引言
在2021年8月17日下午召開的“全國”信息技術化學實驗與仿真夏季線六約龍活動中,300多位來自全省各地的教育屆同仁共同分享了一場仿真技術與化學實驗深度融合的饕餮盛事,主講嘉賓有學院院長、有各市名師、有學院生,亦有小學生。
在這次沙龍活動中,新鄉中學初三結業生、山東學院準大一新生王天睿朋友向與會班主任們分享了他對化學仿真軟件的探究成果,給予會者留下了非常深刻的印象。這那里是一位高一結業生,明明就是信息技術與化學實驗教學深度融合研究領域的大專家。
他分享的案例實用,有效,才能真正解決師生在數學教與學過程中遇見困局。更為重要的是仿真物理實驗軟件,他生動地否認了數學仿真軟件在小學生群體中普及推廣、并借此推動數學核心素質提高的可行性。
豫見化學初期報導
作者自述探究之路
我的數學仿真軟件
探究之路
王天睿
我是王天睿,是南通中學2021屆高一結業生,在實驗班中兼任數學課代表,去年考入了陜西學院能源與動力工程大學。
作者
我之前在信息技術書上見到的軟件簡介,意識到這個軟件是一款不錯的化學虛擬實驗室。我向來對化學感興趣,便去搜索軟件官網并找到了下載渠道。領到軟件后,我發覺軟件的功能異常強悍:在其中可以勾畫任意形狀的物件,可以關掉空氣阻力和磨擦力,可以精準地作受力剖析、生成運動圖象仿真物理實驗軟件,還有蝸桿,彈簧,激光筆等各類各樣的功能器件……這意味著我得到了一個虛擬的的化學世界,它可以給我提供真實世界沒有的、理想化的實驗條件,更可以解決缺少實驗器材的問題。杠桿,凸透鏡,壓強等是我最早的虛擬實驗對象。
隨著數學學習的深入,知識逐步由通俗邁向具象。老師們常用幻kt板或flash制做數學教學動漫,制做常要耗費幾十分鐘,花費不少精力,但是因為無法精確控制物體速率,用這種軟件勾畫的動漫看起來并不真實。我便想,我能不能利用實現類似的療效?在周末我著手實踐,發覺軟件之便捷出乎我的想像。我可以用它顯露知識點,例如正弦波、動量守恒和“牛頓大炮”;可以用它建立裝置進行實驗設計,例如單擺測定重力加速度,測定玻璃折射率;還可以在做完習題后再現運動過程——畫出木板物塊,依據具體題目要求設置質量,動磨擦質數和初速率,便可觀看運動過程,查看運動圖象,一目了然。在處理富含彈簧的問題時尤其便捷。在軟件的助力下我搞清了不少當時還認為具象的題型。
每每計算機模擬的結果與我估算的結果精準吻合,屏幕上的運動過程與我的構想完全一致時,我就會倍感無法言表的喜悅,切身感受到信息技術對化學學習的巨大推動。我認為這款軟件可以成為老師、同學的有用工具,便在中考后的假期制做了一些可以用作講義的場景,并連同簡單的教程在網路上分享。
回看自己探究化學仿真的過程,可以說收獲甚微。
迸發了我學習數學的興趣。當這些無法理解的等式弄成了清晰明了的運動過程,數學的美感展露無遺。
還提高了我建構數學模型的能力。想要把實際問題轉化為里可以模擬的問題,建構模型是必經之路。例如有一次,我想對理想二氧化碳進行探究,卻發覺里沒有模擬二氧化碳的功能。我便想,理想二氧化碳分子本質上是無互相作用,有質量的質點,所以我完全可以用失重環境下真空容器內的大量小球模擬理想二氧化碳!我使小球具有隨機的初速率,且可以與器壁發生彈性碰撞(絕熱體系);大量分子的碰撞導致浮力;我設置了一個活塞,可以見到,在活塞上降低荷載時,“氣體”被壓縮并最終趨向穩定,分子(即小球)總動能顯著下降。這說明此模型還能定性模擬理想二氧化碳:在容器中添加漂浮微粒,微粒在大量小球的撞擊下開始“隨機”運動,這便正是布朗運動的原理。做完這個模型后我再備考“氣體實驗定理微觀解釋”,覺得恍然活潑。
現在,我的中考早已結束,但我對的興趣從未衰減。我自學了一點點腳本,給軟件降低了模擬電、磁、重力疊加場或組合場中粒子運動的功能,制做了打點計時器等有趣器件,豐富了軟件中的化學世界。這項探究意義何在呢?一方面,在教案制做過程中可以推進自己對化學現象和實驗設計的理解;另一方面,我想借由信息技術,把老師們的智慧換種形式詮釋下來,讓中學生的數學學習愈發輕松愉快。
最后,我想利用“豫見數學”微信公眾平臺向我的現任老師表示衷心的謝謝,須要表示謝謝的還有拼搏在教育崗位的全體老師們,正是老師們的辛勞工作,促使中學生成人成材,也促使人類的精神財富代代相傳。
感言
在大多數中學生還在沉迷于手機游戲中不能自拔的時侯,四川學院準大一中學生王天睿朋友,在中學學習期間,將化學仿真軟件與化學學習相結合,制做了大量的數學仿真模型,還自學編程對化學仿真軟件進行了二次開發,他還編撰了許多教程,幫助老師和中學生運用數學仿真軟件,這不但有力地推動了自己化學學科核心素質提高,還實現了所在班級學科成績的整體走低。
好多老師在他的示范和推動下,開始將數學仿真軟件用于數學輔助教學和研究中,他因而被推薦為特邀嘉賓,在全省”信息技術化學實驗與仿真夏季線六約龍活動中做專題報告。
他的做法,早已顯著優于大多數同齡人;他的頭上,早已彰略帶執著、堅韌、積極、陽光、樂于分享等關鍵詞,早已展漏出研究型人才特有的潛質。
這個案例,應當導致中學數學教育同仁的反省,我們應當幫助中學生處理好智能筆記本、手機、網絡、游戲與中學學習生活的關系,設法讓那些電子產品成為學習和探究的工具,而不是消磨中學生進取心和意志力、摧殘中學生身心健康的精神鴉片。