高中線上實驗教學思維可視化的突破策略
（課題立項編號：）
石家莊市周村區第七分校徐永芝
內容摘要
實驗教學能提升中學生學習的興趣，突破中學生的思維障礙點，在使中學生思維可視化方面具有奇特的魅力，因為線上教學空間和時間的限制，實驗教學顯得異常艱辛。通過實踐，探求出了突破實驗教學，使思維可視化的策略，在教學中收到了挺好的療效。突破策略如下：借助虛擬實驗室，使實驗教學思維可視化；借助攝像頭演示實驗，使實驗教學思維可視化；整體建構實驗命題模型，使實驗教學思維可視化；課后探究，上傳平臺，使實驗教學思維可視化。
關鍵詞
線上實驗教學；思維可視化；突破策略
序言
石家莊市費縣區第七分校徐永芝主持的《初中線上教學思維可視化的實踐與研究》
課題編號：
參與人：李傳迎、高文惠、陳培鳳、靳锎、孫靜、由俊劍。
課題基本情況介紹：我和課題組成員齊心協力根據課題規劃，認真研究，為了突破線上實驗教學，通過實踐，探求出了幾種行之有效的思維可視化的突破策略，除了使線上實驗教學正常舉辦，但是增強了中學生的實驗參與度，實現了個性化的實驗教學。
成果內容
（一）問題緣起
實驗教學能提升中學生學習的興趣，突破中學生的思維障礙點，在使中學生思維可視化方面具有奇特的魅力，并且因為線上教學空間和時間的限制，實驗教學顯得異常艱辛。線下教學中我始終秉持這樣的理念，能分組的實驗，班主任不演示，班主任能演示的實驗，中學生不看視頻。但是在線上教學中，這顯然顯得不可能，怎么突破線上實驗教學，使中學生的思維可視化，進而提升中學生的參與度，增強中學生的實驗探究能力，成了一個迫在眉睫的問題。
（二）研究內容與方式(含研究方式和工作方式)
1.文獻研究法
線上實驗教學是一種全新的方法，通過查閱大量文獻，學習了有關虛擬實驗室的應用研究，軟件的創新性使用等。在文獻研究的基礎上，進行了虛擬實驗室和化學學科的融合研究。
2.案例研究法
針對典型實驗課，班主任和中學生借助虛擬實驗室舉辦實驗，借助x-mind思維導圖軟件制做實驗的思維導圖，班主任在攝像頭下演示實驗突破拓展實驗中的難點，中學生課后探究上傳平臺，借助簡單的實驗器材突破課上不能完成或費時長的實驗，通過這種方法，中學生思維可視化，有效突破了線上實驗教學。
3.經驗總結法
通過階段性實踐和總結，及時發覺和反省線上實驗教學中存在的問題，進一步探求和反省實驗教學思維可視化突破策略的有效性，以調整研究方向。
（三）研究推論
1.借助虛擬實驗室，使實驗教學思維可視化
虛擬演示實驗，就是借助現今各類信息技術手段來擬和重現現實生活當中的各類真實實驗儀器、實驗過程和實驗現象。虛擬實驗室可以高度模擬仿真實驗室的儀器及實驗療效。常見的虛擬實驗軟件有：學校電路虛擬實驗室、初中數學虛擬實驗室和化學實驗（簡稱VB實驗）等，學校電路虛擬實驗室只是針對于熱學的學習，自主動手選擇器材，完成所須要的實驗，小學數學虛擬實驗室和化學實驗（簡稱NB實驗）包括針對小學課本上的分組實驗、演示實驗和針對實驗難點突破的實驗。無論在線上還是線下教學，虛擬實驗室有利于中學生思維的可視化，提高中學生的實驗探究能力和動手操作能力。
1.1借助虛擬實驗室，中學生能做課程標準中的17個必做分組實驗
在筆記本上安裝中學數學虛擬實驗破解版軟件成功后，中學生在家能夠完成課程標準中規定的17個必做分組實驗,中學生能有效模擬真實實驗，收到了挺好的實驗療效。諸如在九年級備考《電學實驗專題》時，課堂上中學生在家借助軟件自主動手聯接電路，完成重要的熱學實驗《探究電壓與電流、電阻的關系》《測量阻值》和《測量小燈泡的電功率》，如圖1所示。中學生通過動手重現了實驗過程，進一步領會了滑動變阻器的作用、多次檢測的目的等難點問題。
1.2借助虛擬實驗室，傳統演示實驗可以成為中學生分組實驗
傳統教學中因為實驗器材所限或中學生做實驗不易成功等，一些實驗只能由班主任來演示，但因為實驗現象的可視性問題，演示療效并不理想。借助虛擬實驗室能有效解決傳統教學中的弊病，為線上教學提供了很大便捷。中學生在家借助中學數學虛擬實驗破解版軟件有效完成了這種實驗，比如《探究阻力對物體運動的影響》《探究影響浮力的誘因》《探究影響動能大小的誘因》《探究電熱與什么誘因有關》和《比較水和煤油的放熱能力》等，收到了挺好的實驗療效。以《比較水和煤油的放熱能力》實驗為例，如圖2所示，打開NB化學實驗室，找到這個實驗，在兩個燒瓶上蓋上紙蓋，先燃起火柴，再燃起酒精燈，按下秒表開始計時，觀察濕度計的示數變化，記錄在設計的表格中，通過一系列的實驗操作，中學生真實經歷了整個實驗過程，有利于引入比熱容的概念。
1.3借助虛擬實驗室，才能完成傳統教學中不易完成的實驗
在傳統教學中，因為實驗器材的限制性、實驗現象不易觀察性、實驗的危險性等，有些實驗不易在課堂上或課外完成，借助虛擬實驗室能有效完成這類實驗。諸如借助中學數學虛擬實驗破解版軟件就能讓中學生模擬不同長笛的波形圖如圖3所示，借助VB化學實驗室能模
擬不易觀察性的桌面微小形變實驗現象，也能演示家庭電路漏電、漏電保護器功能等危險性實驗等。
2.演示實驗，使實驗教學思維可視化
實驗是突破中學生思維障礙點，使思維可視化的較好方法。在實驗備考中nb仿真實驗在物理教學中的研究，有些拓展性的實驗難點只靠講解點撥很難突破，假如班主任能通過簡單的器材演示實驗，使實驗過程可視化，很容易突破中學生的思維障礙點。諸如在備考探究光的反射規律實驗中，假如實驗中硬紙板放得沒有與平面鏡垂直，稍有傾斜，則當入射光貼著硬紙板射向鏡面上的O點后，在硬紙板上（選填“能”或“不能”）聽到反射光線。中學生只靠想像能力，很難解答。直播課堂上我借助攝像頭和平臺有效演示了這一實驗，我一邊介紹做法，一遍演示，把椅子當作平面鏡，化學課本當作硬紙板，課本斜置于桌子上，其中一支筆當作入射光線，用膠帶粘在課本上，在入射點上豎立法線（能“站立”的筆），按照反射角和入射角的關系，借助最后一支筆確定出反射光線，如圖4所示。通過演示實驗的方法，中學生跟著入射光線射到平面鏡上進行了反射，“追蹤”了反射光線的蹤跡，使思維可視化，理解了實驗實質。
3.整體建構實驗命題模型，使實驗教學思維可視化
思維導圖是一種可視化的思維工具，通過它建立的知識體系層次分明，脈絡清晰，一目了然，比通常的知識梳理更能幫助中學生建構知識或方式，完善知識或方式之間的聯系。常用的軟件有，，，和x-mind等。
實驗探究是數學四大核心素質之一，但從平常學習和高考來看，中學生在實驗探究綜合題方面存在嚴重思維障礙，經過探求，以x-mind思維導圖為工具，從提出問題、猜想與假定、設計實驗與擬定計劃、進行實驗與搜集證據、分析與論證、評估和交流與合作科學探究七個要素整體建構了化學實驗探究的模型框架，如圖5所示。
班主任或中學生可以在此基礎上從整體建構的角度進一步細化實驗，構建起一個實驗內部的聯系，或則幾個實驗之間的聯系，使實驗中的考點思維可視化。諸如老師以《探究影響滑動磨擦力大小的誘因》為例，如圖6所示，充分借助思維導圖里的各類功能（聯系、超鏈接等），建構了知識和方法之間的聯系，把磨擦力實驗和《阻力對物體運動影響》、《探究動能和速率的關系》因器材的相像性整合在一起。在中學生存在思維障礙的重要考點處，把近三年考查磨擦力的廣東省或日照市中試題或萊山區的學業測評題中的典型實驗整合進來，拓展中學生的思維，進一步提升了中學生的實驗探究能力和綜合剖析能力，還融合了實驗創新，鼓勵中學生關注探究中出現的新問題，評估、改進和調整探究方案。
在課堂上可以直接借助x-mind軟件將思維導圖進行放大或縮小教學，借助超鏈接功能，直接鏈接到對應性的題目上，進行課堂練習。還可以借助軟件用圖片創建工程，進行多個實驗教學，通過任意放大或縮小圖片保證圖片的清晰度。不僅班主任建構實驗探究模型，中學生可以自主建構實驗考點，譬如李雨恬從科學探究的七個要素建構了《探究同種物質質量與容積的關系》如圖7所示，充分挖掘了實驗中的考點，從整體上理解了整個實驗。
4.課后探究，上傳平臺，使實驗教學思維可視化
有些實驗須要較嚴苛的環境能夠有顯著的實驗現象，或則中學生借助簡單的器材就可以完成的實驗等，這種實驗可以置于中學生屋內完成，在動手的過程中突破思維障礙點，使思維可視化。諸如在學習鏡面反射和漫反射時，一提及鏡面反射，中學生常常覺得是比較閃耀的，漫反射是不刺眼的。為了突破中學生的這些不全面的認識，首先我先給中學生布置了一個家庭小實驗，在桌面上鋪一張白紙，把一小塊穿衣鏡平置于紙上，讓手探照燈的光正對這穿衣鏡照射。倘若從側面看去，白紙和小穿衣鏡那個是亮的，那個是暗的？緣由是哪些？中學生在家完成實驗后，照相上傳到平臺互相分享、學習。學生通過實驗真實體驗了，穿衣鏡也可以看上去是暗的，白紙看上去是亮的，如圖8所示，但有些中學生的解釋不確切，上課時，班主任讓會解釋的中學生進一步和你們分享，白紙更亮，照射到穿衣鏡發生鏡面反射，光正對穿衣鏡入射后，反射光垂直返回，從側面看，步入眼里的光線少；光照射到白紙上發生漫反射，反射光線射向四面八方，步入眼里的光線多，所以從側面看白紙更亮。班主任進一步點撥，一個物體看上去亮還是暗，取決于步入耳朵中光的多少。班主任借助中學生的錯誤資源，有的中學生是從正上方觀察的，觀察現象并解釋，進一步理解了物體發生鏡面反射和漫反射時的亮暗問題。
之后我布置了一道生活中的小應用題，假如你迎著月光走或背著月光走地面和海面誰看上去更亮？通過中學生的課后實驗，雖然面對生活中的真問題也迎刃而解，增強了中學生用所學知識解決真問題的能力。
又比如魯科版八年級上冊第61頁，一艘貨輪從海里駛向河邊nb仿真實驗在物理教學中的研究，它深受的重力大小，它深受的壓強，它排沸水的容積。（填“變大”、“變小”或“不變”）中學生第一次接觸這些實際問題時，將近90％的中學生出現錯誤,覺得客輪從海里駛向河邊，液體的密度變小，按照F浮=ρ液gV排，所以壓強變小，中學生忽視了V排的變化。V排真地沒有變化嗎？
借此給中學生布置了一個課后實驗證明V排的變化，只給中學生提供的器材是各類尺寸的橡膠塞，之后上傳平臺展示，如圖9左所示，有的中學生把細圓射手去頂部三分之二，將橡膠塞堵住瓶口，假如杯子不能平穩地浮在水底，再把適量細沙放入射手，倒入裝有水的瓶子中，在齊鹽海面處作出標記，之后把天秤再裝入水底，觀察此時標明線的位置變化，標明線沒入水底，如圖9右所示，本方式的難點是怎樣做標記，由于用筆不易畫且不容易畫在射手上，后來和中學生經過反復嘗試先用膠帶把紅細字條貼在射手上，之后向射手里漸漸放入石子直到鹽海面和紅字條相平，這些標記方式省時省力。
還有的的中學生借助帶有刻度的10ml注射器除去針筒和芯桿，用橡膠塞堵住注射器的一端分別置于鹽水和水底，因為注射器有刻度，十分便捷地觀察到V排的變化，不用做標記，更省時省力，如圖10所示。通過課后實驗中學生見證了V排的變化，構建了自我認知結構，增強了問題解決能力。
（四）新政建議
1.目前各類線上平臺各有優點和缺點，建議鼓勵班主任和研究人員開發線上教學、評價、管理一體化的平臺，使線上教學平臺功能更加大大。
2.鼓勵科學班主任借助虛擬實驗室等服務于課堂實驗教學，非常是一些適宜線上教學的內容。
3.針對目前無論線上還是線下教學，科學評價落后于教學的現況，建議加大怎樣通過大數據科學評價中學生學習療效的研究。
參考文獻
[1]劉筱蘭,張薇,程惠華,王本立.虛擬實驗室的類型及發展趨勢[J].計算機應用研究,2004(11):8-10.
[2]嚴煒，楊曉梅.虛擬實驗室在小學數學教學中的應用[J].數學教學闡述,2019（7):70-72.
[3]吳榮華，胡玲，蔡石峰，彭靖.虛擬實驗室適用化學實驗的應用探究[J].中小學信息技術教育,2019（2、3):114-117.
[4]徐永芝，李傳迎.基于深度學習的壓強實驗突破[J].小學數學,2019（22):39-41.
[5]徐永芝，李傳迎.線上教學思維可視化突破策略[J].小學數學,2020（12):47-49.
