信息新技術在高中化學實驗教學中的應用

吳繼紅

【摘 要】信息技術的發展，已經給各行各業帶來了極大地便利。信息技術已經逐漸滲入到了課堂當中，教師通過使用新技術、新手段，化難為簡、化靜為動。但是，化學作為一門實驗科學，不可避免的存在著危險性，而實驗作為化學教學的重要組成部分，是必須要保留的，傳統的技術手段無法清晰的展現實驗過程，很多實驗因為受到條件限制無法而無法進行。利用新技術，實現化學教學的各項要求，同時又不具有危險性，有利于增強學習者的化學理論素質及應用素質。

隨著信息技術的日益發展，人類獲取信息的手段日趨多元化。如何跟上信息技術的發展趨勢，利用信息技術為課堂服務，是每個教師都應該思考的話題。單純而抽象的課堂教學已經不再適應時代的發展，也不容易為學生所接受，因此，在化學實驗中引入信息新技術，，將知識通過新途徑傳授給學生，進而實現課堂質量、學習質量、學習興趣等多方面的共同提高。

【關鍵詞】信息技術；化學實驗；教學

一、當前具有前景的新技術闡述

（一）VR技術

VR（虛擬現實）技術綜合了計算機圖形技術、計算機仿真技術、傳感器技術、顯示技術等多種科學技術，在多維信息空間上創建一個虛擬信息環境，能使用戶具有身臨其境的沉浸感，具有與環境完善的交互作用能力，并有助于啟發構思。虛擬現實是多種技術的綜合，所包括的技術種類很多，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的學科。對此在國外也未能嚴格細致地加以劃分與確定，但公認的基礎技術構成主要有人機接口技術、模擬仿真技術、真實存在技術3個方面。

參與者需要使用VR系統適配的可穿戴設備，例如數字頭盔、數據手套、數字衣，等等，通過進行動作等方法為計算機提供輸入信號，VR系統根據接收到這些輸入信號，利用虛擬環境數據庫當中已經存儲的信息進行反應，并將反應結果反饋給參與者所穿戴的設備，通過設備產生的實時變化使得參與者能夠實時獲得各種感官上的虛擬效果。

（二）AR技術

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

AR技術是將景象在人的視覺系統中進行增強與擴張，促使用戶將其所見所聞和信息的顯示有效地結合起來，實現虛擬信息與現實世界真正意義上的無縫銜接，通過建立虛擬世界與現實世界結合的軌道空間，將花費在虛擬與現實兩者之間不斷切換和對應的時間與工作量降到最低。

二、新技術在化學實驗教學領域的應用

化學實驗一般都是比較枯燥危險的，傳統的教學方式下，很多的實驗無法進行演示或者由學生進行實驗，學生經常處于懵懂的狀態，不能很好的接受知識，也不能體會到實驗的危險性，也容易引起很多問題。

通過VR/AR技術進行虛擬實驗，不僅能夠體現實驗的真實性、直觀性、安全性和時效性，同時也能提高學生的學習熱情和動手能力，對于一些不容易完成的實驗，學生可以利用平臺反復進行，也節省了寶貴的教育資源。

【實例一】氫氣與氯氣反應，在光照條件下發生爆炸。這個實驗使用的材料有劇毒的氯氣和極易燃的氫氣，不僅有爆炸，也會產生氯化氫氣體。即使是教師進行演示，也需要專門的實驗區域和實驗器材。學生很難有親身感受。而通過使用VR/AR技術，學生可以在模擬的環境下進行虛擬操作，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。

【實例二】金屬鈉與水反應。金屬鈉作為活潑金屬，與水的反應非常劇烈，而且很快就完成反應，學生也不利于觀察反應進行的情況。而通過VR/AR技術，學生可以通過放慢等方式延長反應時間，可以仔細觀察反應進行的情況，也避免了金屬鈉與水反應所可能帶來的人身傷害。

【實例三】甲苯與濃硫酸濃硝酸混合物反應。此反應為制備三硝基甲苯的反應，在教科書上僅有化學反應方程式。現實當中沒有條件進行的實驗，而通過VR/AR技術，可以進行模擬實驗，讓學生直面反應過程與反應產物，將課本上枯燥的描述具體化，也便于學生領會學習相關的知識。

利用VR/AR技術，可以虛擬出各種化學實驗所需要的器材，學生可以在虛擬的世界中，練習各種實驗儀器的使用方式方法，使學生理解化學實驗的各種原則，讓學生通過非傳統手段接觸到難以親身體會的信息，形象生動、安全可靠，符合學生的認知規律，有利于促進新信息的傳遞和知識的構建。

三、信息新技術引入實驗教學的思考

信息新技術作為一種重要的工具，能夠有效地與課堂信息相結合，拓展學生的知識面，擴大教學范圍。利用信息技術，使得學習的知識由書本上的理性認識上升為實際可操作的感性認識，增強學生融會貫通的能力，同時，將理論與實際相結合，可以提高學生的發散思維能力，增加學生的創造性。

VR/AR技術的出現，使得實驗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中，可以有針對性提出問題，引導學生自己進行模擬實驗。教師可以對實驗結果進行評估，并且繼續引導學生對所學知識進行深度挖掘，讓學生可以對各種概念熟練運用，也調動了學生的進取心和積極性。

信息新技術變革了化學實驗中教師的教學方法和學生的學習方法，教師可以不再通過進行各種繁復的分析教學，學生可以更加輕松的來學習化學實驗，可以將更多的精力投入到現實的、探索性的化學實踐活動中去，實現實驗教學重點、難點的突破。將現代化的教學手段對傳統教學相結合，相互補充促進，補齊傳統教學手段的短板，提高學生學習化學和解決問題的能力，提升教師的教學質量，最終形成雙贏的局面。但信息新技術應用于化學實驗教學也有以下幾個注意方面。

（一）信息新技術與化學實驗教學相結合，重點在于教學實驗和新的實驗類型開發上，不能因為使用新技術而喧賓奪主，過分的重視新技術。

（二）信息新技術與化學實驗教學相結合，應注重理論結合實際，一方面，不能放棄傳統的教學實驗方法，另一方面，教師應該學習更多的先進教學理念和教學理論，將這些理論和認識用于新的實驗教學當中，而不是故步自封。

（三）信息新技術與化學實驗教學相結合，不能完全放棄真實的實驗。現場實驗所具有的現場性，時效性，真實性等特點是新技術手段無法取代的，學生即使經過再多的模擬練習，在真正的實驗環境下依然可能出錯，這就需要學生必須有現場實際的動手能力。與此同時，要鼓勵學生多動手進行實際操作。虛擬環境下是純粹意義上的理論環境，沒有任何的干擾因素存在，現實環境當中并沒有如此完美的環境存在，因此，要讓學生學會在日常的環境當中盡量減少實驗的干擾因素，獲得正確的實驗結果，同時，也要讓學生善于觀察實驗可能出現的其他反應，從中獲取到更多的知識。

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