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中,教師通過使用新技術(shù)、新手段,化難為簡、化靜為動。但是,化學作為一門實驗科學,不可避免的存在著危險性,而實驗作為化學教學的重要組成部分,是必須要保留的,傳統(tǒng)的技術(shù)手段無法清晰的展現(xiàn)實驗過程,很多實驗因為受到條件限制無法而無法進行。利用新技術(shù),實現(xiàn)化學教學的各項要求,同時又不具有危險性,有利于增強學習者的化學理論素質(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,利用信息技術(shù)為課堂服務(wù),是每個教師都應(yīng)該思考的話題。單純而抽象的課堂教學已經(jīng)不再適應(yīng)時代的發(fā)展,也不容易為學生所接受,因此,在化學實驗中引入信息新技術(shù),,將知識通過新途徑傳授給學生,進而實現(xiàn)課堂質(zhì)量、學習質(zhì)量、學習興趣等多方面的共同提高。
【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);化學實驗;教學
一、當前具有前景的新技術(shù)闡述
(一)VR技術(shù)
VR(虛擬現(xiàn)實)技術(shù)綜合了計算機圖形技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、傳感器技術(shù)、顯示技術(shù)等多種科學技術(shù),在多維信息空間上創(chuàng)建一個虛擬信息環(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,這其中又有多個分支,對于不同類型的個體還要涉及與之相關(guān)的學科。對此在國外也未能嚴格細致地加以劃分與確定,但公認的基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)成主要有人機接口技術(shù)、模擬仿真技術(shù)、真實存在技術(shù)3個方面。
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,通過進行動作等方法為計算機提供輸入信號,VR系統(tǒng)根據(jù)接收到這些輸入信號,利用虛擬環(huán)境數(shù)據(jù)庫當中已經(jīng)存儲的信息進行反應(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)生的實時變化使得參與者能夠?qū)崟r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)、實時視頻控制技術(shù)、多傳感器信息融合技術(shù)、實時跟蹤及注冊技術(shù)、場景融合技術(shù)等多種技術(shù)手段,將生成的虛擬信息融合到真實場景之中,使得虛擬增強信息和真實場景信息相互共存、相互補充、相互疊加。
AR技術(shù)是將景象在人的視覺系統(tǒng)中進行增強與擴張,促使用戶將其所見所聞和信息的顯示有效地結(jié)合起來,實現(xiàn)虛擬信息與現(xiàn)實世界真正意義上的無縫銜接,通過建立虛擬世界與現(xiàn)實世界結(jié)合的軌道空間,將花費在虛擬與現(xiàn)實兩者之間不斷切換和對應(yīng)的時間與工作量降到最低。
二、新技術(shù)在化學實驗教學領(lǐng)域的應(yīng)用
化學實驗一般都是比較枯燥危險的,傳統(tǒng)的教學方式下,很多的實驗無法進行演示或者由學生進行實驗,學生經(jīng)常處于懵懂的狀態(tài),不能很好的接受知識,也不能體會到實驗的危險性,也容易引起很多問題。
通過VR/AR技術(shù)進行虛擬實驗,不僅能夠體現(xiàn)實驗的真實性、直觀性、安全性和時效性,同時也能提高學生的學習熱情和動手能力,對于一些不容易完成的實驗,學生可以利用平臺反復(fù)進行,也節(jié)省了寶貴的教育資源。
【實例一】氫氣與氯氣反應(yīng),在光照條件下發(fā)生爆炸。這個實驗使用的材料有劇毒的氯氣和極易燃的氫氣,不僅有爆炸,也會產(chǎn)生氯化氫氣體。即使是教師進行演示,也需要專門的實驗區(qū)域和實驗器材。學生很難有親身感受。而通過使用VR/AR技術(shù),學生可以在模擬的環(huán)境下進行虛擬操作,不需要接觸到任何的危險氣體,同時也能體會到一樣的效果。
【實例二】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),學生也不利于觀察反應(yīng)進行的情況。而通過VR/AR技術(shù),學生可以通過放慢等方式延長反應(yīng)時間,可以仔細觀察反應(yīng)進行的情況,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反應(yīng)方程式?,F(xiàn)實當中沒有條件進行的實驗,而通過VR/AR技術(shù),可以進行模擬實驗,讓學生直面反應(yīng)過程與反應(yīng)產(chǎn)物,將課本上枯燥的描述具體化,也便于學生領(lǐng)會學習相關(guān)的知識。
利用VR/AR技術(shù),可以虛擬出各種化學實驗所需要的器材,學生可以在虛擬的世界中,練習各種實驗儀器的使用方式方法,使學生理解化學實驗的各種原則,讓學生通過非傳統(tǒng)手段接觸到難以親身體會的信息,形象生動、安全可靠,符合學生的認知規(guī)律,有利于促進新信息的傳遞和知識的構(gòu)建。
三、信息新技術(shù)引入實驗教學的思考
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,拓展學生的知識面,擴大教學范圍。利用信息技術(shù),使得學習的知識由書本上的理性認識上升為實際可操作的感性認識,增強學生融會貫通的能力,同時,將理論與實際相結(jié)合,可以提高學生的發(fā)散思維能力,增加學生的創(chuàng)造性。
VR/AR技術(shù)的出現(xiàn),使得實驗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中,可以有針對性提出問題,引導(dǎo)學生自己進行模擬實驗。教師可以對實驗結(jié)果進行評估,并且繼續(xù)引導(dǎo)學生對所學知識進行深度挖掘,讓學生可以對各種概念熟練運用,也調(diào)動了學生的進取心和積極性。
信息新技術(shù)變革了化學實驗中教師的教學方法和學生的學習方法,教師可以不再通過進行各種繁復(fù)的分析教學,學生可以更加輕松的來學習化學實驗,可以將更多的精力投入到現(xiàn)實的、探索性的化學實踐活動中去,實現(xiàn)實驗教學重點、難點的突破。將現(xiàn)代化的教學手段對傳統(tǒng)教學相結(jié)合,相互補充促進,補齊傳統(tǒng)教學手段的短板,提高學生學習化學和解決問題的能力,提升教師的教學質(zhì)量,最終形成雙贏的局面。但信息新技術(shù)應(yīng)用于化學實驗教學也有以下幾個注意方面。
(一)信息新技術(shù)與化學實驗教學相結(jié)合,重點在于教學實驗和新的實驗類型開發(fā)上,不能因為使用新技術(shù)而喧賓奪主,過分的重視新技術(shù)。
(二)信息新技術(shù)與化學實驗教學相結(jié)合,應(yīng)注重理論結(jié)合實際,一方面,不能放棄傳統(tǒng)的教學實驗方法,另一方面,教師應(yīng)該學習更多的先進教學理念和教學理論,將這些理論和認識用于新的實驗教學當中,而不是故步自封。
(三)信息新技術(shù)與化學實驗教學相結(jié)合,不能完全放棄真實的實驗?,F(xiàn)場實驗所具有的現(xiàn)場性,時效性,真實性等特點是新技術(shù)手段無法取代的,學生即使經(jīng)過再多的模擬練習,在真正的實驗環(huán)境下依然可能出錯,這就需要學生必須有現(xiàn)場實際的動手能力。與此同時,要鼓勵學生多動手進行實際操作。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)實環(huán)境當中并沒有如此完美的環(huán)境存在,因此,要讓學生學會在日常的環(huán)境當中盡量減少實驗的干擾因素,獲得正確的實驗結(jié)果,同時,也要讓學生善于觀察實驗可能出現(xiàn)的其他反應(yīng),從中獲取到更多的知識。
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