信息技术在实验教学中的应用研究

2009-11-26黎国兰李松冉鸣

中国教育信息化·高教职教 2009年10期

黎国兰　李　松　冉　鸣

摘要:本文通过信息技术在实验教学中的应用研究,分析了信息技术对实验课程教学质量提高的促进作用。本文以计算机辅助物理化学实验为例,阐明了利用信息技术辅助物理化学实验教学有利于促进学生对实验原理的理解,提高学生实验学习兴趣和实验学习效率,从而提高实验教学质量,为广大化学教师利用信息技术辅助实验教学提供借鉴。

关键词:信息技术实验教学辅助

中图分类号:G434文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2009)19-0064-02

目前,利用信息技术辅助理论课程教学在技术和模式上都比较成熟,但信息技术辅助实验教学尚未得到普遍和深入的应用。于是,通过改变传统实验教学手段,运用网络技术构建虚拟实验环境,使实验现象能够通过计算机多媒体进行模拟,实验教学能够在虚拟教学环境中进行,学习者不必担心缺乏实验条件,也不必为实验学习到处奔波,这对现代教育信息化具有十分重要的意义。[1-5]

现代教学理论认为,虚拟实验还无法完全替代真实实验,所以实验室教学还是实验课程的主要部分,我们的立足点是如何利用信息技术辅助实验教学的更好开展。[6]下文以物理化学实验为例,探讨信息技术在当代实验教学改革中的应用。

一、利用动画模拟,促进实验原理理解

物理化学实验原理非常抽象,而且通常实验都是先于理论课进度,学生不易理解和掌握实验原理,用传统的教学手段效果往往不理想。通过利用计算机模拟实验,可以把实验原理形象直观地展现在学生面前,帮助学生理解和学习实验原理。如在溶解热测定实验中利用动画辅助讲解溶解的变化过程,使实验直观形象(如图1所示),学生很容易理解,丰富了学生的观察和记忆。

这类型的应用还可以针对有些实验只能看到结果,而实验原理很难清楚反映的实验教学中。如“表面张力和吸附的测定”实验中,学生难以理解实验原理,在教学中就可以利用动画对微观过程进行模拟放大(如图2所示),让学生对抽象的问题产生感性的认识。

二、利用计算机辅助教学演示实验激发学生实验兴趣

在教学中,实验演示是学生获得感性认识的基本手段。但不是每个实验演示都能十全十美,有的实验现象发生时间短暂,无法看清,许多实验使用仪器设备较多,需要进行解释,分散了学生注意力,冲淡了主题;有的实验仪器价格昂贵,实验很难实现;有些实验危险性太大,不少情景无法在实验室里完成;还有一些实验由于器材条件的限制使得学生无法自己动手。利用计算机模拟一些无法进行的实验,突出实验重点,模拟真实情景,可以使课堂内容形象化,表现手段多样化,创设一个生动活泼的学习氛围,促使教学过程从静态描述向动态描述发展。在演示实验教学中,我们充分利用计算机辅助教学软件的强大模拟功能、动画功能及大屏幕显示器、液晶投影仪等外部设备,就可以解决许多常规手段难以表现、难以再现、危险性大或可见度低的实验。如采用微观放大的方法演示胶体的电泳,这些模拟过程画面清晰直观,并且可暂停、重放,既减小了教师的劳动强度,又使学生迅速理解、印象深刻,增强记忆,大大丰富了学生头脑中的形象信息,有效地帮助学生顺利完成从感性到理性的飞跃,因而教学效果和学生反应都比较好。有一点要强调的是,计算机模拟是建立在实验事实的基础上,它并不能完全取代实验本身,有条件做的实验还是一定要实际地做。

三、利用信息技术辅助实验数据处理,有利于提高实验学习的效率

在实验过程中,部分实验没有一定的数据量,就不能很好地反映物理量之间的关系,所以测量数据繁多。学生把大量的时间用于测量,不能很好地理解、思考实验中遇到的问题。近几年来,技术特别是传感技术的发展,使大多数的物理量的数据能够通过转换和信号调理送入数据采集卡由计算机控制采集、存储、计算、处理,这种方法可以完成一些常规仪器难以完成的实验,不但提高实验测量的精度和效果,还有利于学生在实践操作活动中有更多的时间用来对实验涉及的知识进行思考,避免大量的重复计算工作,有利于提高学习的效率。

但是,在实际的教学中我们发现,利用数据处理平台实现实验数据处理的自动化是不值得提倡的。在数据处理平台系统中,实验反应装置只需要连接上计算机,打开系统就可以自动得到实验数据和数据处理结果。以乙酸乙酯皂化反应实验数据采集处理系统为例(如图3所示),这种实验数据采集和处理方式也是当代许多大型现代实验仪器所采用的方式。但经过教学实践,我们最终在物理化学实验教学中放弃了这一系统。这种实验数据处理平台系统虽然节约了实验时间和简化了实验操作步骤,但正是这样的过程特点让教师忽略了物理化学实验教学的根本目是通过实验使学生对实验原理和仪器原理有所了解和掌握,运用一定的实验技术手段完成实验,达成对物理化学中知识原理的进一步学习和掌握,而不是简单完成实验,得到实验结果。另一方面,学生在这样的一个过程中也简单地认为完成了实验操作就完成了实验课程的学习,不去深究实验原理或领会实验要说明的问题。

四、利用计算机辅助实验教学,提高整体实验教学质量

学生通过实验操作,不但可以培养动手能力,而且可以巩固所学知识,提高思维能力、想象创造能力和理论联系实际的能力。但传统的实验课,教学效果却跟上述目的相差甚远,造成这种状态的原因在于学生对实验不感兴趣,因此对实验预习漫不经心,对实验原理和目的不甚明确,在方法上不求甚解,到实验操作时只是对照实验步骤机械模仿,按部就班地完成实验,未能充分调动思维,少数同学甚至为达实验结果不惜拼凑数据。针对上述情况,要充分运用计算机的模拟功能和交互功能,对传统实验教学进行一些改进。首先,把违反操作规程所引起的结果,用模拟的方法给学生敲警钟。如测电源电动势时,不允许获得短路电流,这样就要将短路引起的结果在屏幕上显示出来,给学生留下深刻的印象,实验操作时就没有人再犯类似的错误。其次,将实验过程中的一些重要步骤,如器材的组装、接线,测量仪器的读数等,事先用计算机模拟出来,要求学生模拟操作。这样,通过人机交互检查,增强学生对实验原理、操作等的理解和掌握。