吳繼紅
【摘 要】信息技術(shù)的發(fā)展,已經(jīng)給各行各業(yè)帶來了極大地便利。信息技術(shù)已經(jīng)逐漸滲入到了課堂當(dāng)中,教師通過使用新技術(shù)、新手段,化難為簡(jiǎn)、化靜為動(dòng)。但是,化學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),不可避免的存在著危險(xiǎn)性,而實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)教學(xué)的重要組成部分,是必須要保留的,傳統(tǒng)的技術(shù)手段無法清晰的展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程,很多實(shí)驗(yàn)因?yàn)槭艿綏l件限制無法而無法進(jìn)行。利用新技術(shù),實(shí)現(xiàn)化學(xué)教學(xué)的各項(xiàng)要求,同時(shí)又不具有危險(xiǎn)性,有利于增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的化學(xué)理論素質(zhì)及應(yīng)用素質(zhì)。
隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展,人類獲取信息的手段日趨多元化。如何跟上信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),利用信息技術(shù)為課堂服務(wù),是每個(gè)教師都應(yīng)該思考的話題。單純而抽象的課堂教學(xué)已經(jīng)不再適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,也不容易為學(xué)生所接受,因此,在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中引入信息新技術(shù),,將知識(shí)通過新途徑傳授給學(xué)生,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)課堂質(zhì)量、學(xué)習(xí)質(zhì)量、學(xué)習(xí)興趣等多方面的共同提高。
【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)
一、當(dāng)前具有前景的新技術(shù)闡述
(一)VR技術(shù)
VR(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù),在多維信息空間上創(chuàng)建一個(gè)虛擬信息環(huán)境,能使用戶具有身臨其境的沉浸感,具有與環(huán)境完善的交互作用能力,并有助于啟發(fā)構(gòu)思。虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜合,所包括的技術(shù)種類很多,這其中又有多個(gè)分支,對(duì)于不同類型的個(gè)體還要涉及與之相關(guān)的學(xué)科。對(duì)此在國(guó)外也未能嚴(yán)格細(xì)致地加以劃分與確定,但公認(rèn)的基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)成主要有人機(jī)接口技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、真實(shí)存在技術(shù)3個(gè)方面。
參與者需要使用VR系統(tǒng)適配的可穿戴設(shè)備,例如數(shù)字頭盔、數(shù)據(jù)手套、數(shù)字衣,等等,通過進(jìn)行動(dòng)作等方法為計(jì)算機(jī)提供輸入信號(hào),VR系統(tǒng)根據(jù)接收到這些輸入信號(hào),利用虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)庫當(dāng)中已經(jīng)存儲(chǔ)的信息進(jìn)行反應(yīng),并將反應(yīng)結(jié)果反饋給參與者所穿戴的設(shè)備,通過設(shè)備產(chǎn)生的實(shí)時(shí)變化使得參與者能夠?qū)崟r(shí)獲得各種感官上的虛擬效果。
(二)AR技術(shù)
AR技術(shù)是指通過多媒體技術(shù)、三維建模技術(shù)、實(shí)時(shí)視頻控制技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、實(shí)時(shí)跟蹤及注冊(cè)技術(shù)、場(chǎng)景融合技術(shù)等多種技術(shù)手段,將生成的虛擬信息融合到真實(shí)場(chǎng)景之中,使得虛擬增強(qiáng)信息和真實(shí)場(chǎng)景信息相互共存、相互補(bǔ)充、相互疊加。
AR技術(shù)是將景象在人的視覺系統(tǒng)中進(jìn)行增強(qiáng)與擴(kuò)張,促使用戶將其所見所聞和信息的顯示有效地結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)虛擬信息與現(xiàn)實(shí)世界真正意義上的無縫銜接,通過建立虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界結(jié)合的軌道空間,將花費(fèi)在虛擬與現(xiàn)實(shí)兩者之間不斷切換和對(duì)應(yīng)的時(shí)間與工作量降到最低。
二、新技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用
化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般都是比較枯燥危險(xiǎn)的,傳統(tǒng)的教學(xué)方式下,很多的實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行演示或者由學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),學(xué)生經(jīng)常處于懵懂的狀態(tài),不能很好的接受知識(shí),也不能體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性,也容易引起很多問題。
通過VR/AR技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),不僅能夠體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性、直觀性、安全性和時(shí)效性,同時(shí)也能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)手能力,對(duì)于一些不容易完成的實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以利用平臺(tái)反復(fù)進(jìn)行,也節(jié)省了寶貴的教育資源。
【實(shí)例一】氫氣與氯氣反應(yīng),在光照條件下發(fā)生爆炸。這個(gè)實(shí)驗(yàn)使用的材料有劇毒的氯氣和極易燃的氫氣,不僅有爆炸,也會(huì)產(chǎn)生氯化氫氣體。即使是教師進(jìn)行演示,也需要專門的實(shí)驗(yàn)區(qū)域和實(shí)驗(yàn)器材。學(xué)生很難有親身感受。而通過使用VR/AR技術(shù),學(xué)生可以在模擬的環(huán)境下進(jìn)行虛擬操作,不需要接觸到任何的危險(xiǎn)氣體,同時(shí)也能體會(huì)到一樣的效果。
【實(shí)例二】金屬鈉與水反應(yīng)。金屬鈉作為活潑金屬,與水的反應(yīng)非常劇烈,而且很快就完成反應(yīng),學(xué)生也不利于觀察反應(yīng)進(jìn)行的情況。而通過VR/AR技術(shù),學(xué)生可以通過放慢等方式延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,可以仔細(xì)觀察反應(yīng)進(jìn)行的情況,也避免了金屬鈉與水反應(yīng)所可能帶來的人身傷害。
【實(shí)例三】甲苯與濃硫酸濃硝酸混合物反應(yīng)。此反應(yīng)為制備三硝基甲苯的反應(yīng),在教科書上僅有化學(xué)反應(yīng)方程式?,F(xiàn)實(shí)當(dāng)中沒有條件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn),而通過VR/AR技術(shù),可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生直面反應(yīng)過程與反應(yīng)產(chǎn)物,將課本上枯燥的描述具體化,也便于學(xué)生領(lǐng)會(huì)學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)。
利用VR/AR技術(shù),可以虛擬出各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需要的器材,學(xué)生可以在虛擬的世界中,練習(xí)各種實(shí)驗(yàn)儀器的使用方式方法,使學(xué)生理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的各種原則,讓學(xué)生通過非傳統(tǒng)手段接觸到難以親身體會(huì)的信息,形象生動(dòng)、安全可靠,符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,有利于促進(jìn)新信息的傳遞和知識(shí)的構(gòu)建。
三、信息新技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考
信息新技術(shù)作為一種重要的工具,能夠有效地與課堂信息相結(jié)合,拓展學(xué)生的知識(shí)面,擴(kuò)大教學(xué)范圍。利用信息技術(shù),使得學(xué)習(xí)的知識(shí)由書本上的理性認(rèn)識(shí)上升為實(shí)際可操作的感性認(rèn)識(shí),增強(qiáng)學(xué)生融會(huì)貫通的能力,同時(shí),將理論與實(shí)際相結(jié)合,可以提高學(xué)生的發(fā)散思維能力,增加學(xué)生的創(chuàng)造性。
VR/AR技術(shù)的出現(xiàn),使得實(shí)驗(yàn)的安全性和可操作性得到了極大地提高,教師在授課的過程當(dāng)中,可以有針對(duì)性提出問題,引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。教師可以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估,并且繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行深度挖掘,讓學(xué)生可以對(duì)各種概念熟練運(yùn)用,也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的進(jìn)取心和積極性。
信息新技術(shù)變革了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中教師的教學(xué)方法和學(xué)生的學(xué)習(xí)方法,教師可以不再通過進(jìn)行各種繁復(fù)的分析教學(xué),學(xué)生可以更加輕松的來學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn),可以將更多的精力投入到現(xiàn)實(shí)的、探索性的化學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中去,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)的突破。將現(xiàn)代化的教學(xué)手段對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合,相互補(bǔ)充促進(jìn),補(bǔ)齊傳統(tǒng)教學(xué)手段的短板,提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)和解決問題的能力,提升教師的教學(xué)質(zhì)量,最終形成雙贏的局面。但信息新技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有以下幾個(gè)注意方面。
(一)信息新技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,重點(diǎn)在于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和新的實(shí)驗(yàn)類型開發(fā)上,不能因?yàn)槭褂眯录夹g(shù)而喧賓奪主,過分的重視新技術(shù)。
(二)信息新技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,應(yīng)注重理論結(jié)合實(shí)際,一方面,不能放棄傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法,另一方面,教師應(yīng)該學(xué)習(xí)更多的先進(jìn)教學(xué)理念和教學(xué)理論,將這些理論和認(rèn)識(shí)用于新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中,而不是故步自封。
(三)信息新技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,不能完全放棄真實(shí)的實(shí)驗(yàn)?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)所具有的現(xiàn)場(chǎng)性,時(shí)效性,真實(shí)性等特點(diǎn)是新技術(shù)手段無法取代的,學(xué)生即使經(jīng)過再多的模擬練習(xí),在真正的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下依然可能出錯(cuò),這就需要學(xué)生必須有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的動(dòng)手能力。與此同時(shí),要鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手進(jìn)行實(shí)際操作。虛擬環(huán)境下是純粹意義上的理論環(huán)境,沒有任何的干擾因素存在,現(xiàn)實(shí)環(huán)境當(dāng)中并沒有如此完美的環(huán)境存在,因此,要讓學(xué)生學(xué)會(huì)在日常的環(huán)境當(dāng)中盡量減少實(shí)驗(yàn)的干擾因素,獲得正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,同時(shí),也要讓學(xué)生善于觀察實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)的其他反應(yīng),從中獲取到更多的知識(shí)。
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