化學課堂的可視化教學嘗試及反思

胡思剛

【摘要】化學教學中因微觀粒子的不可視性、反應原理的抽象性和化學知識的零散性形成教與學的困惑，可視化技術能使微觀粒子行為可視化、抽象原理直觀化、零散知識系統化、思維過程清晰化、知識生成可視化，從而提高化學教與學的效益。

【關鍵詞】化學教學；可視化教學；條件支撐；研究現狀；教學嘗試；教學反思

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）13-0215-01

一、化學傳統課堂教學的困惑

1.化學研究的對象是微觀粒子，肉眼無法真實觀察，只能通過抽象的文字描述、平面的圖片展示、有限的模型觀察進行學習。學習過程中勢必產生許多的迷思概念，這些迷思概念的負作用，是造成化學學科學習困難的主要原因。

2.化學反應大多比較快速，過程中分子的行為又無法觀察，演示實驗只能觀察到表象而不能看清本質，只能死記實驗現象和結論。化學反應原理比較抽象，語言的闡述始終比較虛化和淡薄。學生往往霧里看花，沒有真正理解，無法構建相互聯系的知識體系，最終只能是水中撈月。

3.化學知識比較零散，邏輯性和系統性不強，物質種類繁多，物質變化復雜，一般性與特殊性共存，增加了學生形成知識體系的難度。許多學生只靠死記硬背，知識遺忘率較高，這也是產生學困的原因之一。

二、可視化教學的條件支撐

1.實驗心理學家赤瑞特拉發布的研究成果表明人類接受信息的渠道：視覺占83%，聽覺占11%，嗅覺占3.5%，觸覺占1.5%，味覺占1%。視覺是人類接受信息的主渠道，為可視化教學的研究提供了心理學理論支撐。

2.雙重編碼理論認為：人們對事物的認識是基于同時對語言和非語言信息的加工和處理。語言系統以語言和文字的形式對信息輸入或輸出，同時又具有非語言的映像和行為的表征功能。認知存在依據部分與整體的關系組織的心理映像的“圖像單元”和依據聯想與層級組織的語言實體的“語言單元”兩種方式。教學過程的可視化作為基于語言單元的理解提供必要的輔助與補充，可以大大降低語言單元的認知負荷，提升信息處理、識別、儲存與提取的效率。

3.有意義學習理論認為：有意義學習表現為所學新知識與原知識系統建立聯系的傾向和學習內容對學生具有潛在意義。因此奧蘇貝爾認為教學過程中須關注三個變量。即（1）學生認知結構中與新學知識具有關聯性的概念；（2）新舊概念的區別程度；（3）原知識系統中關聯概念的穩定和清晰程度。因此教學過程中將抽象的概念圖形化、新舊知識聯系化和零散知識系統化形成可視的思維導圖有助于學生理解和掌握。

三、可視化教學研究的現狀

可視化即“可得見的、清楚的呈現”，最先于麥考爾米克提出“科學可視化”，其意思是將抽象的符號（數據）轉化為具體的幾何圖像，使受眾看見原本看不見的東西。現在發展為科學可視化、數據可視化、信息可視化、知識可視化。本文指的是化學教學中的知識可視化。

四、化學教學可視化的嘗試

1.微觀粒子可視化

將無法觀察的微觀粒子通過各種信息技術手段轉化成3D可旋轉多角度可視圖像或者是可播放的flah動畫等直觀的圖形，會大大增強學生對物質結構中微觀世界的感知、認識和理解。

（1）對均攤法計算晶胞中的實際原子數時，學生往往很難理解，語言講解難以闡述清楚，轉化成圖形，學生通過觀察、交流就能輕松理解，對空間利用率的計算也會水到渠成。

（2）分子雜化軌道理論是高中化學教學的難點，非常抽象，學生很難理解。在教學BF3的分子雜化圖像，采用圖展示，并配以動畫播放，降低了學生理解的難度。

（3）金屬晶體堆積方式對學生空間想象力的要求非常高。通過金屬晶體的面心立方的逐層堆積演變、立方晶胞的抽取、立方晶胞的三維展示和球棍模型的各種可視圖象，培養學生的空間想象能力，有效提升了學生對金屬晶體堆積方式的理解。

2.化學原理直觀化

（1）java模擬技術：化學平衡是高中化學的難點，宏觀靜止與微觀變化的動態平衡。宏觀與微觀，表象與本質的的矛盾使學生難以理解此內容。本文利用網絡公開的化學平衡理java模擬實驗：升高溫度2NO2（g）N2O4（g）的平衡濃度與時間的關系，直觀反映平衡移動的過程。

（2）手持技術：手持技術的發展并廣泛應用于化學進程的研究，使無法觀察的反應進程可視化，幫助學生加深對平衡移動原理的理解與掌握。在教學壓強對化學平衡2NO2（g）N2O4（g）的影響時，采用手持技術，使平衡的移動清晰可見。

3.思維過程可視化—思維導圖

思維導圖是表達發散性思維和邏輯性思維的圖形思維工具，它將思維過程可視化。思維導圖利用圖形、圖表表現各結點主題的隸屬和相關關系。思維導圖充分運用左右腦的機能，建立主題關鍵詞與圖像、圖表記憶鏈接，利用閱讀、識記、思維的規律，幫助學生在科學與藝術、形象思維與抽象思維、邏輯與想象之間均衡發展，開發人類大腦的潛能。

五、可視化教學的反思

農村中學的教育技術裝備水平有所提高，但離可視化教學的要求還存在差距，手持技術的各種數據采集傳感設備幾乎空白；各學科教師的信息技術水平有待提高，對各種可視化教學軟件的應用不能得心應手，花費大量時間和精力其效果卻不盡人意，教師的繼續教育在信息能力的提升方面有待加強；對各知識板塊可視化的實際應用的研究零散，離形成完整體系全面推廣還有距離；部分老師步入用網絡視頻代替化學實驗的可視化誤區。

六、總結

可視化是運用現代信息技術和圖像處理技術，將抽象的數據轉換為直觀的圖像在顯示設備上顯示，并能交互處理的理論、方法和技術。它將抽象的數據、肉眼無法觀察的微粒、難以接受和理解的快速反應過程轉換成直觀的、可視的、易于被人接受和理解的圖形和動畫，形成學生視覺感知的信息源。可視化教學能幫助學生將抽象知識的具體化、繁雜的知識條理化、將零散的知識系統化，使學生能透過表象認識客觀事物的本質特征，掌握事物發展變化的規律，提升學習的效益。

參考文獻

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