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发挥CAI在化学教学中的不可替代功能
[内容提要]CAI已经成为现代教育技术的重要组成部分，我们作为教育者，应该积极应用现代化的教育技术，但是，不少教师在使用现代教育技术时，没有深入领悟现代教育技术的真正含义，存在不少误区。合理使用多媒体手段，巧妙运用CAI课件，让多媒体电脑走进化学课堂能促进教育观念和教学形式的转变，真正体现其具有的丰富表现力，课堂教学的大密度，良好的直观性，极大的互动性等其他教学媒体无法替代的优势。[关键词]CAI辅助教学；巧妙设计；直观性；互补性；交互性；安全性；不可替代功能
CAI（Computer--Aided Instruction）指计算机辅助教学。它是集图、文、声、像为一体，通过直观生动的形象来刺激学生的多种感官参与认识的活动，能调动学生的学习积极性，使学生成为学习的主体，从而提高课堂教学效率的教学辅助手段。在教学之中使用CAI课件，目的是使用CAI技术来辅助教学，为了能够产生更好的教学效果而采用的，到目前为止，做课件的老师也的确不少，课件也做了不少，但是粗制滥造的却很多，在课堂、公开课中作秀、表演的也比较多，真正能恰如其分地用于课堂的就不多了。因此，作为一种新的教学手段具有它本身的特点和优点，并且只有在正确的教育理论支持下，与原有的传统教学手段一起相互补充，共同运用于教学过程，才能取得最佳的教学效果。否则必然会过于花俏，过于卖弄，直接影响教学的效果，或者，冲其量也只不过是仅仅代替了黑板的板书而已。
CAI辅助化学教学形式多种多样，应用比较普遍的是用大屏幕投影系统与传统教学媒体有机结合来进行教学。教师可以边讲边操作；也可以结合教学内容，展示事实、创设情景、呈现过程、提供示范，必要时再辅以课堂实验等。这样的教学模式除了公认的信息量大、时间利用率高等优点外，我认为在设计时还应具有以下不可替代的功能：
一、直观性功能
想象力是智力活动的翅膀。在现实刺激物的作用下，人脑中的旧表象重新配合，从而构造出与原有事物基本相符甚至完全崭新的形象的心理过程称为想象。丰富的记忆表象是培养想象力的重要手段。在化学教学中培养学生的想象力也是大纲和考纲的要求，是培养学生素质的重要组成部分。想象的水平是依一个人所具有的表象的数量及质量为转移的。培养想象力，就必须扩大充实表象的数量，改善已有表象的质量，以扩大已有表象的储备。
化学研究的对象中有大量的微观过程，若只通过教师的讲解去想象实际发生在三维空间中的运动和变化是有难度的。在传统的课堂中，由于给学生提供的感性材料受到很大的局限，有时因不能给学生直观的表象而影响了学生对知识的理解与巩固。如：化学中的一些微观抽象知识一直是课堂教学中的难点。依靠传统的讲授和静态模型的展示提高教学效果，已经越来越不能满足现代中学生的需要。因此，对原子结构、分子在化学变化中的变化、电子得失、微观粒子的基本特性等大量微观现象进行动态的模拟是化学教师渴求的现代教学手段。
通过多媒体计算机可以把微观抽象的内容及某些实验利用二维或三维的图像、动画进行模拟。用图形、图象、动画、文字和声音等方式向学生提供丰富的感性材料，特别是可以把从文字材料获得的概念转化成直观的形象，把难于想象的微观世界宏观化，把难以演示的实验形象化，通过直观的视觉来帮助学生理解，大大降低了难度，使学生深入认识事物的本质，从而使教学难点顺利突破。这样学生多种感官同时参与学习，教学信息丰富，学生获得的记忆表象数量及质量均大幅提高，日积月累想象力自然得到长足发展。举例如下：
①展示分子结构及分子的分裂情况。这主要用于物质结构及化学变化实质的教学中，如H2O 、H2、O2等分子结构，可通过制成立体分子结构动画，生动地展示在大屏幕上。通过Anthorware制作动画，加上闪烁与伴音，能形象地展示水分子分成氢原子、氧原子，氢、氧原子分别构成氢分子、氧分子等。
②模拟工业生产流程。教材中有些生产流程的内容，如钢铁的冶炼、石油的炼制及合成氨工业等，仅靠挂图及教师讲解，效果不理想。恰当地利用动态模拟，能使学生对主要生产设备内的反应产生身临其境的感觉，避免了书本上冗长文字所造成的呆板、枯燥。
③模拟实验及视频播放实验录象。化学是以实验为基础的科学，演示实验是必做的，不能用计算机来代替。但常规实验受到条件限制有某些不足，这可以通过CAI课件中的动画、视频播放等手段来弥补。如液态空气的蒸发，普通中学的实验室是没有条件得到液态空气的，课堂上难以演示；再如浓H2SO4的稀释时错误地将水倒入浓H2SO4，会带来什么后果呢？这是不能用实验来演示的。但都可通过动画模拟及伴音得到解决。又如Na与H2O反应实验，通过投影实验能使全体学生基本看清，但反应太快，学生完整描述实验现象有困难。这时可将该实验的视频文件反复播放，并通过帧数控制定格在几个特殊阶段，这样学生就能将实验的整个过程看得十分清楚。
二、互补性功能
CAI在化学课堂教学中不能起主导作用，只是化学教学中的一个必要的补充，这也要求我们在课堂设计的时候和CAI设计的时候充分考虑到这一点。课堂设计的时候，必须还是按照课堂必有的一些步骤进行课堂设计，如复习提问、引入新课、讲授新课、板书设计等等。作为一个必要的补充，CAI可以在任何需要的时候出现。
1、与实验的互补
化学实验是有目的地使自然界中的化学现象在特定的环境、条件下简单化、明晰化、突出重要因素重现出来，以便于进行观察、研究，认识物质的性质及其变化的规律。化学实验中物质的性质及其变化通过声、光、色、态的改变生动、鲜明的表现出来，为学生提供丰富的新意刺激，可以有效的调动学生的各种感官，全面、清晰、准确的认识物质的性质及其变化的规律。化学是一门以实验为基础的自然科学，说明化学中的一些现象、变化，当然必须充分通过课堂化学试验来说明。CAI课件与化学实验两者必须相辅相成，相互补充，同时为化学课堂教学服务。也就是说，CAI课件中的模拟实验也不能代替全部课堂演示实验。如：在讲水的组成时，首先在课堂上做电解水的实验，两电极产生的性质截然不同的气体引起学生的兴趣，都想知道为什么水通电产生的为什么不是水蒸气。接着老师展示CAI课件，从微观方面以动画的形式展示水分子在通电时变化的原因。学生心中的谜团终于解开了，同时也接受到了新的知识。在这里，化学实验教学和CAI课件就起了非常好的互补。
2、与板书的互补
板书，是教师用以传达教学信息的一种媒介，是化学课堂教学的重要手段和环节之一。它和教学语言，非语言行为或先或后或同时出现，互为补充、完善，是化学课堂教学不可缺少的部分。在一堂完整的课堂教学中，板书可以揭示教学内容的要点和逻辑层次，体现知识脉络和体系。板书直观、精炼。它通过调动、刺激学生的视觉器官，将教学信息的结构及其内在联系呈现给学生，使学生便于联想记忆。流畅漂亮的书法，新颖别致的布局，搭配合理的色彩等无不给人以美的感受，对学生的审美观和表达能力具有潜移默化的影响。人们把精心设计的板书称为形式优美、重点突出、高度概括的微型教科书。化学学科的特点决定化学知识的层次性、阶段性。没有板书或者仅仅只是展示一下板书，知识的全面性或者层次性不能在学生头脑中形成一个整体。一堂课下来，学生对CAI课件中的图片、声音、动画有较强的记忆，而他们所记忆的知识点是零散的，不完整的，不系统的。
三、交互性功能
CAI网络课件人机对话的方式有效地实现了程序化、启发式教学。可无距离地实现个别化教育，因人施教。“教师”与学生间可用文字、声音、图像、动画等进行相互交流，这是“一块黑板、一张嘴，一支粉笔讲到底”的传统教学方法根本无法实现的。交互式的教学方式使教学效果得到了显著地提高。
教师讲课前，首先发一道命令，封锁所有学生的键盘，强制性地中断学生操作，然后教师通过网络软件将自己屏幕上的信息实时地传递到各个学生机，随着讲课内容的不断变化，教师可以适时改变屏幕上的内容。如学生在学习中遇到了问题，自己无法解决，学生只要按一下控制键，教师那边就能得到及时的反馈，老师立即把学生的屏幕截取过去，通过自己的键盘和这位学生做一个双向式的交流，共同地解决问题。这一切只是在“默默无声”不影响其它同学的情况下完成的。如果老师发现学生的问题解答得很有创意，或者是觉得这个答案有相当的典型意义的时候，他还可以将这个学生的答案示范给在座的每位学生，让所有学生分享他的成功和教训。这种新的教学模式比传统课堂教学更能促进师生之间的交流与合作，教师在这种教学环境下，会感到自己更多地是一个管理者和引导者，而不是一个说教者。我认为这完全符合目前教育教学改革的需要，通过这一方式可以使学生在各自的基础得到更加全面地发展。
此外利用计算机的存贮信息量大的特点，可以大量储存相关知识点的习题、例题以及与化学相关的课外资料，这对学生进行因材施教提供了极大的方便。现在软件市场上的相关题库均有各种层次的习题、例题及测试反馈系统，对于优秀生计算机可以根据要求调出难度较大的资料供他们选用；对于基础薄弱的学生，也可以调出巩固性习题，且计算机可以不厌其烦地帮助学生，适时地在屏幕上出现鼓励性提示语，对于克服学生的厌倦心理和被动心理大有益处。
四、安全性功能
化学实验教学历来都强调要保障实验的安全，安全是教学实验必备的一个条件，过去对化学实验的不安全因素主要考虑为爆炸、起燃、强腐蚀、极毒等。而现在，人类对环境保护日益重视，化学实验产生有害环境的废气、废液和废渣等也被视为实验的不安全因素，因为其结果同样会影响到师生的健康，而且这种危害还具有广泛性和持久性。现阶段的新课程改革就已非常重视这个问题，如删除了会引起空气污染的硫的燃烧实验、引起危险的氢气爆炸实验等。但是硫的燃烧、爆炸的形成又是一个非常重要的基础知识，如果使用CAI课件中播放视频的方法，则可以很好的解决此类问题。此外对于下列实验用CAI课件演示的方法完全可以起到很好的效果。
1.有毒、有害以及在短时间内无法完成的实验。如胶体的电泳、硫化氢的性质与制取、CO、SO2、Cl2等毒性实验。
2、错误的实验操作所引起的后果呈现。如一氧化碳还原氧化铁时先加热后通一氧化碳；将水加入浓硫酸以稀释浓硫酸；点燃氢气前未验纯等。
3、化学生产流程的宏观演示。如接触法制硫酸、氨氧化法制硝酸等。
综上所述，应用多媒体技术辅助化学教学，具有其它手段无法替代的功能。只要善于将这种现代化教学手段与传统教学相结合、互相渗透、互相补充和完善，必将大大优化课堂教学，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。另外，我呼吁有条件的学校应该尽量给每一位教师配备一台计算机，鼓励他们平时多学习信息技术和CAI课件制作技术，把本学科与信息技术整合起来，根据需要决定在上课时使用哪一种媒体，是否使用CAI课件。
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