胡思剛

【摘要】化學(xué)教學(xué)中因微觀粒子的不可視性、反應(yīng)原理的抽象性和化學(xué)知識(shí)的零散性形成教與學(xué)的困惑，可視化技術(shù)能使微觀粒子行為可視化、抽象原理直觀化、零散知識(shí)系統(tǒng)化、思維過(guò)程清晰化、知識(shí)生成可視化，從而提高化學(xué)教與學(xué)的效益。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)教學(xué)；可視化教學(xué)；條件支撐；研究現(xiàn)狀；教學(xué)嘗試；教學(xué)反思

【中圖分類號(hào)】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）13-0215-01

一、化學(xué)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的困惑

1.化學(xué)研究的對(duì)象是微觀粒子，肉眼無(wú)法真實(shí)觀察，只能通過(guò)抽象的文字描述、平面的圖片展示、有限的模型觀察進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)過(guò)程中勢(shì)必產(chǎn)生許多的迷思概念，這些迷思概念的負(fù)作用，是造成化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)困難的主要原因。

2.化學(xué)反應(yīng)大多比較快速，過(guò)程中分子的行為又無(wú)法觀察，演示實(shí)驗(yàn)只能觀察到表象而不能看清本質(zhì)，只能死記實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論?；瘜W(xué)反應(yīng)原理比較抽象，語(yǔ)言的闡述始終比較虛化和淡薄。學(xué)生往往霧里看花，沒(méi)有真正理解，無(wú)法構(gòu)建相互聯(lián)系的知識(shí)體系，最終只能是水中撈月。

3.化學(xué)知識(shí)比較零散，邏輯性和系統(tǒng)性不強(qiáng)，物質(zhì)種類繁多，物質(zhì)變化復(fù)雜，一般性與特殊性共存，增加了學(xué)生形成知識(shí)體系的難度。許多學(xué)生只靠死記硬背，知識(shí)遺忘率較高，這也是產(chǎn)生學(xué)困的原因之一。

二、可視化教學(xué)的條件支撐

1.實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家赤瑞特拉發(fā)布的研究成果表明人類接受信息的渠道：視覺(jué)占83%，聽(tīng)覺(jué)占11%，嗅覺(jué)占3.5%，觸覺(jué)占1.5%，味覺(jué)占1%。視覺(jué)是人類接受信息的主渠道，為可視化教學(xué)的研究提供了心理學(xué)理論支撐。

2.雙重編碼理論認(rèn)為：人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)是基于同時(shí)對(duì)語(yǔ)言和非語(yǔ)言信息的加工和處理。語(yǔ)言系統(tǒng)以語(yǔ)言和文字的形式對(duì)信息輸入或輸出，同時(shí)又具有非語(yǔ)言的映像和行為的表征功能。認(rèn)知存在依據(jù)部分與整體的關(guān)系組織的心理映像的“圖像單元”和依據(jù)聯(lián)想與層級(jí)組織的語(yǔ)言實(shí)體的“語(yǔ)言單元”兩種方式。教學(xué)過(guò)程的可視化作為基于語(yǔ)言單元的理解提供必要的輔助與補(bǔ)充，可以大大降低語(yǔ)言單元的認(rèn)知負(fù)荷，提升信息處理、識(shí)別、儲(chǔ)存與提取的效率。

3.有意義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：有意義學(xué)習(xí)表現(xiàn)為所學(xué)新知識(shí)與原知識(shí)系統(tǒng)建立聯(lián)系的傾向和學(xué)習(xí)內(nèi)容對(duì)學(xué)生具有潛在意義。因此奧蘇貝爾認(rèn)為教學(xué)過(guò)程中須關(guān)注三個(gè)變量。即（1）學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中與新學(xué)知識(shí)具有關(guān)聯(lián)性的概念；（2）新舊概念的區(qū)別程度；（3）原知識(shí)系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)概念的穩(wěn)定和清晰程度。因此教學(xué)過(guò)程中將抽象的概念圖形化、新舊知識(shí)聯(lián)系化和零散知識(shí)系統(tǒng)化形成可視的思維導(dǎo)圖有助于學(xué)生理解和掌握。

三、可視化教學(xué)研究的現(xiàn)狀

可視化即“可得見(jiàn)的、清楚的呈現(xiàn)”，最先于麥考爾米克提出“科學(xué)可視化”，其意思是將抽象的符號(hào)（數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)化為具體的幾何圖像，使受眾看見(jiàn)原本看不見(jiàn)的東西?，F(xiàn)在發(fā)展為科學(xué)可視化、數(shù)據(jù)可視化、信息可視化、知識(shí)可視化。本文指的是化學(xué)教學(xué)中的知識(shí)可視化。

四、化學(xué)教學(xué)可視化的嘗試

1.微觀粒子可視化

將無(wú)法觀察的微觀粒子通過(guò)各種信息技術(shù)手段轉(zhuǎn)化成3D可旋轉(zhuǎn)多角度可視圖像或者是可播放的flah動(dòng)畫(huà)等直觀的圖形，會(huì)大大增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)中微觀世界的感知、認(rèn)識(shí)和理解。

（1）對(duì)均攤法計(jì)算晶胞中的實(shí)際原子數(shù)時(shí)，學(xué)生往往很難理解，語(yǔ)言講解難以闡述清楚，轉(zhuǎn)化成圖形，學(xué)生通過(guò)觀察、交流就能輕松理解，對(duì)空間利用率的計(jì)算也會(huì)水到渠成。

（2）分子雜化軌道理論是高中化學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)，非常抽象，學(xué)生很難理解。在教學(xué)BF3的分子雜化圖像，采用圖展示，并配以動(dòng)畫(huà)播放，降低了學(xué)生理解的難度。

（3）金屬晶體堆積方式對(duì)學(xué)生空間想象力的要求非常高。通過(guò)金屬晶體的面心立方的逐層堆積演變、立方晶胞的抽取、立方晶胞的三維展示和球棍模型的各種可視圖象，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，有效提升了學(xué)生對(duì)金屬晶體堆積方式的理解。

2.化學(xué)原理直觀化

（1）java模擬技術(shù)：化學(xué)平衡是高中化學(xué)的難點(diǎn)，宏觀靜止與微觀變化的動(dòng)態(tài)平衡。宏觀與微觀，表象與本質(zhì)的的矛盾使學(xué)生難以理解此內(nèi)容。本文利用網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)的化學(xué)平衡理java模擬實(shí)驗(yàn)：升高溫度2NO2（g）N2O4（g）的平衡濃度與時(shí)間的關(guān)系，直觀反映平衡移動(dòng)的過(guò)程。

（2）手持技術(shù)：手持技術(shù)的發(fā)展并廣泛應(yīng)用于化學(xué)進(jìn)程的研究，使無(wú)法觀察的反應(yīng)進(jìn)程可視化，幫助學(xué)生加深對(duì)平衡移動(dòng)原理的理解與掌握。在教學(xué)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡2NO2（g）N2O4（g）的影響時(shí)，采用手持技術(shù)，使平衡的移動(dòng)清晰可見(jiàn)。

3.思維過(guò)程可視化—思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖是表達(dá)發(fā)散性思維和邏輯性思維的圖形思維工具，它將思維過(guò)程可視化。思維導(dǎo)圖利用圖形、圖表表現(xiàn)各結(jié)點(diǎn)主題的隸屬和相關(guān)關(guān)系。思維導(dǎo)圖充分運(yùn)用左右腦的機(jī)能，建立主題關(guān)鍵詞與圖像、圖表記憶鏈接，利用閱讀、識(shí)記、思維的規(guī)律，幫助學(xué)生在科學(xué)與藝術(shù)、形象思維與抽象思維、邏輯與想象之間均衡發(fā)展，開(kāi)發(fā)人類大腦的潛能。

五、可視化教學(xué)的反思

農(nóng)村中學(xué)的教育技術(shù)裝備水平有所提高，但離可視化教學(xué)的要求還存在差距，手持技術(shù)的各種數(shù)據(jù)采集傳感設(shè)備幾乎空白；各學(xué)科教師的信息技術(shù)水平有待提高，對(duì)各種可視化教學(xué)軟件的應(yīng)用不能得心應(yīng)手，花費(fèi)大量時(shí)間和精力其效果卻不盡人意，教師的繼續(xù)教育在信息能力的提升方面有待加強(qiáng)；對(duì)各知識(shí)板塊可視化的實(shí)際應(yīng)用的研究零散，離形成完整體系全面推廣還有距離；部分老師步入用網(wǎng)絡(luò)視頻代替化學(xué)實(shí)驗(yàn)的可視化誤區(qū)。

六、總結(jié)

可視化是運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)和圖像處理技術(shù)，將抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直觀的圖像在顯示設(shè)備上顯示，并能交互處理的理論、方法和技術(shù)。它將抽象的數(shù)據(jù)、肉眼無(wú)法觀察的微粒、難以接受和理解的快速反應(yīng)過(guò)程轉(zhuǎn)換成直觀的、可視的、易于被人接受和理解的圖形和動(dòng)畫(huà)，形成學(xué)生視覺(jué)感知的信息源。可視化教學(xué)能幫助學(xué)生將抽象知識(shí)的具體化、繁雜的知識(shí)條理化、將零散的知識(shí)系統(tǒng)化，使學(xué)生能透過(guò)表象認(rèn)識(shí)客觀事物的本質(zhì)特征，掌握事物發(fā)展變化的規(guī)律，提升學(xué)習(xí)的效益。

參考文獻(xiàn)

[1]麥裕華.化學(xué)教育，2011，（6）：77-79.

[2]林小慧.教育心理學(xué)報(bào)，2008，39（4）：533-554.

[3]白濤，馬紅艷.新一代分子可視性軟件jmol及其教學(xué)應(yīng)用簡(jiǎn)介，化學(xué)教育，2011，（11）77-82.

[4]麥裕華.Java模擬實(shí)驗(yàn)支持化學(xué)平衡原理教學(xué)的設(shè)計(jì)與省思[J]，化學(xué)教學(xué)，2011，（5）：18-20.endprint