高中虚拟化学实验课件设计制作中的问题探讨

摘要：认为目前计算机虚拟化学实验还存在许多不尽人意之处, 人们的认识上也存在一些偏差。对高中化学实验多媒体CAI课件在设计与制作过程中,课件的类型以及课件的先进性、必要性、真实性等问题进行了深入探讨。

关键词：高中教育；化学实验；CAI课件

文章编号：1005－6629(2006)12－0034－02中图分类号：G633.67文献标识码：B

化学是一门实验性很强的学科，通过亲身实验以及对实验结果的分析，可以帮助学生形成有关的化学概念，理解和巩固相关知识，培养学生的观察能力、分析能力、解决问题的能力以及初步的科研能力，但这种传统的实验方式由于环境污染和教学成本的双重压力正日益受到许多人的置疑。近年来, 多媒体CAI课件在现代教育中的地位不断上升，日益成为中学化学教育教学改革中的一个重要环节[1-3]，虚拟化学实验也以其低廉的成本和对实验现象的透彻分析能力，对传统的化学实验方式形成了前所未有的冲击和挑战。但目前计算机虚拟化学实验还存在许多不尽人意之处，人们的认识上也存在一些偏差。本文就当前高中虚拟化学实验课件在设计与制作过程中遇到的有关问题进行初步的探讨。

1化学虚拟实验课件的类型

CAI虚拟化学实验课件是借助于图形、图像、仿真和虚拟现实等技术在计算机上营造的可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境[3-4]。它不同于一般的理论知识教学多媒体课件，因此在制作化学虚拟实验CAI课件前首先应根据服务的对象确定其类型。它应分为学生自主学习型和教师课堂实验演示型两大类，简称自主型和演示型。用途不同，课件的制作要求也应不同。

1.1学生自主学习型课件

中学生的思维方式和学习方法跟小学生有很大差别。按照思维发展的阶段可以知道，大部分小学生处于认识发展的第三阶段，认识结构属“直觉思维图式”，CAI课件应广泛采用图形、动画和音乐等形式以实施形象化教学。大部分初中生处于认识发展的第四阶段，认识结构属“运算思维图式”，CAI课件应帮助他们由直觉思维向抽象思维过渡，形象化教学不可缺少。高中生的认识结构更多的属

于“抽象思维图式”，自我意识大大增强[5]。由于学生自主学习型课件主要用于学生实验的自学，因此，高中化学实验自主型课件在设计时应与中学生的学习特点相适应，应具备较高的智能化和互动化，并具有较强的测评功能。课件不应是简单的资料库和纯粹的实验过程展示，它不但要能适应实验预习和复习的不同需要，更需要根据不同个体的水平和要求，选择不同的等级、路线、方式进行虚拟实验、开展理论学习和测评，并给予正确的判断和反馈，使学生在进入实验室之前能对整个实验过程及注意事项等进行学习，从而提高实验效率和减少不必要的实验损失，并真正形成以学生为中心的个别实验教学模式。

1.2教师课堂实验演示型课件

演示型课件主要用于教师的课堂实验演示教学,

即利用计算机的优势给课堂以更高的效率。它应具有操作简便，界面生动形象，兼容性好，运行速度快等特点。首先，这类课件不应简单地、纯粹地以屏幕代替黑板，以键盘代替粉笔，图片代替实验。高中实验演示型课件不应只是文字、图片、音乐加按钮，应该赋予其一定的智能化内涵，真正确立CAI课件的不可替代的地位。这类课件在设计制作前要经过精心的教学设计和程序设计，为了适应不同教学方法和不同教学对象的需要，课堂实验演示型课件不应设计成直线型结构，而应有一些交互界面以便给教师留下灵活运用的空间。其次，演示型课件要能提供一目了然的教学目标、教学步骤及操作方法。它应主要考虑教师的教学思路，知识的呈现顺序应符合教师的教学要求和学生的认知规律。最后，它对不同操作系统都应具有良好的兼容性，课件文件及相关动画文件均不宜过大、过于复杂以减少用户等待时间。

2化学虚拟实验课件制作的必要性

CAI虚拟实验课件作为辅助教学工具并不是每课必用的，它毕竟不同于真实实验，其必要性值得深入探讨。

(1)必须通过反复的动手实验，才能使学生在科学态度、科学方法等方面得到培养、训练和提高。只有亲自动手做实验并运用已学的知识去解决问题，才是学生获取实验能力、提高分析和解决问题能力的根本方法。诸如药品取用、仪器洗涤、条件控制、安全意识、环保习惯以及现象的观察、记录、判断、处理等等实验基本技能、基本工作方法和态度，都要通过反复实践才能逐步掌握和获得。

(2)一些感官刺激如嗅觉、味觉和肤觉，从虚拟课件中是无法体验到的，这样学生就不能形成对整个化学实验的正确的知觉映象。虚拟实验如果长期取代实验室实验，势必造成学生对化学实验的感知缺陷，由此形成的化学概念、理论和知识也必然会出现较大的偏差。

(3)尽管计算机和网络技术日益普及，但在我国目前的教育发展形势下，各个学校的多媒体教室数量毕竟有限，计算机人均占有率不高，因此在制作课件时应认真考虑其必要性，否则课件的利用率将难以保证。虚拟实验课件的内容应当是学生学习难度大的实验，或是其它媒体不容易表达的内容，或是不能开展、不方便操作的实验。比如那些需要高温、高压、剧毒、易爆等苛刻反应条件，以致在实验室内难以完成的实验，或者是那些反应太快或太慢而不便观察的实验内容。

3化学虚拟实验课件的先进性

当前，随着大型集成技术的发展，计算机硬件以惊人的速度发展，例如，显卡处理芯片，它能高速处理多边形，使虚拟实验有很高的仿真度，使学生在做虚拟化学实验时有身临其境的感觉。随着各种Web技术和应用程序技术在虚拟化学实验中的应用，通过各种视频、音频教学文件可以把形象、生动的化学实验教学带到学生的PC机上，使学生得到更丰富的信息和更逼真的教学环境。随着计算机、网络、多媒体、通信、虚拟仪器技术的发展，高中化学虚拟实验教学越来越具有可行性。

但现实中，许多早期建设的校园网目前仍在运行；各个时期建设起来的性能各异的多媒体教室也仍在使用中；在二手电脑市场上，手头拮据的中学生又往往是最活跃的交易群体之一。普通的多媒体课件在以上环境下运行时一般没有任何困难，但要运行复杂大型的化学实验虚拟课件，往往就会因打开或找点困难而耗费大量时间、进而分散学生的注意力，影响教学效果，甚至发生死机现象……。可见，面对日新月异飞速发展的计算机技术，校园网建设、多媒体教学设施和微机终端硬件的相对滞后也许是我们永远需要面对的问题之一：一方面，如果马上投入大量资金更新和淘汰这些设施，那么就无法达到通过计算机虚拟高中化学实验来降低教学成本的目的；另一方面，如果虚拟实验课件运行速度太慢，学生的学习兴趣又将大受影响。为此我们不应忘记，制作多媒体CAI课件的目的是优化课堂教学结构、提高教学效率，既要有利于教师的教，又要有利于学生的学。因此，化学实验CAI课件的先进性应与本校现实的软硬件环境相适应，不可一味求大求新。它不该是先进技术的展览或制作技巧的炫耀，更不是网络游戏的翻版。化学实验课件既要广泛采用超文本以打破传统的以线性模式为主的教学和学习方式，使学生可以根据自己的特点自主地选择、进行学习，又要注意各种媒体间的有机结合，避免生拉硬配，避免造成媒体和资料的堆积；既要强调其交互性，以提高高中化学实验课件的仿真程度，又不能用过多的新异刺激来分散中学生学习知识的精力。CAI课件的大小以及它对硬件的要求必须控制在一个合理范围内，否则再好再先进的课件也会因运行困难、曲高和寡而不得不束之高阁。

4化学实验课件的真实性

教师还需注意到化学实验课件的真实性。尽管计算机虚拟化学实验则能够把微观的或抽象的东西展现出来，让学生在尽可能短的时间内很好地掌握它们的本质。例如在有关原电池工作原理的动画课件中，我们可以看到锌棒中的锌由于金属活泼性较强，不断释放离子和自由电子，锌离子溶入水中，电子通过导线不断从锌棒向自由电子数少的铜棒作定向运动，溶液中的铜离子则不断地在铜棒上获得电子后沉淀为单质，盐桥中的阴、阳离子又分别向两端定向移动以维持溶液的电中性……。但是，它毕竟不是真正意义上的化学实验，如果动画画面过于简单粗糙，又没有真实的实验过程和结果作对照，其真实性必然使人置疑。因此动画课件应尽可能与真实的实验全程录像或实验装置照片等内容相结合。

5结束语

高中化学虚拟实验教学作为一种新的教学模式,一方面可以有效解决目前教学经费紧张、实验设备

不足、课程学时少和讲授内容多的矛盾。另一方面可以提高教学效果，提高学生的学习兴趣和学习的积极性，理解和掌握知识，在一定程度上可以代替

部分实验内容。未来的高中化学实验应当是实物实验室与虚拟实验室相结合，这也是教学手段现代化的必由之路。尽管目前计算机模拟化学实验还存在许多不尽人意之处，认识上也存在一些偏差，但随着科学技术的发展，多媒体交互式教学软件的研制必将更为完善，使用更加广泛，对高中化学教育质量的提高必将产生深远的影响。

参考文献：

[1]林秋月，应桃开，吕天喜等.计算机辅助无机化学实验教学的研究[J].实验室研究与探索，2005.24(5)：72～76.

[2]瞿.网上虚拟实验教学初探[J].中国大学教学.2004，167(7)：49～50.

[3]蔡成翔.分析实验CAI课件的制作与思考[J].广西右江民族师专学报.2004，17(21)：91～92.

[4]邵剑龙，叶艳青.用Authorware开发分析化学实验多媒体CAI课件[J].计算机与应用化学.2001,18(6)：599～601.

[5]刘志广.大学化学实验类CAI课件的特点及智能化研究初探[J].现代教育技术.1999,(1)：36～38.

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