化学模拟实验在实验技能训练中的应用

化学模拟实验在实验技能训练中的应用[摘要]：本文以化学实验教学为例，首先介绍了实验技能培养中遇到的问题，然后以实践为基点，探讨了模拟实验的选择研制和在实验技能培养中的作用，最后从心理学角度来分析模拟实验的作用，指出模拟实验应用于实验教学时需注意的几个问题。[关键词]：模拟实验实验技能迁移1．问题的提出实验是化学学科的根本，而实验技能是学生顺利进行化学探究性实验和开展边讲边实验等探究式教学模式的重要基础。在平时的实验教学中我们往往发现学生在实际实验操作时对仪器、设备的结构和功能不甚了解，对实验原理也没有深入理解，使用仪器的动作很不规范，常因操作不熟练而频繁看书，延长了实验的时间，从而没有多余的时间进行思考和探究性学习。新课程改革要以学生的发展为本，关心学生如何应用信息技术工具来解决问题。模拟实验作为信息技术和学科实验教学整合的产物，是为了弥补常规实验教学的不足。那么模拟实验在化学实验技能培养中起到什么作用？该如何应用模拟实验进行迁移才能帮助学生有效地培养实验技能？本文就是在这个课题上进行研究。2．探索2．1模拟实验内容的选择实验基本操作是利用仪器进行一定目的的实验的基础，是培养学生实验技能的重要手段，因此选择高一化学中的物质的量浓度溶液的配制作为研究切入点设计模拟实验。2．2基本操作实验对模拟实验需求程度的调查为了了解是否有必要通过化学模拟实验来帮助学生进行化学实验基本操作培养，笔者分别对学生和教师进行了调查。（见下图）学生：随机抽样取北京数奥学校28份，北京44中51份，温州三中45份，浙江苍南灵溪三高44份，浙江苍南灵溪二高高一学生113人，高二学生93人。共374份。教师：北京师范大学2003级化学教育硕士班学员18人，浙江苍南灵溪二高化学教师10份。从调查结果可以看出，学生(88.2%)和教师（57.1%）对利用模拟实验来帮助学生掌握实验基本操作的认可程度有很大的不同，这值得我们进行进一步的研究。2．3模拟实验设计软件的选择Flash是一种动画制作软件，用它可以很方便地制作位移动画和变形动画。与3Dmax、Authorware、Director相比，它更适合非专业人士的使用。用Flash制作的动画文件小,非常适合于课件中的局部放大和网上教学；具有很强的图形支持功能和极强的交互性,较好的物体变形和形状的渐变，可设计出变化多样、丰富多彩的动画效果。Flash可自如地插入到学校普遍使用的PowerPoint中，在Windows95/98/ME/2000/NT/XP环境下都能运行，使用起来非常方便。Flash动画可以以不同形式发布,比如swf、html、exe等文件形式。因此，我们选用FlashMX来制作物质的量浓度溶液的配制的课件。2．4模拟实验的研制对于学生来说，物质的量浓度溶液配制实验中的各种仪器功能，托盘天平的使用，移液的正确操作，准确定容以及误差分析是难点，在设计时作为重点设计动画并配以解说，并在每个动画中设计回放、暂停和播放，方便不同学生的理解和掌握，体会每个操作步骤的方法和原因，从而能够有效地突破难点，并为学生的创新思维奠定基础。同时还设计了容量瓶的检漏、溶解和洗涤，摇匀等动画并配备了一定数量、具有交互性的思考题。以下是其中几个重要的操作过程。2．5模拟实验的应用对比研究把研制好的模拟实验应用在实际教学中，并通过不同控制方法检测其对实验技能培养的功能。（1）前测。取三个平衡班，分为A、B、C班。（2）控制实验条件：A班学生只进行实验预习；B班学生再提供模拟实验观察体会，自主决定学习次数；C班学生在B班的基础上提供实际实验操作。（3）选择抽样。根据A、B、C班学生总数确定各自总量（假若为50人），选择样本10%，50*10%=5人，随机选择5人，到实验室进行实验操作考查。（4）评定方法：通过实验考查表进行测定，同时衡量完成任务的时间，并获取此15人对实验操作的体会文字说明。2．6模拟实验的应用结果从实验评定结果发现，化学实验操作技能和完成任务的时间两项中表现最佳的为C班学生，其次是B班学生，最后是A班学生。同时在各组学生的实验操作体会中发现，只有在学生心中有数的情况下进行真实实验，才有利于学生更好地发挥主观能动性，在实验的过程中提出自己有创新意义的看法和建议。学生普遍认为，模拟实验有助于加深对动作技能要领的认识并在一定程度上培养实验技能，加深对实验原理、规则的理解，使得实际实验的效率大大提高。通过模拟实验，学生可以在实验室之外对实验的整体环境和所用仪器的结构、功能建立起直观的认识。而后，学生亦可用这种模拟实验进行复习，进一步巩固实验所学，使实验在空间和时间上得到了延伸。3．思考至此，我们从实践的角度探讨了模拟实验在培养化学实验技能中的应用。采用这种模式的实验教学应遵循学生自学实验操作模拟实验训练实际实验的顺序，我们不认为学生通过模拟实验所理解和掌握的技能就是实际实验技能本身，在模拟实验培养中所积累的知识只有实现了向实际实验的正迁移才具有真正意义。尝试实践中我们发现，模拟实验的应用能有效地帮助学生掌握实验原理、目的和步骤，从而能够有更多的时间和精力去探究实验中存在的问题。关于这一点，除了有上文中的实践支持以外，认知心理学也为我们提供了依据。（1）模拟实验的应用有利于学生充分发挥大脑机能，促进学习人的大脑是由左右两半球通过胼胝体相连而构成的。一般来说，与语言、数字、逻辑和理论等有关的内容偏重于左半球，与形象、空间知觉、直觉、想象等有关的内容则偏重于右半球。要使学生有效学习，应该是左右脑同时开动，充分发挥大脑的机能。模拟实验利用现代信息技术，以动画模拟、声音、图文等多种手段，提供大脑丰富的形象刺激，从而有效地刺激大脑右半球的运作，使左右大脑的不同机能及对信息的不同加工方式有机结合，从而使学生的学习达到事半功倍的效果。（2）模拟实验的应用开拓了学生视觉通道，丰富空间知觉表象从认知过程来看，在学习中获取的信息，83%通过视觉，可见视觉在获取信息时的重要作用。而模拟实验突出的特点之一就是它的情境性，能有效地开发获取信息的视觉通道，最大限度地占用信息，处理、吸收信息，从而大大丰富学生的空间知觉表象。如果在实验前学生通过模拟实验对实验有个总体上感性的认识，在头脑中形成实验的知觉表象，那么对学生顺利完成实验是有很大帮助的。（3）模拟实验的应用改善学生记忆效果，减轻学习负担心理学上一般认为记忆是一个结构性的信息加工系统，有感觉记忆、短时记忆和长时记忆等几种顺延相连的记忆过程。其中感觉记忆主要编码形式为图象编码；在短时记忆中同时存在视觉和听觉两种编码方式；长时记忆其编码方式主要为语义和情景。增进记忆效果应提倡在学习时采用多重编码的方法。而模拟实验因为具有动画模拟、声音、图文等形式，能把视觉元素的具体性和听觉元素的抽象性有机结合，两者相互补充，从而促进学生更有效地进行理解和记忆。4．结论用模拟实验培养学生的实验技能，收到了良好的效果，达到了预期的目的。（1）改进教学模式，理论与实践结合更加紧密模拟实验可以在理论与实验之间架起联系的桥梁。学生先学习实验理论，再利用模拟实验进行对比体会，最后进实验室，在实验中找出问题并进一步解决。（2）实验目的更加明确，实验更具创新性学生能进行自主学习，有充足的时间去预习实验，用模拟实验熟悉实验内容，带着问题来到实验室，有目的地进行实验，不仅可以在较短的时间内成功完成实验，还可以在此基础上进行创新尝试。（3）虚实并存，虚为手段，实为目的虽然我们认为模拟实验在培养化学实验技能中扮演着重要的角色，但无论模拟实验有多么“真实”，它都不应该取代真实实验。学生在真实实验中对各种误差的产生、分析及排除等具体操作的体会和掌握，是在模拟实验中不可能完全做到的。我们的最终目标不是让学生掌握模拟状态的实验技能而是掌握真实情景下的实验技能。所以，实际实验这一环节依然要把好关。在实验教学中应该让学生明白，养成实际实验技能才是根本之所在，模拟实验的应用只是一种辅助手段。参考文献：1.陈琦,刘儒德.当代教学心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2002：542.郑长龙.化学实验教学新视野[M]北京：高等教育出版社，2003：1053.中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003：334.韩庆年，柏宏权.虚拟实验在培养与测试实验技能中的应用研究[J]中国远程教育2002（5）