随着现代教育技术和实验手段的发展,化学实验教学发生了哪些变化?

现代教育技术是以各种教学媒体为基础的,如实物展台、计算机、相应的多媒体技术、手持实验技术等数字电子产品。能够显示、采集、处理、存储和传输实验过程和各种媒体信息(如文字、声音、图形、动画、图像、视频等。),并能在各种媒体信息之间建立有机的逻辑联系,整合成一个交互性好的教学。特别是多媒体技术可以很容易地实现人机交互,即操作者可以根据自己的思维习惯主动选择和接受信息,拟定观看内容的路径,规划信息展示的方式和方法,以达到最佳效果。多媒体技术作为一种动态、高效、大容量的现代教学辅助手段,所能传达的信息生动、直观、富有表现力和感染力,且易于再现。能够生动逼真地表现宏观世界的化学现象和微观世界的原子、分子等物质的内部变化和发展过程,能够艺术地表现化学世界的奥秘,从而有效地激发学生的学习兴趣,帮助他们理解化学知识。课堂教学中一些受时间、地点或具体操作等因素限制的实验,可以通过视频录制、动画模拟等形式,在多媒体课件中得到很好的展示,甚至一些现实中难以做到的实验,也可以通过动画模拟。然而,多媒体课件中的模拟实验并不能完全取代课堂演示实验。多媒体课件和化学实验必须相辅相成,为化学课堂教学服务。

一、物理投影技术在化学实验教学中的应用

化学课演示实验的目的是让全体学生通过实验演示观察物质变化的全过程,获得直接的感性认识,从而提出问题和思路,通过理性讨论得出结论。借助演示实验,创设教学情境,可以提高学生学习化学的积极性和参与性。体验实验过程的真实性和科学性,说服学生,是培养学生观察能力的重要途径,也为引出话题和问题,进行讨论、探索和发现创造了条件。所以演示实验要真正起到演示的作用,不演示是不行的,这样演示实验就成了实验,对实验现象的观察就成了实验现象。为了提高演示实验的可视性,传统方法一般采用放大实验仪器、抬高实验装置、加大实验药物剂量等方式巡回展示实验结果。但实验仪器的放大倍数有限,巡回展示实验结果浪费时间,而且有些现象是实验中瞬间产生的,无法观察到,影响教学效果。采用物理投影技术可以克服上述缺陷,大大提高演示实验的效果。比如演示原电池的组成实验时,将实验中的关键观测点——检流计的指针偏转和偏转方向的变化,用投影技术放大。通过观察和分析电极更换与电流偏转方向的相关性,学生可以直观地了解原电池的组成情况,理性地分析电极材料对原电池的影响,从而使验证实验的验证更加科学;氢氧化钠在固体表面的潮解现象、胶体的丁达尔效应、乙醇的催化氧化等,通过物理投影仪放大,鼓励学生观察生活中的化学现象。以上实验在老师讲课时非常顺利,学生在理解和掌握知识时感觉轻松。

物理投影技术主要是放大实验现象,克服演示实验可视性低的缺陷,使学生能够清晰地观察到实验现象,尤其是一些微小的、难以观察到的实验现象。投影技术提高了实验的科学性,增强了学生学习的积极性和参与性,为培养学生的观察能力提供了保障。

二、多媒体技术在化学实验教学中的应用

对化学实验的操作步骤和规范有一定的要求。一旦学生操作失误,不仅会导致实验失败,造成实验事故,还会引起学生的恐惧,影响学生学习化学的兴趣。多媒体动画技术和典型的软件材料用于模拟易操作的后果。这样,通过让学生在计算机前模拟操作,从而掌握正确的操作,了解不正确的操作,将大大提高学生实验的有效性。比如实验室制备氯气,实验结束后要将导管从水中取出,然后将酒精灯取出。一旦错了,就危险了。为了解决这一问题,通过多媒体技术设计制作了氯气实验室制备软件,并对该操作做了一些特殊处理。课堂上,允许学生进行反复的模拟实验。一旦操作正确,电脑会给出奖励提示鼓励学生,一旦学生出现错误,电脑会模拟水回流到试管底部,试管破裂的危险场景。再比如用未经检验的纯度模拟氢气爆炸,让学生加深对操作失误造成的危害的认识,进而进行正确的实验。通过多媒体技术的模拟,不仅提高了实验的成功率,而且深刻理解了正确操作的重要性,促进了学生建立规范,培养了安全的潜能。

将多媒体技术应用到一些设备和操作复杂的实验中,为学生提供了一个模块化的实验环境,使学生可以先模拟操作,训练实验技能,再进行真实实验。例如CH3COOC2H5的制备,在多媒体技术中,学生可以通过模拟实验,既掌握原理,又掌握实验操作方法,不断促进学生实验技能的提高。

多媒体技术在化学实验的实验设计教学中起着重要的作用。展示学生的化学知识和实验操作技能,有利于培养学生的迁移能力、解决问题能力、相互合作能力和创造力。在多媒体“实验室”里,学生可以在实验室里畅游,发挥各自的才能,在化学世界里探索实验。比如物质的鉴定,通过多媒体“实验室”提供学生需要的试剂,学生设计各种方法进行实验和判断。计算机可以模拟各种方法产生的各种现象,并正确判断和提示,有利于培养学生对知识的巩固、应用和发展,培养学生的创造精神和能力。

三、摄像和视频处理技术在化学实验教学中的应用

演示实验的全过程需要很长时间,并且伴随着一些无关紧要的现象,干扰了学生对实验现象的正确观察,影响了实验的效果。因为学生的课堂学习时间是有限的,所以学生要在有限的时间内获取尽可能多的信息,在给学生信息时要有选择性,让学生观察到的现象对所学知识有价值。因此,利用摄像和剪辑技术对实验的全过程进行处理,既给学生提供了实验的全过程,又突出了重要的实验现象,又不失实验的真实性。比如氯水的光解实验,可以通过该技术在课堂上播放,大大增强了演示实验的时效性。当学生看到氯水在光照几个小时后开始慢慢冒泡,24小时后才产生明显的气体,不仅确信了实验结论,而且认识到有些化学反应是慢慢发生的,增强了学生观察实验的有效性。

在演示实验教学中,有些实验是有害的、危险的,不可能在课堂上演示。借助视频教学,保障了学生的安全,保护了环境,取得了良好的教学效果。通过录像技术,真实再现了实验中错误操作造成的危害,吸引了学生的注意力,帮助他们掌握了正确的实验操作步骤和技能。比如浓H2SO4实验,正确的操作一般在课堂上演示,不正确的操作进行解释。通过视频演示浓H2SO4滴入水中释放大量热量使H2SO4液体飞溅的现象,让学生加深对该知识点的理解。这样的教学可以使学生正确掌握实验操作规律,正确理解实验装置,对实验的成功起到一定的作用。

演示实验是帮助学生学习实验基本技能的最有效方法。对于一些复杂的实验,通过录像的方式给予学生正确、规范的指导,避免了教师实时演示时间长的缺陷。比如在高中化学实验中氯气制备的教学中,可以利用视频技术进行演示,同时可以将操作中的注意事项进行局部放大,加入到旁白介绍中,让学生既能理解“为什么要这样操作”,又能体验正确的操作,避免氯气的毒性。为学生最终掌握氯气的性质和正确的实验操作提供了保证。

利用录像技术的功能效果,可以促进演示实验的真实性,如高速成像或拼接合成的摄像技术和快、慢、反视频投影的功能,既能让学生全面细致地看到快速反应的细微差别,又能让学生快速观察到慢速反应的整体变化,让学生快速感知到容易观察到的细节,提高学生观察的敏捷性,缩短教学时间,增加演示实验的时效性,提高教学效率。

录像和视频拼接技术还可以展示更复杂的化工生产过程,使抽象的教学内容变得直观,便于学生理解和掌握这类知识。一些昂贵的实验,危险的实验,定性的实验,或者设备复杂的实验,也可以借助教学视频来完成,保证演示实验的安全性、正确性、有效性和规范性。

化学实验是中学化学教学中最常用也是最重要的教学方法,在帮助学生理解和掌握化学知识方面起着重要的作用。随着科学技术的发展,现代教学技术特别是多媒体技术与实验的整合,将丰富实验的内涵,增强实验的功能,提高实验教学的效率,使学生在理论与实践的融合中更好地提升自身素质。