应用交互智能性教学课件培养学生探究能力初探_报告题目 浅析 初探 探究
时间：2019-02-05 03:26:54 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：用“CO还原CuO”这一实际案例诠释了反应仿真智能教学课件在培养学生探究能力方面的成效。 关键词：科学探究及能力；交互仿真智能性课件 文章编号：1005－6629(2008)03－0044－04中图分类号：G633.67 文献标识码：B
科学探究是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段化学课程的重要内容，对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。如“初中化学新课程标准”明确提出“将科学探究作为课程改革的突破口”；在“高中化学新课程标准”也提出“以进一步提高学生的科学素养为宗旨……提高学生的科学探究能力……”。由此可见，培养学生的科学探究能力对学生未来的发展有着十分重要的作用！
1 科学探究及能力的概述
科学探究的主要目标是使学生领悟科学探究的思想，培养学生进行科学探究所需要的能力，增进对科学探究方法与过程的理解[2]。
美国学者彼得森对科学探究定义如下：“科学探究是一种系统的调查研究活动，其目的在于发现并描述物体和事物之间的关系。其特点是采用有秩序的和可重复的过程；简化调查研究对象的规模和形式；运用逻辑框架作解释和预测。探究的操作活动包括观察、提问、实验、比较、推理、概括、表达、运用及其他活动[3]。”上述科学探究的定义和说明启示我们，要全面理解科学探究的涵义，须把握以下三个方面：
第一，科学探究的本质。科学探究在本质上是科学家用来解决自然领域或科学问题的一种思维方式，它追求知识的确凿性，即对任何理论不轻信盲从，不迷信权威，而是用证据来证明。
第二，科学探究过程。科学探究是一种过程，有一定的活动程序或阶段。无论科学家从事哪一门类或哪一领域的研究，从发现问题到解决问题，都要大体上经过这样一些类似的活动过程或阶段：形成问题、建立假设、制定研究方案、检验假设、做结论。正是上述这些活动过程构成了被称为“探究”的科学过程，进而也成为判断某种活动是否是科学探究活动的依据。
第三，科学探究技能。美国科学教育促进会（AAAS）在以过程为中心的SAPA课程中[3]， 从各种科学研究活动里抽取出13种过程技能：观察、分类、应用数字、测量、应用空间与时间关系、交流、预测、推理、下定义、形成假设、解释数据、控制变量、实验。 这些技能彼此紧密联系，统一在探究活动过程中。在实际的化学教学活动中，这些技能则主要是通过完成部分或完整的探究活动而形成和发展的。具体过程一般是：老师创设情景、提出问题，然后引导学生提出猜想和假设，接下来进行实验设计和操作以验证假设的正误，最后得出结论并进行交流反思。学生可以通过完成这些活动来提高其科学探究能力。
这里需要指出的是，科学探究的这三个方面是紧密联系、不可分割的。科学思维是科学探究的核心和灵魂，对探究程序和方法起统帅作用，支配着探究程序的设计、方法的选择和使用。探究程序则把各种探究技能有机地联系起来，形成一个整体。可以说，没有科学思维，科学探究则是盲目的、徒劳的，而没有探究程序和方法，则根本不存在科学探究[3]。
2 现阶段我国中学化学教学中对学生探究能力培养的现状及困难
由于科学探究能力对学生未来的发展具有非常重要的作用，所以，广大教师们无一掉以轻心！为了培养和提高学生的科学探究能力，教师们把能用的方法几乎都用上了。例如：观察、实验、调查、推理、判断、交流、合作等。但由于化学是一门以实验为基础的科学，化学实验还是进行科学探究或培养学生探究能力的最主要方式。通过实验，可培养学生的观察、实验、思维和自学能力，而这些能力都是科学探究能力的重要组成部分。
那么，具体的现实情况又是怎样的呢？通过我们对四川省100多所中学化学课程教学调查情况来看，大致可从教师演示实验、学生分组实验和家庭小实验这三种类型实验的实施情况来了解现阶段中学化学教学中对学生探究能力培养的现状及困难。
演示实验是由教师根据教学内容在课堂上进行现场操作的实验。其目的是通过实验让全体学生观察实验现象，从而提出疑问、获得结论。成功的、现象明显的演示实验可提高学生对化学的学习积极性和参与程度，体现实验过程的真实性、科学性，对培养学生的观察能力和探究能力都有着重要的作用。因此，演示实验是目前在培养学生探究能力方面用得最普遍的一种手段。但是，在实际教学中，由于有些实验装置太复杂、操作难度大、药品有毒性、反应时间长、现象不明显，甚至有些实验本身还有危险，所以，很多探究性实验在实际的教学过程中都变成了老师讲实验，学生根本无法亲身体验科学探究过程，对学生探究能力的培养也就成了纸上谈兵！
学生实验在实际教学过程中，能让学生亲自去完成的机会就更少了。有些学校是因为经费问题而未开设；有些学校则是因为教师嫌课时太紧而直接省略；更有学校因为嫌学生动手能力太差、不能顺利完成实验而干脆直接取消……总总原因使得学生实验在实际教学活动中能够真正落实的情况实在太少，这使得通过学生实验培养学生的科学探究能力几乎成了一句空话。
而比演示实验和学生实验更不能得到落实的则是家庭小实验。因为这类实验是由学生回家自己操作，教师一般不会做硬性要求！自觉的学生觉得学习时间太紧而不做，懒惰的学生因为贪玩也不会做。所以，这类实验能够落实的几率非常微小，想通过这类实验培养学生探究能力的愿望也几乎无法实现。
2 培养学生探究能力的新方法
为弥补化学实验存在的不足，目前市场上已开发出了几种课件。第一种是传统的线性演播型课件。这类课件虽然克服了“现象不易观察”这一缺点，但是使用者却只能象看电影一样去观摩实验现象，而无法主动参与到整个实验过程中去；另一种是所谓的交互型课件。这种课件改变了传统的自动播放模式，使用者可以通过在课件中设置的播放、暂停、返回等按钮来实现对课件的控制，但是这类课件的交互仅仅停留在让课件使用者去控制设计好的实验步骤上，使用者不能随意改变实验进行的方向[4]， 因此也无法主动参与到整个实验过程中去。所以，这类课件的交互性弱、创新性差，仍在一定程度上限制了学生的自主性，在对学生探究能力的培养方面所起的作用也微乎其微。
笔者根据多年一线教学的经历开发出的一种新型教学课件―交互仿真智能性教学课件不仅能提高学生的学习兴趣，而且还能加深学生对学科知识和原理的理解，并且有效地培养学生的科学探究能力。
2.1交互仿真智能性教学课件的定义
交互仿真智能性教学课件是适合于教师和学生使用的课件，有别于经典的人工智能教学软件，是信息技术教育应用的一个新方向。
该类课件中，交互是指通过教师（或学生）对计算机图形元素的操作以实现某一特定教学目标的过程；仿真是指尽量再现真实场景和现象；而智能性则是指对用户的操作路径进行跟踪，并具有作出相应反馈及评价的功能。有了这种及时的反馈，学习的过程就变成了一个渐进的尝试错误的过程，在这个过程中，错误的反应逐渐减少，而正确的反应最终形成。
由此可见，交互仿真智能性教学课件是指用户可以通过自己的操作这一境况，激起完成具有一定目的的教学课件的反应，由计算机根据用户的操作及时做出反馈，最终通过观察判断模拟的真实场景和过程，实现用户自身知识结构中某一知识点的意义建构。
2.2 交互仿真智能性教学课件的具体案例介绍
我们开发了很多这类课件，并已逐步运用到了实际的化学教学活动之中，获得了很好的评价。下面就以九年级化学“CO还原CuO”实验为例，来简单介绍该类课件是如何培养学生的探究能力的。
2.2.1“CO还原CuO”实验在教材中的地位
CO的性质是九年级化学上册“第六单元碳和碳的氧化物”这一单元的重点内容之一。而设置“CO还原CuO”实验的目的则是让学生通过观察实验现象而总结出CO的还原性，了解CO的毒性，巩固CO的可燃性知识，并对尾气处理的方法做一定的了解。所以，该实验旨在培养学生的观察、提问、实验、比较、概括等科学探究能力。
2.2.2“CO还原CuO”课件的具体介绍
2.2.2.1 导航条
课件设计的有导航条，其中包括“上一步”、“实验内容”、“实验原理”、“思考练习”和“下一步”5个按钮，这些设计可使学生在做“实验”时知道要做什么和该怎么做，以免手忙脚乱。学生在导航条的指导和帮助下进行“实验”（即通过鼠标操作交互仿真智能性教学课件），不仅能比较独立地实现对该知识点的意义建构，而且还能提高学生的自学能力。若能长期坚持下去，其科学探究能力的提高则是显而易见的。
2.2.2.2 场景
课件的场景部分类似于化学实验室里的实验桌面。我们的“实验”都是在这里完成的。例如：下图1就是“CO还原CuO”实验的场景之一――仪器的组装。
图1 仪器的组装
图2 正确的实验装置图
2.2.2.3 课件优越性的具体体现
交互性 ：课件场景中的对象（仪器、药品等）可通过鼠标的拖动或点击来实现仪器的移动、酒精灯的点燃等动作，这在组装实验仪器的过程中显得尤为重要。例如：在如图1所示的场景中，学生可用鼠标拖动图中的任一仪器进行组装，若组装错误，课件会自动提示。组装完以后，学生若要检验自己是否组装正确，则可点击“下一步”按钮，进入图2所示的场景，然后与正确的实验装置对比。此步操作可在一定程度上培养学生的实验能力和比较能力。
仿真性：尽量再现真实的实验过程和实验现象等，以弥补实验现象不易观察的缺点。在该课件中，学生可以清楚地观察到黑色的CuO粉末变红、澄清的石灰水变浑浊以及处理尾气时CO燃烧时的蓝色火焰，学生通过观察这些实验现象可以大大提高其观察能力。
智能性：通过对用户的操作路径进行适时跟踪，并作出及时地反馈，以达到智能地判断实验的步骤是否正确、操作是否规范等目的。例如：实验开始时，学生既可先点燃酒精灯加热试管，又可先点击“通入CO”再点燃酒精灯。因此，课件对这两种不同的操作做出了不同的反应：如果学生先去点酒精灯，酒精灯是不会燃的；而先点击“通入CO”，再点燃酒精灯，则酒精灯就会立即燃烧，并且提示学生处理尾气。另外，在加热试管时，若通入CO的时间不够长，或用酒精灯加热时没有先预热，课件又设计了试管会被炸裂的情况。最后，当黑色粉末全部变红时，课件又会出现“停止通CO”和“停止加热”两个按钮，若先点击“停止通CO”，或点击“停止加热”按钮后就马上点击“停止通CO”按钮，都会出现试管中的红色的铜慢慢变成黑色的情况。课件的这些智能设计，不仅使学生把该实验的步骤和注意事项记得清清楚楚，同时，学生也通过思考产生这些误操作现象的原因而大大提高他们提问的能力和概括的能力。
可错性：学生在“实验”过程中，若某一步操作错误，则计算机会自动出现错误操作的后果，使学生加深印象；同时，学生又可点击“上一步”按钮，重新“实验”，直到出现正确的结果。例如：学生在实验结束时，若是先点击“停止通CO”按钮而看到试管中的红色的铜慢慢变成黑色的情况后，学生会意识到实验步骤错误了。此时，学生可点击“上一步”按钮重新“实验”，待“实验”结束时先点击“停止加热”按钮，过一会儿后再点击“停止通CO”按钮，这样就不会出现试管中的红色的铜慢慢变成黑色的情况了。学生通过正误对比，自然会加深印象，同时也能提高学生比较的能力。
可重复性：若学生在“实验”过程中，对某一实验现象观察得不够仔细，学生也可点击“上一步”按钮，重新“实验”，直到看清楚实验现象为止。例如该实验中，若对试管中黑色CuO慢慢变成红色和澄清石灰水变浑浊的现象没看清楚的话，学生就可以重复一次或多次进行“实验”以便重新观察，而这样做也不会浪费太多时间。
该课件的这些特点，使它不仅能够显著提高学生的学习兴趣，还能有效培养学生的观察、提问、实验、比较和概括能力，使学生不仅能在愉快的学习环境中掌握科学知识，而且还能有效提高科学探究的能力。
3 结束语
培养科学探究能力是新课程改革的灵魂，是开展研究性学习的出发点和归宿。交互仿真智能性教学课件具有独特的优势，它在化学教学中的应用能为培养学生的探究能力起着极大的辅助作用。因此，它是近年提出的一个计算机辅助教学全新的发展方向，是对传统学科教学的补充，也是IITC（Integrating Information Technology into the Curriculum 信息技术与课程整合）阶段的新生力量。
使用该课件的宗旨是培养学生的思维能力，而不是动手能力。因此，它的应用不是代替、也永远不可能代替真实实验！但是，如果我们能将该类课件与真实实验合理、有效地结合起来的话，必然会大大提高教学效率和学生的探究能力，并将对发展我国的教育事业有着极其深远的意义！
参考文献：
[1]教育部制订.全日制义务教育化学课程标准(实验稿)[M].北京:北京师范大学出版社，2001.
[2]科学探究（过程、方法与能力）.[DB/OL]. http://www.省略/200111/ca542.htm.
[3]科学探究的技能方法. [DB/OL]. http://www.blog.省略/user1/17619/archives/2005/350619.shtml.
[4]任建华，冉鸣.全交互智能化化学课件及实现方法浅析[J].化学教学，2006，（9）.
[5]桑代克. 教育心理学概论[M]. 商务印书馆出版社.1926.
[6]刘源，陈琰君，冉鸣.浅谈交互仿真智能性教学课件的开发[J]. 中国教育信息化(基础教育). 2007，（6）：32-34.
[7]何克抗.信息技术与课程深层次整合的理论与方法[J]. 电化教育研究. 2005，（1）：7-15.
