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、零散知識系統(tǒng)化、思維過程清晰化、知識生成可視化，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】G633.8 【文獻標識碼】B 【文章編號】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)研究的對象是微觀粒子，肉眼無法真實觀察，只能通過抽象的文字描述、平面的圖片展示、有限的模型觀察進行學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)過程中勢必產(chǎn)生許多的迷思概念，這些迷思概念的負作用，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，過程中分子的行為又無法觀察，演示實驗只能觀察到表象而不能看清本質(zhì)，只能死記實驗現(xiàn)象和結(jié)論?；瘜W(xué)反應(yīng)原理比較抽象，語言的闡述始終比較虛化和淡薄。學(xué)生往往霧里看花，沒有真正理解，無法構(gòu)建相互聯(lián)系的知識體系，最終只能是水中撈月。

3.化學(xué)知識比較零散，邏輯性和系統(tǒng)性不強，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)生形成知識體系的難度。許多學(xué)生只靠死記硬背，知識遺忘率較高，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.實驗心理學(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：視覺占83%，聽覺占11%，嗅覺占3.5%，觸覺占1.5%，味覺占1%。視覺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.雙重編碼理論認為：人們對事物的認識是基于同時對語言和非語言信息的加工和處理。語言系統(tǒng)以語言和文字的形式對信息輸入或輸出，同時又具有非語言的映像和行為的表征功能。認知存在依據(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)想與層級組織的語言實體的“語言單元”兩種方式。教學(xué)過程的可視化作為基于語言單元的理解提供必要的輔助與補充，可以大大降低語言單元的認知負荷，提升信息處理、識別、儲存與提取的效率。

3.有意義學(xué)習(xí)理論認為：有意義學(xué)習(xí)表現(xiàn)為所學(xué)新知識與原知識系統(tǒng)建立聯(lián)系的傾向和學(xué)習(xí)內(nèi)容對學(xué)生具有潛在意義。因此奧蘇貝爾認為教學(xué)過程中須關(guān)注三個變量。即（1）學(xué)生認知結(jié)構(gòu)中與新學(xué)知識具有關(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)過程中將抽象的概念圖形化、新舊知識聯(lián)系化和零散知識系統(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（數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)化為具體的幾何圖像，使受眾看見原本看不見的東西。現(xiàn)在發(fā)展為科學(xué)可視化、數(shù)據(jù)可視化、信息可視化、知識可視化。本文指的是化學(xué)教學(xué)中的知識可視化。

四、化學(xué)教學(xué)可視化的嘗試

1.微觀粒子可視化

將無法觀察的微觀粒子通過各種信息技術(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動畫等直觀的圖形，會大大增強學(xué)生對物質(zhì)結(jié)構(gòu)中微觀世界的感知、認識和理解。

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

（2）分子雜化軌道理論是高中化學(xué)教學(xué)的難點，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，并配以動畫播放，降低了學(xué)生理解的難度。

（3）金屬晶體堆積方式對學(xué)生空間想象力的要求非常高。通過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，宏觀靜止與微觀變化的動態(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)公開的化學(xué)平衡理java模擬實驗：升高溫度2NO2（g）N2O4（g）的平衡濃度與時間的關(guān)系，直觀反映平衡移動的過程。

（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)進程的研究，使無法觀察的反應(yīng)進程可視化，幫助學(xué)生加深對平衡移動原理的理解與掌握。在教學(xué)壓強對化學(xué)平衡2NO2（g）N2O4（g）的影響時，采用手持技術(shù)，使平衡的移動清晰可見。

3.思維過程可視化—思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖是表達發(fā)散性思維和邏輯性思維的圖形思維工具，它將思維過程可視化。思維導(dǎo)圖利用圖形、圖表表現(xiàn)各結(jié)點主題的隸屬和相關(guān)關(guān)系。思維導(dǎo)圖充分運用左右腦的機能，建立主題關(guān)鍵詞與圖像、圖表記憶鏈接，利用閱讀、識記、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，對各種可視化教學(xué)軟件的應(yīng)用不能得心應(yīng)手，花費大量時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；對各知識板塊可視化的實際應(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)實驗的可視化誤區(qū)。

六、總結(jié)

可視化是運用現(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)、肉眼無法觀察的微粒、難以接受和理解的快速反應(yīng)過程轉(zhuǎn)換成直觀的、可視的、易于被人接受和理解的圖形和動畫，形成學(xué)生視覺感知的信息源?？梢暬虒W(xué)能幫助學(xué)生將抽象知識的具體化、繁雜的知識條理化、將零散的知識系統(tǒng)化，使學(xué)生能透過表象認識客觀事物的本質(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

[1]麥裕華.化學(xué)教育，2011，（6）：77-79.

[2]林小慧.教育心理學(xué)報，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)用簡介，化學(xué)教育，2011，（11）77-82.

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