信息技术在化学实验教学中的应用

信息技术在化学实验教学中的运用

1 信息技术在化学实验教学中的初探

1.1信息技术在我国教学中的发展过程

我国的中小学计算机教育始于20世纪70年代末。

1978年，上海的小学作为校外活动启动了计算机教育。

1982年9月，国家教育部决定，在北大附中、清华附中、北师大附中、复旦附中、华东师大附中进行计算机选修课教学试点，开创了校内计算机教育的历史，这年是我国中小学信息技术教育的起点。

1986年，在福建召开的第三次全国中学计算机教育工作会议，制定了我国中学计发展计算机教育的指导方针，通过了《普通中学电子计算机选修课教学大纲（试行）》，据此，还编写出版了全国通用教材。

1991年10月，在山东济南召开的第四次全国中小学计算机教育工作会议。这次会议是我国中小学计算机教育事业发展的一个重要里程碑。

1994年，全国中小学计算机教育研究中心领导，由何克抗、李克东教授带头，组织了“小学语文四结合”教学模式改革试验课题。

1997年，何克抗教授发表的《建构主义—革新传统教学的理论基础》系统地介绍了建构主义的由来和发展，从此奠定了计算机辅助教学新的发展方向的理论基础。

1998年，全国中小学计算机教育研究中心的有关研究人员借鉴西方发达国家的提法，第一次提出了“课程整合”的概念。

1999年1月，全国中小学计算机教育研究中心在北京师范大学组织召开数十所学校参加的“计算机与各学科课程整合”项目开题会，“课程整合”项开始走向有组织的研究阶段。

此后，我国计中小学计算机教育真正走向了繁荣发展的阶段。其意

义，不仅是名词的变化，而且是信息技术教育思想、教育观念的转变，它标志着信息技术教育的主要方向。

1.2信息技术在教学运用中的发展现状

1.2.1国外信息技术教学的现状

国外提出信息技术辅助课程教学较早的是美国。美国著名的“2061计划”则在更高层次上提出了信息技术与各学科相结合的思想。但是1997年4月才开始提供第一批教材和资源。

加拿大在这一领域也不甘落后，自90年代中期以来，各地对信息技术与课程结合的实验不断增加，并取得良好效果。

日本也于1998年7月，由教育课程审议会发表的“关于改善教育课程基准的基本方向”的咨询报告中，就提出了要求：首先是在小学、初中、高中各个阶段的各个学科中都要积极利用计算机等信息设备进行教学。

英国、新加坡等许多国家在信息技术与课程结合也紧随美国之后。

1.2.2国内信息技术教学的现状

2000年10月，教育部召开了中小学信息技术教育工作会议，并颁发了“关于中小学普及信息技术教育的通知”、“关于在中小学实施校校通工程的通知”和新的“中小学信息技术课程指导纲要（试行）”三个重要文件，决定从2001年开始用5-10年的时间，在中小学（包括中等职业技术学校）普及信息技术教育，以信息化带动教育的现代化，努力实现我国基础教育跨越式的发展。

信息技术与课程整合，正在各地如火如茶地开展实验研究工作，并

且不断搜索出新的实验研究成果。据了解，全国性的信息技术教育试验区、试验校，有关信息技术教育的实验研究课题几乎全是关于“课程整合”的。“信息技术在教学中的应用项目”和“资源库在信息技术与课程整合中的应用”是二个国家级“信息技术与课程整合”的研究项目。2003年12月，在江苏无锡召开“全国信息技术与新课程自然科学领域和社会领域教学整合”第一届研讨会。

2001年12月，教育部全国中小学计算机教育研究中心、清华同方教育技术研究院和中国学术期刊电子杂志社联合承担教育部人文社会科学研究专项任务重点项目—“资源库在信息技术与课程整合中的应用”。并于2004年1月在海南的三亚召开了研讨大会。其中也有一些信息技术与化学课程整合的案例。

目前，课程整合的提法已基本取代了原来的计算机辅助教学。信息技术与学科课程的整合是改革传统教育模式、教学方式和教学手段的重要途径，是中小学信息技术教育的核心和发展重点。

1.3化学实验教学中运用信息技术的理论依据

在中学化学实验教学中应用信息技术教学是为了更好的激发学生的学习兴趣，并充分体现学生的主体地位。因此，目前有关于学习理论研究中的三大流派里，建构主义学习论是现代信息技术教学的理论指导和最主要的依据。

建构主义（Constructivism）也称结构主义，是认知心理学派中的一个重要分支。是以瑞士著名的教育心理学家让·皮亚杰（J.Piaget）的“认识结构论”为基础，经过科恩伯格（O.Kenberg）、斯滕伯格（R.J.Stern-berg）和卡茨（D.Kaiz）等人的进一步研究，使建构主义理论得到了进一步的丰富、完善和深化。建构主义认为：

(1)世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予的意义却是由个体根据自己已有的认知结构构建出来的。

(2)知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在社会文化背景的交互作用过程中自行构建的。

(3)认为“情景”、“协作”、“会话”和“意义构建”是构建学习环境的四大要素。

建构主义学习观提倡在教师的指导下，以学生为中心的学习。它与传统的教学方式不同，从以往强调“教”变为强调“学”，即它不仅要求学生由外部刺激的被动者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者；而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。这就意味着教师要摒弃以教师为中心、强调知识传授、把学生当作知识灌输对象的传统教学模式，而在教学过程中采用全新的教学模式和全新的教学设计思维。

近年来随着多媒体技术与Internet网络技术的迅猛发展和广泛应用，采用建构主义理论为指导，运用现代教育技术手段开展新型教学设计创造了多种新型的教学模式，对提高学生的积极性、主动性，增强教学效果发挥了重要作用。

1.4化学实验教学中运用信息技术的必然趋势

随着教育教学改革研究的不断深入，随着教育学心理学新知识新观念的不断引入，教育教学的改革也进入了一个新局面。新《课程标准》的实施，教学节奏加快，教学内容不断更新，化学教学方式和教学方法的改革势在必行。为更好的适应学生的学习特点，教学改革也在各方面作出新的调整。在教材方面，现代教育教材改变了单一文字教材的状况。声像、可视光盘、CAI课件、网络课程等电子教材进入了教学领域。从

教学模式方面看，突破了过去听录音、看录像的传统方式，出现了多媒体教学、网络教学等新的教学模式。现代教育技术的广泛应用，正推动着教学现代化的进一步发展。

为了弥补传统化学实验教学的不足。从传统的化学实验课堂教学现状分析，还普遍存在着一些问题与弊端，影响了化学教学质量。例如：（1）由于教学条件的限制，实验无法完成；（2）一些实验反应速率过快，实验现象不易观察；（3）有些化学实验需要较长的时间来完成，但课堂的教学时间有限，不能及时观察到实验结果；（4）有关微观粒子运动的实验用肉眼无法看到，以致于学生难以理解；（5）有些实验药品有剧毒，或在实验过程中产生有害物质，易造成环境污染；（6）具有高危险的实验，很难在课堂保证其过程的安全性。如果在化学实验教学中运用信息技术模拟课堂上不能或不易做的实验，就能从根本上解决上述传统教学中存在的问题，从而提高化学实验的教学效率和教学质量。

2 信息技术在化学实验教学中的优势

2.1丰富教学内容，激发学生学习兴趣

心理学表明，兴趣是从事认识事物和从事活动的巨大动力，学习兴趣往往是学生学习的直接动因。因此，“兴趣是最好的教师”。正如俄国教育家乌申斯基所说：“没有任何兴趣，被迫地进行学习，会扼杀学生掌握知识的志向。”激发学生的学习兴趣，不仅需要教学内容的趣味性，还需要创造和谐、适宜的学习环境。

运用信息技术教学，视觉效果好、简明生动、直观性强，多维动画模拟试验包含大量信息，能使许多抽象的化学概念、化学规律、复杂的化学反应环境由静态变动态，无声变有声，这能充分调动学生各种感官，

使学习内容变得生动有趣，容易对知识进行记忆、理解和保持。近几年，在化学实验教学上多采用大量的彩色图片、动画、视频、音频等素材，在此基础上制作了PowerPoint课件，用于教师辅助教学，激发学生学习兴趣，显著提高了化学实验教学的教学质量和教学效果。尤其是在讲授抽象概念、描述不可见的微观粒子运动时有着不可替代的优越性。例如，在介绍微观粒子“分子和原子”的教学过程中，可以利用编辑好动画软件程序演示品红在水中的扩散，氧原子和氢原子不断运动，结合生成水分子的过程和水分子分解的过程等，将这些过程非常清晰地展现在学生们的面前，强化了他们的感性知识，使他们很容易就理解了微观物质世界，掌握了教学中的重点和难点。

这种教学手法正是利用信息技术来优化学习环境，利用多种形式的虚拟画面，使原本枯燥的实验过程变得轻松而有趣，提高学生的兴趣和注意力，让学生学有所乐，学有所得。因此，教师要充分发挥信息技术教学方式的功能，激发学生的学习动机和兴趣，从而达到预期的教学效果。

2.2创设实验情景，提高实验教学质量

利用多媒体解剖中学化学实验，能以其丰富的表现力把化学现象、化学过程形象生动地呈现出来，特别是对学生平时无法观察的难以了解的知识更显示出巨大的作用，为学生理解和掌握化学知识提供了充分的认知手段。

2.2.1模拟疑难、污染、危险的实验

化学实验中有许多疑难、污染严重和危险性大的实验。在传统教学中，往往是教师用语言描述实验步骤、实验现象及实验中应注意的问题，

然后进行习题练习，而实验过程只能靠学生们去想象。

一些实验虽在设计上有所改进，但演示的安全性和效果仍不理想，上课演示时成功率低，如木炭还原氧化铜、氧化汞加热分解、硫在氧气中燃烧、一氧化碳、硫化氢等实验，若采用计算机模拟这些实验，可以达到仿真的效果，并随时控制反应进度和放大实验装置，提高细微现象的可见度，使学生能易于观察到实验结果，达到用常规教学手段所达不到的效果，保证课堂教学的顺利进行，且有利于避免危险发生。

2.2.2模拟教学中的化工生产流程

化学教材中的化工生产流程，如接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸、炼铁、合成氨、电解法制铝等。化工生产涉及众多大型化工设备结构、复杂的操作原理及流程。采用传统教科书、挂图、黑板的教学模式，教师难讲，学生难学。而以计算机为核心的现代信息技术的迅猛发展，为化工原理的新教学模式研究提供了技术基础。利用信息技术辅助教学，能够把抽象的概念和过程形象地展示，并且动态地展示内部结构、操作原理、工艺流程等情况，使原本难讲难学的教学内容更直观、生动、形象，降低了教学难度。运用多媒体能方便地多次重复再现整个生产过程，减少教师在课堂上板书时间，从而使教师将精力与时间更多地集中在知识的讲解和与学生的交流上，提高课堂的利用率，这既强化了基本知识的应用，又对教学内容进行了深化和补充。

2.2.3模拟无法观察的微观实验

化学中任何化学变化都是微观粒子的破坏和重组或化学健的断裂和重建，这些是肉眼看不到的，学生只能够依照书上的图示和模型去想象和推测。这些具有微观性和抽象性的知识，用传统的教学手段是很难使

学生清楚地理解掌握。我们可以运用课件制作工具把这些抽象的东西形象化，对看不见的微观变化模拟描绘成为宏观的可见的实体化，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。如通过计算机模拟酯化反应中羟基的脱去方式，原电池中正、负极电子的转移情况等，使实验的真实性、科学性、直观性得以实现。

2.2.4模拟易发生操作错误的实验

为了引起学生警戒，避免不良后果出现，教师要提出某些可能出现错误的实验操作。一般情况下，教师不会演示错误的实验，但为了使学生深入了解并加以重视，在教学上可以利用动画模拟错误的实验操作及其后果。如浓硫酸的稀释、氢气还原氧化铜时先加热后通氢气、用启普发生器制取乙炔，制备氧气、氯气等实验，类似这样的问题，生动的图像比语言和文字更有说服力。

2.3优化教学实验，提高实验教学效率

教学效率的主要衡量标准是在同样的、有效的时间内使学习者获得更多的知识。教育心理学实验表明，人们在学习时通过视觉获得的知识占83%，听觉占11%，嗅觉占3.5%，触觉占1.5%，味觉占1%。这证明视听在学习过程中起的作用较大，同时也表明，视觉与听觉结合，获得知识的综合能到达94%，可见，视听在学习过程中尤为重要。而多媒体信息技术的特点正好适合学习者在有效地时间里，吸取最多的知识。

现代教育技术材料，形声并茂，色彩逼真，表现手法灵活多样，寓教育于娱乐之中。应用在化学实验教学中，可以使学生充分发挥想象力，培养学生的探究与创新能力，从而提高课堂效率。

2.3.1模拟耗时较长的实验

化学中有的实验反应时间较长，而课堂教学时间有限，无法直接观察结果，学生情绪受到干扰，不利于教学。如电解水的实验，一节课下来电极上收集的气体不多，难以满足对气体的鉴别。通过电脑模拟水分子的裂变气体产生，氧原子和氢原子的重组使学生如临其境，更易发现问题的本质，提高分析问题的能力。再如铁生锈的实验，要一周的时间才有明显的现象，采用多媒体模拟实验可以再现生锈的过程，大大缩短了实验的时间。

2.3.2方便对比实验的分析

有些实验操作或现象需要进行对比分析，才能得出规律，使零散的知识结构化和网络化。在课堂上教师不可能把所有的实验仪器搬到课堂上进行演示，这样既浪费时间，课堂效率又不高。运用信息技术技术把设计好的实验进行对比演示，恰好可以解决这一问题，如讲卤素时模拟氟气、氯气、溴、碘分别与氢气化合的实验。特别是同周期、同主族元素性质递变的实验，如碱金属与水反应的实验，教师引导学生观察、思考它们在反应条件和现象上的差别，从而比较出它们金属性的强弱。

2.3.3增大实验复习的容量

化学实验复习内容繁多，如果采用传统教学手段进行复习，在习题课中重新演示实验或让学生重做实验都是不切实际的，教师很难把所有的化学仪器、药品、装置等一一展示。如果采用多媒体技术可以很好地再现实验用品、实验装置、实验过程和现象，还可以进行仪器组装练习等，不仅能唤起学生对旧知识的回忆，进一步得到同化。还可以提高课

堂容量，加深理解记忆，帮助学生提高实验题的解题能力。

综上所诉，化学实验中信息技术的运用，可以在短时间内通过实物录像将各种发生装置和过程集中展现给学生，配合教师的精要剖析，可有效地调动学生感官上的信息接受和思维上的信息处理，从而快速回忆并确认气体发生装置选择的原则与规律，达到教学目标的要求。从而优化了课堂教学，提高了学习效率。

2.4模拟实验过程，强化学生操作规范

实验的基本操作是实验教学的重要内容，学生只有掌握了规范的实验操作，才能保证安全实验和得到准确实验结果，化学实验的基本操作包括药品的取用、物质的称量和液体的度量、物质的加热、液体的过滤、仪器的装配、玻璃仪器的洗涤和使用等六个方面的内容。这些基本操作内容多且有不同的操作要求，教师通常采取边讲解边示范的方法指导学生学习这些基本操作，但往往因为学生人数多，学生所在的位置不同，使教师的讲解和示范很难做到让每个学生都看清楚和理解。

利用多媒体信息技术教学可以为学生展示规范、严格的操作过程，规范学生的基本实验知识和技能，使其掌握基本实验方法和操作。如各种玻璃仪器的洗涤与装配、用移液管正确吸取溶液、锥形瓶的摇动、滴定管量筒的正确读数方法以及分析天平的称量等等实验内容，都可以利用多媒体静止放像、重复放像和慢动作放像等功能对操作的难点和注意点进行局部放大或停止，让学生看清基本操作演示，使学生能理解“怎么操作”和“为什么要这样操作”，为学生最终学会这些操作提供保证。

教学课件这种直观的讲授和教学示范可以更严谨，更安全的纠正学生可能出现的错误操作，对培养他们严谨的科学态度和增强学生的安全意识都有很好的帮助。

3 信息技术在化学实验教学中的问题与对策

3.1化学实验中运用信息技术存在的问题

信息技术在化学实验教学中发挥了重要作用，有着得天独厚的优势，但也不能完全替代传统教学。如使用的不合理，就无法实现化学实验在化学教学中的特殊功能，会使整个化学实验教学活动效率降低。因此，在应用信息技术教学时往往存在以下几个问题：

一、盲目使用多媒体教学。在化学教学中遇到实验就采用多媒体技术而不做实验，是一种错误的导向，它严重忽视了实验中“过程”的重要意义。长此以往，教师和学生的实际动手能力就会慢慢消退，化学实验对学生的创新意识和能力的培养就大打折扣。

二、将模拟实验等同实验事实。模拟实验无法全面体现和发挥实验的教育教学功能。模拟实验是真实实验的理想化，和真实的实验现象具有一定的偏差，如果出入太大，会导致学生认知错误。用计算机模拟微观世界，有助于学生认识和理解物质及变化的微观本质，但微观图景跟宏观现象有本质的区别，不能进行简单的类比，同时化学药品和化学反应产生的气味也是多媒体无法表现出来的。

三、不利于学生动手能力和创新思维的培养。有的教师认为用多媒体演示虚拟化学实验直观、快捷、方便、安全且效果理想，完全代替实际的实验操作。利用虚拟实验可以在一定程度上能解决一部分实验教学问题，但不利于学生实验操作技能和实验能力的培养，学生也无法体会到实验的艰辛与成功的喜悦，使用过多必定会陷入“纸上谈兵”的困境。教师应给学生实践的机会以满足他们的操作兴趣，获得实践感知。

四、不利于教师主导作用的发挥。经常使用多媒体进行实验教学，由于教师和学生之间的交流很多时候是通过计算机这个平台来实现的，