应用仿真课件实施化学体验式教学的探讨，本文主要内容关键词为：课件论文,化学论文,式教学论文，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。
一、问题的提出
在已实施新课改的地区，化学新课程教材中的选修模块“化学反应原理”成了高考必考模块。而它所涵盖的知识较为抽象，成为教师教、学生学的一个难点，如“化学反应与能量转化”中有关新型能源，特别是燃料电池的内容颇受关注，使它成为近年来高考热点之一。目前，教师在讲解这一知识点时；都会采用做演示实验的方式尽可能地让学生获得亲身体验的机会，但是，对于其反应原理即微观过程则只能由教师描述或画图的形式展现，学生通过观察到的现象再经过抽象思维加工达到同化，而这对学生的抽象思维提出了较高的要求。如何使更多的学生通过感知来领悟这一过程呢？这就有必要借助其他的教学方式来加以解决。体验式教学方法无疑是可选的途径之一，因为体验式教学较好地符合学生的心理特征和知识接受能力，能促进学生适应学习环境，激发并产生学习化学的浓厚兴趣和探究欲望，产生持久的学习动力，进而主动参与学习活动。
二、中学教学中实施体验式教学的重要性
体验式教学是指在教学过程中，教师以课堂、社会等环境为舞台，以任何可用感官接触的媒质为道具[1]，引导学生积极主动地参与学习过程，并力求对学习产生深刻的认识和情感体验，让学生形成自己的行动策略和方式，以培养学生的实践能力和正确的价值观。
在高中化学教学中实施体验式教学是对传统教学方式的一种突破与进步，顺应了新课程理念对教师教学的要求。心理科学研究表明，情绪可调节认知的加工过程和人的行为。情绪能够影响操作者对信息的选择，监视信息的流动，促进或阻止工作记忆，干涉决策、推理和问题的解决。高中化学的一些重点和难点知识相对来说较为抽象，特别是“化学反应原理”模块。这也就要求教师根据教学经验实时调整教学方式与策略，如运用多媒体技术创设体验情境，生动、直观、形象地层现课程内容，以吸引学生的注意力，并创设一种愉悦的心理情绪，逐步引导学生乐于体验，促使学生主观能动性的发挥，从而提高教学效率。在具体实施体验式教学中，教师通过讲故事，列举生活经验、趣味实验、播放视频等传统方式创设情境开展教学活动。情境可以是真实的，也可以是虚拟的。随着计算机技术的发展，仿真课件给体验式教学带来新的活力，在虚拟环境下，同样可以使学生置身于实践环境中，并产生真切的体验，达到对理性知识深刻的理解与升华。
目前，大部分学校的化学实验设备也在不断地完善，期望使每一个实验都能让学生亲身体验，留下深刻的印象。而有的知识，如燃料电池，仅通过演示实验或老师的讲解并不能完全达到让学生理解其原理的目的。这时，借助仿真智能性课件对此进行教学，就显得非常有意义了[2]。仿真课件所创设的是一种模拟现实的虚拟情境，它打破了时空的限制，教师可以随时根据教学与学生学习程度合理创设情境，为教师尝试进行多样化的教学策略创造了可能。同时，既克服了传统实验教学中存在的不足，也为学生提供了轻松、愉快的学习环境。
三、燃料电池仿真课件简介
在开发燃料电池仿真课件前，笔者做了一系列实验，对电池组成、测量仪器、反应条件进行了摸索，为仿真课件的设计提供了科学的依据。
该仿真课件中设计了仿真恒电位仪（见下页图1），该仪器设2个转换挡位，一个是用于电解的，其输出电压可调；一个是用于测定原电池输出电流的。用户通过操作恒电位仪，可准确地模拟实际测试过程与现象。如电解时，调节电压输出按钮，可观察分解电压和电解电流的大小。对于本燃料电池系统（石墨电极，0.1～1 mol/L NaOH溶液），电解时，当输入电压在6V左右时，可以清晰地观察到石墨电极有气泡产生，此时的电压为分解电压，而在实际实验时，该现象则不易观察到。当输入电压达到20V以上时，石墨电极上方可产生大量气泡；当燃料电池工作时，可将恒电位仪的转换按钮切换至电流测定挡，可以测定原电池的输出电流和电压的大小。这样，整个燃料电池的制备与工作过程和现象就可以清楚地展示给学生。
图1 燃料电池的改进实验
燃料电池仿真课件的设计分为两大部分，一部分是燃料电池的改进实验，是针对教材中实验的不足所设计的仿真实验，如图1；另一部分主要是让学生体验真实实验无法观察到的微观过程，并设计了“探究影响电流大小的因素”，培养学生探究实验的兴趣与方法。探究部分分为3个板块进行对比，分别设计了气体与电极接触面积大小（如图2与图3），以及气体压力（如图4）对电流大小的影响，并且可以清晰地观察到电流指针偏转的大小。教师可根据学生已有的经验，创设问题情境，选择正确的教学策略，逐步引导学生体验学习过程，培养学生学习的自主性及探究能力。
图2 燃料电池微观过程
图3 具有多孔石墨棒的燃料电池
图4 气体压力对电流大小的影响
四、运用仿真课件进行体验式教学
1.有助于改进传统体验式教学，提高教学效率教师在课堂上可以收集一些图片、新闻资料、演示实验来使学生进入情境。但是当教师在演示燃料电池实验时，由于制备燃料气体时间较久，不利于提高课堂效率，而且受到种种因素的限制，教师往往只能演示一种实验方案，而学生也不能完全清晰地观察到实验现象。运用仿真课件可以在课堂上呈现多种实验设计方案，其制备过程也可由教师掌控，每一位学生都能够清晰地观察到实验现象，还可以由学生讨论来改进实验方案。如图1，这是氢氧燃料电池的一种改进方法[3]。学生分组讨论，分析改进后的方案有哪些优缺点，是否还有更好的设计方案，鼓励学生大胆的猜想。
仿真课件所展示的现象不仅明显，还可重复操作。学生对仿真课件感觉比较新奇，能有效地提高学生的注意力。教师还应引导学生观察，并在某些环节设置提问，进行思维训练，从而使学生能够在思维上与教师、教材产生共鸣，由此引导学生深入思考燃料电池的工作原理。
2.有利于提高学生问题意识和解决问题的能力
学生在学习燃料电池时会产生很多的困惑，如：正、负极分别产生的是什么气体？电流指针的偏转说明了什么？特别是氢气和氧气互不接触是怎样反应生成水且产生电流？这样微弱的电流又是如何运用到汽车、电脑上的？如何才能产生大电流？这些问题仅通过真实实验是很难让学生明了的。如果学生在最初的疑惑上没有得到释怀，则后续的学习将会变得困难重重。所以，教师在培养学生问题意识的过程中要实时指导学生，循序渐进，才能事半功倍。如图2，课件中直观地展现了这一微观过程：氢气分子是如何失去电子生成水分子，氧气分子是如何得到电子生成氢氧根离子。此时，电子定向移动，电流指针偏转一定角度，说明产生了微弱的电流，同时，电流指针处于动态平衡的状态。学生直观地体验了整个微观过程，对燃料电池的工作原理、正负极反应机理有了较深刻的认识，解除困惑，为后续的学习扫清障碍。学生在对“燃料电池”发生原理有了较为深刻的理解后，情绪会随之发生变化，获得成功的体验，自信心增强，激起对燃料电池更深入认识的欲望。学生在亲身体验过程中对外部信息进行筛选、整合，同时会有许多的问题与思考，如，为什么电流指针会不稳定，是由什么原因造成的？怎样使电流保持稳定状态，才能为我们的生活服务？为此，教师要作为组织者，采用合作学习，通过师生之间、生生之间的讨论，想办法去解决学生自身所遇到的问题，逐步释疑。
3.体验式教学有利于培养学生探究能力和自主学习能力
让学生学会学习是新课程改革的目标，化学学习中强调自主即是强调学生主体对化学知识的体验[1]，学生亲身经历以探究为主的学习活动是学习化学的主要途径。
在对燃料电池的工作原理有了进一步认识以后，学生往往会思考，有哪些因素会影响电流的大小？教师因势利导，组织学生探究“影响电流大小的因素”。该课件中分别设计了气流与石墨电极的接触面、氢气压力大小等因素对电流的影响。如图2，通过导管输入燃料气体增加了接触面，所以图2中电流指针比教材所示方案的电流指针偏转要大一点，而图3中的课件，其电极为多孔石墨棒，使气流与电极较为充分接触，产生的电流比图2所示更大。此时，学生观察后会思考，增大气流与电极的接触面可以增大电流，那么除了改变电极的形状以外，是否可以通过增大氢气和氧气的浓度来增大电流？为了使学生直观地获取信息，如图4，在课件中设计了一个压力表，便于学生观察气体流量对电流的影响。压力表中提供了3个压力挡0.5、1.0、1.5，点击按钮，压力表的指针分别移动到相应的刻度，同时，电流的指针也会有相应的变化。随着压力的增大，即进气量的增大，指针偏转角度逐一增大，并且电流指针的偏转也不稳定。仿真实验是在虚拟环境下展现的，学生在观察仿真实验时，会在其脑海里产生许多的疑问和想法，如电流大小除了以上探讨的因素以外，是否还与其他因素有关，为什么要用石墨电极，能否改用其他的电极，效果怎样？除了氢氧燃料电池以外是否还有其他的形式？等等。这些都会促使学生有一种强烈的探索欲望，以求证自己的想法。这种来自学生内部的需求是学生自主学习的一种体现，是提高学生探究能力的一种有效途径。
五、结语
教学并不是把人类传承的经验直接“告诉”学生，学生也不是单一的接受，教与学都是一个过程，在过程中创造知识才是教师教学的目的所在，而体验式教学正体现了这一点。仿真课件运用于体验式教学中，是一种尝试也是一种创新，为教师提供了新的课程资源，也为每一位学生提供了充分发展的创造空间。教师在围绕体验式教学设计中，把学生是课程资源开发的主体和学习的主人的思想贯穿其中，真正达到让学生提出问题，解决问题，学会学习的目标。