化學虛擬實驗（多媒體）的設計與研究

1、有機化學虛擬實驗（多媒體）設計與開發(fā)摘要：多媒體技術應用于有機化學實驗教學中，改變了傳統(tǒng)的實驗教學模式，本文介紹了在有機化學實驗教學中應用多媒體技術的優(yōu)勢，和虛擬實驗設計思想闡述了有機化學教學開展多媒體教學的重要性和必要性。關鍵詞：有機化學；實驗教學； 虛擬實驗design and research of virtual experiment (multimedia) for organic chemistryabstract：applying multimedia method into organic chemistry experiment teaching changes the mo

2、de of traditional experiment educationthis article describes the superiority of multimedia method in the organic chemistry experiment teaching，and discusses virtual experiment design ideait demonstrates the essentiality of carrying out multimedia teaching of organic chemistrykey words：organic chemis

3、try；experiment teaching; virtual experiment有機化學是一門知識系統(tǒng)的學科，主要特點是概念繁多、反應條件難于記憶，反應機理不好理解，更不用說對分子構型三維結構的掌握和對競爭反應的分析，這些特點使它成為教學中較難掌握的課程之一。化學建立在實驗的基礎上，全日制十年制中學化學教學大綱中指出：“實驗教學可以幫助學生形成化學概念，理解和鞏固化學知識，培養(yǎng)學生觀察現象、分析問題的能力，獲得比較熟練的實驗技能，培養(yǎng)學生實事求是、嚴肅認真的科學態(tài)度。”信息技術的高速發(fā)展，已經對我國教育觀念和教學過程的改革產生了深刻的影響 。充分運用多媒體教學手段，改進教學方法、提高教學

4、質量，促進學校教育教學，已成為現代教育技術發(fā)展的必然趨勢。多媒體課件融教育性、科學性、藝術性和技術性為一體，擺脫黑板加粉筆的呆板表現形式，有機合理地組合文字、圖片、聲音、動畫、視頻等多種媒體，把枯燥乏味的課堂知識形象、生動、活潑地展現出來，可以讓學生在快樂中輕松地掌握更多的知識。達到最佳的教學效果。有機化學作為一門自然學科，微觀領域的深入研究不斷地揭示了各種奧秘，學生了解這些本質必須能夠進入微觀世界。傳統(tǒng)的教學手段對微觀世界的動態(tài)變化的展示卻顯得不夠充分，但信息技術提供了這種可能。運用多媒體課件教學，動態(tài)模擬，創(chuàng)設教學情境，把學生的思維帶進微觀世界模擬的實驗環(huán)境之中，誘導學生觀察思考，相互討論

5、，共同探究規(guī)律，在愉快的環(huán)境中學習，真正體現了學生的主體地位。1 有機化學傳統(tǒng)實驗教學的缺陷有機化學是以實驗為基礎的學科，從概念到原理，從假設到結論都是實驗的結果，從實驗中質疑，再通過實驗驗證，再質疑，再驗證，如此反復中接近了真理。有機化學實驗作為有機化學教學的基礎，“從生動的直觀到抽象的思維，并從抽象的思維到實踐（列寧）”，培養(yǎng)了學生發(fā)現，認識，研究和解決新問題的能力。現在中學化學課本中的實驗雖然內容豐富形式多樣，但無外乎演示實驗、隨堂實驗、學生實驗、實驗習題等，而且大多是形成學生感性認識的演示實驗。這種教學模式與教程安排存在四大弊病。（1）、反應歷程及反應機理是有機化學課程的主要內容, 對

6、有機反應而言,同一反應存在副反應和平行反應，在不同的反應條件下,反應的方向和歷程不同。過去傳統(tǒng)的教學方法只能用方程式簡單地表示反應的起始和最終兩個狀態(tài)，無法通過宏觀的實驗現象體現起始狀態(tài)和最終狀態(tài)是通過什么樣的途徑或過程實現的。由于涉及較多的概念和抽象性問題,因此也是學生難以理解的內容。（2）、有機化學中,立體化學問題相當普遍,既是重點,又是難點。有機化合物大多呈空間立體結構，傳統(tǒng)的教學方法以教師說教為中心，缺乏直觀的輔助教學手段。雖然借助于分子結構模型可以發(fā)揮學生的想象力，減少講解的難度，但模型的保存、制作、使用都受一定的限制?；瘜W反應歷程一章可以說是立體化學的綜合體現, 而在講解反應的立體

7、化學時，只有在黑板上用平面結構來表示分子的立體構型，不但費時費力，而且難以理解。（3）、微觀物質的結構及其運動狀況是用肉眼不能觀察到的。有機化合物分子結構較復雜、有機物的同分異構較多,語言描述比較困難,結構模型的使用不方便,實驗亦無法實施。微觀粒子的運動因其微觀化,可視性條件不具備,無條件實驗演示,學生是較難理解的。微粒在反應中的行為，尤其是競爭反應語言描述困難。（4）、有機化學是以實驗為基礎的學科，有機化學實驗中，有機物在合成、使用過程中通過各種途徑流失到環(huán)境中，且多數難降解、有劇毒，長期存留在自然環(huán)境中，對人類健康及生態(tài)環(huán)境構成威脅。如何把“綠色化學”融入有機化學實驗中，對有機化學實驗教師

8、來說是一個嶄新的課題1。而且有機化學實驗中所利用的有機化合物多數具有易燃、易爆、有毒和強腐蝕性等特點，所用的玻璃儀器也易損壞。限于實驗教學特點，學生只能在實驗室中進行操作學習，難以反復訓練，而有機實驗自身的特點是實驗等待時間過長，整個過程冗長費時。而較前沿的有機實驗技術往往因經費不足難以開展。隨著全國各高校普遍擴招，硬件措施不能及時跟上，造成實驗教學難以達到預期效果。2 有機化學虛擬實驗的設計及優(yōu)勢2.1 虛擬實驗的設計理念（1）、通過現代信息技術的應用，使之與傳統(tǒng)教學手段相結合，創(chuàng)建一個模擬的、開放的學習環(huán)境，不斷地補充新的學習內容。（2）、可使學生自主開放地學習有機化學，對于有機實驗內容可

9、自由選取，反復操作演練，充分體現個性化學習。有機化學虛擬實驗很大程度上解決有機實驗周期長的難題，為目前有機實驗教學改革提供了新的思路與范本。（3）、通過有機化學虛擬實驗的建立，可以很好地豐富補充傳統(tǒng)實驗教學手段，進一步加深學生對實驗原理、步驟、實驗細節(jié)的掌握和理解。此外，還可使學生在課前起到預實驗的效果，增強實際實驗學習的熟練程度。課后對有機實驗也能做到反復練習，反復再現實驗情境。隨著多媒體技術的發(fā)展及學校教育環(huán)境的改善，通過電腦多媒體創(chuàng)建虛擬學習環(huán)境輔助有機理論與實驗教學已成為必然趨勢，通過多媒體的語音圖像可使學生直觀形象地了解有機大分子的結構、功能，多步反應過程，而虛擬實驗的建立將很好地補

10、充傳統(tǒng)有機實驗教學手段，使學生更多地獲得學習演練的機會。有機化學虛擬實驗著眼于實際教學中存在的種種問題，將有機化學教學與電腦多媒體及網絡相結合，使學生在傳統(tǒng)的教學環(huán)境之外結合虛擬學習環(huán)境進一步加深對有機理論知識的理解，拓寬對有機領域最新發(fā)展的認識，并通過虛擬實驗的參與得到科學思維的鍛煉。2.2、多媒體技術應用于有機化學實驗教學的優(yōu)點（1）、可以形象地模擬反應歷程，把微觀的現象以宏觀的實驗現象體現出來反應機理（反應歷程）描述化學反應所經歷的反應過程和途徑。多媒體技術可以放大原子，放慢化學反應速度，拉長反應時間，將微觀現象宏觀化、抽象概念形象化，把反應過程中的瞬間變化的復雜過程模擬出來，在頭腦中建

11、立看得見的“連續(xù)變化的”、“動”的過程。（2）、有利于直觀地模擬立體空間結構，展示立體構型，便于學生對立體化學知識的掌握。利用計算機三維動畫技術可以輕易展示分子的立體構型。例如辨別正戊烷、新戊烷、異戊烷的結構：上邊的是正戊烷，下邊左邊的是新戊烷，下邊右邊的是異戊烷。由于是三維空間，學生可以用鼠標拖動或者讓它們自動旋轉來觀測它們之間的分別。（2）、在有限的課時內擴大教學量，提高課堂教學質量和效率。多媒體課件可以幫助教師減少大量的講解、板書和示教，使其在有限的時間內講授更多的信息，從而擴大了教學量。例如，在演示石油的分餾實驗時，除介紹實驗相關知識內容外，還可借助多媒體技術結合實驗介紹石油的工業(yè)生產

12、，這樣既節(jié)約了時間，又擴大了學生的知識面，開闊了視野。（3）、使有機化學實驗向“綠色化學”靠攏性質實驗是前人設計好的驗證實驗，對學生綜合操作技能要求不高。但學生每驗證一個實驗，就會使用大量昂貴的試劑，一方面造成資源的浪費。另一方面，棄去的物質包括未反應完的試劑和反應生成的新物質大多屬于環(huán)境污染物，如芳烴性質實驗中使用的液溴、苯及其同系物、硝基、亞硝基化合物都屬于毒性有機藥品，苯及多環(huán)芳烴還是致癌烴，具有致癌的性質。多媒體課件的使用，可以減少有毒物質的接觸，從而使有機化學實驗步入“綠色化學”通道。而有機化學虛擬實驗的建立可使學生在課前即詳細了解即將學習的實驗內容，增強實際實驗的熟練程度和學習效果

13、。課后對有機實驗也能做到反復練習，針對自身情況反復再現實驗情境。學生通過虛擬環(huán)境能夠自主開放地學習有機化學，對于有機實驗內容可自由選取，反復操作演練，充分體現個性化學習，使學生的認識從抽象思維進入到實踐。 3 有機化學虛擬實驗（多媒體）的制作3.1、制作多媒體的系統(tǒng)環(huán)境多媒體制作采用投影、錄像、幻燈等方式進行組合2。對計算機的配置要求是：能夠流暢運行windows2000或windowsxp操作系統(tǒng)；對軟件方面的要求是：使用photoshop制作和修飾大部分儀器的圖形和圖像、采用chemoffice軟件中的chemdraw 繪制復雜的分子式，使用flash動畫制作軟件和3dmax制作2d與3d

14、動畫，以及投影儀、攝像機等硬件設備的保障。3.2、虛擬實驗（多媒體）課件的制作過程（1）、結構設計課件的內容應按照教學大綱的要求來制作，課件應由實驗原理，實驗裝置，實驗步驟，模擬實驗，注意事項，背景音樂等有機構成完整的一體。（2）、教學設計根據教學內容，教學對象，教學目標制定計劃，將實驗分為五部分：、有機化學實驗的一般知識，其中包括有機化學實驗室規(guī)則，安全知識，常用的儀器和裝置，常用玻璃器皿的洗滌和保養(yǎng)，試驗預習、實驗記錄和實驗報告的基本要求等。、有機化學的基本操作和實驗技術，例如加熱，冷卻，干燥，鉆孔，簡單玻璃工，溶、沸點的測定，分餾。蒸餾，萃取，折光率、旋光度的測定，色譜法，紅外光譜、核磁

15、共振氫譜的測定等。、有機化合物的制備，包括多步驟有機合成。、有機化合物性質的實驗，包括烴及其烴的衍生物。、理論部分，包括競爭反應，光化學反應，反應中間體，beckmann重排，外消旋體拆分等。（3）、版面設計課件中選用的文字和背景的顏色搭配要合理,一般文字顏色以亮色為主,背景顏色以暗色為主。這樣搭配醒目、易讀,長時間看后還不易疲勞。課件中可以合理地加入一些背景音樂和音響效果,與教學內容相輔相成,既可以使學習者大腦保持興奮狀態(tài),使視覺思維得以維護,同時還可吸引學生的注意力,增加學習趣,調節(jié)課堂的氣氛,有利于學生思考問題。課件中選用的圖形和圖像應注意圖像的內容要便于學生觀察。復雜圖像要逐步顯示,有

16、利于學生學習。4、多媒體技術應用于有機化學實驗教學的展望網絡和多媒體技術的飛速發(fā)展，以及遠程教育的出現，使網絡實驗室的構建成為教學的必需。運用多媒體和網絡技術構建網絡虛擬實驗室，使學生的學習變靜為動，變微觀為宏觀，變抽象為直觀，將單純的“教學型”課件轉變?yōu)椤皩W習兼教學型”課件。網絡虛擬實驗必須體現學生學習的協(xié)作化和個性研究化，要將網上實驗課程的虛擬性、交互性與開放性有機結合起來，真正體現“教師主導學生主體”的原則。（1）、網絡協(xié)作性學習。通過網絡進行學習已成為時尚，在這種背景下網絡協(xié)作學習隨之出現3。虛擬實驗：、為師生之間、生生之間的通訊建立相關的通道。、為網上的協(xié)作學習提供良好的協(xié)作環(huán)境。、

17、運用相應的學習策略與方法通過虛擬實驗進行交互式學習。網絡協(xié)作學習最能體現網絡特性，有利于21世紀新型人才培養(yǎng)的一種實驗教學策略之一3。（2）、個性研究性學習。它是指學生在教師的指導下，選擇專題進行研究，從而在研究的過程中體驗、理解和應用科學研究的方法，提高科研能力。將研究性學習應用于有機化學實驗教學中，對改變學生的學習方式、促進實驗教學方式的變化、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力具有重要作用。隨著校園網的不斷完善及師生研究性學習思想的不斷深入，網絡環(huán)境下的研究性實驗教學將成為未來實驗教學的主流。5、結束語在多媒體技術逐步深入教學領域的今天，需要人們對“多媒體”有一個正確的理解。一方面它不是多種媒體簡單的組合4 多媒體是根據教育教學的需要，服從于教學的目的，更好的完成教學任務使之有機的結合，合理分工，揚長避短，優(yōu)勢互補，取得優(yōu)化的教學效果。另一方面，盡管多媒體具有多樣性，與其他媒體相比有信息傳輸質量高、信息量大、速度快、多重感官刺激和交互性強的特點，但它并不是萬能媒體，因此它并不能完全取代教師的地位。論多媒體技術發(fā)展如何，課件僅起輔助作用，教師始終在教學中起主導作用