“520远程化学实验室”在中学实验教学中的应用与探索，本文主要内容关键词为：实验室论文,化学论文,中学论文,教学中论文，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。
新课程改革过程中，《普通高中化学课程标准》[1]要求建立开放性化学实验室。由于实验器材（包括贵重仪器）有限、实验室实行开放式管理带来的种种问题等因素，建立开放性实验室面临一定的困难。而随着现代信息技术的飞速发展，信息技术与化学课程的整合，推动了远程化学实验的发展，同时基于网络的全天候无人值守的远程实验在建立开放性实验室方面有独特的优势。然而，目前远程化学实验室仍主要是大专本科或更高层学历学生的权利，面向中学师生的远程化学实验室的价值如何？笔者在文献综述的基础上，开展调查研究，并以我们开发的“520远程化学实验室”为研究对象，选择“电化学”实验作为具体案例，从教学目标的要求及教学功能的实现等方面来审视远程化学实验教学的现状与未来。
一、远程化学实验及其操作流程
远程化学实验[2][3]，是指在Internet上通过客户端的计算机远程控制另外地点化学实验室的自动化真实仪器，这些仪器测量的真实客观的实验数据以及实验现场实时视频图像通过摄像头反馈到客户端的计算机显示屏上，这样在异地完成真实的化学实验。图1是我们开发的“520远程化学实验室”的基本结构。
“520远程化学实验室”的构建采用B/S模式，对于实验者客户端只要有一个支持Java的标准浏览器即可访问“520远程化学实验室”网站并做实验。实验时我们需要进入电脑人机操作界面（见下页图3），当我们需要选择或更换电解质溶液时只需点击图3界面上的相应图标即可，如选择稀硫酸作为电解质溶液，只需点击“2号位置”图标（因图3中的稀硫酸刚好在2号位置上），位于远方的硫酸溶液装置就会自动化移到反应的区域（见图1，自动化移动过程是结合自动化技术、网络技术以及计算机技术实现的）；同理，用鼠标点击图3界面上碳棒电极图标、pH探头图标等，位于远方的真实的碳棒电极、pH探头图标等就会伸进电解质溶液中，实验数据通过手持技术仪器精确采集（见图2）；我们点击“数据采集”按钮就可以看到实验中采集到的真实数据，还可以在视频窗口观察真实仪器的移动以及实验现象。整个实验过程并不需要用户额外安装任何第三方应用软件或插件。其基本操作流程[4][5]见下页图4。
图1 “520远程化学实验室”硬件设备全景图（已连接网络并能实现全自动化控制操作实验仪器）
图2 手持技术仪器及多种传感探头（计算机连接后能以曲线、表格等多种形式展示已采集的实验数据）
二、远程化学实验中三维目标的实现
基于对普通高中化学新课程标准的分析，下面从“知识与技能”“过程与方法”和“情感态度与价值观”目标分析远程化学实验的教学功能。
1.巩固知识与技能目标
远程化学实验可以有效突破教学重难点。远程化学实验对知识与技能目标的巩固主要体现在远程化学实验室可以依托网络在远程化学网站(http://www.520hx.com.cn/520chemlab/)建立“知识库”“在线测试”以及“在线实验”，知识库既可以提供实验前所需要的准备知识和技能要求，又可以提供实验探究过程中所需要的相关知识和技能；在线测试上传了很多套与实验相关的测试题，学生完成测试成功提交后系统立刻会自动给学生评分，让学生把握自己掌握知识的程度。特别是课后作业可以一改往常的纯纸质作业，进行远程化学实验操作，可让学生置身于实验室中巩固课堂知识。
图3 “520远程化学实验室”人机操作界面
图4 过程实验的操作流程图
例如“520远程化学实验室”开发的电化学实验涉及的知识历年来是教学、高考的重难点。当学生进行远程实验时，可以在本实验室配套网站先预习电化学的知识内容和技能要求（并可随即抽题在线测试检验自己预习的效果），再进行实验，遇到困难时也可以返回到预习模块中进行再一次学习，寻找解决途径，然后再继续做实验。
2.渗透过程与方法目标
远程化学实验对过程与方法目标的渗透主要体现在以下几点：
(1)多层次地创设实验环境。远程化学实验室集视频、音频、动画、图片、文本于一体，从多层次创设化学实验操作的环境，让学生从多方面的实验环境中感受实验过程，从而能发现问题，提出问题。远程化学实验室也可以创设那些传统实验室内不易开展的、对学生进行实验有很大帮助的实验环境，如涉及强酸强碱、腐蚀品、放射性物质、微观观察等方面的实验环境。
(2)多维度地编制导引问题。在远程实验室网站上可很方便地精心编制一系列符合学生的知识水平和思维特点的问题或活动，并从过程和方法的角度来着手引导学生把实验进行下去。例如在探究原电池形成条件远程实验时，可提示学生“正负极的金属片活泼性有什么要求？”“电解质的作用是什么？”“导线的作用是什么？”等，使整个实验过程符合学生的思维特征和实验探究的规律，同时能够结合网络资源进行实验活动，有利于学生探究思维能力的培养。
(3)多角度地设计实验方案。远程化学实验的实验方案不是唯一的，即使是同一套实验仪器装置，只要学生肯进行发散思维与拓展，也可设计出多种实验方案。例如同一套实验设备可做探究原电池形成条件、探究金属活泼性对原电池电动势大小的影响、验证欧姆定律等。
(4)多重表征实验数据。实验过程中采集到的数据能以数据表、曲线图等多种形式一起展示，例如本实验案例利用手持技术软件MultiLab[6]进行数据采集，它可在界面中同时显示数据图表、曲线图，可以在线显示和记录实际实验的视频，同时也提供各种如求最大最小值、求均值、求导等数据分析功能的复杂分析工具，甚至还可以将数据导出到更专业的数据处理软件进行进一步的分析处理，有利于培养学生的宏观、微观、符号观和曲线观的交叉转换分析能力。
(5)多形式实现实验交互。交流互动是远程教学过程中非常重要的环节，实验过程中学生之间和师生之间可实时交流，包括语音、视频互动，文字、文件互动以及电子邮件互动等，还可利用BBS讨论板、留言板、网络聊天室等多种途径进行交流，反馈实验操作和数据处理过程中的问题。
(6)不限时空，自主学习。远程化学实验室全天候24小时开放，学生可以不受时间和地点的约束使用远程化学实验室，学生和实验设备可以分布在不同城市甚至不同国家，学生可以灵活地安排自己的学习计划。这样便于学生自主计划并调控自己的学习过程，增加了学习中的自主性、选择性。这在传统化学实验室几乎是不可能的，传统化学实验室通常要求学生在规定的时间内完成实验。
可见，在远程化学实验的操作过程当中，可多层次创设实验环境；多角度编制导引问题；多角度设计实验方案；多重表征实验数据，多形式实现实验交互；可不限时空，学生自主学习，这充分发挥了远程化学实验室渗透过程与方法目标的教学功能。
3.深化情感态度与价值观目标
远程化学实验创设了一个新型的化学实验环境，对学生的情感态度和价值观的培养同样具有重要的作用，笔者体会这样的实验教学对于情感态度与价值观的升华主要体现在以下几点：
(1)激发学生对化学实验的兴趣。在远程化学实验室这个新颖的环境中，化学实验更能为当代学生接受，而且不限时空和不限次数的实验更能激发学生动手做实验的热情，培养他们学习化学的兴趣。例如原电池远程化学实验中，可利用原电池产生的电能点亮LED灯，这样增加了化学实验的趣味性，特别是LED灯能被原电池点亮的远程化学实验案例面向小学生，可培养他们从小喜欢上化学，激发他们以后学习化学的兴趣。
(2)培养学生实事求是的态度。学生通过互联网控制远程实验室中的真实仪器，见到的是由摄像机反馈的实验现场实时视频图像，得到的是真实客观的实验数据，具有传统实验的真实感，弥补了以往的仿真实验、虚拟实验的不足，这样延伸出的理念更能培养学生实事求是的科学态度。
(3)培养学生协作学习的精神。实验过程中学生之间和师生之间的实时交流，无论是语音、视频互动，还是文字、电子邮件互动等可培养学生协作学习的精神；BBS讨论板、留言板、网络聊天室等多种途径的使用，可反馈实验操作和数据处理过程中的问题，进一步培养学生协作学习的精神。
(4)激发学生对信息技术的求知欲。远程化学实验室高度体现了信息技术与化学课程的整合。学生置身其中，能领略到现代信息技术的奇妙，激发其对仿真与虚拟技术、网络技术和远程控制技术等现代科学技术的好奇心与求知欲。
走进远程化学实验室进行操作，可激发学生对化学实验的兴趣，养成学生实事求是的态度，培养学生协作学习的精神，强化学生对信息技术求知欲等，因此对于深化三维目标中的情感态度与价值观有着独特的作用。
三、在职教师进行远程化学实验教学的调研
笔者向教育硕士班的20位中学化学教师（基本情况见表1）介绍远程化学实验室的结构、作用、操作流程，并现场远程演示实验等，然后选出几名老师现场开展远程实验探究，整个过程约3.5小时。接着发放问卷，收集他们关于“520远程化学实验室”的意见。受国外学者Issaou等人启发[7]，问卷采用李克特式5点量表计分法，教师需按照他们的实际情况选择与题意相符合的程度。问卷包括远程化学实验室应用于课堂（第2、4、7题）、远程化学实验室应用于课外（第3、6、12题）、远程化学实验室的应用前景（第8、10、14题）和远程化学实验室的使用意愿（第1、5、9、11、13题），共4个部分，其中7、9和14题反向计分。问卷共发放20份，回收问卷20分，有效率达100%，统计结果见表2。
表1研究对象基本情况统计表
表2 在职化学教师对远程化学实验室所持态度调查结果
注：很符合5分；较符合4分；不清楚3分；较不符合2分；很不符合1分。
由表2可见，化学教师在量表中给分较高的是：远程化学实验室的应用前景（第8、10、14题）、远程化学实验室应用于课外（第3、6、12题，包括课前、课后、研究性学习、实验创新大赛等），其次是远程化学实验室应用于课堂（第2、4、7题）和远程化学实验室的使用意愿（第1、5、9、11、13题）。可见，化学教师对面向中学的“520远程化学实验室”大多持肯定态度。
另外，笔者将20名化学教师的“性别”“教龄（5-7年、7-10年、10年以上）”与“任教年级（初三、高一、高二、高三）”等三个变量分别与他们的量表得分做皮尔逊(Pearson)相关分析。SPSS统计结果显示，中学化学教师的性别、教龄与任教年级分别与其对“520远程化学实验室”的态度与认识均无显著相关（见表3），这说明“520远程化学实验室”能为大多数化学教师所认可。
表3 在职化学教师对远程化学实验室所持态度的相关性检验
四、结论与展望
我们的研究与实践表明，在中学化学教学中以远程化学实验为平台，整合网络资源，对化学新课程标准下的三维目标的落实均有一定的帮助，不仅可以巩固“知识与技能目标”，还可以在实验中渗透“过程与方法目标”，更可以通过教学环境和学习方式的变化深化“情感态度与价值观目标”。此外，远程化学实验室还在成长中，不断地在原设备上增设自动换液功能，增添pH探头和电导率探头，增加自动换挡电源和自动搅拌器，进一步丰富和完善更多的实验案例，如可增做与电解池、电镀池相关的一系列实验等。总之，笔者认为远程实验无论从实验仪器、实验方式，还是实验内容、实验结果，乃至教学方式，都体现着创新的理念，而且大量的文献以及调研表明，远程化学实验室在中学化学教学中应该具有很好的发展前景，希望在不远的将来，我们可以看到有更多的基于远程实验的面向中学生的课内外探究性学习活动和自主性学习活动，有更多的面向全国青少年创新实验的实践活动基地，有更多的应用于全国教师教育的远程实验培训及相关的实验教学案例等等。
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