化学课堂的可视化教学尝试及反思

胡思刚

【摘要】化学教学中因微观粒子的不可视性、反应原理的抽象性和化学知识的零散性形成教与学的困惑，可视化技术能使微观粒子行为可视化、抽象原理直观化、零散知识系统化、思维过程清晰化、知识生成可视化，从而提高化学教与学的效益。

【关键词】化学教学；可视化教学；条件支撑；研究现状；教学尝试；教学反思

【中图分类号】G633.8 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）13-0215-01

一、化学传统课堂教学的困惑

1.化学研究的对象是微观粒子，肉眼无法真实观察，只能通过抽象的文字描述、平面的图片展示、有限的模型观察进行学习。学习过程中势必产生许多的迷思概念，这些迷思概念的负作用，是造成化学学科学习困难的主要原因。

2.化学反应大多比较快速，过程中分子的行为又无法观察，演示实验只能观察到表象而不能看清本质，只能死记实验现象和结论。化学反应原理比较抽象，语言的阐述始终比较虚化和淡薄。学生往往雾里看花，没有真正理解，无法构建相互联系的知识体系，最终只能是水中捞月。

3.化学知识比较零散，逻辑性和系统性不强，物质种类繁多，物质变化复杂，一般性与特殊性共存，增加了学生形成知识体系的难度。许多学生只靠死记硬背，知识遗忘率较高，这也是产生学困的原因之一。

二、可视化教学的条件支撑

1.实验心理学家赤瑞特拉发布的研究成果表明人类接受信息的渠道：視觉占83%，听觉占11%，嗅觉占3.5%，触觉占1.5%，味觉占1%。视觉是人类接受信息的主渠道，为可视化教学的研究提供了心理学理论支撑。

2.双重编码理论认为：人们对事物的认识是基于同时对语言和非语言信息的加工和处理。语言系统以语言和文字的形式对信息输入或输出，同时又具有非语言的映像和行为的表征功能。认知存在依据部分与整体的关系组织的心理映像的“图像单元”和依据联想与层级组织的语言实体的“语言单元”两种方式。教学过程的可视化作为基于语言单元的理解提供必要的辅助与补充，可以大大降低语言单元的认知负荷，提升信息处理、识别、储存与提取的效率。

3.有意义学习理论认为：有意义学习表现为所学新知识与原知识系统建立联系的倾向和学习内容对学生具有潜在意义。因此奥苏贝尔认为教学过程中须关注三个变量。即（1）学生认知结构中与新学知识具有关联性的概念；（2）新旧概念的区别程度；（3）原知识系统中关联概念的稳定和清晰程度。因此教学过程中将抽象的概念图形化、新旧知识联系化和零散知识系统化形成可视的思维导图有助于学生理解和掌握。

三、可视化教学研究的现状

可视化即“可得见的、清楚的呈现”，最先于麦考尔米克提出“科学可视化”，其意思是将抽象的符号（数据）转化为具体的几何图像，使受众看见原本看不见的东西。现在发展为科学可视化、数据可视化、信息可视化、知识可视化。本文指的是化学教学中的知识可视化。

四、化学教学可视化的尝试

1.微观粒子可视化

将无法观察的微观粒子通过各种信息技术手段转化成3D可旋转多角度可视图像或者是可播放的flah动画等直观的图形，会大大增强学生对物质结构中微观世界的感知、认识和理解。

（1）对均摊法计算晶胞中的实际原子数时，学生往往很难理解，语言讲解难以阐述清楚，转化成图形，学生通过观察、交流就能轻松理解，对空间利用率的计算也会水到渠成。

（2）分子杂化轨道理论是高中化学教学的难点，非常抽象，学生很难理解。在教学BF3的分子杂化图像，采用图展示，并配以动画播放，降低了学生理解的难度。

（3）金属晶体堆积方式对学生空间想象力的要求非常高。通过金属晶体的面心立方的逐层堆积演变、立方晶胞的抽取、立方晶胞的三维展示和球棍模型的各种可视图象，培养学生的空间想象能力，有效提升了学生对金属晶体堆积方式的理解。

2.化学原理直观化

（1）java模拟技术：化学平衡是高中化学的难点，宏观静止与微观变化的动态平衡。宏观与微观，表象与本质的的矛盾使学生难以理解此内容。本文利用网络公开的化学平衡理java模拟实验：升高温度2NO2（g）N2O4（g）的平衡浓度与时间的关系，直观反映平衡移动的过程。

（2）手持技术：手持技术的发展并广泛应用于化学进程的研究，使无法观察的反应进程可视化，帮助学生加深对平衡移动原理的理解与掌握。在教学压强对化学平衡2NO2（g）N2O4（g）的影响时，采用手持技术，使平衡的移动清晰可见。

3.思维过程可视化—思维导图

思维导图是表达发散性思维和逻辑性思维的图形思维工具，它将思维过程可视化。思维导图利用图形、图表表现各结点主题的隶属和相关关系。思维导图充分运用左右脑的机能，建立主题关键词与图像、图表记忆链接，利用阅读、识记、思维的规律，帮助学生在科学与艺术、形象思维与抽象思维、逻辑与想象之间均衡发展，开发人类大脑的潜能。

五、可视化教学的反思

农村中学的教育技术装备水平有所提高，但离可视化教学的要求还存在差距，手持技术的各种数据采集传感设备几乎空白；各学科教师的信息技术水平有待提高，对各种可视化教学软件的应用不能得心应手，花费大量时间和精力其效果却不尽人意，教师的继续教育在信息能力的提升方面有待加强；对各知识板块可视化的实际应用的研究零散，离形成完整体系全面推广还有距离；部分老师步入用网络视频代替化学实验的可视化误区。

六、总结

可视化是运用现代信息技术和图像处理技术，将抽象的数据转换为直观的图像在显示设备上显示，并能交互处理的理论、方法和技术。它将抽象的数据、肉眼无法观察的微粒、难以接受和理解的快速反应过程转换成直观的、可视的、易于被人接受和理解的图形和动画，形成学生视觉感知的信息源。可视化教学能帮助学生将抽象知识的具体化、繁杂的知识条理化、将零散的知识系统化，使学生能透过表象认识客观事物的本质特征，掌握事物发展变化的规律，提升学习的效益。

参考文献

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