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论计算机辅助教学与化学教育教学现代化
几年来，我们在研究运用现代化教学手段，采用计算机技术辅助课堂教学方面取得了一些进展。我们加强了计算机辅助化学教学的研究，敢于实践，勇于突破，拓宽计算机技术的应用范围，把文字、数据、图形、图像和声音等信息媒体作为一个集成体由计算机处理，把计算机带入一个文、图、声集成的应用领域，辅助化学教学，优化教学过程，加强素质教育，提高教学质量。１９９４年８月，我校在全国计算机辅助教学研讨会上作了经验介绍，１９９５年３月我校校长在李岚清副总理主持的“减轻中小学生过重课业负担的五省市座谈会”上，汇报了我校采用现代化教学技术优化课堂教学的思路与做法。同年１０月在北京国际电脑软件博览会上展示了自己制作的教学软件光盘。１９９７年６月在“全国计算机辅助化学教学研讨会”上介绍了我校的探索与思考，获得与会代表的好评。一、促进教学思想的更新，提高教学技术现代化的认识是开展计算机辅助化学教学的前提和基础
教育现代化不仅要求在设备、技术手段等“硬件”方面更新，最重要的是思想观念、思想内容和思想方法等“软件”方面的更新。后者是教育现代化的重要方面和教学改革的深层目标。它意味着对科学文化、教育传统的继承、转变和创新，要求更新观念，转变落后于时代的教育思想、教学内容和教学方法。
传统的教学是以“传道、授业、解惑”为基本宗旨的，传授知识是教学的根本目标。这种旧的教学思想和教学模式不符合化学教育的规律，阻碍学生的化学素质的提高，不利于人才的培养。其具体表现是重教轻学、重知（识）轻能（力）、重结果轻过程、重“学会”轻“会学”、重方法轻思路等。传统的教学观念远远落后于现代的教学思想，难以达到我国目前对人才的要求——能在２１世纪迎接挑战的、全面发展的、潜能大、素质高的现代化人才。因此对于旧的传统的教学要在继承和借鉴其经验与长处的同时，必须改革那些陈旧的、落后的低效高耗的内容、方法和手段，引进新的现代化教学技术。
善于揭示化学的本质和化学的思维过程，提炼化学的思想方法，既是现代化学教学的要求，又是化学教学艺术的充分体现。现代教学思想有别于传统教学思想，主要体现在教学的目的观、结构观、质量观和发展观等方面。专家们通过研究和实践证明，运用或不运用现代化教学手段，教学效果大不一样。因此，我们要充分利用计算机等现代教育技术作为教学媒体，提高化学教学质量。计算机辅助教学向着多媒体化、智能化、网络化发展，必将大大促进对未来一代化学的教育。如果说化学教学中的实验教学在提高学生能力和化学素质上的作用是不可低估、不可替代的教学手段，那末从现在开始，使用计算机辅助化学教学将会异军突起，在体现和实现教学目的观、结构观、质量观和发展观方面将成为不可多得的形式。ＣＡＩ（计算机辅助教学）的健康发展既会使常规课堂教学、某些实验教学相形见绌，又会使常规课堂教学、实验教学如虎添翼。
计算机是现代科学技术的基础和核心。人类已经进入了计算机时代、信息高速公路时代，近３０年来世界科学技术９０％以上的发明、发展都与计算机技术紧密相连。可以说掌握计算机知识是未来人才的必备素质，对未来一代青年人的要求，不是考察他们已经储备的知识有多少，而是更注重他们索娶获取知识的能力有多大。计算机及软件是智慧的结晶，是一种有价值的知识产品。把计算机引进课堂教学、引进家庭辅导，作为现代化教学技术的重要组成，不仅有利于加强教学的时代性、竞争性和开拓性，有利于面对新时代的挑战，而且也有助于学生在学习过程中形成新思想、新观念、新方法，对他们今后成为高素质的人才有着重要的积极作用。计算机与基础教育的结合是世界范围内教育改革的一大趋势，化学学科计算机辅助教学的潮流也将势不可挡。
二、了解计算机辅助教学的特有功能，促进教学技术现代化的进程
化学教学方法是化学教师工作方式与学生学习方法的集合，而教学方法是属于一定的教学思想的。教学思想的更新必然导致教学方法的深刻变革，现代教学论已把化学教学的目的提高到“知识——能力——思维——实践”的高度，着眼于发展学生的智能。通过辅助常规教学手段、实验教学手段并与其它教学媒体有机结合，使之相辅相成发挥整体优势，计算机辅助教学必将带来一场具有时代特色的教学改革。ＣＡＩ的特点是教学内容的形象化、多样化，它有严谨的科学性、统一的适用性和及时的交互性，有利于实施个体化教学。尤其值得提出的是，在揭示化学过程的微观实质，展示化学思维的形成路径，描述化学思想的产生，化学概念的形成与发展等方面，计算机辅助教学都有其独到之处。
（一）突破教学难点
现代计算机技术对图形处理能力高超，利用这一特有功能可以变抽象为具体，变静态为动态，将微观过程进行宏观模拟，把宏大场景作缩微处理，对瞬变搞定格分析，化枯燥为生动。“学习障碍”的存在是教学难点的成因之一。抽象思维的障碍、逻辑思维的障碍、语言表达的障碍等在计算机技术的上述功能下被打通了、降解了、消失了，从而降低了学习难度，使教学难点得以顺利突破。学生也为其形式之新颖，声画之精彩而耳目一新，从而产生乐学情绪。比如，在课件《离子键与共价键》中，利用微机模拟核外电子运动和化学键的形成就很成功。这一内容抽象、枯燥、难度大，用一般模型演示不能给学生以动感，且易造成概念模糊。计算机的二维及三维的图像与动画模拟达到了其它教学手段无法或很难达到的效果。形成离子键时的电子的转移、阴阳离子的形成、离子间引力与斥力的平衡等都表示得清清楚楚，使学生有了直观的感受，能较科学准确地理解化学键的实质和特征。
又如，课件《原电池》利用微机把无法用肉眼观察到的电极反应这一微观变化模拟成宏观图景加以演示，弥补了化学实验也难以展现的微观世界的动态变化。软件的运用交错穿插在学生实验、老师讲解之间，教学效果达到了最佳状态：理解透彻、掌握准确、印象深刻、记忆牢固。
传统的教学模式必须改变，因其信息传输通道狭窄单一、信息容量孝传输速度慢、效果差，单纯的文字板书、声音都远不如画面图像易于人们对信息的接收，过去靠老师说、靠比划、靠表格、靠挂图、靠模型等手段的教学一经和微机课件比较，立刻相形见绌。有机化学中烷烃的同分异构体及其命名的教学，因学生初学，概念生疏头绪多，又缺乏空间结构意识和空间想象力，黑板上的平面板书无论如何也难以唤起学生的共鸣，是教学的难点和重点，利用ＣＡＩ从容不迫地把一种烷的结构进行多种不同的展示：比例模型、球棍模型，变换角度旋转，对比与复原，关键部位放大，正误对照剖析……。逼真的主体画面、清晰的比较鉴别、精练的规律归纳，牢牢地吸引住学生，激发了他们的求知欲。
（二）加大教学密度
利用计算机多媒体技术可以做到高密度的知识传授，大信息量的优化处理，大大提高课堂效率。图形不是语言，但比语言更直观和形象，比语言包容的信息量更大。动画又比图形更高级地输出信息，利用文字闪动，图像缩放与移动，颜色变换的手段，不仅容量更大，速度更快、效果也更好。ＣＡＩ的声、光、电的多媒体软件因其信息传输通道宽阔多样，容量大，速度快，效果好，使得加大教学密度并非难事，这是因为４５分钟的课堂时空被计算机拓宽和延长了。
《气体的制取与发生装置》的课件是用于高三复习课的。４０分钟内充分体现了教师为主导，学生为主体的教学原则。一人一机的教学形式中，教师充当了学生探求知识规律的向导。借助于软件中三套气体发生装置的实物录像，配合教师的精要剖析，让学生确认了气体发生装置选择的原则与规律，为今后的迁移性练习（创造性学习）作好铺垫。软件中常见错误的几种装置类型及其纠正方法被高度集中展示，可有效地调动学生感官上的信息接受和思维上的信息处理。在正反两方面认识对比的基础上，通过单人单机独立完成了两组共２８个在新情境中的迁移性练习，并由主机监控及时反溃这种高密度教学是常规教学难以实现的，收到了很好的效果。这样的复习课一反过去实验复习的单调复现模式，不再是板书的迁移与活动、课本的再现与组合、旧知的重复与罗列，而是通过软件的高密度大信息量，使学生由模仿思维到程序思维再发展为创造性思维，体现了计算机辅助教学的卓越功能。
（三）反馈教学成果
建立计算机多媒体教室，为计算机辅助教学创设特定的环境，在这个环境中一人一机操作，可进行教学、练习、检测等。重要的是，缩短了时空距离，加速了人与人之间的联系沟通。教师还可以利用网络技术将全部学生答案迅速收集统计，及时分析教学效果，从而调整教学的节奏和进程，迅速地及时反馈，使教学的调控合理化，又进一步调动了学生学习的积极性和主动性。提高了课堂教学效率，减轻了学生过重的课业负担。我校化学教研组的老师在使用《溶液中离子共存问题》《气体的制取与发生装置》两个课件的实践中深切地体验到及时反愧迅速调控的必要性与优越性。在练习或检验过程中的任何时刻都可了解任何学生（或全班学生）的进度、成绩及任意一题的通过情况，这是过去常规教学中难以实现的；常规教学往往是：要么耗时费力，时过境迁；要么望洋兴叹，心有余而力不足。这样的课件还能随意调出需要重新讲解或答疑解难的问题，重点剖析，加强教学的针对性。
计算机联网中ＣＡＩ信息处理系统的使用，为知识反愧释疑和进一步深化的及时性创造了条件，缩短了反馈周期，也使教室中的每位学生个体的学习行为置于教师主机的监控之下，加强了调控的针对性，形成了课时内讲、练、评一体化。
（四）优化教学过程
现代教学方法的根本点是，让学生积极主动地获取知识，全面提高各种能力，使每个学生获得充分发展。我们进行计算机软件研制和教学实践是从我国、我校的实际出发，无论是单机自学的学件，示教演示的课件，交互式，ＶＣＤ视盘均把握以下方法论的原理：坚持整体观点，重视多样化；贯彻综合观点，力争最优化。
在《原电池》一课里，通过人人动手实验已经令人信服地看到了利用化学反应产生电流的事实。在学生急切渴求解决疑问——电流究竟是如何产生时，计算机屏幕上以鲜艳的彩色图像展示出铜锌两种金属的自由电子的浓度的不平衡，又以生动的动画效果模拟出自由电子在电位差的作用下沿着导线从低电位向高电位的定向移动。画面中Ｈ＋得电子成为Ｈ原子，两个Ｈ原子结合为分子，Ｈ２气泡在铜板上冉冉升起。逼真的动画效果、听觉效果与视觉效果的融洽，学生眼耳手脑的全部调动并聚焦于一点，达到了教学的最优化。在课件《烷烃的系统命名法》里，一个繁杂的多支链的长链烷烃的结构式，通过计算机的图形转换功能、闪烁提示功能很容易比较出“最长碳链”的位置及碳数；利用不同色彩的区别也很容易比较出碳链编号的起迄端的正确抉择。教师在软件的配合辅助下使学生顺利完成了由“知”到“懂”到“会”到“对”（正确），再到规范的全过程。
计算机以其独特的功能创造良好的思维情境，培养能力，发展智力，教师、计算机、学生形成一个有机的组合。教师通过计算机教懂、教准、教活、教精，又促使学生乐学、善学、勤学、活学，师生共同进入教与学的自觉状态和最佳状态，增加了课堂教学的活力，优化了课堂教学过程。
我校化学教研组编制的教学软件正在逐步从单课件走向系统化，从无声彩色动画走向多媒体，从顺序执行走向多项选择，从群体教学发展到个别教学，向着具有教师备课、课堂教学、课后辅导、学生自学的多功能方向发展。
三、几点思考
通过几年来的实践，我们认识到计算机技术在化学教学过程中主要用于教学信息的呈现、教学效果的分析和教学过程的控制。在教学中它已经发挥了巨大作用，但这方面特别符合我国国情的可资借鉴的现成经验并不多，必须加强研究。
教学手段的现代化为教学进程提供了一个新的发展空间，师生相互作用的条件趋于多元化，使学生在知识、能力、兴趣、特长、个性品质等方面的发展成为可能。值得关注的是信息技术的进一步发展，将更有效地推动教学改革。信息高速公路的实现为因材施教个别化教育的发展提供了很大空间，突破了时间的限制。
（一）进行计算机辅助教学的研究首先要明确其地位是“辅助”，而不是“代替”，不可盲目地、不加分析地用计算机辅助教学代替其它教学方法和手段。要坚持不可取代性原则，尽可能地避免或缩短形式上的追求过程。
（二）一切能够用实验去研究的教学问题就绝不能脱离实验，可以通过微机解决其局部放大模拟或微观变化宏观展现。鉴于实验教学的功能是任何手段替代不了的，学生在实验中所经受的思维、操作、分析、观察能力的锻炼，在实验中对情绪、意志、毅力等品质的形成只能通过实验来实现。因此，不能因计算机辅助教学的开展而削弱实验教学，即坚持以实验为基础的教学原则。
（三）发挥计算机辅助教学的独特功能去作最佳结合，即功效最佳原则。从生理学及心理学的角度分析，无论是有意注意还是无意注意，变换方式最有效果。如果不是特别必要，尽量避免一课时的４０或５０分钟全程计算机教学。否则学生的视觉疲劳、心理疲劳将会抑制大脑对信息的接受。研究最佳结合点是开展ＣＡＩ的一个核心问题。有的课虽然只用了２分钟的软件辅助，却解决了最难突破的关键点，说得上是画龙点睛、雪里送炭，堪称好课件。今后开发的多媒体软件是否应具备以下功能和特点：１．交互性能好；２．及时诊断与反馈；３．模拟实验（极危险、大污染、无法实现的条件、高科技、微观世界）及宏大生产过程；４．题库系统（有助于进行诊断，达到形成，作出评价）；５．可以从其它信息资源中裁下与化学有关的内容进行分类、贮存和备用。
（四）开发与应用并行、专职与兼职并重、教学人员与研制人员并用，形成一个相对稳定的ＣＡＩ开发、研制及应用系统。
几年来，我们把计算机辅助教学应用在化学教学上作了一些大胆的探索与尝试，也取得了某些突破性的进展，但这一新生事物对于我们仍然充满了神奇的魅力，吸引我们去追求。为了培养２１世纪祖国需要的人才，我们一定要把充满生命力的ＣＡＩ工作深入下去，创造出璀璨的教学成果。
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