交互仿真智能性课件运用于气体溶解教学初探，本文主要内容关键词为：智能性论文,气体论文,课件论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
溶解度这一概念在初中化学教学中是要求学生理解的知识点，高中化学教学则要求学生较全面地掌握有关的知识点。近些年的化学高考，溶解度这一知识点是个考查热点，不但经常出现有关溶解度的考点，而且还常有需要关于溶解度辅助解答的考题出现。表征了溶解度这一概念在中学化学教学中的重要地位。在教学中，因为固体的溶解过程现象明显，容易观察，实验过程容易操作，所以学生很容易理解固体的溶解这一现象，对于气体的溶解则不同，由于气体比固体易受压强、温度等因素的影响，溶解过程就不如固体那样现象明显，其操作过程也不像固体那样容易操作，所以气体的溶解过程一直是一个教学难点。如现行人民教育出版社初、高中化学课本关于
气体与
气体的溶解性的叙述为：通常1体积的水约能溶解1体积的气体，增加压强还会溶解更多[1]；气体易溶于水，在常温、常压下，1体积水大约能溶解40体积的气体[2]。由于气体溶解性的这些特点，教科书上一直没有设计相应的实验加以阐述与解释，使学生很难理解。为了解决这一教学难点，笔者基于交互仿真智能性教学软件设计理念，开发了“常见气体在液体中的溶解性研究”实验课件，为溶解度的教学提供了有益的帮助，对此类知识点的教学进行了全新的探索。
一、课件的总体设计
1.交互仿真智能性教学课件定义
交互仿真智能性教学课件是适合于教育者和学习者使用的课件，有别于经典的人工智能教学软件，是信息技术教育应用的一个新方向。
交互仿真智能性教学课件是指用户可以通过自己的操作在课件中完成具有一定目的的教学过程，由课件根据用户的操作及时做出反馈，最终通过观察判断模拟的真实场景和过程，实现用户自身知识结构中某一知识点的意义建构[3]。
该类课件具有交互性、仿真性、智能性和探究性等特点[4,5]。由于化学是以实验为主的自然学科，世界各国都把“通过实验学化学”作为化学学习的重点内容，化学教学课件也就主要是针对化学实验教学而言。交互仿真智能性化学教学课件也因此具有不同于其他学科课件的特点。首先，交互性是指用户使用课件时可以根据自身要求通过鼠标、键盘事件使场景中的对象随用户意愿作出不同操作动作来响应实验现象；其次，仿真性是指整个实验过程、现象要真实模拟现实实验；再次，智能性是指这类课件通过智能算法实现了部分定性定量操作，而使模拟实验更具仿真性，更利于教学目标的实现；最后，探究性是指这类课件能给学习者的创造性、发散性思维提供足够的空间，为知识的建构提供不同的途径和方法。
2.软件的适用对象及其教学难点分析
该课件的适用对象主要是学习者，由于这是一个综合性比较强的实验，在使用该课件时就必须有教师的指导，同时由于气体的溶解性及溶解度缺乏直观的实验，对学习者来说是很难理解的，因此在设计时强调个性化教学，并针对该实验提出了多个不同的问题，供每个学习者在学习该实验时根据自身特点有选择性和有重点的学习、探究不同问题，使学习者进一步巩固已经掌握的知识点，掌握还不熟悉的知识点，从而调动学习者学习化学的积极性。
要使这类课件达到如上所述的目的，目前使用最多的开发软件是Macromedia公司开发的Flash，它的ActionScript2.0为实现课件的交互性、仿真性、智能性和探究性提供了可能，笔者正是利用它开发的“常见气体在液体中的溶解性研究”实验课件。
3.软件的设计
基于交互仿真智能性化学课件开发理念，“常见气体在液体中的溶解性研究”实验的重点是表现气体与气体的溶解性不同，本实验设计了如图1所示的课件界面[6]，通过U型管中红墨水随滴加到气体与气体中的水的体积不同而发生的不同升降来观察在水中溶解性的不同。用户通过鼠标点击相应的按钮和提示来完成整个课件的操作过程，仪器安装过程是通过点击仪器柜门上的把手来实现打开柜门，点击仪器并拖拽就可实现仪器安装全过程，实验操作过程是通过鼠标点击分液漏斗的开关来实现。同时本课件中仪器安装和实验操作有两处使用说明，对操作步骤不太明白的用户则可直接点击“使用说明”字样就可获得该步骤较详细的使用说明。
(1)课件的交互性
图1 课件的界面
以往的课件由于交互性差，对学习者的动手实验能力没有任何帮助，从而使化学课件的使用一直处于低谷。针对这种情况，我们在设计开发交互仿真智能性化学课件的时候就应该让场景中的对象按学习者的要求作出相应动作，只有这样才能真正做到对学习者的实验能力有所帮助。在“常见气体在液体中的溶解性研究”实验中，对实验中的仪器如大试管、分液漏斗、U型管、铁架台等分别给予了动作语句，这样这些对象就可以按照学习者的意志来进行组装，从而使学习者能像实际做实验一样来自行安装实验仪器。
本实验还采用了多个不同的按钮，如分液漏斗的活塞、多个上一步或下一步等图标式的按钮，从而真正实现了课件的交互功能。
(2)课件的仿真智能性
本实验中影响红墨水上升与否、究竟哪边的红墨水上升、上升高度怎样是由学习者往哪支试管中滴加水和加水量的大小决定的，而且当我们往气体中滴加更多的水时，靠近气体一侧的红墨水就会出现倒吸现象。这都是模仿真实的实验现象，通过实验者的操作来控制的。下面以往气体中滴加水的动作控制为例加以说明：
on(release)｛
if(_global.n<87)｛_global.n=_global.n+3；
_root.U.gotoAndStop(_global.n)；
if(_global.n>77)｛
root.HD.gotoAndPlay(2)；｝//红液滴滴下
｝
//以上为U型管动作
_global.dyld2=_global.dyld2+1；
_root.DYLD2.gotoAndStop(_global.dyld2)；
_root.SG2.gotoAndStop(_global.dyld2)；
if(_global.dyld2<46)｛
_root.YD2.gotoAndPlay(2)；
｝
｝
通过以上动作控制语句真正实现了该课件的仿真智能性，从而使学习者在使用该课件时犹如身临其境。
(3)课件的探究性
①由于教科书中没有设计该实验，因此本实验装置安装过程就是一个值得探究的活动，为此，在对本实验进行开发时就专门开辟了一个仪器安装乐园，让学习者在貌似游戏的环节中获得实验技能，了解安装该实验装置时应注意的问题，同时也明白了该实验的原理。
②由于该实验是一个比较实验，因此学习者可根据自己对实验原理的理解自由选择是先向气体中还是先向气体中滴加水，从而对气体与气体的溶解性有更进一步的认识。
③《普通高中化学课程标准（实验）》强调学生科学探究能力的培养，由于化学是一门以实验为主的自然科学，因此，培养学生的实验探究能力就显得尤为重要。在气体与气体的溶解性比较实验中，我们通过引导学习者思考讨论，并引出气体与气体分别在不同溶剂中的溶解性的比较，并以气体为例，让学习者通过实际操作得出结论，进而理解其溶解原理，这样学习者就能以此类推出气体的溶解情况，同时还能理解和掌握化学溶解与物理溶解等其他相关内容，提高学生的发散思维能力。
(4)软件的适用性
该课件适合在高中化学气体溶解性的综合复习阶段使用，也适合于
的性质学习时使用。笔者利用该课件在成都市的几所高中进行了试探性教学，普遍反映效果很好，通过该课件的使用学生不但对气体与气体的溶解性有了比较深刻的理解，还对其他如氨气、氧气等的溶解性比较有了较为深刻的认识，提高了学生的发散性和创造性思维能力，真正提高学生的实验探究能力。
由于气体溶解性是一个综合性比较强的教学知识点，因此在设计该课件时应强调课件的综合性，为此，在设计该课件时还应设计诸如以下的多个有关知识的思考题，从而使该课件更加完备，更加有利于课堂教学的使用。
思考1：如图所示为测定气体溶解性的装置，你能说出它们的名称吗？
思考2：该装置的安装过程顺序是什么？
思考3：哪些气体可用排水集气法收集？
思考4：可大量溶解在水中的气体是否与水发生了化学反应？化学反应式是什么？
思考5：若将稀盐酸或稀氢氧化钠溶液加到长颈漏斗的水中，你认为又会有什么现象发生？
思考6：二氧化碳与氧气在水中的溶解性比较。
思考7：二氧化碳在水和稀氢氧化钠溶液中的溶解性比较。
思考8：氨气分别在水和稀盐酸溶液中的溶解性比较。
思考9：二氧化硫气体在水和稀硫酸溶液中的溶解性比较。
思考10：氨气与二氧化硫气体分别在水中的溶解性比较。
二、结束语
交互仿真智能性化学课件为解决信息技术与课程整合目前所面临的瓶颈问题[7]提供了一种新思路，这种课件一改过去的灌输式教与学，有别于以往的演播型课件。演播型课件大多应用于名师名校的课堂实录等，只能对使用者起到参考作用，而交互仿真智能性课件能激发学生的主动性和创新意识，同时又能充分发挥教师的主体地位，对实现提高学生科学素养的要求[8]起着积极作用，可作为课堂教学课件使用。但由于现阶段教育工作者的信息技术应用水平普遍不高，所开发出来的交互仿真智能性化学课件仍很少，我们对这类课件的认识也还很不完善。作为这类课件的开发者，我们将继续深入这项研究，从这类课件的特点入手，开发出更多更好的交互仿真智能性化学课件，为我国新一轮课程改革贡献一份力量。