一、计算机辅助教学产生的理论基础

(一)、心理学基础

条件反射学说及程序教学为代表的经验主义学习理论，和以信息加工学理论为代表的理性主义学习理论，两者间的相互认同是计算机辅助教学产生的重要理论依据。条件反射学说主张对学生的行为给以积极的、及时的强化和刺激。信息加工学理论的基本观点是，学习是信息符号输入、加工编、存贮、提取和应用的过程。

(二)、教育学基础

计算机辅助教学的产生同杜威现代教育思潮的流行密切相关。现代教育主张以学生为中心，尊重学生的需要，培养学生主动学习的能力等。同时教育领域面临着“知识爆炸”、“人口爆炸”的挑战，计算机辅助教学在解决知识更新和扩大教育规模方面的尝试已取得初步成功，是通过实践证明了的事实。

(三)、信息论对计算机辅助教学的影响

信息论认为教学过程是信息的获取、传递、加工、处理和输出的过程，是师生间的信息流动。这同计算机辅助教学过程的认识是一致的。

二、多媒体计算机辅助教学系统

多媒体计算机辅助教学系统是由计算机硬件、计算机软件和课件组成的，三者缺一不可。

（一）多媒体计算机辅助教学系统的硬件

个人多媒体计算机辅助教学系统：这是一种以个人计算机为基础的教学系统，通常一个系统供一名学生单独使用，或由老师个人操作，这时除计算机外还需液晶投影仪、大屏幕；过去，我们常用摄像机、录像机。

多媒体计算机辅助教学网络：计算机网络是由多台布在不同地点的计算机经数据通讯网络连接而成的系统。在整个系统中，有多个课件，学生可根据个人需要，选择各人所需的课件进行学习。

（二）多媒体计算机辅助教学系统的软件

1.操作系统：操作系统象是计算机系统的指挥中心，它调度程序作业的运行，管理大量的程序文件和数据文件，控制所有外部设备的输入输出操作。包括课件在内的多媒体制作系统、各种应用程序，都是在操作系统控制下运行的。目前大家使用较多的是win95、win98、winMe和wimXP。

2.课件集成工具：多媒体制作工具是专门为开发多媒体课件和其它多媒体应用软件而设计的开发系统，它取消了课件编制中的编程过程，对于不懂编程技术的学科教师，非常适合用这种方法制作课件。多媒体制作工具有多种，通常按不同的呈现方式，选用不同的集成工具软件。

（1）顺序模式：它是一种线性的呈现模式，课件是按照素材的呈现顺序进行排列的。它可以从一个屏幕转到另一个屏幕。这种方式由于交互性较差，因此常用于课堂演示。

（2）层次模式：它是将教学目标按“树”的形式进行组织，利用菜单进行选择。由于它的层次分明，常用于逐级展开式的教学中。

（3）图标模式：在这种模式下素材的呈现，是以对象或事件的顺序来组织的，并以流程图为主干，将各种图表、声音、控制按钮等一个个排在流程图中，形成完整的系统。

（4）.实用程序：在课件开发过程中，我们还需要用一些工具性软件，如文本编辑程序、作图软件、声音制作程序、屏幕抓图、抓音轨等组织、编辑、管理各种多媒体素材软件。

（三）、课件

课件是包含着教学信息和教学控制策略的计算机程序。在教学中人们通常用文字、声音和图形来表现教学内容，通过与学生的交互，使学生学到知识和技能，达到预期的教学目标。

三、多媒体课件的特点

我们知道，教学的实质是教师借助于教学媒体向学生传播教学内容。多媒体课件在教学中的使用，改善了教学媒体的表现力和交互性，使媒体所展示的教学内容更具体，更有利于知识的传播。在多媒体的帮助下，教师传播的知识容易被学生所接受，而学生的反馈信息也能被教师及时获得。通过及时调整教学内容，因材施教，才能使教学有条不紊地进行。因此，CAI课件对教学过程的优化，起着重要的作用。

1.丰富的表现力：多媒体课件具有呈现客观事物的时间顺序、空间结构和运动特征的能力。对一些在普通条件下无法实现或无法用肉眼观测得到的现象，可以用多媒体生动直观地模拟出来，引导学生去探索事物的本质及内在联系。将一些抽象的概念、复杂的变化过程和运动形式，以内容生动、图像逼真、声音动听的教学信息展现在学生面前。

2.交互性强：多媒体课件可以根据学生输入的信息，理解学生的意图，并运用适当的教学策略，指导学生进行有针对性的学习。利用及时反馈信息，调整教学的深度与广度，保证学生获得知识的可靠性与完整性；给学生以自主权，学生通过反馈信息进行自我调整。

3.共享性好：随着高速信息网的不断延伸，课件所包含的教学内容可以通过联接在网络上的计算机进行相互传递，网络上的信息资源可以实现共享。以网络、光盘为载体的多媒体课件，使知识的传播不再受时间、地点的限制，单位、家庭及社会都可以成为学习的“学校”，学习的时间可以根据个人情况加以选择。

四、多媒体课件的基本类型

1.资料、工具型：资料、工具型包括各种电子工具书、电子字典以及各类图形库、动画库、声音库等。它可供学生在课外进行资料查阅使用，也可根据教学需要事先选定有关片断，配合教师讲解，在课堂上进行辅助教学。

2.课堂演示型：采用动态视频、动画、照片和声音来展示现实世界难以实现或表现不清楚的内容。将教学内容，在大与小、远与近、快与慢、虚与实之间转换，将教学内容所涉及的事物、现象、过程，再现于课堂教学中，并按照教学要求逐步地呈现给学生。这是大家使用得最多，也最为熟悉的一种类型。

3.个别化系统交互学习型：计算机扮演教师的角色，其目的是根据每个学生的特点进行相应的指导，向学生传授新知识技能。

4.操练复习型：该类型的多媒体教学软件并不向学生传授新的知识和技能，只是用来巩固已学会的知识。它是以问题的形式来训练、强化学生某方面知识和能力，加深对学习的重点和难点的理解，提高学生完成任务 的速度和准确性。

5.模拟实验型：利用计算机运算速度快、存储量大、外部设备丰富和可交互的特点，逼真模拟真实实验中无法实现或表达不清楚的教学内容。

6.教学游戏型：以游戏的形式呈现教学内容，让学生参与一个有目的的活动，通过熟练使用游戏规则达到 某一特定的目标。把知识性、趣味性和教育性融合为一体，将知识的传授和技能的培养融于各种愉快的情境中。

五、多媒体课件的制作方法与步骤

1.课题选择

通常选择那些既适合于多媒体技术表现的、又是在教学活动急需解决的问题作为研究课题。课题选择应注意以下几个方面：

（1）教学要求：明确多媒体课件是对哪个学科的课程进行辅助教学，决定教学的内容和教学范围，明确 多媒体课件所要实现的目的和达到的目标。

（2）教学对象：明确所制作的课件适合于哪类学习者使用，要着重考虑以下几点：学生的文化程度、年龄、学习能力、对计算机操作的能力和先置条件。

（3）课件运行环境：确定课件所需要的运行环境，包括计算机的硬件环境、软件环境和课件播放环境。

（4）课件的组成部分：清楚所制作的课件属于哪种类型，了解课件的大体结构、主要模块以及各个主要模块之间的相互联系。

2.软件的选择

根据课件的教学设计要求和课件教学模式，确定制作课件所需的工具软件等。通常用的操作平台有：powerpoint、3D、a4r、flash

3.素材的准备

素材包括文本、图像、动画、声音、视频等。素材的准备工作一般主要包括文本的录入，图形、图像的制作与后期处理，动画的编制和视频的采集等。素材要以理想的形式呈现教学内容，以满足学生 听得懂、看得清、记得牢的要求；不能选择那些不符合教学规律和教学内容的素材。

6.课件的编辑

利用著作工具或程序语言对各种素材进行编辑，按照前面的教学设计所确定的课件结构和稿本设计的具体内容将各种素材有机地结合在一起，编辑成交互性强、操作灵活、视听效果好的多媒体课件。

下 篇

随着教育现代化进程的迅猛发展，人们越来重视现代教育媒体在教学中的运用。作为交互媒体之一的计算机辅助教学系统，已成为电化教学中常用的手段之一，用计算机制作的课件，虽然有时现象明显、形象生动、具有视觉优势，同时计算机还可以将文字、图象、声音等多种媒体综合起来，从不同的感观、不同的侧面加深对事物的认识。但它毕竟不是真正意义上的化学实验、化学反应过程，一些感觉特别是嗅觉、味觉和触觉，学生是无法体验到的。加上通过计算机模拟的化学实验又具有不真实性，学生也就不能形成对整个化学实验的正确的知觉映象。此外计算机模拟化学实验也不利于培养学生耐心、大胆、机警、细心、耐挫等良好心理。而通过组织学生观察演示实验、亲自动手进行分组实验，不仅可以培养学生的观察能力，同时也是培养学生发现问题、分析问题的能力，培养学生严谨的科学态度和创造性思维的能力。因此，笔者认为，运用计算机进行辅助教学时，不能替代学生的化学实验基本操作，不能替代学生的分组实验，不能替代教师课堂演示实验，更不能替代教师的整个课堂教学。由于计算机辅助教学具有一定的局限性，我们有必要对计算机课件进行选择制作，本人结合近二十年的教学经历认为，以下类型课件较适宜于计算机的制作。

一、微观物质结构及其运动的模拟

微观物质的结构及其运动是人们不能通过肉眼直接观察到的，在控制状态下将这些科学的化学“真实”进行放大，转变成人眼可观察到的直观形象。

１．微观物质结构

教学中，我们感到晶体结构（如NaCl、 SiO₂石墨、金刚石、干冰等）、较复杂的分子结构、有机物的同分异构等内容，有时通过语言描述比较困难，结构模型的使用又很不方便。而借助于计算机特殊的动画功能则可以对它们任意进行拆分、组合、旋转、着色等操作，既有利于学生对物质结构的理解，又有利于学生空间想象能力的培养。

２．微观粒子的运动

微观粒子的运动对中学生来说是较难理解的，又不可能通过化学实验演示，如电子在核外的运动、氧化还原反应中电子转移的方向和数目、离子反应、原电池工作原理、电解与电镀、布朗运动、电泳现象、配合物形成条件和配合过程等。我们在讲解氧化还原反应时，把微粒得到电子，化合价降低，体现氧化性；微粒失去电子，化合价升高，体现还原性，通过计算机的模拟演示，既使学生加深对这部分知识的理解，又为氧化还原型的离子方程式的书写奠定良好的基础。再如用计算机模拟动画，展现离子化合物和共价化合物的形成过程以及构成离子化合物和共价化合物的基本微粒，从而找到离子化合物和共价化合物的本质区别。

３．微粒在化学变化中的行为

通过计算机动画模拟CO与CuO之间的氧化还原反应的实质过程，弄清氧化铜是如何失去氧原子，而一氧化碳是如何得到氧原子；ＨgＯ的分解实验，学生清楚地看到每个氧化汞分子是由一个汞原子和氧原子构成，氧化汞分子分割成汞原子和氧原子，两个氧原子重新组合成一个氧分子再聚集成氧气，很多汞原子聚集成金属汞。再如磷在氧气中燃烧，展现每4个磷原子与5个氧分子（氧分子要分割成氧原子）结合生成2个五氧化二磷分子（实际上是一个P₄O₁₀分子）的过程，通过以上现象学生便很容易想象化学反应中分子和原子的行为，同时也加深了对“原子是化学变化中的最小微粒”和“在化学变化中分子可以再分而原子却不能再分”的理解。从而又为学生学习质量守恒定律建立了扎实的基础。

二、难以实现的化学实验的模拟

由于化学实验室硬件条件的限制，并考虑到实验经费的不足和实验的时间、安全等因素，很多实验难以作为演示实验或学生实验走进课堂，这时，可采取计算机模拟演示。在中学化学教材中这样的实验主要有：

１．装置复杂、药品稀贵的实验

实验室制取ＨＮＯ_３需用曲颈瓶，绝大多数学校的实验室已不存在；黄金溶于王水的实验，黄金较为昂贵。这类实验可以用模拟实验来代替。

２．操作技术要求高的实验

通过计算机将操作技术要求高的实验操作及注意事项加以分解并及时反馈，分析错误操作可能导致的结果。如：温室效应实验、酸雨形成实验、饱和溶液配制实验、中和滴定实验等。

３．危险系数高的实验

课堂化学实验特别是学生实验一般总尽量选择较安全的实验设计。象爆炸实验、毒性较大且不易控制的实验。如氟化氢的制备，氟单质通过水中等实验。

４．错误实验操作

模拟一些错误的实验操作，使学生亲身感受到错误操作的危险，从而避免错误操作的发生。例如：稀释浓硫酸时，将Ｈ_２Ｏ倒入浓硫酸，液体沸腾并飞溅出来；用浓硫酸与溴化钠、碘化钾反应，在加热的条件下制取溴化氢、碘化氢的错误设计；用排水法收集氧气时，实验结束时先停止加热，后将导管移出水面，从而引起水的倒吸使试管破裂等。

５．反应速度过慢的实验

受时间因素及课堂节奏的制约，一些反应过慢的实验，如在验证锌和稀硫酸反应的产物之一是硫酸锌的实验可通过播放事前的录像让学生产生感性认识，硫酸铁的生锈实验、胶体的电泳实验等采用模拟实验可摆脱这种时间上的限制而进入课堂。

６．重要的化学史实验

化学史也是一部思维史，模拟化学史实验不仅可以使学生了解化学的发展过程，而且可以让学生学会化学家的分析、思维方法，培养学生的创造能力和严谨的科学态度。如拉瓦锡发现氧气的实验、稀有气体的发现、α粒子散射实验等。

三、化学化工过程的模拟

１．化学平衡过程

如演示“晶体溶解平衡”课件时，当将晶体投入盛水烧杯中时，晶体中的微粒溶于水中，同时溶液中的少量微粒又聚集成晶体，此时显示出来的是“Ｖ溶解〉Ｖ结晶”，并可观察到晶体越来越少，而溶液中的溶质微粒越来越多。随着晶体不断溶解，溶液中溶质微粒增多，最后达到饱和，此时显示出来的是“V_溶解＝V_结晶”。当改变温度或溶剂的量时，饱和溶液变为不饱和溶液，或溶质从饱和溶液中析出，此时显示出来是“V_溶解〉V_结晶”或“V_溶解〈V_结晶”，并同时出现“结晶”或“溶解”的现象。再如2SO₂+ O₂ == 2SO₃动态过程演示可使学生加深对反应速度与动态平衡概念的理解。

２．化学反应历程

乙醇的分子间脱水与分子内脱水，哪种产物是乙烯，哪种产物是乙醚。酯化反应过程中，羟基的脱去方式可能有两种：一种是脱去酸中的羟基；另一种是脱去醇中的羟基。通过三维动画模拟演示，学生很容易判断酯化反应是按哪种历程进行的。

３．化工生产过程

化工生产过程的模拟包括两部分：其一是模拟某一反应设备内的反应现象；其二是模拟整个化工生产流程。如：工业制硫酸、工业制硝酸、工业制碱、冶炼铁钢、合成氨、电解食盐水、石油裂解、分馏、蒸馏等。

四、对化学原理理论解释的模拟

化学事实主要包括客观世界中与化学相关的事实、化学实验事实和化学实验本身的控制条件等，是化学科学认识的最初成果。这些化学事实说明了什么？为什么会产生这些事实？我们必须概括这些事实，并把它们提高到原理的高度。因此，化学原理实际上就是对化学事实的理论解释，它可以帮助学生了解化学事实的内在联系，触类旁通，从而加深对化学事实的理解。这样的课件在化学教材中是很多的，例如：

１；酸碱指示剂指示中和滴定终点的原理。

２．原电池双电层原理。

３．肥皂去污原理。

４．胶体凝聚原理。

５．少量酸与纯碱溶液反应无气体产生的原理。

６．使用倒置漏斗防止倒吸的原理。

７．排气法收集气体原理（敞口式和密闭式）。

８．洗气装置中液面以下的导管用多孔式以增大气体与液体接触面的原理。

总之，运用计算机进行辅助教学是教育现代化工程的需要，我们不仅要拥有计算机，更要用好计算机。美国一位教师曾说过：“对青年一代未来能负责的不是仪器，而是教师本身。”我们一定要更新观念，坚持以化学实验为主，计算机模拟教学为辅的原则，扬长避短，以最优化的化学实验结构促进化学教育教学工作，为教育现代化工程的早日实现作出应有的贡献。