計算機輔助化學教學原則的構建

1、計算機輔助化學教學原則的構建王志庚唐山市教委教研室（063000） 一前言計算機作為一種現代化的教學工具應用于化學教學之中，已經成為教學手段現代化的重要標志。利用計算機不僅能夠為課堂教學提供豐富的背景資料，而且可以利用它的模擬功能，重現某些無法演示的化學實驗，直觀地再現微觀粒子的運動狀態(tài)。不同形式的計算機輔助化學教學的課件，更使教與學的多元化成為可能。隨著計算機硬件的普及和教學軟件開發(fā)的日益完備，計算機輔助化學教學給我們的日常教學帶來了深刻的影響。本文力求從反映計算機輔助化學教學的規(guī)律和教學實際的角度，來探討計算機輔助化學教學的原則，以求能對目前的計算機輔助化學教學有一定的指導意義。二計算機輔

2、助化學教學原則的兩個層次“化學教學原則是化學教學過程中的基本矛盾關系和化學教學規(guī)律的反映，是教學工作應該遵循的基本要求；也是教學論原理在化學教學中的具體體現和應用”。借鑒劉知新等的化學教學原則的多層次體系，對計算機輔助化學教學做了深入的思考后，我們對計算機輔助化學教學原則提出以下兩個層次的構建設想，即計算機輔助化學教學的課件制作原則和計算機輔助化學教學的課堂教學原則。三計算機輔助化學教學的課件制作原則1.制約計算機輔助化學教學課件的基本因素：（1）化學知識結構化學知識及其內部聯系構成了化學學科的知識結構，教學大綱和教材對其做了較為準確的闡述和體現。（2）學生的認知結構根據認知心理學的理論，學生

3、的認知結構包括三個特征：前發(fā)展區(qū)，涉及學生面臨新的學習任務時，其頭腦中是否已有與新的學習相關的概念、原理、規(guī)律及其概括程度；現發(fā)展區(qū)，涉及新學習的知識與同化它原有的相關知識的可辯度，兩者的可分辨程度越高，越有利于遷移，并可避免因混淆帶來的干擾；最近發(fā)展區(qū)，涉及同化新知識的原有知識的鞏固程度，原有知識鞏固程度越高，越有助于遷移。（3）教學法結構教學法結構要反映教學的基本規(guī)律和基本方法，只有將教法、學法、學習活動方式融于課件其中，才能使教學課件符合課堂教學的基本要求。（4）計算機技術計算機作為一種現代化教學工具，具有雙向性，既可以用來呈現教學信息，又可以用來收集學生的反饋信息，并及時對學生的反饋信

4、息進行診斷和評價，根據診斷的結果及時進行矯正。2.計算機輔助化學教學的課件制作原則的構建按CAI課件的評價要素，考慮到效果、效益、科學、美學、心理學和技術等六個方面，結合制約計算機輔助化學教學課件的4個基本因素，對計算機輔助化學教學的課件制作，我們提出以下原則：(1)科學性和可接受性相結合的原則化學學科知識是人類客觀世界總體認識的一部分，是按照一定的邏輯規(guī)律而形成的，這是由化學學科本身的特點所決定的，也是化學教學軟件科學性的重要保證。這就要求我們所開發(fā)的課件，必須保證完美的科學性，不能出現科學性的錯誤?？紤]到中學生的年齡特點和知識水平，在設計課件時，又必須充分注意學生的接受能力。例如，在設計酯

5、化反應機理的課件時，如果將完整的酯化反應機理呈現給學生，就超出了學生的接受能力；而如果只將“酸脫羥基醇脫氫”的結果展示給學生，就顯得不太科學。因此，當二者不能得兼時，就必須將科學性和可接受性結合起來，合理取舍，再加以適當的說明，從而使課件有很好的教學效果。（2）連續(xù)性和層次性原則學生的認知發(fā)展是一個從量變到質變的過程，是既連續(xù)又有層次的上升過程，不同年齡學生的心理發(fā)展有其固定的特點和層次。因此，教學軟件首先要遵循學生對化學知識的認知發(fā)展規(guī)律，既不能割斷學生連續(xù)漸進的思維方式，也不能顛倒其思維發(fā)展階段順序，對一些適宜于應用計算機技術的較抽象的概念、理論、科學方法等應采取聚集滲透和逐步提高的方法，

6、切準學生的最近發(fā)展區(qū)，設計合理的學習階梯，使學生不斷獲得成功感，從而形成“成功興趣再成功再興趣”的良性循環(huán)。例如，在晶體結構的教學中，我們設計了如下的課件，以說明離子晶體的脆性。該課件用Authorware設計，主要有以下畫面： 外力 表示離子晶體中陰陽離子的緊密排列；用動畫表示在外力的作用下，離子發(fā)生錯位性移動，使得帶相同電荷的離子相鄰；表示在靜電斥力下，離子發(fā)生崩裂式的分離。 教學過程中，教師先提出食鹽晶體在受到外力撞擊時容易碎裂的現象，進而引導學生分析食鹽晶體具有脆性的原因，然后用動畫演示以上微觀過程。 按以上“提出問題，展示過程，創(chuàng)設情景”的思路，通過頗具連續(xù)性和層次性的動畫演示和說明

7、，學生能輕而易舉地掌握離子晶體具有脆性的原因。需要說明的是，如果學生的結論是正確的，則動畫演示本身就是對學生的一種獎賞，能使學生獲得成功感；如果學生的結論是錯誤的，則動畫演示能糾正學生的模糊認識，從而在他們的頭腦中形成正確的化學規(guī)律。（3）交互性原則計算機輔助化學教學的課件應該具有一定的交互性，這種交互性主要體現在以下兩個方面：其一，通過設計友好的對話窗口，可使學生根據自己的需要和水平，選擇不同的學習內容或不同的學習層次，從而使學生能真正自主地控制學習進程，并在學習過程中，給不同水平的學生以不同的幫助。我們用“VB”設計的“高中一年級化學題庫”就是具有這種交互性的軟件。其二，通過設計交互按鈕，

8、使教學軟件可以從不同的角度予以切入，真正實現人機對話，從而提高教學軟件的針對性和效率。值得注意的是，在教學軟件開發(fā)的過程中，應選擇合適的軟件開發(fā)平臺，像Authorware、Director、Flash等都具有較強的專業(yè)性和簡單易學的優(yōu)點。特別是用Flash開發(fā)的課件，占用磁盤空間較小，適于相互交流，應該是我們首選的多媒體開發(fā)軟件。我們用Flash和Authorware設計的高中化學課堂教學軟件多數具有較好的交互性。（4）教法學法融于一體的原則化學教學的目的之一是使學生不僅要學會，而且要會學?；瘜W教學軟件應強調學生的學習過程。重視學習的參與性，而不只是教授的過程。學習過程也就是知識的獲取過程，

9、認知結構的形成過程。傳統的教學往往只重視結果及其應用，而現代化教學理念卻非常強調學生概念的形成過程、原理和規(guī)律的形成過程、法則的歸納過程、解題思路的形成過程等。因此，化學教學軟件設計制作過程中，要注意將學法、教法融于一體，既要考慮到教師如何教，又要考慮學生如何學。這是CAI課件開發(fā)過程中，非常重要的一點。（5）美學原則任何一種教學課件，都必然有一種外在的表現形式。美學原則，就是要求所開發(fā)出的課件，能給學生以美的感受、美的陶冶。為達到這一要求，可從以下兩方面著手：其一，選擇應用簡明的文字，簡潔的圖形，明快的色彩，優(yōu)美的畫面，動聽的音樂，并做到以上多種媒體的有機結合；其二，用動畫模擬、展示那些具有

10、震撼力的科學完美的化學過程。高質量的化學教學軟件應該比較完善地體現學科的特點，是教學技術的精妙集成。課件開發(fā)過程中，既要注意課件的教學設計思想，又要注意課件外在表現形式。只有這樣，才能制作出高水平的化學教學軟件。四計算機輔助化學教學的課堂教學原則計算機輔助化學教學的課堂教學具有其顯見的特殊性，將其納入一般的教學原則體系中附帶說明，缺乏對教學的指導性，也難以體現其教學特色。根據皮亞杰的建構的觀點，人的認識的本質是主體的“構造”過程，所有的知識都是學習者認識活動的結果；認識并非是主體對客觀實在的簡單被動的反映，而是一個主體在其中發(fā)揮積極作用的過程。這就要求我們的計算機輔助化學教學的課堂教學具有“激

11、發(fā)學生思維、學生主動參與建構”的特色?；谶@種考慮，我們提出如下的原則：1. 輔助性原則應該認識到，計算機輔助化學教學不能代替?zhèn)鹘y的課堂教學，在豐富多彩的課堂教學中，只能處于輔助的地位。無論如何，計算機模擬也無法替代化學實驗培養(yǎng)學生觀察能力、思維能力的功能。在課堂上，大量地運用CAI課件，容易造成教師和學生的注意發(fā)生分離。因為教師的操作點在鍵盤和計算機，學生的注意點在屏幕，這種師生注意對象在空間位置上的分離，不可避免地會拉大師生間的心理距離，阻斷師生間的情感交流。因此，將CAI課件作為一種輔助手段，與傳統的化學實驗，化學掛圖，分子結構模型，礦石標本等教學媒體有機結合，以取得化學教學的高效率，這

12、是計算機輔助化學教學的精髓。2.課堂模式多樣化的原則多樣性的CAI課件的開發(fā)，為實現教與學的多樣化奠定了基礎。課堂模式的多樣化，可以為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力創(chuàng)造條件。為此，我們提出以下幾種計算機輔助化學教學的課堂教學模式：（1）“實驗模擬講解”的模式：即通過實驗演示和實驗觀察，激發(fā)學生的思維，得出對化學問題的初步結論。然后，用計算機模擬微觀粒子的運動情況，從而幫助學生理解實驗結論，認識化學事物的本質。這種模式，特別適合用“探究法”學習有關化學基礎理論的內容。（2）“模擬講解練習”的模式：即對某些難以再現的化學實驗或化學事實（如粒子散射實驗、爆炸實驗等），用計算機模擬其發(fā)生的過程，然后通過

13、學生的觀察、討論和教師的講解，認識化學事物的本質。再通過練習，達到鞏固知識、強化技能和培養(yǎng)能力的目的。（3）“學生自主練習（或測試）”的模式：即學生根據自己的需要（或教師的要求），從題庫中選擇一定數量的習題（或試題）進行練習（或測試），將答案輸入計算機，然后由計算機給出學生的成績或給出練習的反饋信息。學生可通過軟件的交互功能，自主控制學習的進程。這種模式，能夠適應不同學習水平的學生的需要，為學生的個性化發(fā)展提供了良好的條件。3.計算機模擬分析與啟迪思維相結合的原則用計算機模擬微觀粒子的運動，模擬難以再現的化學實驗，提供豐富的背景資料，是許多傳統教學媒體所無法辦到的。但是，計算機模擬不是目的，而必須通過這些，激勵學生的認知、情感、意志、行