《初中物理虚拟实验教学研究》课题研究经验总结
新课标注重全民素质的培养,并且要求教学中有真实的情境,有科学探究的环节,有多种学习方式,有评价反馈,这些对于传统的教学资源来讲无疑是一个挑战。我们利用基于信息技术的虚拟实验资源就可以很好地解决这些问题,构建新型的教学模式,弥补常规教学的不足。
一、初中物理实验教学现状
物理学是一门实验科学。按照新的课程理念,演示实验应该重视学生参与,随堂实验、学生分组实验则要尽量采用探究式,让学生真正进入科学学习的状态,扮演研究者的角色。这就要求学生尝试自己设计实验、选择仪器、收集数据、归纳并总结规律。然而,目前大部分学校的物理实验设备少,更新换代慢,很难满足以上要求。信息技术与物理实验教学整合,可利用视听资料、网络资源等加强实验教学与社会、生活、科学技术之间的联系;信息技术的交互性和超文本链接优势,又为师生互动提供了可靠的保证。因此,借助信息技术的优势可以实现物理实验教学的新要求。
二、初中物理虚拟实验平台简介
虚拟实验平台是以现代教育理论为指导,以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托而建立的一种新型实验教学系统。虚拟实验平台利用计算机技术来实现各种虚拟实验环境,实验者以交互的方式进行实验操作,可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目,最大限度地模拟真实实验的场景,并提供与实际实验的操作方法相类似的实践体验。作为传统实验教学的一种有效的补充,虚拟实验教学已经成为加强实践教学、提高教学质量的重要手段,它不仅可以在一定程度上代替传统的实验教学,而且可以克服传统实验的各种制约和弊端,从而有效地解决目前实验教学中存在的诸多问题。
目前国内外开发的虚拟实验平台主要有两种,一种是演示实验,一种是探究实验。演示实验主要是用来给学生演示一些实验现象,一般不需要学生动手控制;而探究实验要求学生进行多方面探究性学习,一般都需要学生动手控制,对于让学生经历科学探究过程,学习科学研究方法,培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识等方面有其特有的优势。
东北师范大学理想信息技术研究院开发的初中物理虚拟平台覆盖了新课标所涉及的演示和探究实验,对重点实验能按照学科原理进行建模,实现仪器的仿真,并能按学科原理、规律自动生成动画;对实验仪器进行三维建模,并能根据参数设置进行可控制性仿真操作。
该虚拟实验平台主要由六个部分组成,分别是文件模块、编辑模块、同步实验模块、仿真工具模块、辅助工具模块、系统配置模块(如图1),可以实现教师制作演示型课件和学生自主设计、模拟实验等各种要求。
三、初中物理虚拟实验教学模式设计
应用初中物理虚拟实验平台,除了教师用来制作实验课件或者进行虚拟演示实验外,更重要的是学生用来进行虚拟探究实验。
1.探究式虚拟实验教学应遵循的原则
鼓励学生积极大胆参与科学探究。在真实实验活动中,学生由于害怕弄坏实验仪器等原因,不敢大胆开展实验,在虚拟实验环境下,学生可以完全按照自己的想法去做,体验科学乐趣、了解科学方法、获取科学知识,逐步树立科学创新精神。要帮助学生克服怕出错、怕麻烦等思想障碍,同时在比较困难的地方给予具体的指导,使学生能够比较顺利地参与科学探究活动。
遵循探究活动规律。学生对于科学探究的学习和对于科学知识的学习一样,都应该由简单到复杂,循序渐进。
培养学生的评估习惯。由于这个环节并不影响结论的得出和探究报告的完成,往往不能引起学生的重视。另一方面,学生还常常不知道怎样进行评估。教师应该要求学生把评估中考虑到的问题及相应的处理写到探究报告中,以引起学生的重视。
重视探究中的交流与合作。在现代社会生活和科学工作中,个人之间和团体之间的交流与合作是十分重要的。教师在安排科学探究活动中,要注意学生这方面良好素质的形成。
2.教学模式设计
根据以上的原则和探究式学习的相关理论,再结合初中物理虚拟实验平台,我们设计出了以下的教学模式。
分析课程标准和学习者特征。在实验的开始阶段,教师应该对课程标准和学习者的学习特征有一个详细而深刻的分析,因为这一阶段对整个虚拟实验的开展起着至关重要的作用。这是开展整个实验的基础。
确定实验主题。只有选择恰当的实验主题,学生才能够根据自己以往的经验更好地开展实验,否则实验效果可能不会很好。
提出猜想。这一阶段应该让学生单独完成,在教师提出实验主题之后,学生根据主题提出猜想。
虚拟实验。学生根据提出的实验猜想展开虚拟实验,可以小组分工,或者单独进行。学生先进行实验步骤设计,然后开始虚拟实验,在整个实验过程中,如果遇到自己解决不了的困难,应该通过小组讨论来解决,实在解决不了的,再向教师请求帮助。
验证猜想。将实验结果和自己刚开始的实验猜想进行比较,看实验结果和实验猜想是否一致,如果不一致,检查整个实验过程是否存在不合理的地方,或者自己刚开始的猜想是否正确。这个过程应该是反复进行的,直到得出满意的实验结果。
得出结论。
成果交流。每个小组或者个人将自己的实验过程以及结论进行讲解,在交流的过程中,要使学生认真听取与自己不同的意见,而发表自己的意见时则应有充分的根据。
评价实验。这一阶段应该采取学生自评和互评相结合,最后教师点评的方式。使每一个学生通过评价都能看到自己在发展中的长处,增强学习的信心。评价应全面客观地反映教学的真实情况,为改进教学提供真实可靠的依据。
虚拟实验是对真实实验的模拟,在很大程度上改善了农村学校实验设备硬件不足的现状,但是虚拟实验绝对不能完全取代真实实验,因为学生在真实实验中可以锻炼动手操作能力等方面,而这正是虚拟实验缺乏的。因此,在物理实验教学中,虚拟实验应以真实实验为依托,真实实验也应以虚拟实验为手段和辅佐,使虚拟实验与真实实验在实现物理实验教学目的方面相得益彰、优势互补。
