2O3+CO＝Fe+CO2”后通過智能配平功能即可得到修改又可得到配平后的方程式“Fe2O3+3CO＝2Fe+3CO2”。

雖然化學金排具有強大的功能，但是在對筆者所在的蘭州市某市級示范校全體高中化學教師進行問卷調查后發現，一線化學教師對此軟件的應用率普遍很低。具體現狀如圖2所示，有62.5%的教師沒有聽說過這一軟件，僅有20.8%的教師有基本掌握，幾乎沒有人能夠基本掌握和熟練運用此軟件。同時對該校具有研究生學歷和本科學歷的教師對比發現顯著性差異（雙側）為0.554，說明不同學歷的教師對該軟件的應用程度無明顯區別。這一結果也從側面反映出化學教學軟件在中學化學教學和國家師范教育中的嚴重缺失（見圖2）。

2.2 ChemBioOffice簡介及應用現狀

ChemBioOffice是由CambridgeSoft開發的綜合性科學應用軟件包，主要包含ChemBioDraw、ChemBio 3D、ChemFinder和ChemBioDraw for Excel四大模塊，其中可用于中學化學教學的有ChemBioDraw和ChemBio 3D兩模塊。

如圖3所示，ChemBioDraw主要用于有機化學和無機化學教學中電子式、自由基基團、有機化學方程式、結構式、結構簡式、原子軌道、復雜環狀化合物的書寫，對所寫物質命名、相對分子質量和質量分數的計算、核磁共振氫譜和核磁共振碳譜以及質譜的預測，常見實驗儀器的組裝等。值得一提的是在進行電子式書寫時，可以通過不同原子和電子的顏色不同展示形成共價鍵時原子間電子對的共用以及原子中孤電子對的存在形式，能在很大程度上幫助學生從微觀角度理解共價化合物中電子對的共用現象。

ChemBio 3D則是專門為化學家設計的分子可視化應用，化學工作者可以通過觀察3D分子模型圖形研究有機化合物的三維結構。如圖4所示，向右側的結構式輸入框中有機結構簡式或無機化學式，在左側即可展示對應的3D分子模型，該模型支持空間全方位旋轉觀察，以丙烯為例可以直觀地看到分子中的鍵長、鍵角，也可以為所有原子進行編號，還可以觀察碳碳雙鍵相連原子的共平面性、碳碳單鍵的可旋轉性、碳單鍵的四面體構型等性質，尤其在幫助學生理解有機物分子中原子的共平面個數時具有無可比擬的優勢。另外球棍模型和比例模型之間可以相互轉化，讓學生進一步理解有機物分子的真實存在狀態，培養其微觀探析意識。同理，無機物空間構型在幫助學生理解分子的立體構型、幫助學生在長時間接觸球棍模型后對物質的實際存在狀態有更加清楚的了解（見圖4）。

ChemBioOffice在有機化學教學中具有巨大的優勢，在對我校全體化學教師進行調查研究后發現結果如圖2所示。無論是ChemBioDraw還是ChemBio 3D在教師群體中的應用程度較低，應用過兩個軟件的比例分別約為58.3%和41.7%，有較大差距。若對圖2中教師對軟件的應用程度由低到高分別用1～5進行表征，通過SPSS 23.0（Statistical Product and Service Solutions）軟件分析發現最高學歷為本科和碩士研究生的總得分分別為2.385分和2.79分，同時通過t檢驗求得顯著性值（雙側）為0.245，說明本科和碩士研究生畢業教師在應用ChemBioOffice進行教學時具有一定差異。

3 疫情期間教師對教學軟硬件設施的應用現狀

自進入2020年，全國人民加入共同與“新型冠狀病毒肺炎”的斗爭中，全國各地積極響應教育部號召開展“停課不停學”的線上教學活動。這一教學模式要求教師要將傳統的課堂授課轉變為靠直播吸引學生聽課的遠程課堂，所有的教學內容必須在電腦屏幕上進行演示，而對于高中各學科尤其是理科學科而言，有大量的圖形、計算需要向學生進行演示。在此過程中，大部分教師使用的唯一教具為PPT中的“筆”或“激光筆”等工具用鼠標進行緩慢書寫。

筆者就在網課期間應用到的數位板和教學演示工具電子教鞭Pointofix進行推薦和簡單說明以供讀者需要。數位板又名繪圖板、繪畫板、手繪板等，是計算機輸入設備的一種，通常是由一塊板子和一支壓感筆組成，可以通過數據線將書寫在數位板上的內容傳輸至計算機中，從而向學生進行展示。Pointofix為一款僅有3MB大小的電子教鞭，運行時將屏幕畫面固定成為電子白板，運用多種顏色、不同大小的畫筆工具可以進行書寫演練，還擁有橡皮擦、各種箭頭、保存、打印等常用功能，應用起來十分簡單快捷。數位板和Pointofix的組合使用效果如圖5所示。

4 結論與建議

4.1 結論

在新課程理念的指導和新課程標準的要求下，化學教學對教師的信息化水平和化學教學軟件的使用提出了相應的更高要求。作為一門自然科學，化學能夠幫助學生通過深入認識物質微觀本質進而理解物質宏觀變化并用化學符號對其進行表征，能對學生綜合素養的發展起到舉足輕重的作用。無論是幫助學生理解肉眼看不見的微觀世界還是在日常教學中的備課備考，化學教學軟件的應用均具有四兩撥千斤之效。通過調查發現雖然現在中學化學教師學歷逐年提升，教師的化學專業能力逐漸增強，但是在教學過程中教學軟件的使用比例和應用程度均偏低。同時在對教師最高學歷進行分析時發現，目前一線化學教師對化學教學軟件的應用率均較低，但是研究生學歷畢業的教師相對而言比本科學歷畢業的教師在教學軟件的應用深度和廣度上均相對較好。

4.2 建議

基于以上研究結論，目前高中化學教師在教學過程中教學軟件的使用水平偏低，最根本在于教師自身對信息素養的培養，教師作為知識傳播者和方法的傳遞者，應當與時俱進逐步提升自己的專業技能和綜合素養。因此為提升一線教師的信息素養，筆者建議從以下三個方面進一步采取措施：①教師個人。作為教師應當不斷反思自身在教學上存在的困難和挑戰，認識到化學教學軟件的使用在教學中的優勢，從自身教學需求出發學習相關的教學軟件，提升教學質量。②學校輔助。學校教研組是實施學科教育的中堅力量，其中教師對各類化學教學軟件的使用水平參差不齊。學校可以組織教師在教研組會或兄弟學校交流培訓過程中對教學過程中常用的教學軟件進行集中學習，相互學習借鑒。③師范生培養。未來的教育水平主要決定于現在的師范生培養，師范生的信息化教學水平也將決定學生在基礎教育中的信息素養發展。目前教師的教學軟件使用率偏低的一個主要原因在于師范生期間的學習主要集中于對專業知識的培養，一定程度上忽視了教學軟件對化學教育教學的促進作用。因此筆者建議在師范生培養中應當添加教學信息化的相關課程，提升教師綜合素養。

本文系2023年度蘭州市教師“個人課題”《高中化學教師教學規范化現狀的調查研究》階段性成果，項目編號：LZ〔2023〕GR1136 。

（作者單位：甘肅省蘭州新區高級中學）