中学化学实验与计算机技术

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中学化学实验与计算机技术

芜湖教育网 2011-12-05

摘要：化学是一门以实验为基础的自然科学，化学学科的这种特点决定了化学实验在化学教学中的重要性。在化学教学中，化学实验对于帮助学生学好化学知识、形成良好的化学思维习惯具有重要的意义。然而，通过化学实验所观察到的往往只是一些宏观的、表面的现象，其中的微观变化情况却无法看到，学生难以理解。随着现代教育技术的发展，计算机应用于教育领域，给化学实验教学注入了新的活力。     关键词：计算机技术  多媒体    化学实验     随着社会的发展，越来越多的现代技术应用于化学实验教学。比如计算机模拟化学实验原理及微观反应，可以帮助学生更好的理解化学反应实质，提高实验教学的质量。在中学化学实验教学中，计算机技术可以涉及的主要是以下几个方面：     1.模拟错误操作。一些错误实验操作往往带来严重的危害，出于安全考虑，学生不能亲自尝试这些错误的操作，往往也就记不住错误操作带来的危害，达不到实验安全教育的目的。通过电脑动画模拟演示错误操作带来的后果，不但节约实验用品，而且能给学生留下深刻的印象。例如，在实验室制取氧气的实验中，试管口向上倾斜以及结束实验时，先熄灭酒精灯再撤导管的错误操作，即使教师刻意去做也未必每次都会得到预期的效果（试管破裂）。另外，本着节约的目的也不能每次都给学生做这样的演示。通过电脑的动画模拟，则可以轻松地达到教学目的。再例如，可以制作一个浓硫酸稀释的错误操作的动画，将水倒入浓硫酸中，造成液体飞溅。其实，笔者在平时教学中还制作了一个动画，即两个浓硫酸稀释操作，让学生自己操作，使他们从动画模拟的后果上清楚看到错误操作的危害，这样应该给学生留下了极深的印象，从后来的教学反馈来看，学生掌握的非常好。以下是模拟氢气还原氧化铜实验错误操作的动画。     2.模拟实验装置的搭配。在某些化学实验教学中，实验装置的搭配是非常重要的，如果搭配不对，就会使实验出现危险，会对实验员造成伤害或对仪器造成损害或造成气体泄露污染环境等等。笔者在演示氯气的制备实验时，发现如果只是老师在课堂上自己演示实验的话，由于学生没有身临其境的感觉，没有亲自动手，所以往往效果不好。这时我就针对该实验制作了一个计算机动画，在这个实验动画中，我让学生自己用鼠标点击仪器，将它移到一定的位置，如果学生选择的位置正确，则该仪器就会停留在该位置上，如果位置不对，仪器就会自动回到原来的地方。由于有些学生刚开始时没有认真思考，于是怎么移动仪器都移不到正确位置上，就会勾起他们的兴趣，促使学生开动脑筋思考，在几次错误中吸取经验，最终将正确实验仪器搭配好，往往在错误中总结的经验更能让人深深记住，无形中既激发了学生的兴趣有真正达到了教学的目的。     3.一些有毒有危险的化学实验，由于药品和仪器的限制，在中学化学实验室中无法实现的，可以利用动画表现出来，让学生有个感性的认识。比如，钾与水的剧烈反应等，甚至可以将碱金属与水的反应都用计算机模拟出来，以便学生进行比较。     4.严重污染环境，易使人中毒的实验。例如，一氧化碳还原氧化铜的实验，由于一氧化碳的毒性较大，很容易造成中毒事件，再比如硫化氢的　　制备和性质等实验。如果改用计算机进行模拟，既可以直观地观察到实验过程中的各种现象，又可以避免对师生身体的损害，这样既达到了消除污　　染又达到了掌握知识的目的。     5.难度较大，成功率较低或反应较慢的实验。有一些实验由于受到各种因素的影响，往往不易成功或现象不明显，影响教学效果。例如，氢气和氯气混合点燃爆炸，焰色反应、氢气燃烧时的火焰颜色等。也有一些实验反应太慢，如铁生锈、胶体的电泳实验等。采用动画模拟，可以直接将实验过程显示出来，真实感极强，既能减轻教师的负担，又能提高教学效果。     6. 现象不明显的或不易观察到的化学实验，特别是微观世界里的变化，如果通过计算机的模拟，即可以将实验现象放大又可以将微观世界里的变化用直观的媒体表达出来，这对于还未形成很强空间和微观想象能力的中学生来说是很具有现实意义的。比如：在讨论各种离子反应、原电池的电极反应和物质溶解以及氧化还原反应的电子转移情况等等。     7.模拟化工生产过程。Chemlab是美国ModelScience开发研制的一款交互式的化学实验模拟软件，该软件具有强大的功能，能细致地再现多数化学实验的过程和现象。下面介绍一下使用方法：     运行该软件时，会出现一个模式对话框，其中有很多实验可供选择。选择进行酸碱滴定实验，点击OK按钮，进入如图界面。     用鼠标选择所需的设备图，就会在窗口中自动生成设备，在实验窗中右击鼠标，可以选择各种型号仪器，在设备的标签上双击左键，在弹出的窗口中填上相应的标签即可，如图。     选中某一实验仪器，单击主菜栏中Chemicals中的All Chemicals,在弹出的药品窗口中选择相应的药品和量。如图。     首先阅读介绍的内容，理解实验原理，再阅读过程内容，知道如何进行该实验，就可以开始了。     8.在介绍晶体和有机分子时，通常会涉及它们的空间形状等部分的内容。如果仅靠老师的口述，学生很难理解，作为笔者，我发现在讲解这部分内容时如果运用计算机技术将收到意想不到的效果。我在这部分教学中经常运用3D.下面就具体说明一下。     关于     1.介绍     3D是当今个人用户最常见的三维图形和动画制作软件，可以随意控制三维模型的各种属性，形成交互的三维动画世界。     2.3D的启用     打开你的电脑，进入WINXP找到3D文件，用鼠标左键双击文件即进入该软件。你看到初始化界面，用鼠标左健在工具栏中单击Customize按钮，在弹出的一个下拉菜单中选择Load Custom UI File 选项，就会弹出一个对话框，选择Default UI.CUI文件，然后单击“开始”，命令面板就会出现。此时，你会看到有八个部分，由上到下从坐到右分别是文件菜单、工具行、命令面板、视图区、状态行、提示行、画面控制区、试图控制区。     有机分子：在化学实验中经常需要展示有机分子空间模型，这样便于向学生讲解，下面我就以乙醇分子为例。启动Director选择File文件导入3D格式文件，再命名CH3CH2OH.下面在窗口中将乙醇的Score书写有关语句，在弹出的窗口中设置好参数，用鼠标激活并进行旋转，若想设置大小也可     总结     总之，在化学实验教学中若能运用计算机技术，可以很好地帮助学生加强对实验原理的理解，并加深对实验的领悟能力，同时提高他们的微观想象能力，思维能力。计算机技术必将成为实验教学的有利工具。