计算机辅助化学教学的优势及应用

李川江 冉 鸣

（1.重庆三峡学院化学与环境工程系，重庆万州 404100）

（2.四川师范大学化学与材料科学学院，四川成都 610068）

计算机辅助教学(Computer Aided Instruction，简称CAI)是在计算机辅助下进行的各种教学活动，以对话方式与学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术.CAI为学生提供了良好的个人化学习环境.综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，克服了传统教学方式上单一、片面的缺点.它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现最优化的教学目标.

1 计算机辅助化学教学的特点和优势

计算机辅助教学为学生提供一个良好的个人化学习环境.综合应用多媒体、超文本、人工智能和知识库等计算机技术，它克服了传统教学方式上单一、片面的缺点，它的使用能有效地缩短学习时间、提高教学质量和教学效率，实现最优化的教学目标.

面向化学教学，与教材同步，将教材中全部演示实验和重要的学生实验，应用目前最先进的交互仿真智能技术开发出既可教学又可自学的教学软件系统，[1]对各阶段化学学习中的各种实验现象、操作步骤及其错误操作的结果进行仿真模拟，能显著提高学生对各阶段化学课程实验现象和结果的理解记忆，让学生在游戏式的环境中得到智力能力的培养.[2]

计算机辅助教学克服了在化学教学过程中教学资源短缺的矛盾，解决了教学设备更新缓慢的问题，解决了实验耗材不足的问题，解决了实验过程中的安全问题，解决了教学方式和教学内容的时效问题等.计算机辅助教学以其灵活、生动、形象、鲜明的文字、声音、图形和动画等丰富多彩的表现形式，使化学教学内容化难为易，化静为动，化抽象为具体，化微观为宏观，有助于学生掌握重点、突破难点，启迪思维，引发兴趣，进而巩固知识，发展能力和提高素质.计算机辅助教学的出现改变了传统的化学教学的模式，促进教师教育观念的转变，通过人机交互、信息共享，拓展了学生的视野，培养了学生创造性思维能力.

计算机辅助教学在化学教学中独具特色：1）趣味性.多媒体课件在表达形式上，充分利用动画图象、场景照片和动作摄像、文字说明等手法，使教学模式新颖、生动、直观、富有强烈的感染力.这种信息传递方式通过看、听等多感官刺激，有效地激活学生的思维和学习兴趣，有利于课堂调动学生，符合学生获取知识的自然状态.这种教学模式可以将抽象的理论知识演变成生动、直观的图象，产生很强的趣味性.[3]2）信息容量大.多媒体教学使教师可以节省大量的板书时间，在课堂教学中充分利用直观的教学手段，将大量的教学信息、相关资料融入到多媒体课件中，传递给学生，使教学内容更加丰富，有利于学生接受和理解，这种教学模式可以在规定的授课时间内，将较大的信息量传递给学生，且学生接受知识的效果很好.3）具有网络共享性.互联网技术已经在我们的生活中得到了广泛的应用，教师可以充分利用网络资源，建立网络资源库，教师和学生共同享有资料库中的资源.这样就使得教学过程不拘限于课堂40分钟，学生可以随时随地在网上学习.4）易于操作性.随着教师与学生对计算机使用技能的日益提高，教师制作、应用多媒体课件的水平也不断提高.Flash动画、数码照片、数码摄像等技术已经应用于多媒体课件中，多媒体课件的制作技术也易于教师掌握和操作.5）具有灵活性.授课内容要密切地与生产实际相结合、相联系，理论不能脱离生产实践，这是当今教学的现实要求.多媒体课件教学可以灵活方便地通过摄像、照片等形式，将理论知识与生产实践相联系，这样能够补充生产实践中的理论知识不足的缺点，为学生既要掌握一定的专业技能，又要掌握一定的专业知识，提供了行之有效的手段.

2 计算机辅助化学教学的应用

2.1 直观性好，变抽象为具体

化学课程中微观和抽象的内容较多，像原子核外电子运动状态、电子云的概念等都比较抽象，单凭教师在课堂上口头讲述，学生理解起来比较困难，需要通过一系列复杂的思维加工过程才能获得知识.利用图形、动画、音效等各种媒体制作的多媒体课件可以将难以理解的抽象知识直观地展示给学生，生动地模拟和再现物质微观的结构、状态和变化过程.“百闻不如一见”，电教媒体的直观性使学生对抽象的知识有了感性的认识，符合学生的认知规律，避免了学生由于对知识难以理解而产生厌学情绪.

2.2 计算机模拟化学实验，弥补常规实验的不足

多媒体电脑辅助教学的一大优点是形象性和动感强烈，运用这一优点模拟一些化学实验，可以收到很好的效果.有些化学实验反应速度过快或过慢，学生往往不易看清反应现象，以致影响教学进度；有些实验如硫化氢的制取、苯的溴代、硝基苯的制取等会放出有毒气体，严重污染环境；有些易燃易爆的药品实验，因有一定的危险性，一般条件的实验无法进行；有些实验设备价格昂贵，一般难以配备.若借助于计算机，则可用鲜明的色彩模拟真实的实验，克服上述不利因素.用二维和三维图像及动画进行模拟，可局部放大一般实验中不易观察但很重要的现象，引起学生的注意，而且制成的软件可反复使用，较实际实验节省很多费用.通过实验的模拟，不可见变为可见，变间接观察为直接观察，实现其他媒体难以实现的功能.[4][5][6]

2.3 培养学生自我学习和自我教育的能力

随着网络技术的发展，知识更新速度加快，学习者通过网络就可便捷快速地获得所需要的各方面的知识，从被动地接受知识转变为主动地获得知识，个体的发展水平将越来越取决于不断利用信息、培养自我学习和自我教育的能力.例如在学习二氧化碳时，布置学生上网查找有关二氧化碳的资料，然后在课堂上与同学们交流.有的学生找到了二氧化碳的奇妙用途，有的学生了解了二氧化碳的许多性质，有的学生认识到了原来二氧化碳就在我们的身边，有的学生给同学们介绍了温室效应，有的学生绘声绘色讲起了“杀人湖”的故事等，这样不但使学生体验到化学与人类、环境的密切关系，培养了学生主动与他人进行交流和讨论，清楚地表达自己观点的能力，而且调动了学生的学习主动性和积极性，提高了他们获取信息以及充分利用信息资源，快速高效地解决问题的能力.

2.4 实现资源的共享，提高教学质量

计算机教学还可以减少各教学环节的重复劳动，实现资源的共享.教师可以使用计算机备课，用超文本格式或幻灯片形式保存，其中的大部分内容可以在课堂上直接展示出来.以往不容易演示的部分，如3D模型、动态演示等可以直接在制作过程中合成，在课件中，在教学过程中可以根据课堂情况适当调整.同样的一套幻灯片，不同学校的教师可以根据本校的教学计划自行修改，这样就减少了重复开发，利于教师之间的经验交流.学生也可以把这种课件作为“电子笔记”，课上可以专注于教师的讲解，课后可以根据这些“笔记”进行复习.尤其是利用计算机网络和适当的教学软件，使优秀教师的教学成果能供全国乃至全世界师生共享，并实现学生自主学习、协作学习和远距离教育.[7][8]

3 结 语

化学是以实验为基础的自然科学，在化学教学中，实验是让学生获得感性认识的基本手段，是必不可少的.但是演示实验不可能十全十美，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.不少化学情景无法在演示实验里完成.还有一些实验由于实验器材等条件的限制，学生无法自己动手而借助计算机是可以观察这些现象和实现这些模拟操作的.[9]如果充分利用计算机模拟一些无法进行的实验，突出实验重点，模拟化学情景，就能使课堂教学内容形象化，表现手段多样化，创造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.[10]

如在演示实验的教学中，我们充分利用计算机辅助教学软件的强大模拟功能、[11]动画功能及大屏幕显示器、液晶投影仪等外部设备，解决了许多常规手段难以表现、难于再现或可见度低的实验.这些模拟过程画面清晰直观，并且可以暂停、重放，既减少了教师的劳动强度，又使学生理解迅速、印象深刻，增加记忆，因而教学效果和学生反应比较好.

当然，有一点要指出的是，计算机模拟是建立在实验事实的基础上，它并不能完全取代化学实验操作本身，[12]如有条件做的实验一定要实际操作.

[1]黄修元.多媒体技术在中学化学实验教学中的应用[J].中国现代教育技术装备，2007（7）：118-119.

[2]马文礼，冉鸣.一种新型化学课件在科学探究教学中的应用[J].化学教育，2008（1）：58-59.

[3]闫晓琦，于庆水，孙波等.计算机辅助作图在物理化学实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2005（4）：36:117.

[4]刘景芳，姜有昌，徐丽芳等.计算机辅助教学在化学实验课中的应用[J].辽宁农业职业技术学院学报，2003（6）：52-53.

[5]王红梅，曾小华.计算机辅助教学在化学实验教学中的应用[J].中小学实验与装备，2006（5）：2-3.

[6]陈曦.计算机辅助教学在化学教学中的应用[J].考试周刊，2008（19）：166-167.

[7]何小平.计算机辅助教学模式在中学化学教学中的应用[J].读与写杂志，2007（8）：122-123.

[8]王树成.多媒体课件在教学中的应用[J].考试周刊，2008（50）：200-201.

[9]冉鸣.化学教育工具软件[M].北京:化学工业出版社，2006.

[10]赵凤芝，俞莲莲.基于虚拟现实技术的油田生产仿真系统的设计与实现[J].计算机系统应用，2006（11）：6-9.

[11]冯霞.化学软件和捕捉软件在化学多媒体课件制作中的应用[J].重庆教育学院学报，2003（3）:45-47.

[12]任大飞.浅析计算机辅助教学研究的发展与现状[J].重庆三峡学院学报，2002（5）.