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对计算机辅助化学教学的几点思考和认识

时间:2007-3-30栏目:化学论文

随着课程教材改革的全面推行和逐步深入,教学手段的现代化已成为当前实施素质教育、提高课堂教学效率的一个重要问题。当今社会是信息科学技术高速发展的社会,而二十一世纪的课堂是多媒体的课堂,在科学技术发展的今天,教育不再仅仅是“粉笔加嘴巴”的传统模式,现代化教育技术个人计算机(PC机)加多媒体必然会引入教学领域,如计算机辅助教学(CAI)和计算机管理教学(CMI)已成为世界范围的教育研究领域和未来教学的发展趋势。笔者将就开展计算机辅助化学教学的必要性及其现状与对策等方面谈谈几点思考和认识。

 一、计算机辅助教学的发展及其在化学教学中的功能

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  在我国,计算机教育应用存在二次转折,第一次是从程序设计教学转向计算机辅助教学,第二次是从课件思想转向积件思想和网络教学。计算机辅助教学兴起于五十年代末,它是教育学、心理学、教育技术学、管理科学计算机技术相结合的产物。当时行为主义学习理论倡导程序教学法,希望根据刺激反应的强化原则,及时获取教学信息的反馈,从而有效地实行个别化教学。但正如马特莱诺(Martellaro)所说,“在计算机稳固地占领课堂之前,似乎要在教育界经受一场长期而艰难的斗争。和旧的、早已稳固起来的教学方法相比,计算机必须具有更明显的优越性才能得到广泛的应用” ? 。由于那时的计算机发展尚处于起步阶段,存在对技术人才素质要求高的困难, 有关教学软件的开发与制作更是许多教师还没有掌握的技术,同时软件以Basic编程的字符模式为主,软件开发难度大、界面不友善、价格高, 相应的措施又跟不上,因而计算机辅助教学并未受到特别的关注。到八十年代,由于计算机技术的飞速发展,社会物质条件的改善,为计算机辅助教学创造了有利条件,特别是认知心理学的兴起,使CAI课件开发更侧重于应用性,注重知识的条理性和结构化,强调要与学习者已有的认识结构相匹配,使其在原有认知结构的基础上,通过计算机的辅助达到同化和顺应,从而形成新的认知结构。近年来,由于认知心理学理论的日益成熟及多媒体计算机技术的出现和发展,如图像技术的提高(包括解析度增大、色彩丰富和2D、3D图形技术增强)、压缩与解压缩技术的发展、高容量载体的出现以及数位化技术与超媒体技术和运算技术的加快等,带动了CAI课件的发展,使计算机辅助教学更注重于学生学习能力的形成、学习策略的掌握以及提供更多的个别化教学的选择。就世界上计算机辅助教学的发展过程而言,主要经历了以字符模式为主的编程阶段、多媒体CAI课件和从一元到多元、多维等将教育与信息技术相结合的网络教学(是广域网而非局域网)阶段,因此计算机辅助教学的发展趋势,也顺应了现代化教学的两个基本趋势,即强调教学的主体性,强调充分发展学生的个性,全面提高学生的整体素质。

  在大力提倡素质教育的今天,坚持素质教育的基本观点,就在于要面向全体学生,通过个体的发展,实现真正意义上的全面发展,同时帮助学生具备各方面的基本素质,形成合理的素质结构,为学生的未来发展奠定基础。而要实现个体的全面发展,必须立足于学生个体差异、因材施教,使学生不仅要有雄厚的知识基础,还必须掌握获取知识技能的方法,形成自学能力,才能适应未来社会不断变化的需要。而计算机辅助教学的主要功能,则会对我们进行素质教育目标的实施提供有益的帮助。就计算机多媒体技术应用于化学教学而言,具有以下几个功能:

  1. 多媒体集文字、图形、图象、声音、动画、影视等各种信息传输手段为一体,具有很强的真实感和表现力,可以激发学习者兴趣,引起注意。提高学生学习化学的兴趣,是提高化学教学质量的前提,也是改善课堂教学环境的重要一环。化学多媒体软件在内容组织上采用大量的色彩鲜明、活泼有趣的音象画面,有助于调动学生的学习积极性。

  2. 可以变抽象为具体,模拟微观世界的化学反应和现象,使教学更加形象、直观,便于学习者理解和掌握。化学是研究原子、分子等微观运动和变化规律的一门学科,对于化学中运动而复杂的微观世界,用传统的教学手段很难使学生理解掌握,而借助计算机的模拟手段,可以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。

  3. 可以动态地、对比地演示一些化学现象,可以有效地控制变化的速度,调节快慢,从而便于学习者观察和思维。有些化学反应瞬间完成,对其过程很难分步观察与判断,通过多媒体技术,教师可以模拟控制反应变化的速度,调整教与学的进度,在教师与计算机的共同启发下,培养学生的能力。

  4. 利用多媒体的人机对话、界面友善、超文本、人工智能、可编著工具、方便的外设、虚拟现实等功能,可以使学习者沿着自己的思路,适应自己的需要去发展学习的过程,可以及时反馈教学信息,可以突出重点,解决难点,增大课堂教学容量,极大地提高教与学的效率。计算机信息贮量大,处理迅速,具有友好的工作界面,方便的人机交互功能,为学生提供了良好的个别化学习环境,使学生能根据自己的学习能力调节学习进度和难度,真正实现因材施教。而教师可以根据学生已有的认识基础,构建问题情境,指导学生独立地上机学习,并辅之以必要的反馈练习,及时肯定或解答,帮助学生总结学习方法,查找学习障碍,逐步提高学生自学能力和处理实际问题的能力。由此可见, 计算机辅助教学在提高课堂效率、增大课堂容量、进行全面即时性辅导、减轻学生课业负担等方面,都是其他教学媒体所没有的。

  5. 多媒体的各种信息传输手段作用于学习者,可以同时调动视、听、说等多种感官,形成合理的教学过程体系,使学习者在最佳的学习环境中学习,使之达到教学的最佳效果。心理学研究表明,人们从听觉获得的知识能够记忆15%,从视觉获得的知识能够记忆25%,而同时使用两种传递信息的工具就能接受知识约65%。多媒体的多感官刺激作用,有利于学生注意力的长期保持和获取知识。

  6. 多媒体网络可以缩短时空距离,加强人与人间的联系,有利于开阔学习者的视野,形成互助合作的优良素质。如电子图书馆和网络的服务,允许用户把信息(电子邮件)传给本系统的其他用户,也可以通过计算机获得图书馆的信息,其好处是不言而喻的。

  正如埃斯特伦所说,“计算机能非常直观地、多方面地提供学习经验,这可以使一个年轻人在大约几个月的时间内达到用传统教学方式需几年才可达到的水平”②。由于计算机辅助教学具有这些功能,就决定了它在化学教学中会发挥日益重要的作用,所以有必要开展并加强计算机辅助化学教学工作。

 二、目前计算机辅助化学教学的现状与困难

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  近几年来,在美国等发达国家的化学教学中已广泛采用以微型计算机为核心的高新技术和多媒体远程教学。如何使我国化学教学现代化问题,已摆在全体化学教师、教研员及教材研究人员的面前。

  从我国目前的情况看,根据邓小平同志教育要三个面向的指示,由于各级教育行政部门和各级领导的重视,全国广大地区的各类学校在计算机硬件的装备上已迈出可喜的步伐,不论是重点中学还是普通中学,很多都已从无到有建立起规模不等的计算机实验室,并多已开设了计算机普及课程,初步做到了“计算机要从娃娃做起”。但是由于种种原因,计算机在教学上的应用普遍还停留在磁盘操作系统(DOS)基础知识、文字处理、数据库基础等层次上,计算机在化学教学中的应用还基本上是处于起步阶段。这不仅是教学资源的浪费,而且还会影响到中学对未来人才的培养。究其原因,一是适合中学化学教学的计算机软件不多,就是目前已有的一些已商品化的化学教学软件也较多停留在初级教学水平,教学针对性不强,而一些水平相对较高的软件价格偏高,脱离了目前我国中学师生的承受能力,因此难以在教学中发挥作用。从目前国内的现状看,CAI的发展较为落后,品种单一、制作粗糙、交互性差、界面不理想、连贯性差,难以形成系列产品,更难以在全国推广。二是现阶段我国中学师资在掌握现代科学技术上水平普遍偏低,往往是懂化学的不懂得软件编制,许多经验丰富的教师不懂计算机与计算机语言,对计算机辅助化学教学焦急万分而无法实现自己的许多设想;而会编制软件的人员却又不甚了解化学教学,即使他们有丰富的编程经验也很难能编制出一个令人满意、切中要害的CAI课件,这种情况就使得课件设计与制作相脱节,因此可以想象很难能使编制的软件达到较理想的水平。

  目前全国计算机辅助化学教学的现状与困难主要表现为以下几个方面:

  1. 全国的经济发展很不平衡,在很多地区存在

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