任宏江 郭春燕 王雪瑩

（1.西安文理學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710065；2.西京公司子校，陜西 西安 710065）

信息化技術(shù)在如今社會已被廣泛使用，他們均是以計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字媒體為核心。目前大家都利用手機和計算機等通訊設(shè)備作為了便捷服務(wù)的軟件，例如目前廣泛使用的微信、微博和QQ軟件等社交類軟件、百度地圖和高德地圖等地圖導(dǎo)航系統(tǒng)、各種娛樂類游戲軟件等。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對傳統(tǒng)的教育理念和教學(xué)模式產(chǎn)生了前所未有的沖擊。網(wǎng)絡(luò)傳媒技術(shù)憑借其先天的優(yōu)勢在教育領(lǐng)域得到了廣泛的運用。這種傳媒技術(shù)主要表現(xiàn)在形式多樣化、信息儲存量大、共享性強、擴展性廣、交流時效性佳。因此，這種技術(shù)為教育教學(xué)提供了豐富的資源，也為教育現(xiàn)代化的實現(xiàn)提供了技術(shù)支撐。

教育信息化的重要性已被大家所認(rèn)可。教育信息化的趨勢在全球所有國家均已萌芽。尤其是美國在教育信息化領(lǐng)域更是捷足先登，在1989年美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會就已經(jīng)發(fā)布了《2061計劃》并且提出了新觀念—信息技術(shù)與課程整合[1]。美國的教育系統(tǒng)非常重視這種技術(shù)，政府在教育信息產(chǎn)業(yè)上也提供了相當(dāng)規(guī)模的保障措施。1993年時任美國總統(tǒng)的克林頓政府提出信息高速公路計劃[1]，為信息技術(shù)與課程整合的順利開展所提供了政策性的保障。在教育信息化發(fā)展起來后,2000年美國教育技術(shù)論壇在第三年度報告中指出，數(shù)字化學(xué)習(xí)的關(guān)鍵之處是把數(shù)字化的內(nèi)容整合范圍逐漸增加，并且在全課程中整合應(yīng)用于課堂教學(xué)。只有把動態(tài)性質(zhì)的數(shù)字內(nèi)容運用于教學(xué)，并且明確教育目標(biāo)且教師訓(xùn)練有素，這將會提高學(xué)生探索與研究的能力，可以達(dá)到數(shù)字化學(xué)習(xí)的目標(biāo)。為了創(chuàng)造生動的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)21世紀(jì)的素質(zhì)型人才，學(xué)校必須將數(shù)字化內(nèi)容與各學(xué)科課程相整合[1]。”可見，美國在信息化教育教學(xué)方面的重視程度是極大的。

在英國教育信息化的影響也很大。1995年英國官方就提出了教育高速公路—前進(jìn)之路行動計劃[2]。國家層面要求在學(xué)校所有科目的教學(xué)過程中使用信息技術(shù)并改善信息技術(shù)的有效性，并且要求學(xué)校提高教育效率。在該計劃實施兩年后，英國官方就宣布將信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于公立學(xué)校的教學(xué)中。在信息技術(shù)取得一系列成果的同時，英國政府在2005年又提出了信息化教育的五年e-Strategy政策，確定了未來五年信息教育的總體目標(biāo)、可行內(nèi)容，教育改革的程度以及在實踐中優(yōu)先開展的活動等。 這一目標(biāo)強化了未來優(yōu)先實行的六項核心任務(wù)，建立了相應(yīng)的評估方法，為教育信息化的發(fā)展做出了較大的貢獻(xiàn)。

教育信息化對亞洲國家也有深遠(yuǎn)的影響。早在1990年，日本已經(jīng)提出一項九年行動計劃，倡導(dǎo)大力支持信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用[3]。1994年，開展了百校聯(lián)網(wǎng)工程[3]。1998年，日本在關(guān)于教育課程基本方向的研究報告中明確指出，所有基礎(chǔ)教育階段學(xué)科都應(yīng)該使用計算機授課。1999年，日本又頒布了新千年計劃，明確了教育信息化的目標(biāo)。預(yù)期到2001年所有公立學(xué)校聯(lián)網(wǎng)且所有教師具備有效采用計算機授課的能力，到2005年，所有學(xué)校都將使用互聯(lián)網(wǎng)輔助教學(xué)。2006年后，將實行一項新戰(zhàn)略《后2005年代IT戰(zhàn)略行動計劃》?？梢娙毡緦τ诮逃畔⒒闹匾暢潭确浅ｏ@現(xiàn)。

當(dāng)然，我國也不例外。十一五期間，教育部部長陳至立同志在《應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，推動教育教學(xué)改革》中指出 “要深刻認(rèn)識現(xiàn)代信息技術(shù)在教育教學(xué)中的重要地位及其應(yīng)用的必要性和緊迫性，充分認(rèn)識應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和社會發(fā)展對教育的要求,是教育改革和發(fā)展的需要?！?，并且號召“各級各類學(xué)校的教師要緊跟科學(xué)技術(shù)發(fā)展的步伐,努力掌握和應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù),以提高自身素質(zhì),適應(yīng)現(xiàn)代教育的要求”。國家教育部在2001年 6月7日頒布的《基礎(chǔ)教育課程改革綱要試行》[4]中提出“大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過程中的普遍應(yīng)用,促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合,逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式、和師生互動方式的變革,充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢,為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具”。在2018年的政府工作報告[3]中李克強總理明確指出“做大做強新興產(chǎn)業(yè)集群，實施大數(shù)據(jù)發(fā)展行動，加強新一代人工智能研發(fā)應(yīng)用，在教育等多領(lǐng)域推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”，同時，要發(fā)展網(wǎng)絡(luò)教育。在這一背景下，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”迅猛發(fā)展的大趨勢變得更加清晰”[5]。

在這種發(fā)展趨勢的誘導(dǎo)下，信息技術(shù)的應(yīng)用在中小學(xué)教育中顯得尤為突出和重要。改變傳統(tǒng)、單一的授課方式，打破學(xué)生僅以教科書作為唯一知識來源的局限性。上世紀(jì)60年代在教育領(lǐng)域應(yīng)用計算機以來，發(fā)達(dá)國家信息技術(shù)與課程整合的發(fā)展通常經(jīng)歷了三個階段：CAI(計 算 機 輔 助 教 學(xué))、CAL(計 算 機 輔 助 學(xué) 習(xí))、IITC(信息技術(shù)與課程整合)。并且在第三階段信息技術(shù)與課程整合IITC階段，提出了信息技術(shù)教育的概念來取代計算機教育的理念[6]。目前各國都在致力于IITC階段，這一階段也是目前教育信息化發(fā)展的重要趨勢。

在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，加強信息技術(shù)的應(yīng)用，可以使抽象難懂的知識以生動的形象展現(xiàn)出來,從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教師的教學(xué)質(zhì)量，有效的提升課堂的效果與效率[7-12]。

經(jīng)查閱大量文獻(xiàn)可知，現(xiàn)代信息技術(shù)的使用能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在目前的CAI與CAL階段，中學(xué)化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用最為廣泛的是多媒體技術(shù) （即計算機將文字、圖片、視頻等進(jìn)行數(shù)字化采集、加工和處理，在以單獨或合成形式表現(xiàn)出來的技術(shù)）。在中學(xué)教學(xué)中最常使用的就是幻燈片及視頻。用幻燈片將所學(xué)的知識點結(jié)合圖片展示給學(xué)生，使復(fù)雜難懂的知識變得更加通俗易懂，更加形象，使用視頻將一些危險的、復(fù)雜的實驗進(jìn)行展示，彌補了之前教學(xué)中所出現(xiàn)的只能讓學(xué)生死記硬背實驗現(xiàn)象的不足,讓學(xué)生更加直觀地看到實驗現(xiàn)象，便于學(xué)生理解與記憶，從而提升學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。

而在IITC階段，我們將不滿足于以上只是單一的用多媒體授課的信息化教學(xué)方式，學(xué)生只是被動地接受。而現(xiàn)在我們將致力于研究一種將學(xué)生與知識有機緊密地聯(lián)系起來，這種方式不再局限于課堂之中，而是讓學(xué)生隨時隨地的都能學(xué)習(xí)，同時讓學(xué)習(xí)更加的生動、有趣。

在這種前提下涌現(xiàn)了一種新的方法——虛擬實驗法。虛擬實驗法具有仿真、交互、安全等諸多特點，并且該方法的使用不受時間和空間的限制，可以將微觀的實驗現(xiàn)象宏觀化，將一些不夠明顯的實驗現(xiàn)象放大展示，加深學(xué)生的認(rèn)知，他不同于以往是實驗視頻，只是簡單的講述，虛擬實驗強大的交互性正是我們現(xiàn)在IITC階段所要尋求的一種方式，同時它可以彌補現(xiàn)階段教育教學(xué)中的不足之處，同時結(jié)合教學(xué)中真實的實驗操作，使得二者有機結(jié)合相互補充，在一些現(xiàn)有困難方面發(fā)揮其良好的作用，同時也能使理論教學(xué)取得一定成效，是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的良好工具。

目前國外的許多公司已經(jīng)研究出了相對較完善的虛擬實驗系統(tǒng)，例如：由美國Model Science公司研制的一款交互式化學(xué)實驗?zāi)M軟件Chem Lab[13]。該軟件具有強大的功能，學(xué)生通過與計算機的交互，使實驗過程栩栩如生的展現(xiàn)在他們面前，完美地再現(xiàn)實驗過程和現(xiàn)象。VRCEL(Virtual Reality in Chemical Engineering Laboratory)實驗室主要開發(fā)和探索虛擬現(xiàn)實技術(shù)在化學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用可引導(dǎo)學(xué)生快速的掌握實驗、問題求解和數(shù)據(jù)處理分析的方法。

我國虛擬實驗的研究目前來看相對較少，但有些高校也已制作了虛擬實驗仿真系統(tǒng)教學(xué)軟件。例如，中國第一套虛擬現(xiàn)實教學(xué)軟件是由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)人工智能與計算機應(yīng)用研究室所研發(fā)的“幾何光學(xué)實驗設(shè)計平臺”[13]。 南京一公司推出 “仿真化學(xué)實驗室”[14]，分為仿真化學(xué)實驗室、三維分子展示和中學(xué)化學(xué)百科三大部分。虛擬實驗室使用簡單，一些中學(xué)教師已經(jīng)在實驗教學(xué)中初步應(yīng)用；浙江大學(xué)的虛擬化學(xué)實驗具有更加完善的三維圖像，在實驗教學(xué)中可以通過鼠標(biāo)操作完成實驗，大大增加了實驗的交互性[15]。未來可將虛擬實驗與人工智能相結(jié)合，使該軟件操作更加簡潔，使用更加人性化。由此看來虛擬實驗軟件的發(fā)展前景良好，對中學(xué)化學(xué)教學(xué)有著重大意義，它能轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的教學(xué)模式，使教學(xué)更加智能化。

總之，本文重點闡述了現(xiàn)代信息技術(shù)在中學(xué)化學(xué)中的應(yīng)用情況，并介紹了虛擬實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀。期望通過調(diào)查現(xiàn)代信息技術(shù)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，找出現(xiàn)階段使用現(xiàn)代信息技術(shù)的困難與問題，提出改進(jìn)方法，其次探尋一條如何使用現(xiàn)代信息技術(shù)有效提升中學(xué)化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量與效率之路。