《学科工具软件及其在学科教育教学中的应用解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学科工具软件及其在学科教育教学中的应用解析（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学科工具软件及其在学科教育教学中的应用该文主要以化学为例，讨论了学科工具软件的概念内涵、特点和种类，与通用工具软件、课件、积件的区别，及其在辅助学科教育教学和课件制作的应用，提出：学科工具软件是一种重要的、特殊的学科教育教学资源，它既是信息技术与课程整合的产物，同时又是实现信息技术与课程整合重要的软件基础，是信息技术与课程整合的“粘合剂、催化剂和加速剂”；它代表了学科教育教学资源的未来方向，是计算机辅助教学的发展趋势；学科教师要注意积累本学科专业的工具软件，加强自学研习，充分挖掘其教育教学潜力。关键词：学科工具软件 学科教育教学 应用 课件制作 信息技术与课程整合 1 引言笔者近年来，在化学研
2、究、化学教育教学和化学课件制作（包括课件素材）的实践中，有意识地应用化学学科工具软件，积累了一些经验，形成了一定的理性认识。特别是近年来，在对高师生和在职中小学教师进行多媒体 CAI 和网络教学技能培训的过程中，深切感受到，高师生和在职中小学教师对学科工具软件的喜爱。然而，目前 Internet 上和学术界关于学科工具软件及其在学科教育教学中应用的文献并不多见。 2 学科工具软件的概念内涵和特性什么是学科工具软件？很难给它下一个确定性定义。但笔者认为可以给它下一个描述性定义：学科工具软件是一类特殊的计算机软件，专门为解决某学科专业领域的某些问题而开发设计，它具有以下一些特性。 2.1 学科专业
3、性和专门性不同的学科有不同的工具软件，各自解决某些专门领域的问题。例如：化学有 ChemOffice、ChemWindow、ChemDraw、ChemSketch、WebLab Viewer、 Corel ChemLab、Model ChemLab 和门类众多的化学计量学工具软件，数学有 MathCAD、MathLab 和 Mathematic，物理、几何学有“The Geometers Sketchpad”（几何画板）等。学科工具软件区别于通用型工具软件就在于其突出的学科专业性和专门性。例如，同样是绘图工具软件，通用型的 SmartDraw 在绘制化学图形（化学实验装置和化学标志）和分子结构
4、式时，就远不如 ChemDraw 和 ChemSketch 专业和功能强大。一般地，学科工具软件由于是软件设计者专门为某学科专业而量身定做的。因此，它在对付专业问题方面比通用工具软件更灵验。学科工具软件的专门性还体现在，即使是同一学科，不同的工具软件也各有专业侧重点。例如，同样是化学工具软件，ChemDraw、WebLab Viewer 和 ChemSketch 擅长绘制化学图形和分子结构式，而 Corel ChemLab 和 Model ChemLab 则擅长解决化学实验和实验教学中的问题；Corel ChemLab 较 Model ChemLab 功能更强大些，可模拟的实验种类和数量更多些
5、；ChemSketch 和 ChemDraw 在分子的立体结构图绘制和三维动画演示方面功能强大。 2.2 工具性（功能性）体现在它可以帮助用户解决某学科专业领域的某些复杂的问题。学科工具软件为各学科的科研、教学和生产提供了极大的便利，在辅助科学研究、辅助设计、辅助教学和课件制作等方面发挥着重要的作用。例如：Molecule Modeling, MathLab 可以帮助科研人员进行复杂分子的设计和建模；Hucked Molecule Orbital Caculation 可以帮助科研人员完成复杂的分子轨道的计算；ACD/Tautomers 检查并生成有机结构的最常见的异构体；ACD/Dictio
6、nary 包含 48，000 个化学和生物中常见的系统和非系统命名的化合物，覆盖 200 多个领域，包括超过 500 种不同酶的名称和结构(商业版)；ACD/pKa 预测计算酸 25 度下的电离常数，特殊结构化合物的离子校正系数；ACD/LogP 预测计算中性分子的醇/水分配系数(LogP)预测值；ACD/沸点与蒸汽压预测计算从 0.001 毫米汞柱到 10 个大气压下任意压力下的沸点，一般情况下精确到+/-10 度或更好；ACD/预测计算不同 pH 值下的溶解性；ACD/西格码预测、显示不同原子团的 Hammett 类型或相关参数。 2.3 教育性学科工具软件的教育性包括软件开发设计的教育目
7、的性和软件所能够实现的教育功能性。随着计算机辅助教学的深入，学科工具软件几乎都毫无例外地被应用于学科教育教学中，软件的设计者也有意识地考虑到如何增强其教育功能性，以满足不断增强的教育需求。学科工具软件的教育性体现在：辅助学科教育教学，辅助 CAI 课件制作及素材创作，实施创造教育、培养学生创新思维和创造实践能力，促进以计算机、网络为核心的信息技术的学习掌握以及外语学习等。例如，ChemSketch 历经 1.0，2.0，3.0，3.5，4.0 和 4.5 多个版本的不断改进，从 3.5 版本起大大增强了其教育目的性和功能性，特别是其 Show 3D模块，由于在分子的立体结构图绘制和三维动画教学
8、演示方面功能强大，而深受化学教师的欢迎，被普遍地应用于多媒体教学和学术演示。中科院张景中院士主持开发的数学工具软件“数学实验室”之“平面几何”、“三角函数”等具有强大的辅教和助学功能，从图 1 所示的菜单命令即可见一斑。图 1 3 学科工具软件的分类Internet 上有许多站点提供学科工具软件下载服务，但决定究竟下载哪一种软件并非易事。因此，有必要进行分类，以便在下载时，对症下药，安全、合理地下载自己喜爱和有用的学科工具软件。（1）按学科和专业划分学科工具软件按所属学科可划分为化学工具软件、物理工具软件、数学工具软件等。某一学科的工具软件还可按专业划分。例如，化学工具软件可划分为分析化学工具
9、软件、有机化学工具软件、无机化学工具软件等。其中，分析化学工具软件还可进一步划分为光谱分析工具软件、容量分析工具软件等。光谱分析工具软件可继续细分为红外、紫外、色谱、质谱、核磁共振（H 谱、C 谱）、原子吸收和发射光谱等。目前，虽然未经全面、科学地统计，但凭笔者所见，数理化等自然科学的学科工具软件，在门类、数量和质量上均远远超过其他学科的工具软件。而在数理化等自然科学中，又以化学工具软件为最。（2）按功能划分学科工具软件按其功能的多少或复杂难易程度，可划分单一型和综合型。单一型学科工具软件，如化学分子式和方程式编辑器（Molecular Formula and Equation Editor）
10、1.0,元素周期表查看器 periodic(Periodic Table) 1.0，元素屋（Elementary House），分子（化合物）式量计算器 mmcalc（Softshell Molecule Mass Calculator）。这些小型、袖珍型化学工具软件功能单一，软件小巧，解决化学中相对较简单的计算和处理问题。综合型化学工具软件，如 ChemOffice、ChemWindow、ChemSketch 等，功能强大，软件容量也相对庞大些，解决化学中相对较复杂的计算、编辑和数据处理等问题。无论是单一型还是综合型学科工具软件，虽然各自有不同的应用场合，但都可以不同程度地帮助用户提高工作效
11、率。（3）按教育目的性和教育功能划分虽然学科工具软件都具有不同程度的教育性。但仍可以依据工具软件设计时的教育目的性强弱、侧重点和它所能够实现的教育功能性进行划分。教育目的性较强、侧重于辅助学科教学的工具软件有 Alkane Naming、 Aromatic Naming、Corel ChemLab、Model ChemLab 和 ChemSketch 等。其中，Alkane Naming、 Aromatic Naming 实际上就是强化训练学生熟悉烷烃、芳香化合物分子结构式及其 IUPAC 命名法的课件，软件随机画出某烷烃或芳香化合物的分子结构式，用户（学习者）根据结构式填写其 IUPAC 名
12、称。Corel ChemLab 和 Model ChemLab 作为模拟化学实验的工具软件，其教育目的性和教育功能性也很强。此外，综合型工具软件 ChemSketch 的 Show 3D 和 Model ChemLab 的 Molecule Viewer 可以清晰、方便地演示分子的立体结构图和三维动画。ChemSketch 和 Model ChemLab 还专门提供小测验（quiz），方便教师和学习者进行测验。而有些化学工具软件其教育目的性和教育功能性就相对逊色了许多。（4）按对网络的支持程度划分学科工具软件按对网络的支持程度可划分单机版和网络版。例如，同样是化学绘图工具软件，ChemDraw
13、 是单机版，WebDraw 和 WebLab Viewer 则是网络版。ChemSketch4.0 以前的版本不支持网络，而最新的 ChemSketch4.5 则大大加强了对网络的支持。网络化已成为学科工具软件的发展趋势。（5）按是否收费划分商业软件（Commercial-ware）:由于软件比较专业化或商业化，所以下载时要用户输入信用卡的号码，属于有偿下载。用户也可以到软件专卖店购买其软件光盘。例如，最新版本的 ChemOffice。共享软件（Shareware）：用户可以从网站上免费下载，并且可以免费使用一段时间，这段时间称为试用期限，一般为 30 天。用户要想在超过试用期限后继续使用，必
14、须在试用期限内进行注册、成为其合法、永久性用户。用户可以通过缴费获得注册码，也可以通过其他途径获得注册码。例如，下载某些网站提供的注册机自动生成活动注册码，或使用下载网站提供的固定注册码，或根据软件的提示获得免费注册码。免费软件（Freeware）：用户可以免费下载、使用，但不可作为商业用途，不可修改软件。通常是那些在网上比较流行、但版权商已经无法控制其市场的软件，以及在新版本面市后被淘汰的低版本软件，或一些专门为科技工作者或教育工作者开发的公益性软件。后者如 ChemSketch。捐赠软件（Donateware）：用户不仅可以免费下载、使用，还可以根据软件开发者无偿提供的原代码进行修改或增加
15、功能。Donateware 又称为“明信卡”软件（Postcardware）。演示软件（Demoware）:在某些新软件正式问世前，开发者往往在网上提供软件的演示版本，向人们展示软件的画面或主要功能。用户可以在软件上体会到它的主要优点，但不能完全使用。（6）按软件的内码和所支持的语言划分可以划分为中文版、汉化版、英文版和其他外文版。例如，chemwindow3 就有中文版、英文版和其他外文版之分，下载时要注意区分。另外，虽然中文版、汉化版都是中文界面，都支持中文，但它们是有区别的：前者本身就是一个中文软件，后者只是对原版外文软件的汉化，即把原本英文的界面，如菜单、按钮、对话框、帮助文件或提示中
16、文化。笔者的实践表明，部分汉化版软件存在缺陷（bug）。因此，用户在选择软件版本时，笔者的建议是：如果英文好，可选用原汁原味的英文软件。如果英文不好，应优先选择中文版，其次再考虑汉化版。如果汉化版本较多，应选择汉化质量最好、版本号最高的汉化程序。（7）按其他属性划分例如，按软件开发所处的阶段性和发布的目的性，将学科工具软件划分为演示版（Demo Version）、测试版（Beta Version）和正式版(Final Version)。按功能的全面性，将学科工具软件划分为迷你版（mini）、标准版（standard）和增强版、专业版（professional）。 4 学科工具软件在教育教学中的应用学科工具软件之所以能够应用于教育教学，并发挥越来越重要的作用，一方面得益于软件设计者独特、巧妙的教学设计和功能模块设计，另一方面有赖于现代化的多媒体与网络教学媒体的广泛应用，当然最重要的还是学科教师独具匠心的教学设计，以及学习者的自主学习能力和探究精神。 4.1 辅助学科教学化学教师可以充分挖掘和利用化学工具软件的教育功能，通过网络或投影仪动态演示有关化
