信息技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究

黎國蘭　李　松　冉　鳴

摘 要:本文通過信息技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究,分析了信息技術(shù)對實驗課程教學(xué)質(zhì)量提高的促進作用。本文以計算機輔助物理化學(xué)實驗為例,闡明了利用信息技術(shù)輔助物理化學(xué)實驗教學(xué)有利于促進學(xué)生對實驗原理的理解,提高學(xué)生實驗學(xué)習(xí)興趣和實驗學(xué)習(xí)效率,從而提高實驗教學(xué)質(zhì)量,為廣大化學(xué)教師利用信息技術(shù)輔助實驗教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞:信息技術(shù) 實驗教學(xué) 輔助

中圖分類號:G434文獻標識碼:A 文章編號:1673-8454(2009)19-0064-02

目前,利用信息技術(shù)輔助理論課程教學(xué)在技術(shù)和模式上都比較成熟,但信息技術(shù)輔助實驗教學(xué)尚未得到普遍和深入的應(yīng)用。于是,通過改變傳統(tǒng)實驗教學(xué)手段,運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗環(huán)境,使實驗現(xiàn)象能夠通過計算機多媒體進行模擬,實驗教學(xué)能夠在虛擬教學(xué)環(huán)境中進行,學(xué)習(xí)者不必擔(dān)心缺乏實驗條件,也不必為實驗學(xué)習(xí)到處奔波,這對現(xiàn)代教育信息化具有十分重要的意義。[1-5]

現(xiàn)代教學(xué)理論認為,虛擬實驗還無法完全替代真實實驗,所以實驗室教學(xué)還是實驗課程的主要部分,我們的立足點是如何利用信息技術(shù)輔助實驗教學(xué)的更好開展。[6]下文以物理化學(xué)實驗為例,探討信息技術(shù)在當代實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用。

一、利用動畫模擬,促進實驗原理理解

物理化學(xué)實驗原理非常抽象,而且通常實驗都是先于理論課進度,學(xué)生不易理解和掌握實驗原理,用傳統(tǒng)的教學(xué)手段效果往往不理想。通過利用計算機模擬實驗,可以把實驗原理形象直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前,幫助學(xué)生理解和學(xué)習(xí)實驗原理。如在溶解熱測定實驗中利用動畫輔助講解溶解的變化過程,使實驗直觀形象(如圖1所示),學(xué)生很容易理解,豐富了學(xué)生的觀察和記憶。

這類型的應(yīng)用還可以針對有些實驗只能看到結(jié)果,而實驗原理很難清楚反映的實驗教學(xué)中。如“表面張力和吸附的測定”實驗中,學(xué)生難以理解實驗原理,在教學(xué)中就可以利用動畫對微觀過程進行模擬放大(如圖2所示),讓學(xué)生對抽象的問題產(chǎn)生感性的認識。

二、利用計算機輔助教學(xué)演示實驗激發(fā)學(xué)生實驗興趣

在教學(xué)中,實驗演示是學(xué)生獲得感性認識的基本手段。但不是每個實驗演示都能十全十美,有的實驗現(xiàn)象發(fā)生時間短暫,無法看清,許多實驗使用儀器設(shè)備較多,需要進行解釋,分散了學(xué)生注意力,沖淡了主題;有的實驗儀器價格昂貴,實驗很難實現(xiàn);有些實驗危險性太大,不少情景無法在實驗室里完成;還有一些實驗由于器材條件的限制使得學(xué)生無法自己動手。利用計算機模擬一些無法進行的實驗,突出實驗重點,模擬真實情景,可以使課堂內(nèi)容形象化,表現(xiàn)手段多樣化,創(chuàng)設(shè)一個生動活潑的學(xué)習(xí)氛圍,促使教學(xué)過程從靜態(tài)描述向動態(tài)描述發(fā)展。在演示實驗教學(xué)中,我們充分利用計算機輔助教學(xué)軟件的強大模擬功能、動畫功能及大屏幕顯示器、液晶投影儀等外部設(shè)備,就可以解決許多常規(guī)手段難以表現(xiàn)、難以再現(xiàn)、危險性大或可見度低的實驗。如采用微觀放大的方法演示膠體的電泳,這些模擬過程畫面清晰直觀,并且可暫停、重放,既減小了教師的勞動強度,又使學(xué)生迅速理解、印象深刻,增強記憶,大大豐富了學(xué)生頭腦中的形象信息,有效地幫助學(xué)生順利完成從感性到理性的飛躍,因而教學(xué)效果和學(xué)生反應(yīng)都比較好。有一點要強調(diào)的是,計算機模擬是建立在實驗事實的基礎(chǔ)上,它并不能完全取代實驗本身,有條件做的實驗還是一定要實際地做。

三、利用信息技術(shù)輔助實驗數(shù)據(jù)處理,有利于提高實驗學(xué)習(xí)的效率

在實驗過程中,部分實驗沒有一定的數(shù)據(jù)量,就不能很好地反映物理量之間的關(guān)系,所以測量數(shù)據(jù)繁多。學(xué)生把大量的時間用于測量,不能很好地理解、思考實驗中遇到的問題。近幾年來,技術(shù)特別是傳感技術(shù)的發(fā)展,使大多數(shù)的物理量的數(shù)據(jù)能夠通過轉(zhuǎn)換和信號調(diào)理送入數(shù)據(jù)采集卡由計算機控制采集、存儲、計算、處理,這種方法可以完成一些常規(guī)儀器難以完成的實驗,不但提高實驗測量的精度和效果,還有利于學(xué)生在實踐操作活動中有更多的時間用來對實驗涉及的知識進行思考,避免大量的重復(fù)計算工作,有利于提高學(xué)習(xí)的效率。

但是,在實際的教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn),利用數(shù)據(jù)處理平臺實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)處理的自動化是不值得提倡的。在數(shù)據(jù)處理平臺系統(tǒng)中,實驗反應(yīng)裝置只需要連接上計算機,打開系統(tǒng)就可以自動得到實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理結(jié)果。以乙酸乙酯皂化反應(yīng)實驗數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)為例(如圖3所示),這種實驗數(shù)據(jù)采集和處理方式也是當代許多大型現(xiàn)代實驗儀器所采用的方式。但經(jīng)過教學(xué)實踐,我們最終在物理化學(xué)實驗教學(xué)中放棄了這一系統(tǒng)。這種實驗數(shù)據(jù)處理平臺系統(tǒng)雖然節(jié)約了實驗時間和簡化了實驗操作步驟,但正是這樣的過程特點讓教師忽略了物理化學(xué)實驗教學(xué)的根本目是通過實驗使學(xué)生對實驗原理和儀器原理有所了解和掌握,運用一定的實驗技術(shù)手段完成實驗,達成對物理化學(xué)中知識原理的進一步學(xué)習(xí)和掌握,而不是簡單完成實驗,得到實驗結(jié)果。另一方面,學(xué)生在這樣的一個過程中也簡單地認為完成了實驗操作就完成了實驗課程的學(xué)習(xí),不去深究實驗原理或領(lǐng)會實驗要說明的問題。

四、利用計算機輔助實驗教學(xué),提高整體實驗教學(xué)質(zhì)量

學(xué)生通過實驗操作,不但可以培養(yǎng)動手能力,而且可以鞏固所學(xué)知識,提高思維能力、想象創(chuàng)造能力和理論聯(lián)系實際的能力。但傳統(tǒng)的實驗課,教學(xué)效果卻跟上述目的相差甚遠,造成這種狀態(tài)的原因在于學(xué)生對實驗不感興趣,因此對實驗預(yù)習(xí)漫不經(jīng)心,對實驗原理和目的不甚明確,在方法上不求甚解,到實驗操作時只是對照實驗步驟機械模仿,按部就班地完成實驗,未能充分調(diào)動思維,少數(shù)同學(xué)甚至為達實驗結(jié)果不惜拼湊數(shù)據(jù)。針對上述情況,要充分運用計算機的模擬功能和交互功能,對傳統(tǒng)實驗教學(xué)進行一些改進。首先,把違反操作規(guī)程所引起的結(jié)果,用模擬的方法給學(xué)生敲警鐘。如測電源電動勢時,不允許獲得短路電流,這樣就要將短路引起的結(jié)果在屏幕上顯示出來,給學(xué)生留下深刻的印象,實驗操作時就沒有人再犯類似的錯誤。其次,將實驗過程中的一些重要步驟,如器材的組裝、接線,測量儀器的讀數(shù)等,事先用計算機模擬出來,要求學(xué)生模擬操作。這樣,通過人機交互檢查,增強學(xué)生對實驗原理、操作等的理解和掌握。

總之,隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展,有更多的實驗課題可以借助信息技術(shù)進行相應(yīng)的調(diào)整,這必定會給實驗教學(xué)帶來生機,也必將引起實驗教學(xué)發(fā)生更深刻的變化。

參考文獻:

[1]張凱,張瀅.網(wǎng)上虛擬實驗室的開發(fā)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2002(11).

[2]周文委,王涌,金燕.虛擬儀器技術(shù)及其教學(xué)應(yīng)用[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,35(1).

[3]張世林.多媒體輔助手段在中學(xué)化學(xué)實驗中的應(yīng)用研究[D].蘭州:西北師范大學(xué),2006.

[4]白娟.虛擬實驗教學(xué)及其設(shè)計研究[D].西安:陜西師范大學(xué),2005.

[5]劉源,蔡軍,冉鳴.對物理化學(xué)實驗課件的分析研究[J].中國教育信息化,2008(4).

[6]任建華,冉鳴.全交互智能化化學(xué)課件及實現(xiàn)方法淺析[J].化學(xué)教學(xué),2006(9).

(編輯:金冉)