现代信息技术在中学化学教学中的应用现状

任宏江 郭春燕 王雪莹

（1.西安文理学院化学工程学院，陕西 西安 710065；2.西京公司子校，陕西 西安 710065）

信息化技术在如今社会已被广泛使用，他们均是以计算机网络和数字媒体为核心。目前大家都利用手机和计算机等通讯设备作为了便捷服务的软件，例如目前广泛使用的微信、微博和QQ软件等社交类软件、百度地图和高德地图等地图导航系统、各种娱乐类游戏软件等。随着现代信息技术的蓬勃发展，对传统的教育理念和教学模式产生了前所未有的冲击。网络传媒技术凭借其先天的优势在教育领域得到了广泛的运用。这种传媒技术主要表现在形式多样化、信息储存量大、共享性强、扩展性广、交流时效性佳。因此，这种技术为教育教学提供了丰富的资源，也为教育现代化的实现提供了技术支撑。

教育信息化的重要性已被大家所认可。教育信息化的趋势在全球所有国家均已萌芽。尤其是美国在教育信息化领域更是捷足先登，在1989年美国科学促进协会就已经发布了《2061计划》并且提出了新观念—信息技术与课程整合[1]。美国的教育系统非常重视这种技术，政府在教育信息产业上也提供了相当规模的保障措施。1993年时任美国总统的克林顿政府提出信息高速公路计划[1]，为信息技术与课程整合的顺利开展所提供了政策性的保障。在教育信息化发展起来后,2000年美国教育技术论坛在第三年度报告中指出，数字化学习的关键之处是把数字化的内容整合范围逐渐增加，并且在全课程中整合应用于课堂教学。只有把动态性质的数字内容运用于教学，并且明确教育目标且教师训练有素，这将会提高学生探索与研究的能力，可以达到数字化学习的目标。为了创造生动的数字化学习环境，培养21世纪的素质型人才，学校必须将数字化内容与各学科课程相整合[1]。”可见，美国在信息化教育教学方面的重视程度是极大的。

在英国教育信息化的影响也很大。1995年英国官方就提出了教育高速公路—前进之路行动计划[2]。国家层面要求在学校所有科目的教学过程中使用信息技术并改善信息技术的有效性，并且要求学校提高教育效率。在该计划实施两年后，英国官方就宣布将信息技术广泛应用于公立学校的教学中。在信息技术取得一系列成果的同时，英国政府在2005年又提出了信息化教育的五年e-Strategy政策，确定了未来五年信息教育的总体目标、可行内容，教育改革的程度以及在实践中优先开展的活动等。 这一目标强化了未来优先实行的六项核心任务，建立了相应的评估方法，为教育信息化的发展做出了较大的贡献。

教育信息化对亚洲国家也有深远的影响。早在1990年，日本已经提出一项九年行动计划，倡导大力支持信息技术在教育中的应用[3]。1994年，开展了百校联网工程[3]。1998年，日本在关于教育课程基本方向的研究报告中明确指出，所有基础教育阶段学科都应该使用计算机授课。1999年，日本又颁布了新千年计划，明确了教育信息化的目标。预期到2001年所有公立学校联网且所有教师具备有效采用计算机授课的能力，到2005年，所有学校都将使用互联网辅助教学。2006年后，将实行一项新战略《后2005年代IT战略行动计划》。可见日本对于教育信息化的重视程度非常显现。

当然，我国也不例外。十一五期间，教育部部长陈至立同志在《应用现代信息技术，推动教育教学改革》中指出 “要深刻认识现代信息技术在教育教学中的重要地位及其应用的必要性和紧迫性，充分认识应用现代信息技术是现代科学技术和社会发展对教育的要求,是教育改革和发展的需要。”，并且号召“各级各类学校的教师要紧跟科学技术发展的步伐,努力掌握和应用现代信息技术,以提高自身素质,适应现代教育的要求”。国家教育部在2001年 6月7日颁布的《基础教育课程改革纲要试行》[4]中提出“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用,促进信息技术与学科课程的整合,逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式、和师生互动方式的变革,充分发挥信息技术的优势,为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具”。在2018年的政府工作报告[3]中李克强总理明确指出“做大做强新兴产业集群，实施大数据发展行动，加强新一代人工智能研发应用，在教育等多领域推进“互联网+”，同时，要发展网络教育。在这一背景下，“互联网+教育”迅猛发展的大趋势变得更加清晰”[5]。

在这种发展趋势的诱导下，信息技术的应用在中小学教育中显得尤为突出和重要。改变传统、单一的授课方式，打破学生仅以教科书作为唯一知识来源的局限性。上世纪60年代在教育领域应用计算机以来，发达国家信息技术与课程整合的发展通常经历了三个阶段：CAI(计 算 机 辅 助 教 学)、CAL(计 算 机 辅 助 学 习)、IITC(信息技术与课程整合)。并且在第三阶段信息技术与课程整合IITC阶段，提出了信息技术教育的概念来取代计算机教育的理念[6]。目前各国都在致力于IITC阶段，这一阶段也是目前教育信息化发展的重要趋势。

在中学化学教学中，加强信息技术的应用，可以使抽象难懂的知识以生动的形象展现出来,从而激发学生的学习兴趣，提高教师的教学质量，有效的提升课堂的效果与效率[7-12]。

经查阅大量文献可知，现代信息技术的使用能有效提高学生的学习兴趣。在目前的CAI与CAL阶段，中学化学教学中应用最为广泛的是多媒体技术 （即计算机将文字、图片、视频等进行数字化采集、加工和处理，在以单独或合成形式表现出来的技术）。在中学教学中最常使用的就是幻灯片及视频。用幻灯片将所学的知识点结合图片展示给学生，使复杂难懂的知识变得更加通俗易懂，更加形象，使用视频将一些危险的、复杂的实验进行展示，弥补了之前教学中所出现的只能让学生死记硬背实验现象的不足,让学生更加直观地看到实验现象，便于学生理解与记忆，从而提升学生对化学学习的兴趣。

而在IITC阶段，我们将不满足于以上只是单一的用多媒体授课的信息化教学方式，学生只是被动地接受。而现在我们将致力于研究一种将学生与知识有机紧密地联系起来，这种方式不再局限于课堂之中，而是让学生随时随地的都能学习，同时让学习更加的生动、有趣。

在这种前提下涌现了一种新的方法——虚拟实验法。虚拟实验法具有仿真、交互、安全等诸多特点，并且该方法的使用不受时间和空间的限制，可以将微观的实验现象宏观化，将一些不够明显的实验现象放大展示，加深学生的认知，他不同于以往是实验视频，只是简单的讲述，虚拟实验强大的交互性正是我们现在IITC阶段所要寻求的一种方式，同时它可以弥补现阶段教育教学中的不足之处，同时结合教学中真实的实验操作，使得二者有机结合相互补充，在一些现有困难方面发挥其良好的作用，同时也能使理论教学取得一定成效，是学生自主学习的良好工具。

目前国外的许多公司已经研究出了相对较完善的虚拟实验系统，例如：由美国Model Science公司研制的一款交互式化学实验模拟软件Chem Lab[13]。该软件具有强大的功能，学生通过与计算机的交互，使实验过程栩栩如生的展现在他们面前，完美地再现实验过程和现象。VRCEL(Virtual Reality in Chemical Engineering Laboratory)实验室主要开发和探索虚拟现实技术在化学工程领域的应用可引导学生快速的掌握实验、问题求解和数据处理分析的方法。

我国虚拟实验的研究目前来看相对较少，但有些高校也已制作了虚拟实验仿真系统教学软件。例如，中国第一套虚拟现实教学软件是由中国科学技术大学人工智能与计算机应用研究室所研发的“几何光学实验设计平台”[13]。 南京一公司推出 “仿真化学实验室”[14]，分为仿真化学实验室、三维分子展示和中学化学百科三大部分。虚拟实验室使用简单，一些中学教师已经在实验教学中初步应用；浙江大学的虚拟化学实验具有更加完善的三维图像，在实验教学中可以通过鼠标操作完成实验，大大增加了实验的交互性[15]。未来可将虚拟实验与人工智能相结合，使该软件操作更加简洁，使用更加人性化。由此看来虚拟实验软件的发展前景良好，对中学化学教学有着重大意义，它能转变现有的教学模式，使教学更加智能化。

总之，本文重点阐述了现代信息技术在中学化学中的应用情况，并介绍了虚拟实验在中学化学教学中的应用现状。期望通过调查现代信息技术在中学化学教学中的应用现状，找出现阶段使用现代信息技术的困难与问题，提出改进方法，其次探寻一条如何使用现代信息技术有效提升中学化学教学的质量与效率之路。