中学化学计算机辅助教学模式的初步研究

中学化学计算机辅助教学模式的初步研究
一、问题的提出
随着信息社会的到来，计算机的开发和应用正以前所未有的速度冲击着我们这个时代。

把计算机技术应用于教育领域，在国外称为计算机辅助教学（ＣＡＩ）和计算机管理教学（ＣＭＩ）。

我国有关ＣＭＩ的研究刚刚起步，而对ＣＡＩ的研究已进入推广和使用阶段，这标志着我国现代化教育技术手段的又一次飞跃。

ＣＡＩ教学的发展，在国外始于６０年代行为主义学习理论所倡导的程序教学法，即根据刺激反应—强化原则，及时获取教学信息的反馈，有效地实行个别化教学。

由于当时的计算机发展刚刚起步，软件开发价格昂贵，操作难度大，并未受到广泛关注。

８０年代，计算机技术的飞速发展，为ＣＡＩ创造了有利条件，尤其是认知心理学的兴起，使ＣＡＩ软件开发更侧重于应用，注重知识的条理性和结构化，强调与学习者已有的认识结构相匹配，使其在原有认知结构基础上，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。

近几年，由于认知心理学理论的日益成熟及多媒体计算机技术的开发，使ＣＡＩ更注重于学生学习能力的形成、学习策略的掌握和提供更多的个别化教学选择。

ＣＡＩ的发展趋势，正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。

目前，我国正处于“应试教育”向素质教育的转轨时期，坚持素质教育的基本观点，就要面向全体学生，即通过个体的发展，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，为学生未来发展奠定基础，使学生终身受益。

而要实现个性的全面发展，必须立足于学生个体差异、因材施教，这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，这样才能适应未来社会不断变化的需要。

ＣＡＩ教学的主要特点，为我们进行素质教育目标的实施，提供了有益的帮助。

首先，计算机信息存贮量大，处理迅速，方便的人机交互功能，提供了良好的个别化学习环境。

学生能根据自己的学习能力理解和发展水平，调节学习进度和难度，真正实现因材施教。

其次，计算机的模拟功能，可使抽象内容形象化，静止内容动感化，为学生创造生动、活泼、直观、有趣的教学条件；而教师的设问和强化刺激手段可极大地调动学生的学习热情，激发学习动机，形成有意注意，消除学习的疲劳和紧张。

这样做既有助于学生良好的心理品质的形成，又使学生获取准确、深刻的直观感知，从而形成完整的理性认识，提高课堂教学质量。

第三，ＣＡＩ可以提供培养自学能力的条件。

教师可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。

此外，ＣＡＩ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，还具有很好的功能。

ＣＡＩ的这些功能，决定了它在化学教学中会发挥日益重要的作用。

近年来，虽然很多学校在计算机硬件的配置上下了很大功夫，但在软件的开发和利用上明显滞后于硬件的配置。

而且，相当多的教师对ＣＡＩ在化学教学中的应用认识不足，
参与不够，对ＣＡＩ化学教学模式的研究更鲜为人知。

为此，结合我校ＣＡＩ化学教学的开发和实践，我们对ＣＡＩ化学教学模式提几点看法。

二、计算机辅助化学教学的几种模式
（一）计算机模拟教学模式
ＣＡＩ的模拟功能，是计算机辅助教学中较早开发和利用的一种功能。

目前，很多学校的软件应用是这种教学模式。

模拟教学模式，主要是指利用ＣＡＩ的模拟功能把一些抽象的理论内容，或不易观察清楚、危险性较大、难于操作的实验内容，通过二维或三维动画形式，进行信息处理和图像输出，在显示屏幕上，进行微观放大，宏观缩小，瞬间变慢，短时间内调动学生多种感官参与活动，使学生获取动态图像信息，从而形成鲜明的感性认识，为进一步形成概念，上升为理性认识奠定基础。

模拟教学只是教学过程中的一个环节，比传统的挂图、模型或录像都更真实地接近于事物的本来面貌，而且可反复播放，因此更有利于学生理解知识的本质，培养他们的形象思维能力，也有助于抽象思维能力的提高。

ＣＡＩ在化学教学中的模拟教学，主要适用于理论性和抽象性较强的内容：如原子核组成、电子云、核外电子运动、化学键中离子键、共价键形成、溶解和结晶、原电池、电解池、离子反应和离子方程式、ＮＨ３分子结构、有机官能团的结构等。

另一方面适用于实验难以操作、危险性大而观察不明显的内容，例如，溴苯制备、氢气还原氧化铜、氨氧化、乙酸乙醋水解等。

此外，工业生产知识内容，如硫酸、硝酸工业制法，炼铁也可制成ＣＡＩ课件进行教学。

（二）多媒体综合教学模式
计算机可以控制多种教学媒体，这是其优于其它教学媒体的特殊功能。

实际上，传统教学模式的教学中，教师上课也有声音、形象、板书、文字、挂图和实物等，教师也可根据教学过程中学生的反映来调整教学策略。

但我们这里所说的多媒体有二层含义，其一是把微机与其它教学媒体相互连接，赋于其它媒体交互性，同时使用幻灯、投影、录像等手段，使多种媒体有机地贯穿于教学的全过程。

其二是多媒体计算机技术的使用，即“利用计算机交互式地综合处理文字、图形、图像、声音等多种信息，使它们建立起逻辑连接，成为一个系统”，使之具有综合性，即一机多用，同时又可形成人机互动，互相交流的操作环境，形成一种身临其境的情境。

由于多媒体计算机技术是９０年代在法国首先提出和使用的，我国高中配置多媒体计算机系统的学校不多。

因此，主要的多媒体综合教学模式还是指前一种，但未来的发展趋势，应当是使用多媒体计算机平台，设计课件，操作使用鼠标，简单易行，而且教师并不需要有太多的计算机知识，因此具有更广阔的发展前景。

实际上，进行ＣＡＩ教学，应当逐渐从单纯的ＣＡＩ向多媒体组合的ＣＡＩ发展。

例如，在“原电池”一节的教学中，我们把原电池中原电池原理及形成条件作为本节课的重点，为了突出重点内容讲授，让学生从微观本质理解原电池的形成，不仅采用了传统的分组实验教学，利用投影给出原电池实验要求、观察步骤，指导学生实验，并利用微机模拟原电池所形成的闭合回路，通过电子转移的流动过程和声响，及两极不同颜色的Ｚｎ２＋离解，Ｈ＋析出标示出内外电路所构成的闭合回路，使学生认识原电池本质；最后利用录像播放不同新型原电池的工作情况，使学生最终形成对原电池比较深刻和全面的理解。

这种多媒体组合教学，可在一定程度上突破学生认识的时空限制，拓宽学生获取信息的渠道，使学生的视觉、听觉、触觉等多种感觉系统参与信息的收集过程，形成教与学的双向互动，更好地发挥学生思维的想象力和创造性，激发学习兴趣，极大地提高学习效率。

（三）计算机个别辅导教学模式
我们目前采用的主要是班级授课制，很难在全班实现个别化教学，而实现个别化教学，又是化学教学由“应试教育”向素质教育转化的重要途径。

由于ＣＡＩ的课件，主要强调人机交互功能，因此实现一对一的个别化教学有得天独厚的条件。

个别辅导模式，主要是用计算机部分地代替教师，按照程序教学的原则，设计不同的层次递进的教学途径，学生可根据自己的学习水平，选择不同的学习程序，提出需要学习的内容；计算机可向学生提问，并对学生的问题进行分析，作出正确与否的判断，给出高质量的反馈，如遇困难，还可以适当降低学习坡度，使学生循序渐进，得到知识的巩固和自学能力的提高。

个别辅导教学模式，是一种适合自学的个别化教学方式。

如果程序设计的分支越多，预想情况越丰富，越能帮助反复学习，克服障碍，共同达到教学目标，优化学习过程。

这种教学模式，虽然主要是以学生为主体，但也不能忽视教师的主导作用；教师不仅要指导学生寻找解决问题的方法，而且要针对学生的实际，精心设计程序，使学生能用最短的时间找到解决问题的途径，同时也可以帮助学生总结自己的个性特点、学习风格，从而帮助学生形成良好的学习品质和自学方法，真正实现个别化教育的目标。

个别辅导教学模式，由于受ＣＡＩ课件的限制及学生计算机使用的熟练程度的影响，很难在短时间内得到大范围的推广，而现有的软件局限性又较多，因此可尝试在选修课教学中，进行小范围的试点，当课件使用比较成熟时再做推广应用。

以上我们只对现有的常用教学模式进行了归类，除此之外，ＣＡＩ的问题解决、教学游戏及查询和问话等多种基本模式，在个别化教学的课件中都有所表现，在此我们限于篇幅，不再赘述。

三、计算机辅助教学的实践和体会
我校开展计算机辅助教学的时间较长，不仅在化学学科，在其它各科教学中，都设计过丰富的ＣＡＩ课件，这主要源于计算机硬件的配置和得力于一批对软件开
发兴趣浓厚的中青年教师群体。

这样一个大的环境也在无形中推动了ＣＡＩ化学教学的开发和应用。

在ＣＡＩ化学教学实践中，我们感到主要是ＣＡＩ课件设计比较困难。

现在市售的课件，模式单一，价格较高，教师个人的教学设计和风格不同，课件使教师选择余地较小；教师本人又没有更多时间和精力参与设计程序，而要编程序，难度更大，由此需要有一个ＣＡＩ教师备课系统，使教师便于选择、存储、检索加工组成课件。

在进行ＣＡＩ化学教学，要注意展示的应是教学的重点、难点内容，只有这样，才能引发学生注意，提高课堂教学效率。

如果一味地追求使用媒体，整个课堂教学变成视频图像，或频繁地更换媒体，都会成为教学的干扰因素。

因此，传统的教学媒体也无需都被电脑取代。

最后，既要注意画面的设计，不追求过分刺激而忽视教学效果；同时又要注意，表象不能代替经验，不能片面追求化难为易，而忽视对学生思维的敏捷和深刻性的培养，应在丰富的计算机表象基础上，给学生思维设置一些坡度，帮助学生提高能力。