中學(xué)化學(xué)計算機(jī)輔助教學(xué)模式的初步研究論文
一、問題的提出
隨著信息社會的到來，計算機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用正以前所未有的速度沖擊著我們這個時代。把計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于教育領(lǐng)域，在國外稱為計算機(jī)輔助教學(xué)（ＣＡＩ）和計算機(jī)管理教學(xué)（ＣＭＩ）。我國有關(guān)ＣＭＩ的研究剛剛起步，而對ＣＡＩ的研究已進(jìn)入推廣和使用階段，這標(biāo)志著我國現(xiàn)代化教育技術(shù)手段的又一次飛躍。
�。茫粒山虒W(xué)的發(fā)展，在國外始于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，及時獲取教學(xué)信息的反饋，有效地實行個別化教學(xué)。由于當(dāng)時的計算機(jī)發(fā)展剛剛起步，軟件開發(fā)價格昂貴，操作難度大，并未受到廣泛關(guān)注。８０年代，計算機(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軟件開發(fā)更側(cè)重于應(yīng)用，注重知識的條理性和結(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，通過計算機(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算機(jī)技術(shù)的開發(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別化教學(xué)選擇。ＣＡＩ的發(fā)展趨勢，正順應(yīng)了現(xiàn)代化教學(xué)的兩個基本趨勢，即強(qiáng)調(diào)教學(xué)的主體性，強(qiáng)調(diào)充分發(fā)展學(xué)生的個性，全面提高學(xué)生的整體素質(zhì)。
目前，我國正處于“應(yīng)試教育”向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)軌時期，堅持素質(zhì)教育的基本觀點(diǎn)，就要面向全體學(xué)生，即通過個體的發(fā)展，實現(xiàn)真正意義上的全面發(fā)展；同時，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)生未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)，使學(xué)生終身受益。而要實現(xiàn)個性的全面發(fā)展，必須立足于學(xué)生個體差異、因材施教，這不僅要有雄厚的知識基礎(chǔ)，還必須掌握獲取知識技能的方法，形成自學(xué)能力，這樣才能適應(yīng)未來社會不斷變化的需要。
�。茫粒山虒W(xué)的主要特點(diǎn)，為我們進(jìn)行素質(zhì)教育目標(biāo)的實施，提供了有益的幫助。首先，計算機(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，真正實現(xiàn)因材施教。其次，計算機(jī)的模擬功能，可使抽象內(nèi)容形象化，靜止內(nèi)容動感化，為學(xué)生創(chuàng)造生動、活潑、直觀、有趣的教學(xué)條件；而教師的設(shè)問和強(qiáng)化刺激手段可極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(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，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)識基礎(chǔ)，構(gòu)建問題情境，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)能力和處理實際問題的能力。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)中會發(fā)揮日益重要的作用。近年來，雖然很多學(xué)校在計算機(jī)硬件的配置上下了很大功夫，但在軟件的開發(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ＣＡＩ在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用認(rèn)識不足，參與不夠，對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)的開發(fā)和實踐，我們對ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)模式提幾點(diǎn)看法。
二、計算機(jī)輔助化學(xué)教學(xué)的幾種模式
�。ㄒ唬┯嬎銠C(jī)模擬教學(xué)模式
�。茫粒傻哪M功能，是計算機(jī)輔助教學(xué)中較早開發(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、危險性較大、難于操作的實驗內(nèi)容，通過二維或三維動畫形式，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，短時間內(nèi)調(diào)動學(xué)生多種感官參與活動，使學(xué)生獲取動態(tài)圖像信息，從而形成鮮明的感性認(rèn)識，為進(jìn)一步形成概念，上升為理性認(rèn)識奠定基礎(chǔ)。
模擬教學(xué)只是教學(xué)過程中的一個環(huán)節(jié)，比傳統(tǒng)的掛圖、模型或錄像都更真實地接近于事物的本來面貌，而且可反復(fù)播放，因此更有利于學(xué)生理解知識的本質(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、化學(xué)鍵中離子鍵、共價鍵形成、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。另一方面適用于實驗難以操作、危險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)。
�。ǘ┒嗝襟w綜合教學(xué)模式
計算機(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、文字、掛圖和實物等，教師也可根據(jù)教學(xué)過程中學(xué)生的反映來調(diào)整教學(xué)策略。但我們這里所說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)的全過程。其二是多媒體計算機(jī)技術(shù)的使用，即“利用計算機(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，成為一個系統(tǒng)”，使之具有綜合性，即一機(jī)多用，同時又可形成人機(jī)互動，互相交流的操作環(huán)境，形成一種身臨其境的情境。
由于多媒體計算機(jī)技術(shù)是９０年代在法國首先提出和使用的，我國高中配置多媒體計算機(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，但未來的發(fā)展趨勢，應(yīng)當(dāng)是使用多媒體計算機(jī)平臺，設(shè)計課件，操作使用鼠標(biāo)，簡單易行，而且教師并不需要有太多的計算機(jī)知識，因此具有更廣闊的發(fā)展前景。
實際上，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)的分組實驗教學(xué)，利用投影給出原電池實驗要求、觀察步驟，指導(dǎo)學(xué)生實驗，并利用微機(jī)模擬原電池所形成的閉合回路，通過電子轉(zhuǎn)移的流動過程和聲響，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)識的時空限制，拓寬學(xué)生獲取信息的渠道，使學(xué)生的視覺、聽覺、觸覺等多種感覺系統(tǒng)參與信息的收集過程，形成教與學(xué)的雙向互動，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。
�。ㄈ┯嬎銠C(jī)個別輔導(dǎo)教學(xué)模式
我們目前采用的主要是班級授課制，很難在全班實現(xiàn)個別化教學(xué)，而實現(xiàn)個別化教學(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，因此實現(xiàn)一對一的個別化教學(xué)有得天獨(dú)厚的條件。
個別輔導(dǎo)模式，主要是用計算機(jī)部分地代替教師，按照程序教學(xué)的原則，設(shè)計不同的層次遞進(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；計算機(jī)可向?qū)W生提問，并對學(xué)生的問題進(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)，得到知識的鞏固和自學(xué)能力的提高。個別輔導(dǎo)教學(xué)模式，是一種適合自學(xué)的個別化教學(xué)方式。如果程序設(shè)計的分支越多，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)生尋找解決問題的方法，而且要針對學(xué)生的實際，精心設(shè)計程序，使學(xué)生能用最短的時間找到解決問題的途徑，同時也可以幫助學(xué)生總結(jié)自己的個性特點(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，真正實現(xiàn)個別化教育的目標(biāo)。
個別輔導(dǎo)教學(xué)模式，由于受ＣＡＩ課件的限制及學(xué)生計算機(jī)使用的熟練程度的影響，很難在短時間內(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再做推廣應(yīng)用。
以上我們只對現(xiàn)有的常用教學(xué)模式進(jìn)行了歸類，除此之外，ＣＡＩ的問題解決、教學(xué)游戲及查詢和問話等多種基本模式，在個別化教學(xué)的課件中都有所表現(xiàn)，在此我們限于篇幅，不再贅述。
三、計算機(jī)輔助教學(xué)的實踐和體會
我校開展計算機(jī)輔助教學(xué)的時間較長，不僅在化學(xué)學(xué)科，在其它各科教學(xué)中，都設(shè)計過豐富的ＣＡＩ課件，這主要源于計算機(jī)硬件的配置和得力于一批對軟件開發(fā)興趣濃厚的中青年教師群體。這樣一個大的環(huán)境也在無形中推動了ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)的開發(fā)和應(yīng)用。
在ＣＡＩ化學(xué)教學(xué)實踐中，我們感到主要是ＣＡＩ課件設(shè)計比較困難�，F(xiàn)在市售的課件，模式單一，價格較高，教師個人的教學(xué)設(shè)計和風(fēng)格不同，課件使教師選擇余地較��；教師本人又沒有更多時間和精力參與設(shè)計程序，而要編程序，難度更大，由此需要有一個ＣＡＩ教師備課系統(tǒng)，使教師便于選擇、存儲、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，整個課堂教學(xué)變成視頻圖像，或頻繁地更換媒體，都會成為教學(xué)的干擾因素。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)媒體也無需都被電腦取代。
最后，既要注意畫面的設(shè)計，不追求過分刺激而忽視教學(xué)效果；同時又要注意，表象不能代替經(jīng)驗，不能片面追求化難為易，而忽視對學(xué)生思維的敏捷和深刻性的培養(yǎng)，應(yīng)在豐富的計算機(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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