計算機輔助化學(xué)教學(xué)原則的構(gòu)建

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

2、助化學(xué)教學(xué)原則的兩個層次“化學(xué)教學(xué)原則是化學(xué)教學(xué)過程中的基本矛盾關(guān)系和化學(xué)教學(xué)規(guī)律的反映，是教學(xué)工作應(yīng)該遵循的基本要求；也是教學(xué)論原理在化學(xué)教學(xué)中的具體體現(xiàn)和應(yīng)用”。借鑒劉知新等的化學(xué)教學(xué)原則的多層次體系，對計算機輔助化學(xué)教學(xué)做了深入的思考后，我們對計算機輔助化學(xué)教學(xué)原則提出以下兩個層次的構(gòu)建設(shè)想，即計算機輔助化學(xué)教學(xué)的課件制作原則和計算機輔助化學(xué)教學(xué)的課堂教學(xué)原則。三計算機輔助化學(xué)教學(xué)的課件制作原則1.制約計算機輔助化學(xué)教學(xué)課件的基本因素：（1）化學(xué)知識結(jié)構(gòu)化學(xué)知識及其內(nèi)部聯(lián)系構(gòu)成了化學(xué)學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)，教學(xué)大綱和教材對其做了較為準(zhǔn)確的闡述和體現(xiàn)。（2）學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)的理論，學(xué)生

3、的認(rèn)知結(jié)構(gòu)包括三個特征：前發(fā)展區(qū)，涉及學(xué)生面臨新的學(xué)習(xí)任務(wù)時，其頭腦中是否已有與新的學(xué)習(xí)相關(guān)的概念、原理、規(guī)律及其概括程度；現(xiàn)發(fā)展區(qū)，涉及新學(xué)習(xí)的知識與同化它原有的相關(guān)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(xué)法結(jié)構(gòu)教學(xué)法結(jié)構(gòu)要反映教學(xué)的基本規(guī)律和基本方法，只有將教法、學(xué)法、學(xué)習(xí)活動方式融于課件其中，才能使教學(xué)課件符合課堂教學(xué)的基本要求。（4）計算機技術(shù)計算機作為一種現(xiàn)代化教學(xué)工具，具有雙向性，既可以用來呈現(xiàn)教學(xué)信息，又可以用來收集學(xué)生的反饋信息，并及時對學(xué)生的反饋信

4、息進(jìn)行診斷和評價，根據(jù)診斷的結(jié)果及時進(jìn)行矯正。2.計算機輔助化學(xué)教學(xué)的課件制作原則的構(gòu)建按CAI課件的評價要素，考慮到效果、效益、科學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)和技術(shù)等六個方面，結(jié)合制約計算機輔助化學(xué)教學(xué)課件的4個基本因素，對計算機輔助化學(xué)教學(xué)的課件制作，我們提出以下原則：(1)科學(xué)性和可接受性相結(jié)合的原則化學(xué)學(xué)科知識是人類客觀世界總體認(rèn)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(xué)學(xué)科本身的特點所決定的，也是化學(xué)教學(xué)軟件科學(xué)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(xué)性，不能出現(xiàn)科學(xué)性的錯誤?？紤]到中學(xué)生的年齡特點和知識水平，在設(shè)計課件時，又必須充分注意學(xué)生的接受能力。例如，在設(shè)計酯

5、化反應(yīng)機理的課件時，如果將完整的酯化反應(yīng)機理呈現(xiàn)給學(xué)生，就超出了學(xué)生的接受能力；而如果只將“酸脫羥基醇脫氫”的結(jié)果展示給學(xué)生，就顯得不太科學(xué)。因此，當(dāng)二者不能得兼時，就必須將科學(xué)性和可接受性結(jié)合起來，合理取舍，再加以適當(dāng)?shù)恼f明，從而使課件有很好的教學(xué)效果。（2）連續(xù)性和層次性原則學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展是一個從量變到質(zhì)變的過程，是既連續(xù)又有層次的上升過程，不同年齡學(xué)生的心理發(fā)展有其固定的特點和層次。因此，教學(xué)軟件首先要遵循學(xué)生對化學(xué)知識的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，既不能割斷學(xué)生連續(xù)漸進(jìn)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(yīng)用計算機技術(shù)的較抽象的概念、理論、科學(xué)方法等應(yīng)采取聚集滲透和逐步提高的方法，

6、切準(zhǔn)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，設(shè)計合理的學(xué)習(xí)階梯，使學(xué)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(jié)構(gòu)的教學(xué)中，我們設(shè)計了如下的課件，以說明離子晶體的脆性。該課件用Authorware設(shè)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(xué)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(xiàn)象，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)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(shè)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(xué)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(xué)生的結(jié)論是正確的，則動畫演示本身就是對學(xué)生的一種獎賞，能使學(xué)生獲得成功感；如果學(xué)生的結(jié)論是錯誤的，則動畫演示能糾正學(xué)生的模糊認(rèn)識，從而在他們的頭腦中形成正確的化學(xué)規(guī)律。（3）交互性原則計算機輔助化學(xué)教學(xué)的課件應(yīng)該具有一定的交互性，這種交互性主要體現(xiàn)在以下兩個方面：其一，通過設(shè)計友好的對話窗口，可使學(xué)生根據(jù)自己的需要和水平，選擇不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容或不同的學(xué)習(xí)層次，從而使學(xué)生能真正自主地控制學(xué)習(xí)進(jìn)程，并在學(xué)習(xí)過程中，給不同水平的學(xué)生以不同的幫助。我們用“VB”設(shè)計的“高中一年級化學(xué)題庫”就是具有這種交互性的軟件。其二，通過設(shè)計交互按鈕，

8、使教學(xué)軟件可以從不同的角度予以切入，真正實現(xiàn)人機對話，從而提高教學(xué)軟件的針對性和效率。值得注意的是，在教學(xué)軟件開發(fā)的過程中，應(yīng)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(xué)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(yīng)該是我們首選的多媒體開發(fā)軟件。我們用Flash和Authorware設(shè)計的高中化學(xué)課堂教學(xué)軟件多數(shù)具有較好的交互性。（4）教法學(xué)法融于一體的原則化學(xué)教學(xué)的目的之一是使學(xué)生不僅要學(xué)會，而且要會學(xué)?；瘜W(xué)教學(xué)軟件應(yīng)強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。重視學(xué)習(xí)的參與性，而不只是教授的過程。學(xué)習(xí)過程也就是知識的獲取過程，

9、認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成過程。傳統(tǒng)的教學(xué)往往只重視結(jié)果及其應(yīng)用，而現(xiàn)代化教學(xué)理念卻非常強調(diào)學(xué)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(xué)教學(xué)軟件設(shè)計制作過程中，要注意將學(xué)法、教法融于一體，既要考慮到教師如何教，又要考慮學(xué)生如何學(xué)。這是CAI課件開發(fā)過程中，非常重要的一點。（5）美學(xué)原則任何一種教學(xué)課件，都必然有一種外在的表現(xiàn)形式。美學(xué)原則，就是要求所開發(fā)出的課件，能給學(xué)生以美的感受、美的陶冶。為達(dá)到這一要求，可從以下兩方面著手：其一，選擇應(yīng)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(jié)合；其二，用動畫模擬、展示那些具有

10、震撼力的科學(xué)完美的化學(xué)過程。高質(zhì)量的化學(xué)教學(xué)軟件應(yīng)該比較完善地體現(xiàn)學(xué)科的特點，是教學(xué)技術(shù)的精妙集成。課件開發(fā)過程中，既要注意課件的教學(xué)設(shè)計思想，又要注意課件外在表現(xiàn)形式。只有這樣，才能制作出高水平的化學(xué)教學(xué)軟件。四計算機輔助化學(xué)教學(xué)的課堂教學(xué)原則計算機輔助化學(xué)教學(xué)的課堂教學(xué)具有其顯見的特殊性，將其納入一般的教學(xué)原則體系中附帶說明，缺乏對教學(xué)的指導(dǎo)性，也難以體現(xiàn)其教學(xué)特色。根據(jù)皮亞杰的建構(gòu)的觀點，人的認(rèn)識的本質(zhì)是主體的“構(gòu)造”過程，所有的知識都是學(xué)習(xí)者認(rèn)識活動的結(jié)果；認(rèn)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(xué)教學(xué)的課堂教學(xué)具有“激

11、發(fā)學(xué)生思維、學(xué)生主動參與建構(gòu)”的特色。基于這種考慮，我們提出如下的原則：1. 輔助性原則應(yīng)該認(rèn)識到，計算機輔助化學(xué)教學(xué)不能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的課堂教學(xué)，在豐富多彩的課堂教學(xué)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(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(xué)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(tǒng)的化學(xué)實驗，化學(xué)掛圖，分子結(jié)構(gòu)模型，礦石標(biāo)本等教學(xué)媒體有機結(jié)合，以取得化學(xué)教學(xué)的高效率，這

12、是計算機輔助化學(xué)教學(xué)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(xiàn)教與學(xué)的多樣化奠定了基礎(chǔ)。課堂模式的多樣化，可以為培養(yǎng)學(xué)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(xué)教學(xué)的課堂教學(xué)模式：（1）“實驗?zāi)M講解”的模式：即通過實驗演示和實驗觀察，激發(fā)學(xué)生的思維，得出對化學(xué)問題的初步結(jié)論。然后，用計算機模擬微觀粒子的運動情況，從而幫助學(xué)生理解實驗結(jié)論，認(rèn)識化學(xué)事物的本質(zhì)。這種模式，特別適合用“探究法”學(xué)習(xí)有關(guān)化學(xué)基礎(chǔ)理論的內(nèi)容。（2）“模擬講解練習(xí)”的模式：即對某些難以再現(xiàn)的化學(xué)實驗或化學(xué)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(xué)生的觀察、討論和教師的講解，認(rèn)識化學(xué)事物的本質(zhì)。再通過練習(xí)，達(dá)到鞏固知識、強化技能和培養(yǎng)能力的目的。（3）“學(xué)生自主練習(xí)（或測試）”的模式：即學(xué)生根據(jù)自己的需要（或教師的要求），從題庫中選擇一定數(shù)量的習(xí)題（或試題）進(jìn)行練習(xí)（或測試），將答案輸入計算機，然后由計算機給出學(xué)生的成績或給出練習(xí)的反饋信息。學(xué)生可通過軟件的交互功能，自主控制學(xué)習(xí)的進(jìn)程。這種模式，能夠適應(yīng)不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生的需要，為學(xué)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(jié)合的原則用計算機模擬微觀粒子的運動，模擬難以再現(xiàn)的化學(xué)實驗，提供豐富的背景資料，是許多傳統(tǒng)教學(xué)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(xué)生的認(rèn)知、情感、意志、行