基于多媒体的可视化技术在化学实验教学中的实践应用

郑会勤

(河南财政金融学院(龙子湖校区) 化学与环境学院，河南 郑州 450046)

基于多媒体的可视化技术在化学实验教学中的实践应用

郑会勤

(河南财政金融学院(龙子湖校区) 化学与环境学院，河南 郑州 450046)

将基于多媒体技术的图片、PPT、FLASH和视频的可视化技术应用于化学实验教学中，并以“标准溶液的配制”和“一氧化碳还原氧化铜”这两个实验为例进行深入分析.这种基于多媒体的可视化教学方式，可有效地吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，加深其对理论知识的理解，培养学生分析问题、解决问题的能力.这种新的教学模式，可为化学实验教学改革提供新思路.

可视化;多媒体;化学实验教学;实践应用

0 引言

新课程改革以提高学生素质为宗旨，以培养学生的创新精神和实践能力为重点[1].化学实验教学是培养学生理论联系、提高创新意识和实践能力的重要环节，它不仅是研究化学的一种重要手段，更是整个化学的灵魂[2].实验课不仅能激发学生的学习兴趣，使学生积极主动地参与到学习中来，还能巩固学生在课堂上分析问题、解决问题的能力，促使其养成科学严谨、实事求是的学习态度，树立开拓创新意识[3].在素质教育的引导下，为了更好地突出“以学生为主体，以教师为主导”的新型教学模式，充分发挥学生的主观能动性，调动学生学习的积极性，提高学生的学习效率，本文将可视化技术引入到化学实验教学体系，就如何提高化学实验教学的效果，充分发挥化学实验对学生创新意识的培养及如何提升学生的动手实践能力等问题进行探讨，旨在提高化学实验的教学效果，调动学生学习的积极性，充分发挥其创新思维能力，最终提高化学实验的教学效果.

1 当前中学化学实验教学中存在的主要问题

由于化学实验涉及的内容较多、仪器复杂，对于一些学校来说(特别是某些中学)，还存在着实验条件不具备，通风设备不完善等情况，很多新课程中提出的学生必做的化学实验其实并没有真正做到每个学生都动手操作，多数学校采取的都是老师直接讲授的方式，如实验原理是什么、实验装置如何搭建、需要什么仪器、如何连接等问题.这种教学方法使得学生听完一头雾水，无法获得理想的教学效果.本文针对多数学校的化学实验存在的这种死板单一的教学模式，将计算机科学技术中的“可视化”教学方法和教学模式引进化学实验课的教学过程，以期获得较好的教学效果.

2 可视化技术在化学实验教学中的应用

2.1 可视化技术的概念及表示方法

可视化是将数据、信息和知识形象化的视觉表达形式，充分利用了人们对可视模式快速识别的自然能力，以形象化的姿态接受大众的解读的过程[4]. 其表示方法有多种，如几何线条表示法、色彩表示法、多媒体表示法等[5]，每种表示方法又分为不同的小类(如图1所示)，这些方法各有优缺点，适用范围也各不相同. 可视化实验教学是一种新型的教学模式，是指课堂授课增加“看”的比重，从枯燥的听课变为“看听结合”[6].本文针对当前化学实验教学中存在的教学模式单一的问题，选择了基于图片、PPT、FLASH及视频等多媒体的可视化教学方法，力求增加学生的学习兴趣，提高学生的学习积极性，加深学生对知识的理解，最终获得更好的教学效果.

图1 可视化技术的表示方法Fig.1 The representation of visualization techniques

2.2 基于图片、PPT、FLASH及视频的多媒体可视化技术化学实验教学中的应用

在上述诸多的可视化表示方法中，与教育教学密切联系的可视化技术主要是色彩表示法和多媒体表示法，其中，以多媒体为基础的基于图形、图像、声音和动画的PPT、FLASH及视频技术是化学教学中常用的可视化技术[7].

如讲解大一无机化学实验中“标准溶液的配制”这一实验，文字步骤为“计算称量→转移→溶解→转液、洗涤→定容→摇匀”，在课堂上老师要逐一讲解这六步操作，如用什么仪器、怎么操作、注意事项等，学生听得一头雾水，老师费很大功夫讲完后让学生自己去操作时，还会出现诸如仪器选错、操作方法有误等错误.如果采用“可视化”教学模式，上述实验可采用图片演示实验步骤(如图2所示，图片可以由仿真化学实验室软件画出).

图2 一定浓度标准溶液配制的“可视化”步骤Fig.2 The “visualization” process of preparation of a certain concentration of standard solution

图2所示的步骤简单明了，学生可以一目了然地看到配制标准溶液所采用的仪器、药品的存放和具体配制方法，再配合老师的讲解，必然会收到事半功倍的效果.

图片展示仅仅是“可视化”教学手段的一种，PPT、FLASH、视频、计算机辅助教学(CAI)等也是“可视化”教学的主要途径. 采用PPT、FLASH、视频等多媒体技术进行教学可突破时间及空间的束缚，将无法演示的、微观的、极快的变化过程，进行逼真的模拟、灵活地放大，并以生动形象的方式呈现在学生面前，这种教学方法可将抽象思维具体化，起到转换思维模式、降低思维难度的作用，使学生对实验的认识更深刻、理解更透彻[8].以简单的实验“CO还原CuO”为例,说明PPT、FLASH和视频技术在化学实验教学中的应用，具体教学过程中的多媒体辅助展示如图3所示.

在具体的实验教学过程中，首先展示第一页PPT (图3(a)), 并说明本实验的教学目标和实验目的，重、难点等，然后提出问题1——该实验的反应原理是什么；问题提出之后，预留几分钟时间让学生思考，让其对所做实验心中有数，同时找出难以理解的地方，当学生思考结束后，展示第二页PPT(图3(b))， 这张PPT列出问题1的答案,即CO还原CuO的反应方程式，并通过所含元素化合价的变化说明这是一典型的氧化还原反应，并通过在PPT中插入FLASH的方法展示第三页PPT，向学生说明CO夺取CuO中的氧原子的微观变化过程(图3(c)，具体的讲解过程，是以FLASH动画显示CO从CuO中夺取一个O原子，生成CO2和Cu单质)，随后提出问题2——实验需要什么反应仪器，让学生思考后，展示第四页PPT，即反应装置图(图3(d))，同时讲解安装仪器的顺序(从左到右，从上到下)和仪器的名称、用途、药品加入方法、实验步骤、注意事项(如装置的气密性，CO通入、撤离顺序，酒精灯的点燃、熄灭顺序、尾气的处理)等内容；然后提出问题3——该实验的反应现象如何，其微观变化是怎样的，在学生思考后，展示第五页PPT (图3(e))，说明反应现象为黑色的CuO粉末变为红的Cu，且生成能使澄清的石灰水变浑浊的气体，并说明反应现象所涉及的化学方程式. 由于这一实验中涉及的CuO被还原成Cu单质时的颜色变化比较细微，学生无法清楚地看到变化过程.因此，可在PPT中插入FLASH，通过控制播放速度，放慢演示过程或反复播放，让学生清楚地看到新生成的铜单质的颜色变化.当学生已经全面了解实验的流程时，为了让学生有更为形象具体的体验，可以视情况插播实验视频(图3(f))，在视频播放过程中老师再次对实验步骤和注意事项进行重点强调，加深学生对知识的理解.上述内容讲完后可让学生分组进行动手操作实验，由于前述有较好的讲解和直观的演示，大部分学生都可又快又好地完成实验，即使没有条件做实验的学校，学生也可通过这种色彩、图文、声音、图像等多种方法结合的教学模式，获得更加直接和真实的实验感受，加深对理论知识的理解和掌握.

图3 CO还原CuO 实验PPT、FSASH及视频展示图Fig.3 PPT, FSASH and video display of the experiment “CO reduced CuO”

这种教学模式图文并茂、师生互动、人机结合，符合新课程体系下“教师为主导，学生为主体”的教学理念，可吸引学生的注意力，激发学生学习的兴趣，提高其主观能动性，使教学效果“事半功倍”.

3 结论

本文将基于多媒体图片、PPT、FLASH及视频的可视化技术应用于化学实验教学，并以实际的案例进行深入分析，在教学过程中采用色彩、图形、图像、声音、动画等方式对知识进行深入加工；这种“图文并茂、师生互动、人机结合”的教学方式，符合新课改中提出的“教师为主导，学生为主体”的教学理念，可有效地吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，加深其对理论知识的理解，提高其动手能力，可获得较好的教学效果，为化学实验教学改革提供新思路.

[1] 沈灿星,唐力. 基础教育化学新课程改革对大学化学教学的启示 [J]. 大学化学,2015,30(5):11-15.

[2] 郭美荣,侴爱辉,夏德宏,等.可视化教学法在化学实验教学中的应用[J].实验室研究与探索, 2012,31 (11) :128-130.

[3] 李姝丹.无机化学实验可视化建设与创新[J].广州化工,2016(8):212-213.

[4] HORTIN J A. Instructional Design and Visualization [J]. Performance and Instruction,1983，2(8):20-21.

[5] 赵国庆,黄荣怀,陆志坚.知识可视化的理论与方法[J].开放教育研究,2005(1):23-27.

[6] 黄昆. 可视化化学实验教学的应用与实践[J]. 学理论, 2014 (14) :180-181.

[7] 韦复华,张俊声.地方本科院校有机化学实验教学探索[J].化学教育,2015,36(6),39-41.

[8] 韩莲.多媒体技术在初中化学实验教学中的应用[J].科技信息,2011(10):305-307.

PracticalApplicationofMultimedia-basedVisualizationTechnologyinChemistryExperimentTeaching

ZHENG Huiqin
(DepartmentofChemistryandEnvironment,HenanInstituteofFinanceandBanking(LongzihuCampus),Zhengzhou450046,China)

Multimedia-based image, PPT, FLASH and video visualization technology were applied in chemistry experiment teaching, and two chemistry experiments such as “preparation of standard solution” and “CO reduction of CuO” were used as examples for in-depth analysis. These multimedia-based visualization approaches can effectively attract students’ attention, stimulate students’ interest in learning, deepen understanding of theoretical knowledge, and develop students’ ability to analyze and solve problems. This new teaching model can provide a new idea for the reform of chemistry experiment teaching.

visualization; multimedia; chemistry experiment teaching; practical application

2017-04-16

河南省教师教育课程改革研究项目(2017-JSJYYB-125)；河南省科技计划项目(142102310258)

郑会勤(1980—)，女，河南南阳人，河南财政金融学院(龙子湖校区)化学与环境学院讲师，博士，主要研究方向：光催化材料.

10.3969/j.issn.1007-0834.2017.02.015

G642.0

：A

：1007-0834(2017)02-0061-04