基于化学仿真实验平台下化学实验教学模式的创新设计

基于化学仿真实验平台下化学实验教学模式的创新设计

摘要实验教学是中学化学教学中体现化学学科特色的重要认知实践活动，而实验教学模式是沟通教学理论和教学实践的桥梁，是教学理论的具体体现，也是教学实践的抽象概括。基于信息技术支持下的化学仿真实验平台(时空性、交互性、仿真性、智能性)，改革创新化学实验教学模式，必将对学生科学素养的全面发展具有不可替代的作用。

关键词中学化学仿真实验实验教学教学模式

美国《2061计划》强调“公民应具备将自然科学、社会科学与信息技术相结合的科学文化素养”[1]。我国《基础教育课程改革纲要》倡导“大力推进信息技术在教学中的普遍应用，充分发挥信息技术的教学优势，逐步实现学生的学习方式、教师的教学方式、师生的互动关系的有效变革”[2]。信息技术已成为学生学习和教师教学的重要认知实践工具，信息素养已成为全体公民必备的基本素质。

实验教学是中学化学教学中体现化学学科特色的关键教学活动，不仅解决认识论问题（做什么），还涉及解决方法论问题（如何做）。而实验教学模式是沟通教学理论（表现为认识论知识）和教学实践（表现为方法论知识）的桥梁，是教学理论的具体体现，也是教学实践的抽象概括[3]。基于信息技术支持下的化学仿真实验平台，教育者围绕相应的实验教学目标，改革创新化学实验教学模式，可以有效地从“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维目标科学落实“以提高学生科学素养为主旨”的课程目标。

1目前中学化学实验教学模式的现状

目前中学化学实验教学模式普遍以“示范实验”为主，即化学教师选定主题→示范操作→解释结论→学生笔记。容易导致：①在实验内容上，过分强调学科知识本位，不利于学生科学素养的发展；②在实验方法上，过分强调验证性实验，不利于学生主观能动性的发挥；③在实验功能上，过分强调实验技能训练，不利于学生问题解决能力的培养[4]。因此，这种“示范实验教学模式”完全不符合新课程理念所倡导的“主动参与、乐于探究、勤于动手”的学习方式[5]。

缘由“示范实验教学模式”的普遍存在，主要包括两方面原因：客观性因素（教学条件）和非客观性因素(教学观念)。[见表1]

表1 目前中学普遍实施“示范实验教学模式”的原因分析由于“示范实验教学模式”的教学劣势和存在原因，笔者提出利用“基于信息技术支持下的化学仿真实验平台”来优化中学化学实验教学模式。从“基于化学仿真实验平台下化学实验教学模式”的实验设计、实验理论、实验程序、实验功能和实验案例等方面系统阐述化学实验教学模式，以资同仁参考借鉴。

2基于化学仿真实验平台下化学实验设计场景

化学教育信息化的基本策略是实施信息技术与化学教学的整合，信息技术与化学教学整合的基本途径有：多媒体辅助教学、网络探究教学、手持技术教学、情景虚拟教学、实验仿真教学、娱教游戏教学等[6]。而基于信息技术支持下的化学仿真实验平台具有跨时空性、强交互性、高仿真性、超智能性的特点，以其“严谨的科学性与开放的参与性”强烈冲击“传统实验教学模式”，以其“丰富的学习资源与便利的获取方式”有效保障“创新实验教学模式”。

2.1化学仿真实验平台简介

“化学仿真实验平台”由南京金华科公司精心设计开发，既是化学课堂的教学平台，又是师生交互的学习平台。“化学仿真实验平台”为师生提供了一个虚拟的化学实验室(器件箱、操作区、工具栏)，用户围绕实验目标自主选择实验仪器、添加实验药品、控制实验进程，参与切身的实验体验、呈现逼真的实验现象、提供准确的实验数据，有效优化化学实验教学。

2.1.1 化学仿真实验平台之界面

下载安装软件“化学仿真实验”，在电脑桌面上点击图标，启动“化学仿真实验平台”。[见图1]

图1 化学仿真实验平台界面

2.1.2 化学仿真实验平台之操作

在化学仿真实验平台下，用户在“器件箱”中选择实验仪器，在“操作区”中组装实验仪器，在“工具栏”中控制实验进程，有目的、有计划、有层次地完成化学仿真实验操作。[见表2]

表2 化学仿真实验平台的常规操作方法

2.2 化学仿真实验设计场景

基于化学仿真实验平台下化学实验设计，应倡导“学生主体、教师主导、合 作探究”的教学原则。学生在教师的适当指导下，明确实验目标、确定实验内容、设计实验方案、操作实验活动、评价实验效果[7]。基于化学仿真实验平台下化学实验设计场景包括：立足于化学实验目标、选择虚拟的仪器药品、模拟真实的实验进程、评估设计的可行问题[8]。

2.2.1 设计场景一、立足于化学实验目标

化学实验目标是实验教学的始点，又是实验教学的终点。化学实验目标决 定着：实验内容的组织、仪器药品的选择、实验进程的安排及实验效果的评估。器 件 箱 工具栏 操作区

基于化学仿真实验平台下化学实验设计，应根据化学课程标准、实验教学主题、学生原有知识，制定科学合理的化学实验目标。[见图2]

图2 基于化学仿真实验平台下化学实验目标的有效制定

2.2.2设计场景二、选择虚拟的仪器药品

立足化学实验目标，组织实验教学内容(实验原理、实验仪器、实验药品、实验步骤、实验现象、实验分析等)。基于化学仿真实验平台下实验教学内容，应根据实验原理有针对性地选择合适的虚拟仪器和虚拟药品。[见图3]

SO2制备及其化学性质——仪器药品

图3 基于化学仿真实验平台下化学实验仪器药品的虚拟选择

2.2.3设计场景三、模拟真实的实验进程

立足化学实验内容，利用虚拟仪器药品，设计适当实验装置。根据实验任务确定实验步骤、控制实验条件、注意实验事项，综合模拟真实的实验进程，切身体验化学仿真实验的“严谨的科学性与真实的参与性”。 [见图4]

SO2制备及其化学性质——实验进程

图4 基于化学仿真实验平台下化学实验仪器药品的虚拟选择

2.2.4设计场景四、评估设计的可行问题

立足实验目标和实验内容，通过选择虚拟的仪器药品和模拟真实的实验进