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      力促虛實(shí)結(jié)合 完善科學(xué)實(shí)驗(yàn)

      2019-09-10 03:41:25李冬
      關(guān)鍵詞:短路實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息技術(shù)

      李冬

      隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,信息技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛;隨著教育現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn),信息技術(shù)開發(fā)與利用已勢(shì)在必行?!痘A(chǔ)教育課程改革綱要(試行)》中明確提出:“要大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)中的普遍應(yīng)用,促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程整合,逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)方式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式、教學(xué)方式和師生互動(dòng)方式的變革,充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì),為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具?!苯陙?lái),信息技術(shù)在小學(xué)自然教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,它慢慢滲入到教學(xué)中,成為自然教學(xué)中不可或缺的教學(xué)工具、教學(xué)資源。虛擬實(shí)驗(yàn)就是利用信息技術(shù)的科學(xué)算法和大數(shù)據(jù)為技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新興實(shí)驗(yàn)手段,是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的重要應(yīng)用成果。虛擬實(shí)驗(yàn)服務(wù)于課堂教學(xué),能為學(xué)校的小學(xué)自然實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新的選擇,也是教育信息化服務(wù)于課堂教學(xué)的重要應(yīng)用。

      一、小學(xué)自然實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施的困擾與缺憾

      近年來(lái),為了提升小學(xué)自然學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,小學(xué)自然實(shí)驗(yàn)課在實(shí)驗(yàn)器材的設(shè)置、任課教師的配備等方面已經(jīng)有了很大程度的改變,但是傳統(tǒng)小學(xué)自然學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式仍存在一些不足。

      1.備課環(huán)節(jié)準(zhǔn)備不足,影響課堂教學(xué)的效果

      小學(xué)自然作為一門綜合性的科學(xué)學(xué)科,需要大量的實(shí)驗(yàn)操作輔助教學(xué)。因需要教師在課前花費(fèi)更多時(shí)間和精力,導(dǎo)致部分教師積極性降低,使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)變成了紙上談兵。

      2.實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及器材的使用安排受限,打亂實(shí)驗(yàn)教學(xué)

      實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)需要專門的實(shí)驗(yàn)室,而現(xiàn)階段學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間相對(duì)集中,給學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)室的安排帶來(lái)了一定壓力,表現(xiàn)為很多實(shí)驗(yàn)教學(xué)流于表面,該進(jìn)行群體實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)變成了教師演示實(shí)驗(yàn)。

      3.實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)與教學(xué)效果之間不協(xié)調(diào),降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)的客觀性

      由于小學(xué)自然課一節(jié)課只有35分鐘,一些實(shí)驗(yàn)受時(shí)間限制往往很難產(chǎn)生顯著的效果,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的結(jié)論顯示不明顯,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的客觀性大受影響。

      二、虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的案例

      “短路”是四年級(jí)第一學(xué)期小學(xué)自然牛津版教材的教學(xué)內(nèi)容,也是“家庭用電”單元的重要一課,但由于短路對(duì)電源和電池的損耗極大,短路現(xiàn)象發(fā)生時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的安全隱患,出于安全等方面的考慮,很少會(huì)開展實(shí)物實(shí)驗(yàn)連接和問(wèn)題分析。下面將以短路情況的連接和問(wèn)題分析為例,來(lái)闡述如何在小學(xué)自然課堂上實(shí)現(xiàn)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

      1.軟硬件準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

      實(shí)驗(yàn)室需要有最基本的教學(xué)電腦,然后進(jìn)入NOBOOK官方網(wǎng)站,先免費(fèi)注冊(cè),然后按照網(wǎng)站提示下載安裝NB物理實(shí)驗(yàn)軟件。

      2.教學(xué)內(nèi)容相關(guān)環(huán)境準(zhǔn)備

      打開軟件后,主界面有一些預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,選擇簡(jiǎn)單電路并進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)境頁(yè)面。在這個(gè)模擬環(huán)境中,簡(jiǎn)單電路的待選元件里已經(jīng)包含了標(biāo)準(zhǔn)燈泡、電池組、開關(guān)、導(dǎo)線等多種實(shí)驗(yàn)中需要的實(shí)驗(yàn)器材。

      3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)行

      (1)學(xué)習(xí)使用標(biāo)準(zhǔn)燈牌、電池組等連接簡(jiǎn)單電路,復(fù)習(xí)舊知導(dǎo)入教學(xué),按步驟操作。操作過(guò)程和操作真實(shí)器材很類似,只需要點(diǎn)選“合上開關(guān)”,就能通過(guò)燈泡是否發(fā)光來(lái)判斷電路連接是否正確。(如圖1)

      (2)提出短路設(shè)想——如果在簡(jiǎn)單電路中,電流不流經(jīng)用電器,而是直接連接電源兩極,會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?可以從旁邊的待選元件中再選擇一根導(dǎo)線,將電池組正負(fù)極直接進(jìn)行連線練習(xí),連接完畢后打開開關(guān)觀察發(fā)生的現(xiàn)象。(如圖2)

      (3)家庭電路短路模擬。可以點(diǎn)選一個(gè)開關(guān),把火線和零線接入開關(guān)內(nèi),打開開關(guān)能清楚地看到,短路使保險(xiǎn)絲熔斷。此外,還能進(jìn)行保險(xiǎn)絲的更換和參數(shù)修改操作。

      (如圖3、圖4)

      (4)探究。通過(guò)短路實(shí)驗(yàn),學(xué)生發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流過(guò)大,可以看到保險(xiǎn)絲燒黑熔斷的過(guò)程,并聽到熔斷的聲音,這就為下一節(jié)課繼續(xù)探究保險(xiǎn)絲的作用埋下了伏筆。

      4.實(shí)驗(yàn)素材的保存和再用

      實(shí)驗(yàn)時(shí)的場(chǎng)景可以及時(shí)保存,下次使用時(shí)可以直接調(diào)用。

      實(shí)驗(yàn)完成后只需要關(guān)閉軟件,關(guān)閉電腦,對(duì)器材幾乎沒有任何損耗,學(xué)生可以親自去嘗試和觀察??梢?,虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以真實(shí)模擬現(xiàn)實(shí)生活中的現(xiàn)象,學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)也能印象更加深刻。

      三、虛擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)自然實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

      教育部《關(guān)于開展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知》指出,虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目可以推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué),拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度,延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間,提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平。在實(shí)踐中,筆者感到至少有以下幾點(diǎn)功用。

      1.突破限制,打破時(shí)空局限

      虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的思路是力求人在解決問(wèn)題的過(guò)程中有身臨其境之感。正是基于這樣的考慮,在自然教學(xué)中采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所創(chuàng)設(shè)的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境,突破了時(shí)空界限,將古今中外、天南海北數(shù)千萬(wàn)的事物和現(xiàn)象壓縮在“此時(shí)此地”。創(chuàng)設(shè)虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境可以有效沖破空間限制,讓學(xué)生身臨其境,獲得逼真的視聽體驗(yàn)。

      2.強(qiáng)調(diào)靈活,促進(jìn)自主探究

      在虛擬實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境中,教師和學(xué)生可以分別通過(guò)教師端和學(xué)生端的程序使每個(gè)實(shí)驗(yàn)器材“活”起來(lái)。學(xué)生可以自由擺放、任意組裝、靈活變更,將實(shí)驗(yàn)過(guò)程化整為零,或讓實(shí)驗(yàn)停留在某一步驟上進(jìn)行反復(fù)“操作”,極大地增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的靈活性,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性,將學(xué)生置于一種快樂的學(xué)習(xí)情境之中,從而在探究、趣味、多樣、科學(xué)和安全等多維度融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,建立起“嘗試—思考—調(diào)整—再嘗試—得出結(jié)論”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,通過(guò)模式的運(yùn)用啟迪學(xué)生的思維。

      3.立足仿真,提升科學(xué)素養(yǎng)

      科學(xué)實(shí)驗(yàn)是小學(xué)自然教學(xué)中的重要內(nèi)容,常見的酒精燈的使用、電路的短路、溫度計(jì)的使用等,都可以通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)程序讓學(xué)生在逼真的實(shí)驗(yàn)空間內(nèi)反復(fù)操作、觀察和多次采集數(shù)據(jù)。操作過(guò)程中也會(huì)有真實(shí)實(shí)驗(yàn)中所生成的各種誤差和可能出現(xiàn)的各種故障,這有利于學(xué)生以一個(gè)研究者的姿態(tài)去面對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,然后試著在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中找出設(shè)計(jì)的缺陷、事故的成因,去思考解決問(wèn)題的辦法,獲得一定的經(jīng)驗(yàn),然后再應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)中去,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和正確的科學(xué)價(jià)值觀都是有幫助的。

      四、虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用的原則

      1.真實(shí)性原則:以實(shí)為主,虛實(shí)結(jié)合

      NB虛擬實(shí)驗(yàn)的最大優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)“經(jīng)典實(shí)驗(yàn)”的理想化處理。虛擬實(shí)驗(yàn)雖然可以通過(guò)采取理想化處理的手段使被觀察對(duì)象“完美出現(xiàn)”,給了學(xué)生反復(fù)進(jìn)行觀察研究的機(jī)會(huì),但也因過(guò)于“完美”使得學(xué)生缺乏直觀認(rèn)知。過(guò)于依賴這種“完美”的實(shí)驗(yàn),會(huì)妨礙學(xué)生正確理解科學(xué)方法;長(zhǎng)期不經(jīng)選擇地使用虛擬實(shí)驗(yàn)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)也會(huì)弱化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全意識(shí),其結(jié)果就會(huì)違背教學(xué)實(shí)踐性的規(guī)律,造成教育安全隱患。所以,在實(shí)際應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)必須注意真實(shí)和虛擬一定要相互補(bǔ)充,凡是“經(jīng)典實(shí)驗(yàn)”中能夠體現(xiàn)效果的,必須優(yōu)先考慮真實(shí)實(shí)驗(yàn),絕不能因?yàn)橛辛颂摂M實(shí)驗(yàn)而擯棄真實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作,虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)該作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的重要補(bǔ)充和便捷途徑而展開。

      2.恰當(dāng)性原則:擇機(jī)使用,把握適當(dāng)

      學(xué)習(xí)科學(xué)是一種能動(dòng)的過(guò)程,是要學(xué)生親自動(dòng)手做而不是要?jiǎng)e人做給他們看的事情。雖然虛擬實(shí)驗(yàn)程序的出現(xiàn)為小學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)提供了極富動(dòng)態(tài)感的實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái),增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的樂趣,但也絕不能盲目使用,使用的時(shí)機(jī)非常重要。比如:在使用的時(shí)間上需要適時(shí),虛擬實(shí)驗(yàn)程序更可用于課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí);同樣,在不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上我們也需做適當(dāng)調(diào)整,有些貼近學(xué)生生活的自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)更能激發(fā)學(xué)生的探究意識(shí)。教師還需扎實(shí)地做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,選用合理適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式,將現(xiàn)代化的教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)有效結(jié)合,提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

      總之,小學(xué)自然教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟發(fā)和幫助,虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序的出現(xiàn)能解決一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中無(wú)法解決的教學(xué)問(wèn)題。此外,在初高中物理、化學(xué)、生命科學(xué)等諸多學(xué)科中也逐步出現(xiàn)了虛擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用。虛擬實(shí)驗(yàn)推動(dòng)了教育的重心從說(shuō)教轉(zhuǎn)向創(chuàng)造性探究,學(xué)生在使用虛擬實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中充分實(shí)現(xiàn)虛擬化平等參與的效果,展現(xiàn)了教育信息化2.0階段的發(fā)展活力。當(dāng)然,如何合理使用虛擬實(shí)驗(yàn)還是個(gè)有待深入探討的問(wèn)題。在使用現(xiàn)代化信息技術(shù)的同時(shí),一定要把握好實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程和方法的適切性,不能一味“為用而用”,而應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)類型、功能和特點(diǎn)找準(zhǔn)切入點(diǎn),把握“真實(shí)”和“適當(dāng)”,只有這樣,才能真正達(dá)到技術(shù)為教學(xué)服務(wù)的最終目的。

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