中學(xué)化學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)模式的初步研究
東北師大附中 李楨一、問(wèn)題的提出
隨著信息社會(huì)的到來(lái)，計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用正以前所未有的速度沖擊著我們這個(gè)時(shí)代。把計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域，在國(guó)外稱(chēng)為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（ＣＡＩ）和計(jì)算機(jī)管理教學(xué)（ＣＭＩ）。我國(guó)有關(guān)ＣＭＩ的研究剛剛起步，而對(duì)ＣＡＩ的研究已進(jìn)入推廣和使用階段，這標(biāo)志著我國(guó)現(xiàn)代化教育技術(shù)手段的又一次飛躍。
ＣＡＩ教學(xué)的發(fā)展，在國(guó)外始于６０年代行為主義學(xué)習(xí)理論所倡導(dǎo)的程序教學(xué)法，即根據(jù)刺激反應(yīng)—強(qiáng)化原則，及時(shí)獲取教學(xué)信息的反饋，有效地實(shí)行個(gè)別化教學(xué)。由于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)發(fā)展剛剛起步，軟件開(kāi)發(fā)價(jià)格昂貴，操作難度大，并未受到廣泛關(guān)注。８０年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為ＣＡＩ創(chuàng)造了有利條件，尤其是認(rèn)知心理學(xué)的興起，使ＣＡＩ軟件開(kāi)發(fā)更側(cè)重于應(yīng)用，注重知識(shí)的條理性和結(jié)構(gòu)化，強(qiáng)調(diào)與學(xué)習(xí)者已有的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)相匹配，使其在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)的輔助達(dá)到同化和順應(yīng)，從而形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。近幾年，由于認(rèn)知心理學(xué)理論的日益成熟及多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，使ＣＡＩ更注重于學(xué)生學(xué)習(xí)能力的形成、學(xué)習(xí)策略的掌握和提供更多的個(gè)別化教學(xué)選擇。ＣＡＩ的發(fā)展趨勢(shì)，正順應(yīng)了現(xiàn)代化教學(xué)的兩個(gè)基本趨勢(shì)，即強(qiáng)調(diào)教學(xué)的主體性，強(qiáng)調(diào)充分發(fā)展學(xué)生的個(gè)性，全面提高學(xué)生的整體素質(zhì)。
目前，我國(guó)正處于“應(yīng)試教育”向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)軌時(shí)期，堅(jiān)持素質(zhì)教育的基本觀點(diǎn)，就要面向全體學(xué)生，即通過(guò)個(gè)體的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)真正意義上的全面發(fā)展；同時(shí)，幫助學(xué)生具備各方面的基本素質(zhì)，形成合理的素質(zhì)結(jié)構(gòu)，為學(xué)生未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)，使學(xué)生終身受益。而要實(shí)現(xiàn)個(gè)性的全面發(fā)展，必須立足于學(xué)生個(gè)體差異、因材施教，這不僅要有雄厚的知識(shí)基礎(chǔ)，還必須掌握獲取知識(shí)技能的方法，形成自學(xué)能力，這樣才能適應(yīng)未來(lái)社會(huì)不斷變化的需要。
ＣＡＩ教學(xué)的主要特點(diǎn)，為我們進(jìn)行素質(zhì)教育目標(biāo)的實(shí)施，提供了有益的幫助。首先，計(jì)算機(jī)信息存貯量大，處理迅速，方便的人機(jī)交互功能，提供了良好的個(gè)別化學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)生能根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力理解和發(fā)展水平，調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度和難度，真正實(shí)現(xiàn)因材施教。其次，計(jì)算機(jī)的模擬功能，可使抽象內(nèi)容形象化，靜止內(nèi)容動(dòng)感化，為學(xué)生創(chuàng)造生動(dòng)、活潑、直觀、有趣的教學(xué)條件；而教師的設(shè)問(wèn)和強(qiáng)化刺激手段可極大地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，形成有意注意，消除學(xué)習(xí)的疲勞和緊張。這樣做既有助于學(xué)生良好的心理品質(zhì)的形成，又使學(xué)生獲取準(zhǔn)確、深刻的直觀感知，從而形成完整的理性認(rèn)識(shí)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。第三，ＣＡＩ可以提供培養(yǎng)自學(xué)能力的條件。教師可根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，構(gòu)建問(wèn)題情境，指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地上機(jī)學(xué)習(xí)，并輔之以必要反饋練習(xí)，及時(shí)肯定或解答，幫助學(xué)生總結(jié)學(xué)習(xí)方法，查找學(xué)習(xí)障礙，逐步提高學(xué)生自學(xué)能力和處理實(shí)際問(wèn)題的能力。此外，ＣＡＩ在提高課堂效率、增大課堂容量、進(jìn)行全面即時(shí)性輔導(dǎo)、減輕學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)等方面，還具有很好的功能。
ＣＡＩ的這些功能，決定了它在化學(xué)教學(xué)中會(huì)發(fā)揮日益重要的作用。近年來(lái)，雖然很多學(xué)校在計(jì)算機(jī)硬件的配置上下了很大功夫，但在軟件的開(kāi)發(fā)和利用上明顯滯后于硬件的配置。而且，相當(dāng)多的教師對(duì)ＣＡＩ在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用認(rèn)識(shí)不足，參與不夠，對(duì)ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)模式的研究更鮮為人知。為此，結(jié)合我校ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)的開(kāi)發(fā)和實(shí)踐，我們對(duì)ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)模式提幾點(diǎn)看法。
二、計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)的幾種模式
（一）計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)模式
ＣＡＩ的模擬功能，是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中較早開(kāi)發(fā)和利用的一種功能。目前，很多學(xué)校的軟件應(yīng)用是這種教學(xué)模式。
模擬教學(xué)模式，主要是指利用ＣＡＩ的模擬功能把一些抽象的理論內(nèi)容，或不易觀察清楚、危險(xiǎn)性較大、難于操作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)二維或三維動(dòng)畫(huà)形式，進(jìn)行信息處理和圖像輸出，在顯示屏幕上，進(jìn)行微觀放大，宏觀縮小，瞬間變慢，短時(shí)間內(nèi)調(diào)動(dòng)學(xué)生多種感官參與活動(dòng)，使學(xué)生獲取動(dòng)態(tài)圖像信息，從而形成鮮明的感性認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步形成概念，上升為理性認(rèn)識(shí)奠定基礎(chǔ)。
模擬教學(xué)只是教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，比傳統(tǒng)的掛圖、模型或錄像都更真實(shí)地接近于事物的本來(lái)面貌，而且可反復(fù)播放，因此更有利于學(xué)生理解知識(shí)的本質(zhì)，培養(yǎng)他們的形象思維能力，也有助于抽象思維能力的提高。
ＣＡＩ在化學(xué)教學(xué)中的模擬教學(xué)，主要適用于理論性和抽象性較強(qiáng)的內(nèi)容：如原子核組成、電子云、核外電子運(yùn)動(dòng)、化學(xué)鍵中離子鍵、共價(jià)鍵形成、溶解和結(jié)晶、原電池、電解池、離子反應(yīng)和離子方程式、ＮＨ３分子結(jié)構(gòu)、有機(jī)官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)等。另一方面適用于實(shí)驗(yàn)難以操作、危險(xiǎn)性大而觀察不明顯的內(nèi)容，例如，溴苯制備、氫氣還原氧化銅、氨氧化、乙酸乙醋水解等。此外，工業(yè)生產(chǎn)知識(shí)內(nèi)容，如硫酸、硝酸工業(yè)制法，煉鐵也可制成ＣＡＩ課件進(jìn)行教學(xué)。
（二）多媒體綜合教學(xué)模式
計(jì)算機(jī)可以控制多種教學(xué)媒體，這是其優(yōu)于其它教學(xué)媒體的特殊功能。實(shí)際上，傳統(tǒng)教學(xué)模式的教學(xué)中，教師上課也有聲音、形象、板書(shū)、文字、掛圖和實(shí)物等，教師也可根據(jù)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的反映來(lái)調(diào)整教學(xué)策略。但我們這里所說(shuō)的多媒體有二層含義，其一是把微機(jī)與其它教學(xué)媒體相互連接，賦于其它媒體交互性，同時(shí)使用幻燈、投影、錄像等手段，使多種媒體有機(jī)地貫穿于教學(xué)的全過(guò)程。其二是多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)的使用，即“利用計(jì)算機(jī)交互式地綜合處理文字、圖形、圖像、聲音等多種信息，使它們建立起邏輯連接，成為一個(gè)系統(tǒng)”，使之具有綜合性，即一機(jī)多用，同時(shí)又可形成人機(jī)互動(dòng)，互相交流的操作環(huán)境，形成一種身臨其境的情境。
由于多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)是９０年代在法國(guó)首先提出和使用的，我國(guó)高中配置多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的學(xué)校不多。因此，主要的多媒體綜合教學(xué)模式還是指前一種，但未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)當(dāng)是使用多媒體計(jì)算機(jī)平臺(tái)，設(shè)計(jì)課件，操作使用鼠標(biāo)，簡(jiǎn)單易行，而且教師并不需要有太多的計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此具有更廣闊的發(fā)展前景。
實(shí)際上，進(jìn)行ＣＡＩ教學(xué)，應(yīng)當(dāng)逐漸從單純的ＣＡＩ向多媒體組合的ＣＡＩ發(fā)展。例如，在“原電池”一節(jié)的教學(xué)中，我們把原電池中原電池原理及形成條件作為本節(jié)課的重點(diǎn)，為了突出重點(diǎn)內(nèi)容講授，讓學(xué)生從微觀本質(zhì)理解原電池的形成，不僅采用了傳統(tǒng)的分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用投影給出原電池實(shí)驗(yàn)要求、觀察步驟，指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，并利用微機(jī)模擬原電池所形成的閉合回路，通過(guò)電子轉(zhuǎn)移的流動(dòng)過(guò)程和聲響，及兩極不同顏色的Ｚｎ２＋離解，Ｈ＋析出標(biāo)示出內(nèi)外電路所構(gòu)成的閉合回路，使學(xué)生認(rèn)識(shí)原電池本質(zhì)；最后利用錄像播放不同新型原電池的工作情況，使學(xué)生最終形成對(duì)原電池比較深刻和全面的理解。
這種多媒體組合教學(xué)，可在一定程度上突破學(xué)生認(rèn)識(shí)的時(shí)空限制，拓寬學(xué)生獲取信息的渠道，使學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感覺(jué)系統(tǒng)參與信息的收集過(guò)程，形成教與學(xué)的雙向互動(dòng)，更好地發(fā)揮學(xué)生思維的想象力和創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，極大地提高學(xué)習(xí)效率。
（三）計(jì)算機(jī)個(gè)別輔導(dǎo)教學(xué)模式
我們目前采用的主要是班級(jí)授課制，很難在全班實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教學(xué)，而實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教學(xué)，又是化學(xué)教學(xué)由“應(yīng)試教育”向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)化的重要途徑。由于ＣＡＩ的課件，主要強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互功能，因此實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的個(gè)別化教學(xué)有得天獨(dú)厚的條件。
個(gè)別輔導(dǎo)模式，主要是用計(jì)算機(jī)部分地代替教師，按照程序教學(xué)的原則，設(shè)計(jì)不同的層次遞進(jìn)的教學(xué)途徑，學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)水平，選擇不同的學(xué)習(xí)程序，提出需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容；計(jì)算機(jī)可向?qū)W生提問(wèn)，并對(duì)學(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行分析，作出正確與否的判斷，給出高質(zhì)量的反饋，如遇困難，還可以適當(dāng)降低學(xué)習(xí)坡度，使學(xué)生循序漸進(jìn)，得到知識(shí)的鞏固和自學(xué)能力的提高。個(gè)別輔導(dǎo)教學(xué)模式，是一種適合自學(xué)的個(gè)別化教學(xué)方式。如果程序設(shè)計(jì)的分支越多，預(yù)想情況越豐富，越能幫助反復(fù)學(xué)習(xí)，克服障礙，共同達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程。
這種教學(xué)模式，雖然主要是以學(xué)生為主體，但也不能忽視教師的主導(dǎo)作用；教師不僅要指導(dǎo)學(xué)生尋找解決問(wèn)題的方法，而且要針對(duì)學(xué)生的實(shí)際，精心設(shè)計(jì)程序，使學(xué)生能用最短的時(shí)間找到解決問(wèn)題的途徑，同時(shí)也可以幫助學(xué)生總結(jié)自己的個(gè)性特點(diǎn)、學(xué)習(xí)風(fēng)格，從而幫助學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)品質(zhì)和自學(xué)方法，真正實(shí)現(xiàn)個(gè)別化教育的目標(biāo)。
個(gè)別輔導(dǎo)教學(xué)模式，由于受ＣＡＩ課件的限制及學(xué)生計(jì)算機(jī)使用的熟練程度的影響，很難在短時(shí)間內(nèi)得到大范圍的推廣，而現(xiàn)有的軟件局限性又較多，因此可嘗試在選修課教學(xué)中，進(jìn)行小范圍的試點(diǎn)，當(dāng)課件使用比較成熟時(shí)再做推廣應(yīng)用。
以上我們只對(duì)現(xiàn)有的常用教學(xué)模式進(jìn)行了歸類(lèi)，除此之外，ＣＡＩ的問(wèn)題解決、教學(xué)游戲及查詢和問(wèn)話等多種基本模式，在個(gè)別化教學(xué)的課件中都有所表現(xiàn)，在此我們限于篇幅，不再贅述。
三、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的實(shí)踐和體會(huì)
我校開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的時(shí)間較長(zhǎng)，不僅在化學(xué)學(xué)科，在其它各科教學(xué)中，都設(shè)計(jì)過(guò)豐富的ＣＡＩ課件，這主要源于計(jì)算機(jī)硬件的配置和得力于一批對(duì)軟件開(kāi)發(fā)興趣濃厚的中青年教師群體。這樣一個(gè)大的環(huán)境也在無(wú)形中推動(dòng)了ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。
在ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，我們感到主要是ＣＡＩ課件設(shè)計(jì)比較困難�，F(xiàn)在市售的課件，模式單一，價(jià)格較高，教師個(gè)人的教學(xué)設(shè)計(jì)和風(fēng)格不同，課件使教師選擇余地較��；教師本人又沒(méi)有更多時(shí)間和精力參與設(shè)計(jì)程序，而要編程序，難度更大，由此需要有一個(gè)ＣＡＩ教師備課系統(tǒng)，使教師便于選擇、存儲(chǔ)、檢索加工組成課件。
在進(jìn)行ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)，要注意展示的應(yīng)是教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，只有這樣，才能引發(fā)學(xué)生注意，提高課堂教學(xué)效率。如果一味地追求使用媒體，整個(gè)課堂教學(xué)變成視頻圖像，或頻繁地更換媒體，都會(huì)成為教學(xué)的干擾因素。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)媒體也無(wú)需都被電腦取代。
最后，既要注意畫(huà)面的設(shè)計(jì)，不追求過(guò)分刺激而忽視教學(xué)效果；同時(shí)又要注意，表象不能代替經(jīng)驗(yàn)，不能片面追求化難為易，而忽視對(duì)學(xué)生思維的敏捷和深刻性的培養(yǎng)，應(yīng)在豐富的計(jì)算機(jī)表象基礎(chǔ)上，給學(xué)生思維設(shè)置一些坡度，幫助學(xué)生提高能力。
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