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1、基于化学仿真实验平台下化学实验教学模式的创新设计段齐文1、2 E-mail：flyingfreeok Tel ：18770732223 刘芳3 刘博科1(1、江西省赣州中学 341000； 2、江西师范大学化学化工学院 3300223、江西省信丰县安西中学 341608）摘要 实验教学是中学化学教学中体现化学学科特色的重要认知实践活动，而实验教学模式是沟通教学理论和教学实践的桥梁，是教学理论的具体体现，也是教学实践的抽象概括。基于信息技术支持下的化学仿真实验平台(时空性、交互性、仿真性、智能性)，改革创新化学实验教学模式，必将对学生科学素养的全面发展具有不可替代的作用。关键词 中学化学 仿真实
2、验 实验教学 教学模式美国2061计划强调“公民应具备将自然科学、社会科学与信息技术相结合的科学文化素养”1。我国基础教育课程改革纲要倡导“大力推进信息技术在教学中的普遍应用，充分发挥信息技术的教学优势，逐步实现学生的学习方式、教师的教学方式、师生的互动关系的有效变革”2。信息技术已成为学生学习和教师教学的重要认知实践工具，信息素养已成为全体公民必备的基本素质。实验教学是中学化学教学中体现化学学科特色的关键教学活动，不仅解决认识论问题（做什么），还涉及解决方法论问题（如何做）。而实验教学模式是沟通教学理论（表现为认识论知识）和教学实践（表现为方法论知识）的桥梁，是教学理论的具体体现，也是教学实
3、践的抽象概括3。基于信息技术支持下的化学仿真实验平台，教育者围绕相应的实验教学目标，改革创新化学实验教学模式，可以有效地从“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”三维目标科学落实“以提高学生科学素养为主旨”的课程目标。1 目前中学化学实验教学模式的现状 目前中学化学实验教学模式普遍以“示范实验”为主，即化学教师选定主题示范操作解释结论学生笔记。容易导致：在实验内容上，过分强调学科知识本位，不利于学生科学素养的发展；在实验方法上，过分强调验证性实验，不利于学生主观能动性的发挥；在实验功能上，过分强调实验技能训练，不利于学生问题解决能力的培养4。因此，这种“示范实验教学模式”完全不符合新课程理
4、念所倡导的“主动参与、乐于探究、勤于动手”的学习方式5。缘由“示范实验教学模式”的普遍存在，主要包括两方面原因：客观性因素（教学条件）和非客观性因素(教学观念)。见表1客观性因素(教学条件)师资力量薄弱(教师的实验教学技能不够强)学校设备缺乏(学校的实验仪器设备不配套)实验课时不足(学生的实验课时分配不充足)非客观性因素(教学观念)在课程观上，过于强调“教师、教材、教室”的主导作用在教学观上，严重缺乏以探究实验为主的实验设计在知识观上，频繁脱离学生的生活实际和社会实际在学生观上，过分地侧重以培养化学专门人才的价值取向在学习观上，片面地追求化学实验操作技能的提高表1 目前中学普遍实施“示范实验教
5、学模式”的原因分析由于“示范实验教学模式”的教学劣势和存在原因，笔者提出利用“基于信息技术支持下的化学仿真实验平台”来优化中学化学实验教学模式。从“基于化学仿真实验平台下化学实验教学模式”的实验设计、实验理论、实验程序、实验功能和实验案例等方面系统阐述化学实验教学模式，以资同仁参考借鉴。2 基于化学仿真实验平台下化学实验设计场景化学教育信息化的基本策略是实施信息技术与化学教学的整合，信息技术与化学教学整合的基本途径有：多媒体辅助教学、网络探究教学、手持技术教学、情景虚拟教学、实验仿真教学、娱教游戏教学等6。而基于信息技术支持下的化学仿真实验平台具有跨时空性、强交互性、高仿真性、超智能性的特点，
6、以其“严谨的科学性与开放的参与性”强烈冲击“传统实验教学模式”，以其“丰富的学习资源与便利的获取方式”有效保障“创新实验教学模式”。2.1 化学仿真实验平台简介“化学仿真实验平台”由南京金华科公司精心设计开发，既是化学课堂的教学平台，又是师生交互的学习平台。“化学仿真实验平台”为师生提供了一个虚拟的化学实验室(器件箱、操作区、工具栏)，用户围绕实验目标自主选择实验仪器、添加实验药品、控制实验进程，参与切身的实验体验、呈现逼真的实验现象、提供准确的实验数据，有效优化化学实验教学。2.1.1 化学仿真实验平台之界面 下载安装软件“化学仿真实验”，在电脑桌面上点击图标，启动“化学仿真实验平台” 。见
7、图1器件箱工具栏操作区图1 化学仿真实验平台界面2.1.2 化学仿真实验平台之操作在化学仿真实验平台下，用户在“器件箱”中选择实验仪器，在“操作区”中组装实验仪器，在“工具栏”中控制实验进程，有目的、有计划、有层次地完成化学仿真实验操作。见表2操作项目操作步骤操作结果选择仪器器件箱点击实验仪器选择合适仪器操作区点击鼠标左键显示实验仪器。右键功能选中实验仪器右键单击显示右键功能(倾倒、倒置、塞子、加药、点燃等) 左键单击显示状态效果。组装仪器选择实验所需仪器按顺序组装仪器添加实验所需药品仪器之间通过塞子、导管连接。操作实验组装仪器完毕工具栏点击运行按钮实验进行直至反应结束点击暂停按钮中途暂停实验
8、点击停止按钮实验终止。更换仪器实验进行时更换仪器点击暂停按钮选择其他仪器组装仪器完毕点击运行按钮实验再次进行。表2 化学仿真实验平台的常规操作方法2.2 化学仿真实验设计场景基于化学仿真实验平台下化学实验设计，应倡导“学生主体、教师主导、合作探究”的教学原则。学生在教师的适当指导下，明确实验目标、确定实验内容、设计实验方案、操作实验活动、评价实验效果7。基于化学仿真实验平台下化学实验设计场景包括：立足于化学实验目标、选择虚拟的仪器药品、模拟真实的实验进程、评估设计的可行问题8。2.2.1 设计场景一、立足于化学实验目标化学实验目标是实验教学的始点，又是实验教学的终点。化学实验目标决定着：实验内
9、容的组织、仪器药品的选择、实验进程的安排及实验效果的评估。基于化学仿真实验平台下化学实验设计，应根据化学课程标准、实验教学主题、学生原有知识，制定科学合理的化学实验目标。见图2图2 基于化学仿真实验平台下化学实验目标的有效制定2.2.2 设计场景二、选择虚拟的仪器药品立足化学实验目标，组织实验教学内容(实验原理、实验仪器、实验药品、实验步骤、实验现象、实验分析等)。基于化学仿真实验平台下实验教学内容，应根据实验原理有针对性地选择合适的虚拟仪器和虚拟药品。见图3SO2制备及其化学性质仪器药品图3 基于化学仿真实验平台下化学实验仪器药品的虚拟选择2.2.3 设计场景三、模拟真实的实验进程 立足化学
10、实验内容，利用虚拟仪器药品，设计适当实验装置。根据实验任务确定实验步骤、控制实验条件、注意实验事项，综合模拟真实的实验进程，切身体验化学仿真实验的“严谨的科学性与真实的参与性”。 见图4SO2制备及其化学性质实验进程图4 基于化学仿真实验平台下化学实验仪器药品的虚拟选择2.2.4 设计场景四、评估设计的可行问题 立足实验目标和实验内容，通过选择虚拟的仪器药品和模拟真实的实验进程，评估实验现象及效果。分析实验设计的可行性和问题性，找出实验设计的优缺点，优化整合为最佳的实验设计方案。见图5图5 基于化学仿真实验平台下化学实验方案的评估设计3 基于化学仿真实验平台下化学实验教学模式待添加的隐藏文字内
11、容13.1 理论概述见表3概念解释学生在教师的指导下，基于化学仿真实验操作平台，运用科学探究方法对化学相关问题进行解释并检验，从而得出结论的一种实验教学模式。理论基础参考建构主义学习理论。学生在创设的实验情境中，围绕科学探究的核心要素（问题、证据、解释、检验）进行协作、交流，使学生真正体验到对未知实验现象和变化规律的本质理解，更加有效地建构意义学习9。教学程序创设情境提出问题猜想假设模拟实验收集证据得出结论交流应用善于发现勇于猜想虚拟仪器记录事实科学分析迁移拓展评价反馈教学功能1、 强调以问题为中心，提高学生问题解决能力；2、 选择虚拟实验仪器，模拟体验仿真实验进程；3、 模拟科学探究过程，发
12、展学生科学探究能力；4、 重视小组合作学习，发挥师生团结协作能力。表3 基于化学仿真实验平台下化学实验教学模式的理论基础3.2 实验案例见表4实验主题基于化学仿真实验平台下实验教学模式探究“氯水的漂白性”创设情境实验室制备氯气时，检验气体氯气的方法是：将气体通入装有潮湿/有色布条的广口瓶内，若发现布条褪色，证明该气体是氯气。提出问题氯水中的什么物质使布条褪色，是氯气还是氯气与水反应生成的新物质(HClO)呢？猜想假设猜想1、氯水中部分残留氯气Cl2；猜想2、氯水中生成的新物质HCl；猜想3、氯水中生成的新物质HClO。模拟实验设计实验探究方案实验1、将有色布条放入干燥氯气中；实验2、将有色布条
13、浸入盐酸溶液中；实验3、将有色布条浸入氯水溶液中。选择虚拟实验仪器模拟仿真实验进程收集证据实验1实验2实验3不褪色不褪色褪色得出结论能使有色布条褪色的是氯水中氯气与水反应生成的新物质HClO(具有漂白性)。交流应用讨论1、氯气有毒，氯气溶于水后是靠它的毒性来杀菌消毒的吗？讨论2、用自来水养金鱼，为什么把水放在阳光下曝晒一段时间？表4 基于化学仿真实验平台下实验教学模式探究“氯水的漂白性”4 基于化学仿真实验平台下化学实验教学模式的反思化学仿真实验平台构建了适应信息时代的新型教学模式，有助于培养学生“获取信息、分析信息、加工信息”的基本信息素养。师生应本着“辅助教学、优化教学、创新教学”的原则，
14、将化学仿真实验平台与化学实验教学模式进行科学有效的整合。切不可将化学仿真实验机械代替化学实验教学，否则将会产生系列负面效应：妨碍学生动手实践操作能力的培养；影响学生抽象逻辑思维能力的发展；限制教师模范效应对学生情感的发展。因此，化学教师应胸怀“提高学生科学素养”之大志，基于化学仿真实验平台下改革创新化学实验教学模式，使学生在高效模式中自主学习、合作学习、探究学习，从而激趣（激发学习动机）、获知（获取知识技能）、求真（勇于探索真理）、循理（遵循过程方法）、育德（培养科学态度）。参考文献1 王后雄.新理念化学教学论M.北京：北京大学出版社，2009:298.2 中华人民共和国教育部.基础教育课程改
15、革纲要M.北京：人民教育出版社，2001:18.3 郑长龙.化学实验课程与教学论M.北京：高等教育出版社，2009:5.4 郑长龙.化学实验教学新视野M.北京：高等教育出版社，2003:12.5 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准M.北京：人民教育出版社，2003:18.6 赵呈领，杨琳，刘清堂.信息技术与课程整合M.北京：北京大学出版社，2010:367 张希玉. 化学教学中如何应用信息技术培养创新精神J.新校园，2010(8):13-14.8 蔡向阳，陈祥旭.化学实验仿真动画在化学课堂教学中的应用J. 化学工程与装备，2009(5): 207-208.9 蔡亚萍.中学化学实验设计与
16、教学论M.杭州：浙江教育出版社，2005:198.Editors note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortw
17、ave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the worlds first satellite - Sputnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with wha
18、t goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privatized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, Ive still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me
19、, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxious for the next one: a space capsule hanging from a crane in the New Mexico desert.Its like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fa
20、ll from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat at work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up
21、in a vertical straight line we would be go for launch.I feel this mission was created for me because I am also a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumga
22、rtner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no th
23、icker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost grounded supersonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and capcom (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head
24、low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or
25、humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of the atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altit
26、ude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundary layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, Fearless Felix will u
27、nclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it
28、will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydiver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as
29、 he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (2
30、5-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as plann
31、ed, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no parachute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way Id miss this.
