信息技术在化学实验教学中的应用研究--《河北师范大学》2014年硕士论文
信息技术在化学实验教学中的应用研究
【摘要】：进入到二十一世纪以来，我们国家的教育面临越来越多的机遇，同时我们教育工作者也面临着了更大的挑战，我们必须要紧跟时代发展的步伐，不断适应当前日新月异的现代化教育手段，探索现代化教育形势下的新的教学方法。新的教育目标要求我们教师不能停留在向学生传授基础知识的层面，我们还担当着培养学生探究能力的重任。
化学学科是一门以实验为基础的自然学科，而化学实验是学生们获取化学知识的必要途径，也是验证化学定理的最可靠的手段，它贯穿于我们中学化学教学的每一个阶段。新的课程标准提出了中学阶段化学教学的三个基本要求：第一、围绕化学实验积极开展多种形式的探究活动，在积极参与的同时，培养学生的学习积极性和学习情趣；第二、树立学生的科学探究意识；第三、在现代化的教育教学形势下，充分挖掘学生们的创新精神。
信息技术为化学实验搭建了广阔的信息平台,在化学实验教学中越来越凸显它作为技术辅助手段的优势。本次研究的重点是探讨如何利用信息技术手段辅助化学实验的开展，通过研究信息技术应用于化学实验教学、设计原则、教学思路等方面来完善教学方法，形成基于信息技术与化学实验探究教学相整合的典型模式；指导学生在计算机教室利用化学实验室模拟软件开展实验，让学生在特定的情境中发现问题、探究知识、自我制定实验内容。
将近一年的研究表明：信息技术应用于化学实验教学克服了传统化学实验教学的局限性，改变了原先枯燥的实验教学模式，充分激发了课堂主体的求知欲，培养了学生的创新意识，学生们的成绩也得到了提升，尤其是化学仿真实验软件的合理使用，培养了学生们独立自主解决问题的能力。
【关键词】：
【学位授予单位】：河北师范大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：G434;G633.8【目录】：
摘要4-5Abstract5-7目录7-9引言9-191 相关理论基础19-23 1.1 建构主义学习理论19 1.2 认知主义学习理论19-20 1.3 人本主义学习理论20-232 信息技术应用于化学实验的教学模式分析23-27 2.1 演示型教学模式23-24 2.2 指导型教学模式24-25 2.3 模拟型教学模式25-273 信息技术在化学实验教学中应用案例的设计与实施27-31 3.1 化学实验教学案例设计27-28
3.1.1 化学实验教学案例设计的原则27
3.1.2 化学实验教学案例设计的策略27-28
3.1.3 化学实验教学案例的情景设计28
3.1.4 化学实验教学案例的目标设计28 3.2 化学实验教学案例实施28-31
3.2.1 教学分析28-29
3.2.2 设置探究任务29
3.2.3 选择信息技术的切入方式29-314 信息技术应用于化学实验教学的效果分析31-39 4.1 实施前后学习化学兴趣比较31-32 4.2 实验课上动手能力调查分析32-33 4.3 生活中的化学应用调查分析33-34 4.4 化学试卷实验题部分得分情况分析34-36 4.5 化学考试成绩对比36-395 信息技术应用于化学实验教学的反思39-41 5.1 信息技术应用于化学实验教学具有独特优势39 5.2 信息技术应用于化学实验课的前提条件39 5.3 信息技术与传统实验教学的关系39-41总结与展望41-43参考文献43-45附录45-56后记56-57攻读学位期间取得的科研成果清单57
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京公网安备75号谈在化学教学中如何应用现代信息技术培养创新精神
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张希玉 徐琳（潍坊市第十中学,山东潍坊261041；潍坊市奎文实验初中,山东潍坊261041）一、认清创新教育的内涵,提高教师自身的信息技术素养中学基础知识教学,特别是理科教学,是对前人所积累的基础自然科学知识成果的传播再现,不具有首创性.因此,很多理科教师认为在中学阶段开展创新性教育是不切实际的.这种观念的存在,使学校教学难以适应当前的时代要求,必须尽快转变.化学教师首先要认清创新教育的内涵.中学化学课堂教学中的创新教育不是去开拓和创新未知的知识,而是创设一定条件和氛围,引导、启发学生去模拟探究科学家的实践活动过程,发现“新”现象,通过联想、判断、推理和综合分析,归纳出物质呈现如此现象的本质和规律,既让学生形成问题意识,训练创新思维,又提高创新能力.二、利用现代信息技术培养学生创新精神的策略1.展示化学史实,培养创新情意创新能力首先要有创新情意.情意因素包括动机、兴趣、情感、意志和性格等,在人的创造活动中能起启动、定向、引导、维持、强化、调节、补偿等重要作用.在化学教学中,要紧扣教材内容进行化学史教育,注意开发和提高学生的创新情意.如在《溶液的酸碱性》一课中,通过酸碱指示剂的发现史的图片和故事创设情境,帮助学生养成细致观察、大胆猜想、敢于创新、坚持不懈的科学精神,激发学生自制酸碱指示剂的欲望.2.搭建自主探究阶梯,培养创新思维自主探究是培养学生创新精神的一个重要环节.信息技术的应用为教师展示探究的问题和探究的方法,提供了方便.例如,在讲《原子的构成》时,依据“分子可以分成原子”的思路,确定“原子能不能再分”为这一节课的关键性问题,围绕这一中心设计有层次的四个问题：（1）有没有比原子更小的微粒?（动画演示汤姆生的阴极射线实验）（2 ）这种微粒带什么电荷?（3）原子具有怎样的内部结构?（动画演示鲁瑟夫的α 射线透射实验）（4 ）原子中各种微粒之间有怎样的数量关系?关键性问题的提出为学生指明了探究的方向,而各层次的问题又构建了学生攀登的阶梯,防止学生望难生畏.另外一个重要的作用是,分层次问题的提出,为学生提供了一个解决问题的思路,即把一个难以一下子解决的问题转换成多个小问题,逐步解决.3.应用仿真实验,激发学生创新欲望基于学生个体及合作能力的考虑,现在的学生实验大多为验证性实验,其创新能力的培养效果不容乐观.信息技术与学科教学整合条件下,产生了化学教育仿真软件.它克服了传统教学中的很多不足.学生可以根据一定的教学要求,随意搭配图形元素,用计算机模拟实验,并跟踪探究过程,作出相应的反馈及评价.比如,氢气还原氧化铜实验反应结束时,先撤灯后撤气的危险性；实验室制氧气先撤灯后从水中取出导管的后果；一氧化碳还原氧化铜的实验,这些实验,仿真软件可以提供“实验”环境.学生通过拖动鼠标,可以组装仪器、添加试剂和点燃酒精灯,自主探究实验的最佳装置和步骤.如果选择正确,则可顺利地进行下一步操作；如果选择错误,计算机则会出现错误操作的后果以加深印象.期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 4.检索海量知识,为创新打好知识基础为了培养学生的创新能力,往往在教学中鼓励学生提出问题,而有些问题教师也难以回答,或者有些问题是学生通过自主研究可以解决的.现代信息技术提供了简单方便的知识检索方法,为人们利用海量知识,进行自主研究奠定了基础.教师可以鼓励学生进行自主研究,并将研究的进度和成果撰写成博客,方便教师和其他同学的讨论补充,将研究进行到底.教师可以指导学生反思自己的研究过程,总结分问题、解决问题的方法,逐步提高自主研究能力.5.改革现有的评价机制,全面实现创新教育的真谛传统的评价体系注重对学生学习学科知识的评价,这必然导致忽视个体在学习过程中的行为表现,对创新精神的培养是极为不利的.新课标提倡的立足过程,促进发展的评价方式,不仅是评价体系的革新,也是对传统评价的理念、方式与手段的改变.首先,基于网络环境中的评价可以更加关注学生在学习过程中形成性的情感、思维、价值观综合性的变化.其次,网络环境下的评价能更清晰的为系统客观地陈列出每个人之间的差异,这对于研究个体差异,寻求个体发展是极为有利的.再者,网络环境里的具有多元化、互动性评价,不只是限于师生之间,还可以是生生之间、学生与家长之间、甚至学生与机器之间.另外,由于评价结果保存不受时空、数量的限制,保存过程又便捷轻松,对于使用者来说不仅简化了程序,提高了效率,而且在这样一种轻松的氛围内开展评价有利于激活常态的思维,使得创新精神有了用武之地.三、在化学教学中运用信息技术培养创新精神,要处理好几个关系1.处理好模拟实验与真实实验的关系真实实验有为学生提供真实的实验环境和心理体验的重要作用.实验的结果常会因实验因素的微小差别而不同,这正是化学实验研究的关键所在.稀有气体发现就是精确到“第三位小数点”的功劳.化学研究前进的每一步,无不是“异常”现象引发思考得来的.所以,化学教学中必须重视真实实验的展示和分析,引导学生养成捕捉异常现象、思考现象原因的好习惯.2.增大教学密度与预留思考空间的关系运用信息技术能充分调动学生的多种感官来获取相关信息,增大信息传播速度,提高课堂效率,这是多媒体教学的一个显著优点.教学中,要贯彻启发性原则,就必须留给学生必要的时间去思考,安排足够的活动以发现,一味图快反而适得其反,使学生怠于思索,而只寄望于教师将鼠标轻轻一点.3.趣味性与针对性的关系课件一味追求趣味性,而缺乏针对性,就有哗众取宠之嫌.一些动画如果不能启发学生思维,帮助学生完成学习目标,就要忍痛割爱.作为一种全新的技术手段,其特长在于能通过各种表现手法将化学教材中内在的、本质的东西以直观的、活泼的形式展现出来,从而解决传统化学课堂教学中无法或难以克服的问题,如模拟一些宏观或微观的过程（如物质微观结构演示、反应原理的动态表述）、构造虚拟的实验环境、模拟实验室难以实现或无法实现的实验（如合成氨、硫酸的工业制法）等,在短时间内调动学生多种感官参与活动,使之获取动态信息,从而形成鲜明的感性认识,并为进一步形成概念、上升为理性认识打好基础.所以,教者在开发课件时务必考虑清楚,所使用的多媒体手段是否有助于突出教学重点、突破教学难点,而不仅仅是趣味性.
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着信息化社会的到来，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，随着计算机技术的迅猛发展，计算机的应用逐渐深入到各个技术领域和社会的各个方面，把计算机技术应用于教育领域，这也标志着我国现代化教育技术手段的又一次飞跃。如何把传统的教学手段与现代信息技术有机结合应用于课堂，它对于化学学科的教学有着独特的作用。
一、丰富的表现力
1在诠释微观粒子上的表现力
化学是研究分子、原子核外电子等微观粒子运动的科学。而微观粒子的运动若不借助一些精密的仪器，又是我们看不到，摸不着的，所以常规教学通常用挂图、模型等教具或以投影片示意,由于其僵化固定而缺乏直观的效果,多数学生对物质微观组成的相关知识都感到比较抽象，难于理解，鉴于此种原因我制作了《核外电子的绕核运动》的小课件，让核外电子动起来。首先向学生简介&视觉暂留&现象及其在电影及动画制作中的运用。&视觉暂留&就是人眼在某一视像消失后认可使物像在视网膜上滞留0.1&0.4秒左右，人们就是利用这种现象制作电影和动画的。然后制作了一些宏观物体的运动及模拟电子绕核运动的git动画，从而让学生能真切地感受到物质在各种不同速率下的视觉印象，认识并理解电子运动的特点及其描述的方法。
又如，我们在介绍有关晶体结构的知识时，通常需两三节课内容，一般利用结构模型学习，虽然直观性较强但是模型种类较少，学生学习时不易要理解，学习效果很差。如今用3DMAX制作的多视角动画或三维立体图象，可以广泛地展示各种晶体的结构，只需要一节课就能够充分说明，并且课后学生反馈效果很好，诸如氯化钠和氯化铯在晶体结构上的同点、氯化钠晶体一个晶胞中有多少个钠离子，多少个氯离子，一个钠离子周围距离相等且最近的钠离子有多少个等问题，几乎不费口舌，学生通过自己观察模拟晶体结构的立体图形就能搞清楚。
2在进行实验教学中的表现力
化学是一门以实验为基础的自然科学。实验是化学教学的基础，它可以为学生提供丰富的感性认识，通过对化学实验的观察和研究，加深对物质的理解和掌握。调查表明，课堂教学中教师45分钟理论说教的效率远不及一个5分钟实验演示。然而，传统的课堂演示实验存在着一些不易克服的矛盾：反应装置规模小而课堂范围大，多数学生观察不到清晰的现象；许多化学变化瞬间即逝不易观察；有些则可重复性差或耗时长，课堂上难以做到随时调用；另外还有一些实验的污染大，无法在教室中完成等。实验课件的广泛应用则可以有效地帮助教师克服实验教学中的这些问题，提高实验效率。例如，在讲碳元素时，我们把家中煤炉的燃烧情况制作成录像用于教学既省时、无污染、又清楚直观。又如讲&碳还原二氧化碳&时，很多同学很难想象这个反应，如果我们上课演示，既不好观察，反应时间又长。因此我们可以把铁管作为木炭还原二氧化碳的反应器，然后把实验拍成2分钟的录像，这样把一个复杂、反应时间长的实验带到课堂上起到了良好的效果。
再如在&压强对化学平衡的影响&教学中，NO2与N2O4 的转化平衡中，压强因素的影响并不明显。利用课本中的实验，学生通常能注意到加压混合气体的颜色加深，而往往不能发现其后的颜色略变浅。为此，我们采用3DMAX制作了课本式样的原型模拟和简化模拟课件，有意识地突出颜色的变化，增强实验中的现象层次差别。同时在课件中压强对浓度、气体分子数影响的两个gif动画的使用，使不明显的现象边的清晰，放大变化又不失愿意。加深了学生对压强变化过程中气体颜色变化与组分浓度变化的认识，从而为勒沙特列原理的认识奠定了基础。
3．运用计算机软件模拟化学反应原理的表现力
化学变化是在原子的基础上重新组合的结果，且化学概念及原理大多较为抽象。因此单靠语言和文字表述，学生很难理解。如果我们使用软件进行动画模拟，就可以使抽象变为形象，让学生清楚的看到，这样就更容易了解化学变化的实质，理解化学原理提高学习兴趣。如在做&Cu-Zn原电池&的演示实验的同时，通过Faish动画模拟可使学生形象地看到电子运动方向及两极电子得失的特点。原本很难想象的过程变的一目了然，这样既帮助学生进一步认识化学变化的原理，也大大提高了课堂教学质量。
二较强的交互性
现代教育技术在教学中的引入增强了教学过程中的交互性。使原来单纯的&教师教，学生学&的单向教学活动变为双向的或多向的教学活动。教师可以充分利用计算机存储量大，为学生提供丰富的背景资料，扩展了学生的认知深度。而且还可以根据学生输入的信息，理解学生的意图，及时发现问题、及时反馈。并运用适当的教学策略指导学生进行有针对性的学习。帮助他们解决各异问题，使得学生的思维在横向和纵向都有很好的发展。如在化学实验这部分教学中，学习CH4、C2H4、C2H2 这三种有机气体的实验室制法时，三个制取装置各有异同，学生极易混淆，如果通过在实验室中做试验的方式来加强学生的记忆，一方面需要的时间长，另一方面需要的仪器多；同时受实验条件的限制无法同时满足所有学生的需要。而利用多媒体，则可以在电脑上给出许多不同的化学实验装置，然后要求学生自己选择出制取这三种气体的仪器，并进行组装。教师则及时的给出评价，这样多媒体就给学生提供了一个灵活的实验平台，培养了学生的探索、创造能力，也增加了学生学习的乐趣，充分调动了学生学习的积极性。
现代教育技术在学习效果的反馈方面也有独特之处。比如，教师可以按照教学内容事先编排一套相应的考试习题，分发于学生使用的每台电脑中，学生对每一题的判断正确与否将会被计算机集中在一起统计，教师根据统计结果可以迅速发现学生学习中存在的问题，由此及时调整教学策略，加强了在学生学习中的薄弱环节，提高课堂效率更有利于提高教学质量。
现代教育技术在个别辅导教学中也可发挥很好的交互性。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&向素质教育转化的主要途径之一。而在教学中使用现代教育技术对于更好的实现个别辅导有着重要的作用。
个别辅导模式：主要是教师按照程序教学的原则，针对一个教学知识点设计出不同层次的递进的教学途径，学生可根据自己的学习水平，选择不同的学习程序。学生在学习过程中可以进行人机交流，根据学习情况及时的给出反馈。如遇到困难还可以调整难度，使学生循序渐进，得到知识的巩固和自学能力的提高。在这种教学模式下，虽然主要是以学生为主体，但也不能忽略老师的主导作用；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，以更好地挖掘学生的自身特点。
总之，现代教育技术大大丰富了中学化学教学的内容，为中学化学提供了更有效的形式。但是要达到满意的教学效果还必须正确处理好教师、学生、教材和现代教育技术这四个要素之间的关系，使其形成一个有机整体，而且还要善于将这种现代化教学手段与传统教学相结合，相互渗透，相互补充和完善。只有这样才能大大优化课堂教学，提高教学质量。与此同时，也有利于学生科学素质的发展和教师水平的提高。
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