计算机辅助化学教学的现状及对策研究

摘要：介绍了计算机辅助化学教学的功能，指出由于办学条件、资师力量、学生素质、教学环境等因素导致了计算机辅助化学教学总体水平偏低，提出为了改变现状，必须解决设备落后、资金短缺；化学课件的编制，建立各省市的信息交流网等措施。

文章编号：1005－6629(2008)05－00５3－04中图分类号：G633.67 文献标识码：B

21世纪的课堂是多媒体的课堂，在科学技术发展的今天，教育不再仅仅是“粉笔加嘴巴”的传统模式，现代教育技术必然会引入各学科教学领域，计算机辅助教学(CAI)和计算机管理教学(CMI)已成为世界范围的教育研究领域和未来教学的发展趋势。多媒体计算机辅助教学具有明确的教学目的，能反映教材内容和相应教学策略程序系统，具有综合处理图、文、声、像的能力，使学习者能通过多种感官获取知识，增强理解能力，提高教学效率。帮助解决教学过程中的难点、疑点问题，提高学生的学习积极性和主动性，培养学生的思维能力，达到增强教学效果、提高教学质量的目的。

1计算机辅助化学教学的功能

在大力提倡素质教育的今天，坚持素质教育的基本观点，就在于要面向全体学生，通过个体的发展，实现真正意义上的全面发展，同时帮助学生具备各方面的基本素质，形成合理的素质结构，为学生的未来发展奠定坚实基础。而要实现个体的全面发展，必须立足于学生个体差异、因材施教，使学生不仅要有雄厚的知识基础，还必须掌握获取知识技能的方法，形成自学能力。只有这样，才能适应未来社会不断变化的需要。而计算机辅助化学教学的主要功能，在于它能对素质教育目标的实施提供有益的帮助。

我们认为，计算机多媒体技术应用于化学教学中具有以下功能：

(1)多媒体集文字、图形、图像、声音、动画、影视等各种信息传输为一体，具有真实感和很强的表现力，可以激发学习者兴趣，引起学习者注意，提高学习者学习化学的兴趣。化学多媒体软件的内容组织上采用了大量色彩鲜明、活泼有趣的音像画面，有助于调动学习者的学习积极性。

(2)可以变抽象为具体，模拟微观世界的化学反应和现象，使教学更加形象、直观、生动，便于学习者理解和掌握。化学是研究原子、分子等微观运动和变化规律的一门学科，对于化学中运动而复杂的微观世界，用传统的教学手段很难使学生理解掌握，而借助计算机的模拟手段，可以使学生比较直观、形象地认识微观粒子的运动，从而对化学变化的本质能一目了然。

(3)可以动态地、对比地演示一些化学现象，有效地控制变化的速度，调节快慢，从而便于学习者观察和思维。有些化学反应瞬间完成，对其过程很难分步观察与判断，通过多媒体技术，教师可以模拟控制反应变化的速度，调整教与学的进度，在教师与计算机的共同启发下，培养学生的能力。

(4)利用多媒体的人机对话、界面友善、超文本、人工智能、可编著工具、方便的外设、虚拟现实等功能，可以使学习者沿着自己的思路，适应自己的需要去发展学习的过程，及时反馈教学信息；可以突出重点，解决难点，增大课堂教学容量，极大地提高教与学的效率。计算机信息贮量大，处理迅速，具有友好的工作界面，方便的人机交互功能，能为学生提供良好的个别化学习环境，使学生能根据自己的学习能力调节学习进度和难度，真正实现因材施教。而教师可以根据学生已有的认识基础，构建问题情境，指导学生独立地上机学习，并辅之以必要的反馈练习，及时肯定或解答，帮助学生总结学习方法，查找学习障碍，逐步提高学生自学能力和处理实际问题的能力。由此可见，计算机辅助教学在提高课堂效率、增大课堂容量、进行全面即时性辅导、减轻学生课业负担等方面，具有明显的优点。

(5)多媒体的各种信息传输手段作用于学习者，可以同时调动视、听、说等多种感官，形成合理的教学过程体系，使学习者在最佳的学习环境中学习，达到教学的最佳效果。多媒体的多感官刺激作用，有利于学生注意力的长期保持和获取知识。

(6)多媒体网络可以缩短时空距离，加强人与人之间的联系，拓展学习者的视野，形成互助合作的良好风气。如电子图书馆和网络的服务，允许用户把信息(电子邮件)传给本系统的其他用户，也可以通过计算机获得图书馆的信息，其好处是不言而喻的。

正如埃斯特伦所说：“计算机能非常直观地、多方面地提供学习经验，这可以使一个年轻人在大约几个月的时间内达到用传统教学方式需几年才可达到的水平”。由于计算机辅助教学具有这些功能，这就决定了它在化学教学中定会发挥日益重要的作用。

2计算机辅助化学教学的现状

目前，计算机在教学上的应用普遍停留在基础知识、文字处理、数据库基础等层次上，计算机在化学教学中的应用还处于发展阶段。究其原因，一是适合中学化学教学的计算机软件不多，目前已有的一些已商品化的化学教学软件也仅停留在初级教学水平，教学针对性不强，而一些水平相对较高的软件价格偏高，脱离了中学师生的承受能力，因此难以在教学中发挥作用。二是市场上的计算机辅助教学(CAI)软件品种单一、 制作粗糙、交互性差、界面不理想、连贯性差,难以形成系列产品，更难以在全国推广。三是现阶段我国中学教师现代科学技术水平普遍偏低，往往是懂化学的不懂得软件编制，许多经验丰富的教师不懂计算机操作和计算机语言，对计算机辅助化学教学焦急万分但无法实现自己的许多设想；而会编制软件的人员却又不甚了解化学教学，即使他们有丰富的编程经验也很难能编制出一个令人满意的CAI课件，这种情况就使得课件设计与制作相脱节，因此很难编制出较为理想的教学软件。

我们认为，计算机辅助化学教学的现状突出表现为以下几方面：

(1)各地区经济发展水平很不平衡，在很多地区存在着资金短缺的情况，很难对计算机辅助化学教学进行深入的研究与开发。

(2)研究与编制力量分散，队伍不整齐。尤其是对计算机辅助化学教学的研究缺乏整体设想与规划，CAI课件难以做到质上的突破。

(3)在突破教学难点上还缺乏好的CAI课件。CAI化繁为简、化虚为实、变乱为明、化难为易等功能开发得远远不够。

(4)加大教学密度、增加信息容量方面的研究做得还不够。利用计算机多媒体技术可以做到高密度的知识传授，大信息量的优化处理，能大大提高课堂效率。从目前已知的CAI课件看，在这方面的研究工作应该加强。

(5)对优化教学过程、反馈教学成果的研究还不够深入。从目前情况看，在进行计算机软件研制和教学实践时，尚不能把握坚持整体观点、重视多样化，贯彻综合观点、力争最优化的方法论原理。

我们认为，在当前课程改革不断走向深入，由应试教育向素质教育转轨的背景下，应该采取措施向课堂40分钟要效率，进一步加强计算机辅助化学教学的研究。在中学化学教学中，要着力发挥CAI的模拟功能、多媒体综合功能、个别辅导功能，要以学生为主体、教师为主导、计算机为辅助手段开展教学活动，要组织力量进行CAI的专题研究，在一定范围内，开展CAI课件的开发与协作，多出精品。建议政府或教育行政部门要做好统筹协调工作，减少个体作坊式的低水平、无序的软件开发状况，同时也可以避免由于重复劳动而造成的浪费。各级教育行政部门和相关学会在协调、引导的基础上，在人力、物力上要对计算机辅助化学教学研究工作给予支持，加强经验交流，做好推广工作。

3 开展计算机辅助化学教学的策略

针对目前开展计算机辅助化学教学的现状，我们认为，必须解决以下四个方面的问题，才能促进计算机辅助化学教学的全面深入开展，提高化学教学质量。

3.1 要解决好教育手段现代化的要求与当前设备落后、资金短缺的矛盾

在课堂教学中使用多媒体技术，就需要有硬件和软件的支持。多媒体软件对硬件的要求较高，设备等需要较大的投资。而目前我国的国情是教学经费不足，教学经费还主要是供给教师工资和学校的日常开支，所以开展计算机辅助化学教学也只能先在经济较为发达、教学条件较好的地区起步，然后逐步推广，同时也希望国家能加大对教育的投入，积极推进中小学实现教学手段的现代化。随着社会进步和物质条件的改善以及计算机的发展，硬件建设问题的解决对学校或是个人来说，也会变得越来越容易。

3.2 要解决好计算机辅助化学教学中的"辅什么”和“怎样辅”的问题

进行计算机辅助化学教学的研究，首先要明确其地位是“辅助”而不是“代替”，不要以计算机辅助化学教学去盲目地代替其他教学手段和方法。

化学CAI课件在课堂上不能替代教师，而是辅助教师进行教学。因此，就不能将化学CAI课件设计编制成课本教材的翻版。就化学学科而言，化学的概念与原理抽象程度较高，物质的微观结构既看不见，又摸不着，单靠语言和文字的描述，很难在学生的大脑中留下深刻的印象；同时有些有毒、有危险的化学药品与化学实验以及常规方法难于实现的化学反应也无法在课堂上向学生演示。因此，从“辅什么”的角度讲，化学CAI课件的内容应为用其他教学方法或手段进行时效果不理想或难于实现的教学问题，如化学反应历程的模拟，原子和分子等微观粒子的运动，电子的空间运动与s、p、d电子云轨道的形状和空间伸展方向，分子结构，晶体结构，离子化合物与共价化合物的形成过程，物质的溶解过程，原电池的形成，有危险的化学实验，不易观察的化学实验，易造成环境污染而学生又必须知道的一些化学实验，用普通方法不易操作和实现的化学实验，现代化科研设备与工艺流程等。诸如此类的知识与内容都是化学CAI课件的可以表现素材，这些内容如果能设计编制成质量较高的化学CAI课件，将会使化学课堂教学效率大大提高，有助于学生把化学中抽象的东西形象化、动态化，使化学教学过程具有更强的教育性、直观性和活泼性。对于“怎样辅”问题，则要求化学CAI课件必须具有可编辑功能，教师可以根据自己的教学经验和需要进行选用和编辑，可以将其随意拆分和组合，使制作出的课件符合自己的课堂设计需要，使化学CAI课件的课程内容有机地成为教师所设计的课堂教学的一个重要组成部分。

我们认为，教师在设计编制化学CAI课件时，还应该特别注意以下几方面的问题：

(1)要注意化学学科知识内容的科学性与可接受性；

(2)要选取教材的重点与难点内容；

(3)要注意符合学习者的认知规律，加强直观性与发展学生思维相结合；

(4)不能用模拟实验代替学生实验，可以通过CAI课件解决局部放大模拟或微观变化、宏观展现问题；

(5)渗透部分教学录像内容，避免花费很多时间和资金放在制作动画内容方面；

(6)化学CAI课件应具有较强的交互性、较友好的界面，并具有可编辑功能；

(7)课件设计与编制要有明确的指导思想和理论基础，要坚持高标准，处理好总体构思与具体设计的关系。

2．3 建立一支合格的编制人员队伍，并对教师开展操作培训

要编制出大量好的化学CAI课件，一定要有一支稳定的高素质的编制队伍，这支队伍的建立需要有教育行政部门和计算机专业人员的共同努力。要努力做到开发与应用并行、专职与兼职并重、教学人员与研制人员并用，形成一个相对稳定的CAI开发、研制、应用的系统。

要使多媒体在教育教学方面发挥更大的作用，必须进一步加强对专业人员计算机知识的培训和计算机人才的培养，使教师特别是青年教师都懂得计算机的基础知识，了解CAI课件的使用，掌握计算机操作方面的基本技术，这样才能把多媒体用于教育教学工作中，也才能与编制人员更好地交流，提出对CAI课件的开发需求。同时，要注意培养懂得化学学科专业知识的计算机骨干力量，能够更多更好地掌握CAI课件开发的技术，努力设计出能把教学工作的需要最佳地表现出来的实用软件。

3.4 建立各省、市乃至全国的信息交流网络

从全国的情况看，各地开展计算机辅助化学教学程度各不相同。有些地区、学校硬件建设已基本配套，但缺少适当的软件，因此设备利用率不高。还有相当数量的地区和学校对化学CAI课件的研究工作相互重复或相近，缺少彼此间的交流与联合，造成人员与资金的浪费。为了能协调好各地、学校对化学CAI课件的研究与制作，有必要建立起一个市级、省级乃至全国的计算机辅助化学教学研究信息交流网络中心，定期交流与探讨对计算机辅助化学教学的研究成果和实践经验。

计算机是现代科学技术的基础和核心。人类已经进入了信息高速公路时代，近30年来世界科学技术90%以上的发现、发展都与计算机技术紧密相连。把计算机引入课堂教学、引进家庭辅导、作为现代化教学技术的重要组成部分不仅有利于加强教学的时代性、竞争性和开拓性，有利于面对新时代的挑战，也有助于学生在学习过程中形成新思想、新观念、新方法，对他们今后成长为高素质的化学人才将发挥重点的积极作用。计算机与基础教育的结合是世界范围内教育改革的一大趋势，我们应该进一步加强对计算机辅助化学教学的研究，促进我国计算机辅助化学教学的深入开展，全面提高化学教学质量。

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