构建“绿色化”的中学化学虚拟仿真实验,促进中学化学实验教学与现代信息技术的整合

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  化学是一门实践性很强的学科,实验教学是化学教学活动中不可缺少的环节。实验教学对学生科学思维、动手能力、创新意识的培养起着重要的作用。但长期以来,传统的学校化学实验内容侧重系统的书本知识性,在实验内容上安排大量的验证性实验和尝试性实验,这样,不仅这些实验的废弃物污染了生态环境,而且学生创新能力和环保意识都无法得到提高。
  化学实验“绿色化”,目的是把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染,后治理”改变为“从源头上消除污染”,核心是“杜绝污染源”。随着人们环保意识的提高及环保各项工作的深入,教学实验的环保问题将被人们重视。同时,结合化学实验自身的特点,化学实验教学实现“绿色化”不仅非常必要,而且现实可行。
  随着计算机信息技术的高度发展,我们的中学化学实验教学已经迎来了改革的春风,中学化学虚拟仿真实验思想怦然诞生了。中学化学虚拟仿真实验就是利用计算机编程工具模仿真实的实验环境编写的软件,借助计算机营造一个虚拟的实验环境,使实验接近或优于真实的实验环境,实验者可借助操作计算机虚拟实验系统完成各种预定的实验项目。
  事实上,计算机模拟仿真化学实验是化学实验摆脱实物教育的一场革命,它的产生和发展,不仅是教育方法、教育手段、教育技巧的更新,而且对保护自然资源、缓解化学实验对环境的污染都具有深远的意义。利用模拟仿真对实验过程和实验仪器进行剖视及仿真,对有毒物质出现的实验进行模拟,避免有毒物质危害师生身体的健康。常规的、传统的化学实验不可避免的消耗许多药品和大量的水资源,尤其对于那些要使用昂贵试剂药品的、实验中容易引起爆炸或必须采用有毒有害试剂(如氢气、苯、苯酚、砷化物、重金属等)的实验,运用计算机多媒体系统进行仿真实验显得尤为重要。这样,利用计算机多媒体技术对实验原理、装置、流程、实验过程进行仿真,用文字、声音、图像、动画的效果让学生在计算机屏幕上做实验,既让学生学会了实验方式,领会了化学原理,实现了化学教学与现代信息技术的整合,又节省了资源、保护了环境,使我们的化学实验变成“绿色化”的实验。
  那么,我们应该怎样来构建这种“绿色化”的实验教学呢?这一课题正是我们亟待解决的问题。目前,我们正在着手研讨这一问题,现已形成以下几条研究思路。
  思路一:建立新课标背景下的课堂实验教学设计模型
  为了实现新课标提出的化学实验教学目标,贯彻绿色化学的教学思想,我们创立了下面化学课堂实验教学设计(初始)模型。
  确定实验课题及类型——展示用品及仪器——实验指导——实验过程——总结——撰写实验报告
  说明:实验课题即实验内容,实验类型即教师演示实验或学生动手实验;用品即实验使用的试剂和药品,仪器即实验所要用到的器具;实验指导即实验前有哪些准备工作和哪些注意事项;实验过程即实验操作流程;总结即实验过程的注意事项与实验现象;实验报告即对实验的总体汇报。
  思路二:建立演示實验课件平台
  演示实验是老师为了说明某一化学反应过程或现象而做的实验。这样的实验比较多,我们可以在校园网上建立演示实验课件平台,把老师们设计好的演示实验课件收集其中,老师上课时可以任意选用。
  思路三:建立学生实验课件平台
  学生实验是指由学生亲自动手进行的实验,这类实验也可以事先制作课件,然后让学生动手实验。这类课件如果是等到要上课了再来制作,那就迟了,因此,我们事先组织一批优秀的化学老师对所有的实验进行课件设计,并存人校园学生实验课件平台,可供老师们教学时应用。
  当然,目前的实验模拟系统还刚刚起步,存在着智能化水平不高、对真实实验环境描述不理想等缺陷,所以实验模拟系统与传统实验之间尚存在一定的差距,怎样缩短这一差距?这正是我们课题研究的突破口,有待我们在不断的实践中寻找适当的方法。
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