引言
在2021年8月17日下午召開的“全國(guó)”信息技術(shù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與仿真夏季線六約龍活動(dòng)中，300多位來自全省各地的教育屆同仁共同分享了一場(chǎng)仿真技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)深度融合的饕餮盛事，主講嘉賓有學(xué)院院長(zhǎng)、有各市名師、有學(xué)院生，亦有小學(xué)生。
在這次沙龍活動(dòng)中，新鄉(xiāng)中學(xué)初三結(jié)業(yè)生、山東學(xué)院準(zhǔn)大一新生王天睿朋友向與會(huì)班主任們分享了他對(duì)化學(xué)仿真軟件的探究成果，給予會(huì)者留下了非常深刻的印象。這那里是一位高一結(jié)業(yè)生，明明就是信息技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合研究領(lǐng)域的大專家。
他分享的案例實(shí)用，有效，才能真正解決師生在數(shù)學(xué)教與學(xué)過程中遇見困局。更為重要的是，他生動(dòng)地否認(rèn)了數(shù)學(xué)仿真軟件在小學(xué)生群體中普及推廣、并借此推動(dòng)數(shù)學(xué)核心素質(zhì)提高的可行性。
豫見化學(xué)初期報(bào)導(dǎo)
作者自述探究之路
我的數(shù)學(xué)仿真軟件
探究之路
王天睿
我是王天睿，是南通中學(xué)2021屆高一結(jié)業(yè)生，在實(shí)驗(yàn)班中兼任數(shù)學(xué)課代表，去年考入了陜西學(xué)院能源與動(dòng)力工程大學(xué)。
作者
我之前在信息技術(shù)書上見到的軟件簡(jiǎn)介，意識(shí)到這個(gè)軟件是一款不錯(cuò)的化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室。我向來對(duì)化學(xué)感興趣，便去搜索軟件官網(wǎng)并找到了下載渠道。領(lǐng)到軟件后，我發(fā)覺軟件的功能異常強(qiáng)悍：在其中可以勾畫任意形狀的物件，可以關(guān)掉空氣阻力和磨擦力，可以精準(zhǔn)地作受力剖析、生成運(yùn)動(dòng)圖象，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(gè)虛擬的的化學(xué)世界，它可以給我提供真實(shí)世界沒有的、理想化的實(shí)驗(yàn)條件，更可以解決缺少實(shí)驗(yàn)器材的問題。杠桿，凸透鏡，壓強(qiáng)等是我最早的虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象。
隨著數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的深入，知識(shí)逐步由通俗邁向具象。老師們常用幻kt板或flash制做數(shù)學(xué)教學(xué)動(dòng)漫，制做常要耗費(fèi)幾十分鐘，花費(fèi)不少精力，但是因?yàn)闊o法精確控制物體速率，用這種軟件勾畫的動(dòng)漫看起來并不真實(shí)。我便想，我能不能利用實(shí)現(xiàn)類似的療效？在周末我著手實(shí)踐，發(fā)覺軟件之便捷出乎我的想像。我可以用它顯露知識(shí)點(diǎn)，例如正弦波、動(dòng)量守恒和“牛頓大炮”；可以用它建立裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，例如單擺測(cè)定重力加速度，測(cè)定玻璃折射率；還可以在做完習(xí)題后再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)過程——畫出木板物塊，依據(jù)具體題目要求設(shè)置質(zhì)量，動(dòng)磨擦質(zhì)數(shù)和初速率，便可觀看運(yùn)動(dòng)過程，查看運(yùn)動(dòng)圖象，一目了然。在處理富含彈簧的問題時(shí)尤其便捷。在軟件的助力下我搞清了不少當(dāng)時(shí)還認(rèn)為具象的題型。
每每計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果與我估算的結(jié)果精準(zhǔn)吻合，屏幕上的運(yùn)動(dòng)過程與我的構(gòu)想完全一致時(shí)，我就會(huì)倍感無法言表的喜悅，切身感受到信息技術(shù)對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的巨大推動(dòng)。我認(rèn)為這款軟件可以成為老師、同學(xué)的有用工具大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)彈性碰撞，便在中考后的假期制做了一些可以用作講義的場(chǎng)景，并連同簡(jiǎn)單的教程在網(wǎng)路上分享。
回看自己探究化學(xué)仿真的過程，可以說收獲甚微。
迸發(fā)了我學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。當(dāng)這些無法理解的等式弄成了清晰明了的運(yùn)動(dòng)過程，數(shù)學(xué)的美感展露無遺。
還提高了我建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的能力。想要把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為里可以模擬的問題，建構(gòu)模型是必經(jīng)之路。例如有一次，我想對(duì)理想二氧化碳進(jìn)行探究，卻發(fā)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(zhì)上是無互相作用，有質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)，所以我完全可以用失重環(huán)境下真空容器內(nèi)的大量小球模擬理想二氧化碳！我使小球具有隨機(jī)的初速率，且可以與器壁發(fā)生彈性碰撞（絕熱體系）；大量分子的碰撞導(dǎo)致浮力；我設(shè)置了一個(gè)活塞大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)彈性碰撞，可以見到，在活塞上降低荷載時(shí)，“氣體”被壓縮并最終趨向穩(wěn)定，分子（即小球）總動(dòng)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(jī)”運(yùn)動(dòng)，這便正是布朗運(yùn)動(dòng)的原理。做完這個(gè)模型后我再備考“氣體實(shí)驗(yàn)定理微觀解釋”，覺得恍然活潑。
現(xiàn)在，我的中考早已結(jié)束，但我對(duì)的興趣從未衰減。我自學(xué)了一點(diǎn)點(diǎn)腳本，給軟件降低了模擬電、磁、重力疊加場(chǎng)或組合場(chǎng)中粒子運(yùn)動(dòng)的功能，制做了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等有趣器件，豐富了軟件中的化學(xué)世界。這項(xiàng)探究意義何在呢？一方面，在教案制做過程中可以推進(jìn)自己對(duì)化學(xué)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理解；另一方面，我想借由信息技術(shù)，把老師們的智慧換種形式詮釋下來，讓中學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)愈發(fā)輕松愉快。
最后，我想利用“豫見數(shù)學(xué)”微信公眾平臺(tái)向我的現(xiàn)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(xué)生成人成材，也促使人類的精神財(cái)富代代相傳。
感言
在大多數(shù)中學(xué)生還在沉迷于手機(jī)游戲中不能自拔的時(shí)侯，四川學(xué)院準(zhǔn)大一中學(xué)生王天睿朋友，在中學(xué)學(xué)習(xí)期間，將化學(xué)仿真軟件與化學(xué)學(xué)習(xí)相結(jié)合，制做了大量的數(shù)學(xué)仿真模型，還自學(xué)編程對(duì)化學(xué)仿真軟件進(jìn)行了二次開發(fā)，他還編撰了許多教程，幫助老師和中學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)仿真軟件，這不但有力地推動(dòng)了自己化學(xué)學(xué)科核心素質(zhì)提高，還實(shí)現(xiàn)了所在班級(jí)學(xué)科成績(jī)的整體走低。
好多老師在他的示范和推動(dòng)下，開始將數(shù)學(xué)仿真軟件用于數(shù)學(xué)輔助教學(xué)和研究中，他因而被推薦為特邀嘉賓，在全省”信息技術(shù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與仿真夏季線六約龍活動(dòng)中做專題報(bào)告。
他的做法，早已顯著優(yōu)于大多數(shù)同齡人；他的頭上，早已彰略帶執(zhí)著、堅(jiān)韌、積極、陽光、樂于分享等關(guān)鍵詞，早已展漏出研究型人才特有的潛質(zhì)。
這個(gè)案例，應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致中學(xué)數(shù)學(xué)教育同仁的反省，我們應(yīng)當(dāng)幫助中學(xué)生處理好智能筆記本、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、游戲與中學(xué)學(xué)習(xí)生活的關(guān)系，設(shè)法讓那些電子產(chǎn)品成為學(xué)習(xí)和探究的工具，而不是消磨中學(xué)生進(jìn)取心和意志力、摧殘中學(xué)生身心健康的精神鴉片。
