中學化學計算機輔助教學模式的初步研究

中學化學計算機輔助教學模式的初步研究

中學化學計算機輔助教學模式的初步研究
一、問題的提出隨著信息社會的到來，計算機的開發和應用正以前所未有的速度沖擊著我們這個時代。把計算機技術應用于教育領域，在國外稱為計算機輔助教學（ＣＡＩ）和計算機管理教學（ＣＭＩ）。我國有關ＣＭＩ的研究剛剛起步，而對ＣＡＩ的研究已進入推廣和使用階段，這標志著我國現代化教育技術手段的又一次飛躍。ＣＡＩ教學的發展，在國外始于６０年代行為主義學習理論所倡導的程序教學法，即根據刺激反應—強化原則，及時獲取教學信息的反饋，有效地實行個別化教學。由于當時的計算機發展剛剛起步，軟件開發價格昂貴，操作難度大，并未受到廣泛關注。８０年代，計算機技術的飛速發展，為ＣＡＩ創造了有利條件，尤其是認知心理學的興起，使ＣＡＩ軟件開發更側重于應用，注重知識的條理性和結構化，強調與學習者已有的認識結構相匹配，使其在原有認知結構基礎上，通過計算機的輔助達到同化和順應，從而形成新的認知結構。近幾年，由于認知心理學理論的日益成熟及多媒體計算機技術的開發，使ＣＡＩ更注重于學生學習能力的形成、學習策略的掌握和提供更多的個別化教學選擇。ＣＡＩ的發展趨勢，正順應了現代化教學的兩個基本趨勢，即強調教學的主體性，強調充分發展學生的個性，全面提高學生的整體素質。目前，我國正處于“應試教育”向素質教育的轉軌時期，堅持素質教育的基本觀點，就要面向全體學生，即通過個體的發展，實現真正意義上的全面發展；同時，幫助學生具備各方面的基本素質，形成合理的素質結構，為學生未來發展奠定基礎，使學生終身受益。而要實現個性的全面發展，必須立足于學生個體差異、因材施教，這不僅要有雄厚的知識基礎，還必須掌握獲取知識技能的方法，形成自學能力，這樣才能適應未來社會不斷變化的需要。ＣＡＩ教學的主要特點，為我們進行素質教育目標的實施，提供了有益的幫助。首先，計算機信息存貯量大，處理迅速，方便的人機交互功能，提供了良好的個別化學習環境。學生能根據自己的學習能力理解和發展水平，調節學習進度和難度，真正實現因材施教。其次，計算機的模擬功能，可使抽象內容形象化，靜止內容動感化，為學生創造生動、活潑、直觀、有趣的教學條件；而教師的設問和強化刺激手段可極大地調動學生的學習熱情，激發學習動機，形成有意注意，消除學習的疲勞和緊張。這樣做既有助于學生良好的心理品質的形成，又使學生獲取準確、深刻的直觀感知，從而形成完整的理性認識，提高課堂教學質量。第三，ＣＡＩ可以提供培養自學能力的條件。教師可根據學生已有的認識基礎，構建問題情境，指導學生獨立地上機學習，并輔之以必要反饋練習，及時肯定或解答，幫助學生總結學習方法，查找學習障礙，逐步提高學生自學能力和處理實際問題的能力。此外，ＣＡＩ在提高課堂效率、增大課堂容量、進行全面即時性輔導、減輕學生課業負擔等方面，還具有很好的功能。ＣＡＩ的這些功能，決定了它在化學教學中會發揮日益重要的作用。近年來，雖然很多學校在計算機硬件的配置上下了很大功夫，但在軟件的開發和利用上明顯滯后于硬件的配置。而且，相當多的教師對ＣＡＩ在化學教學中的應用認識不足，參與不夠，對ＣＡＩ化學教學模式的研究更鮮為人知。為此，結合我校ＣＡＩ化學教學的開發和實踐，我們對ＣＡＩ化學教學模式提幾點看法。二、計算機輔助化學教學的幾種模式（一）計算機模擬教學模式ＣＡＩ的模擬功能，是計算機輔助教學中較早開發和利用的一種功能。目前，很多學校的軟件應用是這種教學模式。模擬教學模式，主要是指利用ＣＡＩ的模擬功能把一些抽象的理論內容，或不易觀察清楚、危險性較大、難于操作的實驗內容，通過二維或三維動畫形式，進行信息處理和圖像輸出，在顯示屏幕上，進行微觀放大，宏觀縮小，瞬間變慢，短時間內調動學生多種感官參與活動，使學生獲取動態圖像信息，從而形成鮮明的感性認識，為進一步形成概念，上升為理性認識奠定基礎。模擬教學只是教學過程中的一個環節，比傳統的掛圖、模型或錄像都更真實地接近于事物的本來面貌，而且可反復播放，因此更有利于學生理解知識的本質，培養他們的形象思維能力，也有助于抽象思維能力的提高。ＣＡＩ在化學教學中的模擬教學，主要適用于理論性和抽象性較強的內容：如原子核組成、電子云、核外電子運動、化學鍵中離子鍵、共價鍵形成、溶解和結晶、原電池、電解池、離子反應和離子方程式、ＮＨ３分子結構、有機官能團的結構等。另一方面適用于實驗難以操作、危險性大而觀察不明顯的內容，例如，溴苯制備、氫氣還原氧化銅、氨氧化、乙酸乙醋水解等。此外，工業生產知識內容，如硫酸、硝酸工業制法，煉鐵也可制成ＣＡＩ課件進行教學。（二）多媒體綜合教學模式計算機可以控制多種教學媒體，這是其優于其它教學媒體的特殊功能。實際上，傳統教學模式的教學中，教師上課也有聲音、形象、板書、文字、掛圖和實物等，教師也可根據教學過程中學生的反映來調整教學策略。但我們這里所說的多媒體有二層含義，其一是把微機與其它教學媒體相互連接，賦于其它媒體交互性，同時使用幻燈、投影、錄像等手段，使多種媒體有機地貫穿于教學的全過程。其二是多媒體計算機技術的使用，即“利用計算機交互式地綜合處理文字、圖形、圖像、聲音等多種信息，使它們建立起邏輯連接，成為一個系統”，使之具有綜合性，即一機多用，同時又可形成人機互動，互相交流的操作環境，形成一種身臨其境的情境。由于多媒體計算機技術是９０年代在法國首先提出和使用的，我國高中配置多媒體計算機系統的學校不多。因此，主要的多媒體綜合教學模式還是指前一種，但未來的發展趨勢，應當是使用多媒體計算機平臺，設計課件，操作使用鼠標，簡單易行，而且教師并不需要有太多的計算機知識，因此具有更廣闊的發展前景。實際上，進行ＣＡＩ教學，應當逐漸從單純的ＣＡＩ向多媒體組合的ＣＡＩ發展。例如，在“原電池”一節的教學中，我們把原電池中原電池原理及形成條件作為本節課的重點，為了突出重點內容講授，讓學生從微觀本質理解原電池的形成，不僅采用了傳統的分組實驗教學，利用投影給出原電池實驗要求、觀察步驟，指導學生實驗，并利用微機模擬原電池所形成的閉合回路，通過電子轉移的流動過程和聲響，及兩極不同顏色的Ｚｎ２＋離解，Ｈ＋析出標示出內外電路所構成的閉合回路，使學生認識原電池本質；最后利用錄像播放不同新型原電池的工作情況，使學生最終形成對原電池比較深刻和全面的理解。這種多媒體組合教學，可在一定程度上突破學生認識的時空限制，拓寬學生獲取信息的渠道，使學生的視覺、聽覺、觸覺等多種感覺系統參與信息的收集過程，形成教與學的雙向互動，更好地發揮學生思維的想象力和創造性，激發學習興趣，極大地提高學習效率。（三）計算機個別輔導教學模式我們目前采用的主要是班級授課制，很難在全班實現個別化教學，而實現個別化教學，又是化學教學由“應試教育”向素質教育轉化的重要途徑。由于ＣＡＩ的課件，主要強調人機交互功能，因此實現一對一的個別化教學有得天獨厚的條件。個別輔導模式，主要是用計算機部分地代替教師，按照程序教學的原則，設計不同的層次遞進的教學途徑，學生可根據自己的學習水平，選擇不同的學習程序，提出需要學習的內容；計算機可向學生提問，并對學生的問題進行分析，作出正確與否的判斷，給出高質量的反饋，如遇困難，還可以適當降低學習坡度，使學生循序漸進，得到知識的鞏固和自學能力的提高。個別輔導教學模式，是一種適合自學的個別化教學方式。如果程序設計的分支越多，預想情況越豐富，越能幫助反復學習，克服障礙，共同達到教學目標，優化學習過程。這種教學模式，雖然主要是以學生為主體，但也不能忽視教師的主導作用；教師不僅要指導學生尋找解決問題的方法，而且要針對學生的實際，精心設計程序，使學生能用最短的時間找到解決問題的途徑，同時也可以幫助學生總結自己的個性特點、學習風格，從而幫助學生形成良好的學習品質和自學方法，真正實現個別化教育的目標。個別輔導教學模式，由于受ＣＡＩ課件的限制及學生計算機使用的熟練程度的影響，很難在短時間內得到大范圍的推廣，而現有的軟件局限性又較多，因此可嘗試在選修課教學中，進行小范圍的試點，當課件使用比較成熟時再做推廣應用。以上我們只對現有的常用教學模式進行了歸類，除此之外，ＣＡＩ的問題解決、教學游戲及查詢和問話等多種基本模式，在個別化教學的課件中都有所表現，在此我們限于篇幅，不再贅述。三、計算機輔助教學的實踐和體會我校開展計算機輔助教學的時間較長，不僅在化學學科，在其它各科教學中，都設計過豐富的ＣＡＩ課件，這主要源于計算機硬件的配置和得力于一批對軟件開發興趣濃厚的中青年教師群體。這樣一個大的環境也在無形中推動了ＣＡＩ化學教學的開發和應用。在ＣＡＩ化學教學實踐中，我們感到主要是ＣＡＩ課件設計比較困難�，F在市售的課件，模式單一，價格較高，教師個人的教學設計和風格不同，課件使教師選擇余地較��；教師本人又沒有更多時間和精力參與設計程序，而要編程序，難度更大，由此需要有一個ＣＡＩ教師備課系統，使教師便于選擇、存儲、檢索加工組成課件。在進行ＣＡＩ化學教學，要注意展示的應是教學的重點、難點內容，只有這樣，才能引發學生注意，提高課堂教學效率。如果一味地追求使用媒體，整個課堂教學變成視頻圖像，或頻繁地更換媒體，都會成為教學的干擾因素。因此，傳統的教學媒體也無需都被電腦取代。最后，既要注意畫面的設計，不追求過分刺激而忽視教學效果；同時又要注意，表象不能代替經驗，不能片面追求化難為易，而忽視對學生思維的敏捷和深刻性的培養，應在豐富的計算機表象基礎上，給學生思維設置一些坡度，幫助學生提高能力。

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