計算機輔助化學教學的現狀及對策研究

摘要：介紹了計算機輔助化學教學的功能，指出由于辦學條件、資師力量、學生素質、教學環境等因素導致了計算機輔助化學教學總體水平偏低，提出為了改變現狀，必須解決設備落后、資金短缺；化學課件的編制，建立各省市的信息交流網等措施。

文章編號：1005－6629(2008)05－00５3－04中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：B

21世紀的課堂是多媒體的課堂，在科學技術發展的今天，教育不再僅僅是“粉筆加嘴巴”的傳統模式，現代教育技術必然會引入各學科教學領域，計算機輔助教學(CAI)和計算機管理教學(CMI)已成為世界范圍的教育研究領域和未來教學的發展趨勢。多媒體計算機輔助教學具有明確的教學目的，能反映教材內容和相應教學策略程序系統，具有綜合處理圖、文、聲、像的能力，使學習者能通過多種感官獲取知識，增強理解能力，提高教學效率。幫助解決教學過程中的難點、疑點問題，提高學生的學習積極性和主動性，培養學生的思維能力，達到增強教學效果、提高教學質量的目的。

1計算機輔助化學教學的功能

在大力提倡素質教育的今天，堅持素質教育的基本觀點，就在于要面向全體學生，通過個體的發展，實現真正意義上的全面發展，同時幫助學生具備各方面的基本素質，形成合理的素質結構，為學生的未來發展奠定堅實基礎。而要實現個體的全面發展，必須立足于學生個體差異、因材施教，使學生不僅要有雄厚的知識基礎，還必須掌握獲取知識技能的方法，形成自學能力。只有這樣，才能適應未來社會不斷變化的需要。而計算機輔助化學教學的主要功能，在于它能對素質教育目標的實施提供有益的幫助。

我們認為，計算機多媒體技術應用于化學教學中具有以下功能：

(1)多媒體集文字、圖形、圖像、聲音、動畫、影視等各種信息傳輸為一體，具有真實感和很強的表現力，可以激發學習者興趣，引起學習者注意，提高學習者學習化學的興趣。化學多媒體軟件的內容組織上采用了大量色彩鮮明、活潑有趣的音像畫面，有助于調動學習者的學習積極性。

(2)可以變抽象為具體，模擬微觀世界的化學反應和現象，使教學更加形象、直觀、生動，便于學習者理解和掌握。化學是研究原子、分子等微觀運動和變化規律的一門學科，對于化學中運動而復雜的微觀世界，用傳統的教學手段很難使學生理解掌握，而借助計算機的模擬手段，可以使學生比較直觀、形象地認識微觀粒子的運動，從而對化學變化的本質能一目了然。

(3)可以動態地、對比地演示一些化學現象，有效地控制變化的速度，調節快慢，從而便于學習者觀察和思維。有些化學反應瞬間完成，對其過程很難分步觀察與判斷，通過多媒體技術，教師可以模擬控制反應變化的速度，調整教與學的進度，在教師與計算機的共同啟發下，培養學生的能力。

(4)利用多媒體的人機對話、界面友善、超文本、人工智能、可編著工具、方便的外設、虛擬現實等功能，可以使學習者沿著自己的思路，適應自己的需要去發展學習的過程，及時反饋教學信息；可以突出重點，解決難點，增大課堂教學容量，極大地提高教與學的效率。計算機信息貯量大，處理迅速，具有友好的工作界面，方便的人機交互功能，能為學生提供良好的個別化學習環境，使學生能根據自己的學習能力調節學習進度和難度，真正實現因材施教。而教師可以根據學生已有的認識基礎，構建問題情境，指導學生獨立地上機學習，并輔之以必要的反饋練習，及時肯定或解答，幫助學生總結學習方法，查找學習障礙，逐步提高學生自學能力和處理實際問題的能力。由此可見，計算機輔助教學在提高課堂效率、增大課堂容量、進行全面即時性輔導、減輕學生課業負擔等方面，具有明顯的優點。

(5)多媒體的各種信息傳輸手段作用于學習者，可以同時調動視、聽、說等多種感官，形成合理的教學過程體系，使學習者在最佳的學習環境中學習，達到教學的最佳效果。多媒體的多感官刺激作用，有利于學生注意力的長期保持和獲取知識。

(6)多媒體網絡可以縮短時空距離，加強人與人之間的聯系，拓展學習者的視野，形成互助合作的良好風氣。如電子圖書館和網絡的服務，允許用戶把信息(電子郵件)傳給本系統的其他用戶，也可以通過計算機獲得圖書館的信息，其好處是不言而喻的。

正如埃斯特倫所說：“計算機能非常直觀地、多方面地提供學習經驗，這可以使一個年輕人在大約幾個月的時間內達到用傳統教學方式需幾年才可達到的水平”。由于計算機輔助教學具有這些功能，這就決定了它在化學教學中定會發揮日益重要的作用。

2計算機輔助化學教學的現狀

目前，計算機在教學上的應用普遍停留在基礎知識、文字處理、數據庫基礎等層次上，計算機在化學教學中的應用還處于發展階段。究其原因，一是適合中學化學教學的計算機軟件不多，目前已有的一些已商品化的化學教學軟件也僅停留在初級教學水平，教學針對性不強，而一些水平相對較高的軟件價格偏高，脫離了中學師生的承受能力，因此難以在教學中發揮作用。二是市場上的計算機輔助教學(CAI)軟件品種單一、 制作粗糙、交互性差、界面不理想、連貫性差，難以形成系列產品，更難以在全國推廣。三是現階段我國中學教師現代科學技術水平普遍偏低，往往是懂化學的不懂得軟件編制，許多經驗豐富的教師不懂計算機操作和計算機語言，對計算機輔助化學教學焦急萬分但無法實現自己的許多設想；而會編制軟件的人員卻又不甚了解化學教學，即使他們有豐富的編程經驗也很難能編制出一個令人滿意的CAI課件，這種情況就使得課件設計與制作相脫節，因此很難編制出較為理想的教學軟件。

我們認為，計算機輔助化學教學的現狀突出表現為以下幾方面：

(1)各地區經濟發展水平很不平衡，在很多地區存在著資金短缺的情況，很難對計算機輔助化學教學進行深入的研究與開發。

(2)研究與編制力量分散，隊伍不整齊。尤其是對計算機輔助化學教學的研究缺乏整體設想與規劃，CAI課件難以做到質上的突破。

(3)在突破教學難點上還缺乏好的CAI課件。CAI化繁為簡、化虛為實、變亂為明、化難為易等功能開發得遠遠不夠。

(4)加大教學密度、增加信息容量方面的研究做得還不夠。利用計算機多媒體技術可以做到高密度的知識傳授，大信息量的優化處理，能大大提高課堂效率。從目前已知的CAI課件看，在這方面的研究工作應該加強。

(5)對優化教學過程、反饋教學成果的研究還不夠深入。從目前情況看，在進行計算機軟件研制和教學實踐時，尚不能把握堅持整體觀點、重視多樣化，貫徹綜合觀點、力爭最優化的方法論原理。

我們認為，在當前課程改革不斷走向深入，由應試教育向素質教育轉軌的背景下，應該采取措施向課堂40分鐘要效率，進一步加強計算機輔助化學教學的研究。在中學化學教學中，要著力發揮CAI的模擬功能、多媒體綜合功能、個別輔導功能，要以學生為主體、教師為主導、計算機為輔助手段開展教學活動，要組織力量進行CAI的專題研究，在一定范圍內，開展CAI課件的開發與協作，多出精品。建議政府或教育行政部門要做好統籌協調工作，減少個體作坊式的低水平、無序的軟件開發狀況，同時也可以避免由于重復勞動而造成的浪費。各級教育行政部門和相關學會在協調、引導的基礎上，在人力、物力上要對計算機輔助化學教學研究工作給予支持，加強經驗交流，做好推廣工作。

3 開展計算機輔助化學教學的策略

針對目前開展計算機輔助化學教學的現狀，我們認為，必須解決以下四個方面的問題，才能促進計算機輔助化學教學的全面深入開展，提高化學教學質量。

3.1 要解決好教育手段現代化的要求與當前設備落后、資金短缺的矛盾

在課堂教學中使用多媒體技術，就需要有硬件和軟件的支持。多媒體軟件對硬件的要求較高，設備等需要較大的投資。而目前我國的國情是教學經費不足，教學經費還主要是供給教師工資和學校的日常開支，所以開展計算機輔助化學教學也只能先在經濟較為發達、教學條件較好的地區起步，然后逐步推廣，同時也希望國家能加大對教育的投入，積極推進中小學實現教學手段的現代化。隨著社會進步和物質條件的改善以及計算機的發展，硬件建設問題的解決對學校或是個人來說，也會變得越來越容易。

3.2 要解決好計算機輔助化學教學中的\"輔什么”和“怎樣輔”的問題

進行計算機輔助化學教學的研究，首先要明確其地位是“輔助”而不是“代替”，不要以計算機輔助化學教學去盲目地代替其他教學手段和方法。

化學CAI課件在課堂上不能替代教師，而是輔助教師進行教學。因此，就不能將化學CAI課件設計編制成課本教材的翻版。就化學學科而言，化學的概念與原理抽象程度較高，物質的微觀結構既看不見，又摸不著，單靠語言和文字的描述，很難在學生的大腦中留下深刻的印象；同時有些有毒、有危險的化學藥品與化學實驗以及常規方法難于實現的化學反應也無法在課堂上向學生演示。因此，從“輔什么”的角度講，化學CAI課件的內容應為用其他教學方法或手段進行時效果不理想或難于實現的教學問題，如化學反應歷程的模擬，原子和分子等微觀粒子的運動，電子的空間運動與s、p、d電子云軌道的形狀和空間伸展方向，分子結構，晶體結構，離子化合物與共價化合物的形成過程，物質的溶解過程，原電池的形成，有危險的化學實驗，不易觀察的化學實驗，易造成環境污染而學生又必須知道的一些化學實驗，用普通方法不易操作和實現的化學實驗，現代化科研設備與工藝流程等。諸如此類的知識與內容都是化學CAI課件的可以表現素材，這些內容如果能設計編制成質量較高的化學CAI課件，將會使化學課堂教學效率大大提高，有助于學生把化學中抽象的東西形象化、動態化，使化學教學過程具有更強的教育性、直觀性和活潑性。對于“怎樣輔”問題，則要求化學CAI課件必須具有可編輯功能，教師可以根據自己的教學經驗和需要進行選用和編輯，可以將其隨意拆分和組合，使制作出的課件符合自己的課堂設計需要，使化學CAI課件的課程內容有機地成為教師所設計的課堂教學的一個重要組成部分。

我們認為，教師在設計編制化學CAI課件時，還應該特別注意以下幾方面的問題：

(1)要注意化學學科知識內容的科學性與可接受性；

(2)要選取教材的重點與難點內容；

(3)要注意符合學習者的認知規律，加強直觀性與發展學生思維相結合；

(4)不能用模擬實驗代替學生實驗，可以通過CAI課件解決局部放大模擬或微觀變化、宏觀展現問題；

(5)滲透部分教學錄像內容，避免花費很多時間和資金放在制作動畫內容方面；

(6)化學CAI課件應具有較強的交互性、較友好的界面，并具有可編輯功能；

(7)課件設計與編制要有明確的指導思想和理論基礎，要堅持高標準，處理好總體構思與具體設計的關系。

2．3 建立一支合格的編制人員隊伍，并對教師開展操作培訓

要編制出大量好的化學CAI課件，一定要有一支穩定的高素質的編制隊伍，這支隊伍的建立需要有教育行政部門和計算機專業人員的共同努力。要努力做到開發與應用并行、專職與兼職并重、教學人員與研制人員并用，形成一個相對穩定的CAI開發、研制、應用的系統。

要使多媒體在教育教學方面發揮更大的作用，必須進一步加強對專業人員計算機知識的培訓和計算機人才的培養，使教師特別是青年教師都懂得計算機的基礎知識，了解CAI課件的使用，掌握計算機操作方面的基本技術，這樣才能把多媒體用于教育教學工作中，也才能與編制人員更好地交流，提出對CAI課件的開發需求。同時，要注意培養懂得化學學科專業知識的計算機骨干力量，能夠更多更好地掌握CAI課件開發的技術，努力設計出能把教學工作的需要最佳地表現出來的實用軟件。

3.4 建立各省、市乃至全國的信息交流網絡

從全國的情況看，各地開展計算機輔助化學教學程度各不相同。有些地區、學校硬件建設已基本配套，但缺少適當的軟件，因此設備利用率不高。還有相當數量的地區和學校對化學CAI課件的研究工作相互重復或相近，缺少彼此間的交流與聯合，造成人員與資金的浪費。為了能協調好各地、學校對化學CAI課件的研究與制作，有必要建立起一個市級、省級乃至全國的計算機輔助化學教學研究信息交流網絡中心，定期交流與探討對計算機輔助化學教學的研究成果和實踐經驗。

計算機是現代科學技術的基礎和核心。人類已經進入了信息高速公路時代，近30年來世界科學技術90%以上的發現、發展都與計算機技術緊密相連。把計算機引入課堂教學、引進家庭輔導、作為現代化教學技術的重要組成部分不僅有利于加強教學的時代性、競爭性和開拓性，有利于面對新時代的挑戰，也有助于學生在學習過程中形成新思想、新觀念、新方法，對他們今后成長為高素質的化學人才將發揮重點的積極作用。計算機與基礎教育的結合是世界范圍內教育改革的一大趨勢，我們應該進一步加強對計算機輔助化學教學的研究，促進我國計算機輔助化學教學的深入開展，全面提高化學教學質量。

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