化学虚拟实验（多媒体）的设计与研究.doc

有机化学虚拟实验（多媒体）设计与开发摘要：多媒体技术应用于有机化学实验教学中，改变了传统的实验教学模式，本文介绍了在有机化学实验教学中应用多媒体技术的优势，和虚拟实验设计思想阐述了有机化学教学开展多媒体教学的重要性和必要性。关键词：有机化学；实验教学； 虚拟实验design and research of virtual experiment (multimedia) for organic chemistryabstract：applying multimedia method into organic chemistry experiment teaching changes the mode of traditional experiment educationthis article describes the superiority of multimedia method in the organic chemistry experiment teaching，and discusses virtual experiment design ideait demonstrates the essentiality of carrying out multimedia teaching of organic chemistrykey words：organic chemistry；experiment teaching; virtual experiment有机化学是一门知识系统的学科，主要特点是概念繁多、反应条件难于记忆，反应机理不好理解，更不用说对分子构型三维结构的掌握和对竞争反应的分析，这些特点使它成为教学中较难掌握的课程之一。化学建立在实验的基础上，全日制十年制中学化学教学大纲中指出：“实验教学可以帮助学生形成化学概念，理解和巩固化学知识，培养学生观察现象、分析问题的能力，获得比较熟练的实验技能，培养学生实事求是、严肃认真的科学态度。”信息技术的高速发展，已经对我国教育观念和教学过程的改革产生了深刻的影响 。充分运用多媒体教学手段，改进教学方法、提高教学质量，促进学校教育教学，已成为现代教育技术发展的必然趋势。多媒体课件融教育性、科学性、艺术性和技术性为一体，摆脱黑板加粉笔的呆板表现形式，有机合理地组合文字、图片、声音、动画、视频等多种媒体，把枯燥乏味的课堂知识形象、生动、活泼地展现出来，可以让学生在快乐中轻松地掌握更多的知识。达到最佳的教学效果。有机化学作为一门自然学科，微观领域的深入研究不断地揭示了各种奥秘，学生了解这些本质必须能够进入微观世界。传统的教学手段对微观世界的动态变化的展示却显得不够充分，但信息技术提供了这种可能。运用多媒体课件教学，动态模拟，创设教学情境，把学生的思维带进微观世界模拟的实验环境之中，诱导学生观察思考，相互讨论，共同探究规律，在愉快的环境中学习，真正体现了学生的主体地位。1 有机化学传统实验教学的缺陷有机化学是以实验为基础的学科，从概念到原理，从假设到结论都是实验的结果，从实验中质疑，再通过实验验证，再质疑，再验证，如此反复中接近了真理。有机化学实验作为有机化学教学的基础，“从生动的直观到抽象的思维，并从抽象的思维到实践（列宁）”，培养了学生发现，认识，研究和解决新问题的能力。现在中学化学课本中的实验虽然内容丰富形式多样，但无外乎演示实验、随堂实验、学生实验、实验习题等，而且大多是形成学生感性认识的演示实验。这种教学模式与教程安排存在四大弊病。（1）、反应历程及反应机理是有机化学课程的主要内容, 对有机反应而言,同一反应存在副反应和平行反应，在不同的反应条件下,反应的方向和历程不同。过去传统的教学方法只能用方程式简单地表示反应的起始和最终两个状态，无法通过宏观的实验现象体现起始状态和最终状态是通过什么样的途径或过程实现的。由于涉及较多的概念和抽象性问题,因此也是学生难以理解的内容。（2）、有机化学中,立体化学问题相当普遍,既是重点,又是难点。有机化合物大多呈空间立体结构，传统的教学方法以教师说教为中心，缺乏直观的辅助教学手段。虽然借助于分子结构模型可以发挥学生的想象力，减少讲解的难度，但模型的保存、制作、使用都受一定的限制。化学反应历程一章可以说是立体化学的综合体现, 而在讲解反应的立体化学时，只有在黑板上用平面结构来表示分子的立体构型，不但费时费力，而且难以理解。（3）、微观物质的结构及其运动状况是用肉眼不能观察到的。有机化合物分子结构较复杂、有机物的同分异构较多,语言描述比较困难,结构模型的使用不方便,实验亦无法实施。微观粒子的运动因其微观化,可视性条件不具备,无条件实验演示,学生是较难理解的。微粒在反应中的行为，尤其是竞争反应语言描述困难。（4）、有机化学是以实验为基础的学科，有机化学实验中，有机物在合成、使用过程中通过各种途径流失到环境中，且多数难降解、有剧毒，长期存留在自然环境中，对人类健康及生态环境构成威胁。如何把“绿色化学”融入有机化学实验中，对有机化学实验教师来说是一个崭新的课题1。而且有机化学实验中所利用的有机化合物多数具有易燃、易爆、有毒和强腐蚀性等特点，所用的玻璃仪器也易损坏。限于实验教学特点，学生只能在实验室中进行操作学习，难以反复训练，而有机实验自身的特点是实验等待时间过长，整个过程冗长费时。而较前沿的有机实验技术往往因经费不足难以开展。随着全国各高校普遍扩招，硬件措施不能及时跟上，造成实验教学难以达到预期效果。2 有机化学虚拟实验的设计及优势2.1 虚拟实验的设计理念（1）、通过现代信息技术的应用，使之与传统教学手段相结合，创建一个模拟的、开放的学习环境，不断地补充新的学习内容。（2）、可使学生自主开放地学习有机化学，对于有机实验内容可自由选取，反复操作演练，充分体现个性化学习。有机化学虚拟实验很大程度上解决有机实验周期长的难题，为目前有机实验教学改革提供了新的思路与范本。（3）、通过有机化学虚拟实验的建立，可以很好地丰富补充传统实验教学手段，进一步加深学生对实验原理、步骤、实验细节的掌握和理解。此外，还可使学生在课前起到预实验的效果，增强实际实验学习的熟练程度。课后对有机实验也能做到反复练习，反复再现实验情境。随着多媒体技术的发展及学校教育环境的改善，通过电脑多媒体创建虚拟学习环境辅助有机理论与实验教学已成为必然趋势，通过多媒体的语音图像可使学生直观形象地了解有机大分子的结构、功能，多步反应过程，而虚拟实验的建立将很好地补充传统有机实验教学手段，使学生更多地获得学习演练的机会。有机化学虚拟实验着眼于实际教学中存在的种种问题，将有机化学教学与电脑多媒体及网络相结合，使学生在传统的教学环境之外结合虚拟学习环境进一步加深对有机理论知识的理解，拓宽对有机领域最新发展的认识，并通过虚拟实验的参与得到科学思维的锻炼。2.2、多媒体技术应用于有机化学实验教学的优点（1）、可以形象地模拟反应历程，把微观的现象以宏观的实验现象体现出来反应机理（反应历程）描述化学反应所经历的反应过程和途径。多媒体技术可以放大原子，放慢化学反应速度，拉长反应时间，将微观现象宏观化、抽象概念形象化，把反应过程中的瞬间变化的复杂过程模拟出来，在头脑中建立看得见的“连续变化的”、“动”的过程。（2）、有利于直观地模拟立体空间结构，展示立体构型，便于学生对立体化学知识的掌握。利用计算机三维动画技术可以轻易展示分子的立体构型。例如辨别正戊烷、新戊烷、异戊烷的结构：上边的是正戊烷，下边左边的是新戊烷，下边右边的是异戊烷。由于是三维空间，学生可以用鼠标拖动或者让它们自动旋转来观测它们之间的分别。（2）、在有限的课时内扩大教学量，提高课堂教学质量和效率。多媒体课件可以帮助教师减少大量的讲解、板书和示教，使其在有限的时间内讲授更多的信息，从而扩大了教学量。例如，在演示石油的分馏实验时，除介绍实验相关知识内容外，还可借助多媒体技术结合实验介绍石油的工业生产，这样既节约了时间，又扩大了学生的知识面，开阔了视野。（3）、使有机化学实验向“绿色化学”靠拢性质实验是前人设计好的验证实验，对学生综合操作技能要求不高。但学生每验证一个实验，就会使用大量昂贵的试剂，一方面造成资源的浪费。另一方面，弃去的物质包括未反应完的试剂和反应生成的新物质大多属于环境污染物，如芳烃性质实验中使用的液溴、苯及其同系物、硝基、亚硝基化合物都属于毒性有机药品，苯及多环芳烃还是致癌烃，具有致癌的性质。多媒体课件的使用，可以减少有毒物质的接触，从而使有机化学实验步入“绿色化学”通道。而有机化学虚拟实验的建立可使学生在课前即详细了解即将学习的实验内容，增强实际实验的熟练程度和学习效果。课后对有机实验也能做到反复练习，针对自身情况反复再现实验情境。学生通过虚拟环境能够自主开放地学习有机化学，对于有机实验内容可自由选取，反复操作演练，充分体现个性化学习，使学生的认识从抽象思维进入到实践。 3 有机化学虚拟实验（多媒体）的制作3.1、制作多媒体的系统环境多媒体制作采用投影、录像、幻灯等方式进行组合2。对计算机的配置要求是：能够流畅运行windows2000或windowsxp操作系统；对软件方面的要求是：使用photoshop制作和修饰大部分仪器的图形和图像、采用chemoffice软件中的chemdraw 绘制复杂的分子式，使用flash动画制作软件和3dmax制作2d与3d动画，以及投影仪、摄像机等硬件设备的保障。3.2、虚拟实验（多媒体）课件的制作过程（1）、结构设计课件的内容应按照教学大纲的要求来制作，课件应由实验原理，实验装置，实验步骤，模拟实验，注意事项，背景音乐等有机构成完整的一体。（2）、教学设计根据教学内容，教学对象，教学目标制定计划，将实验分为五部分：、有机化学实验的一般知识，其中包括有机化学实验室规则，安全知识，常用的仪器和装置，常用玻璃器皿的洗涤和保养，试验预习、实验记录和实验报告的基本要求等。、有机化学的基本操作和实验技术，例如加热，冷却，干燥，钻孔，简单玻璃工，溶、沸点的测定，分馏。蒸馏，萃取，折光率、旋光度的测定，色谱法，红外光谱、核磁共振氢谱的测定等。、有机化合物的制备，包括多步骤有机合成。、有机化合物性质的实验，包括烃及其烃的衍生物。、理论部分，包括竞争反应，光化学反应，反应中间体，beckmann重排，外消旋体拆分等。（3）、版面设计课件中选用的文字和背景的颜色搭配要合理,一般文字颜色以亮色为主,背景颜色以暗色为主。这样搭配醒目、易读,长时间看后还不易疲劳。课件中可以合理地加入一些背景音乐和音响效果,与教学内容相辅相成,既可以使学习者大脑保持兴奋状态,使视觉思维得以维护,同时还可吸引学生的注意力,增加学习趣,调节课堂的气氛,有利于学生思考问题。课件中选用的图形和图像应注意图像的内容要便于学生观察。复杂图像要逐步显示,有利于学生学习。4、多媒体技术应用于有机化学实验教学的展望网络和多媒体技术的飞速发展，以及远程教育的出现，使网络实验室的构建成为教学的必需。运用多媒体和网络技术构建网络虚拟实验室，使学生的学习变静为动，变微观为宏观，变抽象为直观，将单纯的“教学型”课件转变为“学习兼教学型”课件。网络虚拟实验必须体现学生学习的协作化和个性研究化，要将网上实验课程的虚拟性、交互性与开放性有机结合起来，真正体现“教师主导学生主体”的原则。（1）、网络协作性学习。通过网络进行学习已成为时尚，在这种背景下网络协作学习随之出现3。虚拟实验：、为师生之间、生生之间的通讯建立相关的通道。、为网上的协作学习提供良好的协作环境。、运用相应的学习策略与方法通过虚拟实验进行交互式学习。网络协作学习最能体现网络特性，有利于21世纪新型人才培养的一种实验教学策略之一3。（2）、个性研究性学习。它是指学生在教师的指导下，选择专题进行研究，从而在研究的过程中体验、理解和应用科学研究的方法，提高科研能力。将研究性学习应用于有机化学实验教学中，对改变学生的学习方式、促进实验教学方式的变化、培养学生的创新精神和实践能力具有重要作用。随着校园网的不断完善及师生研究性学习思想的不断深入，网络环境下的研究性实验教学将成为未来实验教学的主流。5、结束语在多媒体技术逐步深入教学领域的今天，需要人们对“多媒体”有一个正确的理解。一方面它不是多种媒体简单的组合4 多媒体是根据教育教学的需要，服从于教学的目的，更好的完成教学任务使之有机的结合，合理分工，扬长避短，优势互补，取得优化的教学效果。另一方面，尽管多媒体具有多样性，与其他媒体相比有信息传输质量高、信息量大、速度快、多重感官刺激和交互性强的特点，但它并不是万能媒体，因此它并不能完全取代教师的地位。论多媒体技术发展如何，课件仅起辅助作用，教师始终在教学中起主导作用