网络模拟技术在高中化学课堂上的应用方法

王校军

摘 要：一首“减数分裂”的网络生物教学歌曲在高中学生中风靡一时，其代表着多媒体技术在高中生物课堂上的创新性应用已经迈入了数媒传播的多极化和层次化阶段。在网络科技已然进入千家万户的时代里，建立数字化模拟实验室、编辑简单的教学版网络游戏，将网络模拟技术带到高中化学课堂，结合示范演练的传统教学方法，增添多极化的网络教学工具，对高中化学教学步入数字化和现代化阶段具有重要意义。通过探究网络模拟技术在高中化学课上的应用背景、应用方法、应用意义，尝试在高中化学课堂上推行网络化的信息技术教学，培养学生学习化学知识的自我认知能力。

关键词：网络模拟；反应原理；元认知

苏教版化学必修1、必修2及化学反应原理，涵盖了化学的研究方法、实验方法、现代的先进技术、元素化合物知识、有机化学知识、物质结构、化学反应基本原理等化学核心内容，全部通过“灌输、填鸭”的传统教学方式传递给学生群体，势必会影响学生学习化学的积极性，对化学知识的传播产生不利影响。传统高中化学教学遵循“三个中心，一个基本点”的教学模式，即：以教师为中心、以教室为中心、以教材为中心、以考试成绩作为检验学生学习效果的唯一途径。如此单一、枯燥、乏味的教学方式对于激发学生的学习兴趣，培养学生的化学学习热情，具有一定程度上的阻碍作用，但是完全仿照“减数分裂”再造一首“氧化还原反应”的流行歌曲，课程性质、课程内容和教学方法上的不适应以及新鲜程度的大幅度降低，也会直接影响到化学课堂教学趣味性的进一步提升。

探讨如何在课堂上增添不一样的“新鲜元素”，催化一堂生动有趣的化学课堂反应，对于提高学生对化学学习的元认知能力具有重要意义。

一、网络模拟技术在高中化学课堂上的应用背景

当前网络模拟技术应用已经相当普遍，在军事战略指挥应用上，网络数据化模拟在逐步取代传统的沙盘指挥作业。如2015年4月票房黑馬《战狼》中，解放军高级指挥官在进行反恐营救过程中的指挥作业就是通过网络模拟进行的。在驾驶员技能培训课程中，大多数驾校也开始选择性地采购驾驶模拟器材进行驾驶动作模拟演练。这说明网络模拟教学应用到高中化学教学课堂上去，从技术层面讲已经毫无障碍。

模拟技术人员按照内容需要将相应的规则和定律编辑进入特定的程序中，在条件假设符合程序要式的情况下进行自主模拟演练，其演练结果可以验证在假设条件下预估结果的真伪性，从而推动科学实验的有效进程。“仿真化学实验室”的诞生，为模拟化学教学提供了相应的技术支撑。提高学生学习兴趣，使学生融入探究式的化学课堂之中，网络仿真化学实验室的诞生就恰到好处地弥补了这方面教学技术应用的空白。

二、网络模拟技术在高中化学课堂上的应用方法

在高中化学课程中，能够进行网络技术模拟的内容涵盖了所有实验室的实验内容，如：钠、镁、铝单质金属活动性强弱实验；电解池原理探究实验；乙烯的制取及性质实验；糖、乙酸的性质探究实验等，这些实验内容通过编程模拟应用到化学教学课程，能够带来不一样的课堂氛围。将实验内容的逻辑原理编程进网络软件，并进行化学模拟实验，对于非IT专业的化学教师而言是相当困难且不容易实现的。但科技发展到现在，一些围绕教学发展的软件应用也开始在网络上生根发芽。由金华科公司研发制作的软件“虚拟仿真化学实验室V3.0专业中文版”，这套软件在模拟实验操作方面简单易懂，囊括了所有高中化学实验课程，对解决学校化学实验室器材有限、经费投入紧张、化学试剂成本较高、化学实验无法经常反复多次练习等问题，有着其他教学方法不可比拟的优势。

1.教师模拟实验探究

模拟实验和现场实验的教学目的都是一致的，都是为了让教学内容得以更好的开展，学生熟练掌握所学习的课堂知识并能在实际生活中运用自如。这个过程中，教师要一直扮演“引路人”的角色，自古以来教师在“传道、授业、解惑”的层面上都占据着至关重要的地位。网络模拟实验只是一种新鲜感极强、极富创新特色的教学方式，是传递化学知识的一种教学工具，不能完全代替教师的教学地位。因此，在模拟实验的伊始，教师需要对网络仿真模拟实验进行亲自探究，并记录该教学方法的利弊，为后续的教学开展做好充足的准备。

2.学生实验课堂参与

学生要一直扮演“表演者”的角色，舞台学校已经为你搭建，表演的技巧方法教师已经告诉你，如何在舞台上演绎好自己的学海生涯，全在于学生自己。模拟实验的引入只是一种吸引学生参与化学实验课堂的工具，如何让它最大限度地发挥教学层面的推动作用还在于学生。因此，课程呈现的新颖独特，教师教授的风趣幽默，课堂氛围的轻松愉悦，都是一堂化学实验课成败的重要影响因素。在高中课堂上，学生永远都是主角。“授之以鱼，不如授之以渔。”纵使教师掌握的知识面非常宽广，对知识的理解程度也非常深刻，教学的主体还应该是学生。因此，化学模拟实验课，教师带学生走进去，一旦入门了，剩下的时间和舞台就该还给学生了。

3.师生实验课堂互动

元认知理论普遍认为，元认知就是对认知主体的认知，还原到化学课堂上，也就是学生对自己化学知识认知状态的一种认知。如：电解池实验，电解池是把电能转化为化学能的装置。在U型管中加入饱和的氯化铜溶液，利用石墨棒做电极，接通闭合电流会出现一系列的现象，而这些现象的描述需要教师引导学生在实验操作前思考的内容，实验过程中需要学生根据所见、所闻作出语言上的表达：有气泡，有刺激性气味，石墨棒上附着有红色物质。这是实验的表面特征，那么化学反应原理是什么呢？教师带领学生回归到理论教学课堂上进行讲解。学生知道自己哪些知识点没有掌握，哪些实验能够独立完成，但却对自己的认知没有清楚地认知，这个时候就需要教师介入实验过程中去，总结学生对实验的认知程度，以及对自我独立完成实验能力的认知程度。这种贯穿于模拟实验过程的认知教学互动能够协助学生正确认识自己的化学实操能力，并根据不足进行有针对性的弥补训练。

三、网络模拟技术在高中化学课上的应用意义

1.引入信息化的化学教学工具

高中化学实验操作课程所占比例不高并非教材大纲不重视，而是在化学实验操作过程中存在诸多可变因素，如：学校在化学课时安排上忽略了化学实验课时的要求；部分学校和化学教师在高考压力下人为地压缩化学实验课时；学生化学实验课的自我管理难度较大，存在一定的安全风险等，这些或多或少地成为化学实验课学生自主实操率偏低的原因。

PPT多媒体技术和视频演示教学技术在高中课堂上经常被作为信息技术教学的典范，在高等教育实验课程中也被得到广泛地推广和应用。但网络仿真模拟技术在学校课堂上却非常少见。在高中课堂上适时引入网络技术应用过程中诞生的“仿真化学实验室”，解决了化学实验室、实验器材、实验药剂等物质层面的问题，同时带给学生完全不一样的教学体验，给教师教学增添不一样的工具选择，对高中化学实验课的开展是极为有利的。

2.激发学生学习高中化学的兴趣

教育学调查报告显示，77.2%的学生认同将信息化技术更多地引入高中理论课程中去，并且有83.9%的学生首选将网络信息与课程内容相结合进行探究式教学。这说明学生网络技术在化学课堂上的应用是持赞成态度的。化学教学除去正常的理论课堂知识学习以外，还会涉及部分实验室操作内容。除了将化学元素填词改编为流行歌曲以外，还可以将3D网络模拟实验技术带到化学实验室课堂上来。

仿真实验室模拟技术在进行实验操作的同时配合相应的现象说明，并要求学生对现象说明进行适当的分析解答。学生解答完成后翻看实验说明以及化学原理，核对自己的前期解答是否正确，并根据实验原理进行自我修正。吸引学生化学兴趣，培养学生自我探究学习的能力，再配合化学教师的重难点讲解，一堂有趣的化学实验课在模拟实验室技术的引进下圆满高效地完成了。

3.协助学生深刻全面地认知自我

建构主义学习理论认为，知识不是通过教师传递给学生的，而是学生在一定的社会背景下借助外界力量的帮助，通过意义构建的方式获得的。皮亚杰认为，个体认知社会是通过“同化”和“顺应”进行的，并在平衡—不平衡—新的平衡中得到丰富和发展的。如：电解池实验饱和溶液选择的不是氯化铜，那么溶液经过化学反应呈现出来的颜色就可以不是红色。学生在模拟化学实验的同时检验自己对化学知识的认知，尝试进行化学元素的探究性组合实验，既是元认知过程，也是创造性能力的发挥过程。

4.网络模拟技术存在的问题和不足

在电解池实验中，气泡可以通过模拟影像看到，声音可以通过音频系统传递，分解细节可以通过数据模拟得到认知，那么“刺激性气味”又该如何通过网络技术表达出来呢。网络技术的模拟应用目前也只能停留在2D和3D的层面，4D、5D或者9D模拟所付出的营建代价，远远高于实验室人为操作所投入的。另外，网络模拟通过数据编程能够给出教材课程上设计好的“正确答案”，那么实际应用中因各种外在因素影响而出现的“失败”实验却无法在模拟中体现出来。

综上所述，无论是示范演练教学法、模拟探究实验法、团体互动交流法或是户外拓展训练法，在整个高中阶段的知识传播上，都是因人、因地、因教材内容不同而体现出来不同的推动效力。网络模拟技术提供给高中化学的“仿真实验室”平台，并不是解决学生学习化学问题的万金油。它只能是一种教学手段，用来帮助教师提高教学效率、帮助学生提高学习效率的一种手段。教学的关键还在于学生的自我成长，而在成长的过程中，教师如何协助学生去完善和优化自我认知，成为知识的承载者，这才是一线教师要探究和思考的。

参考文献：

陈宜菲.創新实验教学，实现化学实验室绿色化[J].广东化工，2013（15）.

编辑 温雪莲