《初中理化生虛擬實驗軟件應用模式研究》研究報告

1、初中理化生虛擬實驗軟件應用模式研究研究報告邵友權（吉林省鎮(zhèn)賚縣東屏鎮(zhèn)中學）張令艷（吉林省鎮(zhèn)賚縣東屏鎮(zhèn)中學）摘要：在實驗教學中恰當?shù)剡\用信息技術，利用計算機等現(xiàn)代教育技術的仿真、模擬功能，則可以變抽象為具體，使靜態(tài)內容動態(tài)化，逼真地模擬實驗時實驗過程中宏觀變化中的微觀過程，變微觀為直觀，同時，利用虛擬實驗軟件，還具有可重復性，能夠把實驗教學中難以描述、難以突破的難點、重點、生動形象地表現(xiàn)出來，激發(fā)學生學習的興趣，調動學生的學習積極性，強化學生對實驗學知識的記憶和理解。虛擬實驗軟件引入實驗教學，能促進實驗教學手段和方式的變革，使實驗教學得到最大程度的優(yōu)化，充分體現(xiàn)學生的主體地位，使學生有效地掌握知

2、識和技能，改變學生學習的方法和過程，影響學生的情感態(tài)度價值觀，從而培養(yǎng)學生的能力、發(fā)展學生的智力。關鍵詞 ： 初中； 理化生； 虛擬軟件； 應用 ； 報告 正文引言初中理化生虛擬實驗軟件應用模式研究是全國教育技術“十二五”重點研究課題信息技術與學科教學整合的模式及應用方法體系研究的子課題。我校在吉林省電化教育館的領導下，在縣教育局準備技術部門的指導下，與2011年1月申請立項，與2011年10月15日，在長春市第四十五中學由吉林省電化教育館館長、總課題領導組組長陳銘主持，召開了吉林省初中理化生虛擬實驗軟件應用模式研究課題開題暨觀摩研討會。我校在承擔此課題研究的過程中，切實感受到了虛擬實驗軟件給

3、實驗教學帶來的巨大影響。一、課題研究前的背景（一）理化生實驗室狀況我校理化生實驗室的建室率及設備、儀器的配備率均能滿足實需求，但是由于冬季取暖、汲水問題，影響實驗的開出率。生物的解剖實驗、化學易耗藥品的資金問題等等同樣影響著實驗按計劃進行。（二）理化生實驗教學的狀況理、化、生等學科是一門以實驗為基礎的學科，一般說來，可以通過實驗教學來幫助學生了解實驗的現(xiàn)象，掌握實驗的規(guī)律及事物發(fā)展變化的過程。但在教學實際中經(jīng)常遇到一些問題：1、傳統(tǒng)實驗的預習和復習較難進行，課外無法復制實驗室環(huán)境，依靠想象預習復習達不到預期的效果，效率過低；2、傳統(tǒng)理化生實驗教學，互動性不強：傳統(tǒng)數(shù)教學模式大多是教師先把理化生

4、實驗教學中的定理和實驗步驟詳細地安排好，然后由老師講解或演示，內容枯燥，形式單一，不能形成互動和調動學生主動參與的積極性；3、反應抽象的理論及定理，宏觀、微觀、危險的種種實驗，傳統(tǒng)理化生實驗教學沒有有效的輔助工具和仿真環(huán)境，難以講解和表現(xiàn)，例如理化生的各種抽象的定理、公式及規(guī)律、化學學科的危險實驗、物理學科中無法有效地表現(xiàn)出聲波、電場的性質、萬有引力作用、牛頓第一定律等一些抽象的規(guī)律、原理，老師講解起來非常困難，學生也難以理解；4、部分傳統(tǒng)實驗過程無法控制，一些反映速度比較快的實驗往往是學生沒有看仔細就結束了，但由于實驗條件的限定又不可能重復地進行演示。二、課題研究的理論依據(jù)（一）、符合學生的

5、認知規(guī)律信息技術在實驗教學中的應用，使實驗過程中的實驗現(xiàn)象，特別是實驗過程中的微觀現(xiàn)象更加直觀、具體、形象、可感，使學生由感性認識上升到理性認識，符合學生的認知規(guī)律。（二）、實踐論的觀點信息技術在實驗教學過程中的應用，讓學生充分感受、體驗實驗教學的過程，掌握實驗的規(guī)律，讓學生在實驗的過程當中，掌握實驗的技能，從而培養(yǎng)學生動手實驗能力，能有效地使學生更好地參與實驗活動，體驗實驗效果。 （三）、實驗教學中應用信息技術是農村中學推進素質教育的需要，信息技術與實驗教學的有機整合，符合教學改革與發(fā)展的趨勢。信息技術可以做許多在教學中不能實現(xiàn)的效率低的事情，成為教育改革的成功推動者，但信息技術又不能獨立的

6、、自動地成為好的學習與教學工具。要真正做到技術與教學的完美結合，必須要有廣大教育工作者以現(xiàn)代教育觀念作指導，以現(xiàn)代學習理論和教學理論為依據(jù)，應用系統(tǒng)理論方法去調動、協(xié)調和處理教學系統(tǒng)中包括媒體技術在內的各種要素，為學習者創(chuàng)造更加良好的學習環(huán)境，才能真正地、滿意地解決教學問題。（四）、實驗教學是提高學生操作能力的重要途徑。實驗教學對于堅持理論聯(lián)系實際，增加學生的知識積累，開發(fā)學生的智力，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)新型合格人材具有十分重要的作用。實驗教學以生動的物質形式，豐富的知識內容，雄辯的事實根據(jù)，嚴密的邏輯思維，綜合的腦體勞動，對學生施加了強有力的影響。根據(jù)唯物辯證法原理，外因是

7、變化的條件，內因是變化的依據(jù)，外因通過內因起作用。信息技術這一新外部因素為實驗教學的有效實施提供了一個良好的操作平臺，從而促使學生這一內因在實驗學習過程中提高動手操作能力。三、研究目標本課題旨在通過對初中理化生虛擬實驗軟件在實驗教學中的有效應用研究，探索、總結利用虛擬實驗軟件支撐理化生實驗教學的有效模式，形成具有引領性的、可借鑒、可操作的應用方法和案例體系，改善農村中學理化生實驗教學方式、提高理化生實驗教學的質量和效率。具體研究目標包括： 1、研究理化生傳統(tǒng)實驗教學中的困難；2、研究理化生虛擬實驗軟件在實驗教學中的優(yōu)勢；3、不同類型的理化生虛擬實驗軟件在實驗教學中的有效應用模式；4、豐富和完善

8、理化生虛擬實驗軟件；5、有引領性的理化生虛擬實驗軟件教學應用的案例體系；6、教師的信息技術與實驗教學的整合能力及其應用水平。四、研究內容1、研究理化生傳統(tǒng)實驗教學中的困難；2通過理化生虛擬實驗軟件在教學中的應用，研究理化生虛擬實驗軟件在實驗教學中的優(yōu)勢；3研究不同類型的理化生虛擬實驗軟件在實驗教學中的有效應用模式 （1）理化生實驗類型的分類研究； （2）支撐每種實驗類型的虛擬實驗軟件的研究； （3）不同實驗類型的虛擬實驗軟件的應用模式研究。4、豐富和完善理化生虛擬實驗軟件；5、建立具有引領性的理化生虛擬實驗軟件教學應用的案例體系 （1）理化生虛擬實驗軟件教學應用的設計并形成案例； （2）案例體

9、系的研究與建立。附：各學科實驗操作列表初中物理 初中生物 年級實驗名稱年級實驗名稱八年級上冊1、探究聲是怎樣產生的七年級 (下冊)1、調查校園、社區(qū)或農田的生物種類2、探究聲怎樣從發(fā)聲的物體傳播到遠處2、光對鼠婦生活的影響3、探究什么因素決定音調的高低3、植物對空氣濕度的影響4、探究聲音的響度與什么因素有關4、練習使用顯微鏡5、色光的混合與顏料的混合5、觀察植物細胞6、光反射時的規(guī)律6、觀察人的口腔上皮細胞7、平面鏡成像的特點7、觀察人體的基本組織8、凸透鏡成像的規(guī)律8、觀察草履蟲9、固體熔化時溫度的變化規(guī)律9、觀察幾種藻類植物10、水的沸騰10、觀察幾種苔蘚植物11、探究串聯(lián)電路中各點的電流

10、有什么關系11、觀察種子的結構12、探究并聯(lián)電路中干路的電流與各支流的電流的關系12、觀察不同植物的種子八年級下冊1、探究串聯(lián)電路中各點間的電壓有什么關系13、種子萌發(fā)的環(huán)境條件2、探究怎樣用變阻器改變燈泡的亮度14、測定種子的發(fā)芽率3、探究電阻上的電流跟電壓的關系15、植物生長需要哪些無機鹽4、測量小燈泡的電阻16、根的什么部位生長最快5測量小燈泡的電功率17、觀察花的結構6、磁化鋼針18、觀察根毛7、探究通電螺線管的磁場是什么樣的19、觀察葉片的結構8、探究電磁鐵20、綠葉在光下制造有機物9、讓線圈轉起來21、二氧化碳是光合作用必需的原料嗎10、探究什么情況下磁可生電22、調查當?shù)鼗蛭覈?/p>

11、地的植被狀況九年級1、同種物質的質量和體積的關系23、綠化校園的設計活動2、測量液體和固體的密度七年級 (下冊)1、測定某種食物中的能量3、力的作用是相互的2、比較不同蔬菜或水果中維生素c的含量4、摩擦力對物體運動的影響3、饅頭在口腔中的變化5、二力平衡的條件4、觀察家畜小腸的內部結構6、探究重力的大小跟什么因素有關系5、為家長設計一份午餐食譜7、彈簧測力計的制作和使用6、測量胸圍差8、探究摩擦力的大小與什么因素有關7、采集和測算空氣中的塵埃粒子9、杠桿的平衡條件8、用顯微鏡觀察人血的永久涂片10、比較定滑輪和動滑輪的特點9、觀察小魚尾鰭內血液的流動11、探究壓力的作用效果跟什么因素有關10、

12、觀察哺乳動物心臟的結構12、探究浮力的大小等于什么11、血液和血液制品與人類生活的關系13、探究動能的大小與什么因素有關12、觀察剖開的哺乳動物的腎臟14、探究重力勢能的大小與哪些因素有關13、觀察人眼球結構和照相機結構示意圖15、斜面的機械效率14、人的瞳孔大小能改變嗎16、比較不同物質的吸熱能力15、膝跳反射初中化學16、測定反應速度17、酸雨對生物的影響18、廢電池對生物的影響年級實驗名稱八年級 (上冊)1、觀察魚鰭九年級 (上冊 )1、觀察和描述對蠟燭及其燃燒的探究2、探究魚鰭在游泳中的作用2、我們吸入的空氣和呼出的氣體有什么不同3、觀察魚鰓3、給物質加熱4、飼養(yǎng)和觀察蚯蚓4、氧氣的制

13、取和性質5、觀察家兔5、分子運動6、鳥適于飛行的特點6、凈化過濾天然水7、觀察昆蟲的翅7、探究質量守恒定律8、觀察哺乳動物的運動系統(tǒng)8、進一步探究質量守恒定律9、菜青蟲的取食行為9、實驗室里制取二氧化碳的研究與實踐10、動物的繞道取食10、燃燒的條件11、螞蟻的通訊11、設計簡易滅火器12、動物在人們生活中的作用12、酸雨危害的模擬實驗13、檢測不同環(huán)境中的細菌和真菌九年級 (下冊 )1、金屬的活動性順序14、觀察細菌的結構2、鐵制品銹蝕的條件15、觀察真菌3、溶解時的吸熱或放熱現(xiàn)象八年級 (下冊)一、觀察植物的無性生殖方式4、探究物質能不能無限制地溶解在一定量的水中二、扦插材料的處理5、自制

14、酸堿指示劑三、觀察家蠶的生殖發(fā)育過程6、酸的化學性質四、觀察雞卵的結構7、堿的化學性質五、觀察生物的性狀8、中和反應六、觀察染色體9、用ph試紙測定一些液體的ph七、觀察男女染色體的組成10、溶液酸堿度對頭發(fā)的影響八、花生果實大小的變異11、粗鹽提純九、模擬保護色的形成過程12、探究初步區(qū)分氮肥、磷肥和鉀肥的方法十、酒精或煙草浸出液對水蚤心率的影響 五、研究方法 1、實驗法本課題研究以虛擬實驗軟件應用實踐為主，教師根據(jù)教材及學生的特點，結合本班學生學習實際，圍繞課題目標，通過教師的組織，學習的積極參與，逐步建立起以實驗室為中心，以理化生虛擬實驗軟件應用為主要模式，以多媒體教學手段為補充的新型實

15、驗教學模式。2、經(jīng)驗總結法在進行課題研究過程中，對課題的分階段實施情況寫出階段性總結報告，對照研究目標找出問題，以便改進。并在實踐中進一步檢驗。3.個案分析法在虛擬實驗軟件應用于實驗教學研究的過程中，加強對個案的收集、整理、分析和總結。4、行動分析法在虛擬實驗軟件應用于實驗教學研究的過程中，及時總結經(jīng)驗、教訓和規(guī)律，更好地促進課題的研究。5、調查法運用問卷、測驗、訪問、抽樣等手段和科學方法，及時發(fā)現(xiàn)并收集實驗全程中的有關材料進行調查分析。6、比較法搜集虛擬實驗軟件教學過程中具有代表性、相異性進行比較，從而發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。7、文獻研究法收集、學習、整理、研究有關的文獻信息資料，加以分析，以供實驗

16、研究。8、系統(tǒng)培訓法對實驗教師進行有針對性的系統(tǒng)培訓，使其對現(xiàn)代教育媒體的操作和運用更加靈活，并能獨立制作實驗教學軟件。按照學用結合的培訓思路,將信息技術納入實驗教師必修的內容，從而轉變實驗教師的教育觀念，更新實驗教師的教育理念。六、研究原則1、針對性原則 （1）針對理化生虛擬實驗軟件應用過程中出現(xiàn)的新問題。 （2）根據(jù)課程改革實際，有效轉變學生的學習方式。 （3）滿足實驗教學的需求。2、創(chuàng)新性原則 （1）理論上的創(chuàng)新，在實驗教學中充分、有效的利用信息技術。 （2）方法上的創(chuàng)新，教師在實驗教學過程中，應用虛擬實驗軟件，使現(xiàn)信息技術成為教師實驗教學的一種輔助手段。 （3）實驗教學應用上的創(chuàng)新，虛

17、擬實驗軟件在實驗教學中的運用，能促使教師轉變教育觀念，更新教育理念。3、可行性原則實驗室建設、實驗器材配備、遠程教育設備的安裝、實驗師資力量等方面為開展這一課題的研究創(chuàng)造了一定的條件，使課題研究的開展切實可行。4、以學生發(fā)展為本原則堅持以學生發(fā)展為本是信息技術與實驗教學整合的基本原則。學生是課程資源的主體，教師應當引導學生主動地、有創(chuàng)造性地利用一切可用信息技術資源為教學實驗服務。5、理論聯(lián)系實際原則6、持續(xù)性原則信息技術手段在變化，知識在更新，信息技術與實驗教學的整合并不是一成不變的。因此，對整合的內容要定期清理，刪除過時東西，充實新活的內容，精選終身學習必備的材料。7、主體性原則主體性教育的

18、過程，是教師引導下的學生獨立學習和自主活動的過程。按認知學習理論的觀點，必須充分發(fā)揮學生的主動性和積極性，學生才能獲得有效的認知。 七、研究的周期 、步驟、內容 實驗周期：三年（2011年1月2013年6月） 實驗步驟 （一）第一階段（2011年1月-2011年3月）：準備階段1、成立課題領導小組。2、前期調研，資料準備。（1）、結合校本情況，開展教學調查，預測虛擬軟件與實驗教學的發(fā)展趨向，以便搜集有價值的實驗教學資料。 （2）、調查學生在實驗活動以及在使用虛擬軟件的過程中能夠從中獲益的知識，包括認知能力、實踐能力、教與學的方式和方法、教學經(jīng)驗等課程素材。 （3）、鑒別已經(jīng)具備或尚需具備的知識

19、、技能、素養(yǎng)、基本實驗材料。3、制定課題方案、實施計劃。4、完成課題申報及立項。5、開展課題實驗人員的培訓。6、確定實驗班級：每個課題研究人員各自確定一個實驗班。7、撰寫開題報告。（二）第二階段（2011年4月-2012年12月）：實驗研究階段1、對學科實驗教學內容進行系統(tǒng)分類，明確實驗類型。2、針對每種學科的不同實驗教與學模式，系統(tǒng)分析應采取的教與學步驟，常規(guī)教學手段存在的困難，利用虛擬實驗軟件解決困難的模式；3、針對每種實驗類型中適合使用虛擬實驗軟件的不同教與學模式，確定實驗教學的效果預期目標、評價維度、指標體系、以及數(shù)據(jù)采集方法。4、針對每種實驗類型中適合使用虛擬實驗軟件的不同教與學模式

20、，分別開展應用研究、應用效果分析，并對虛擬實驗軟件提出完善建議。5、利用修改后的軟件進行第二輪的應用研究，并對前一階段所總結出來的適合使用虛擬實驗軟件的不同教與學模式進行驗證；6、系統(tǒng)分析對比每種實驗類型中適合使用虛擬實驗軟件的不同教與學模式的優(yōu)劣、適應情況，建立分類體系。7、定期總結研究成果，形成典型案例、教學設計及論文等。（三）第三階段（2013年1月-2013年6月）：實驗總結階段1、優(yōu)化實驗教學與虛擬軟件的整合；2、對各種資料、數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析； 3、全面總結實驗研究成果，撰寫研究報告、論文、實驗結題報告八、研究的主要措施 1、將理化生虛擬實驗軟件納入校本教研。2、走出實驗教學就是動手

21、操作的誤區(qū)。 盡管實驗教學離不開師生的動手操作，但它不是唯一的手段，在認識上要打破動手實踐作為唯一實驗教學的手段的觀念。3、開發(fā)目前可以利用的實驗資源，加大實驗教學資金的投入。4、調查學生實驗教學活動中的興趣類型、學習方式和操作手段，搜集有價值的實驗教學資料入庫。5、加強課題資源的管理，嚴格實驗教學制度。保證理化生虛擬實驗軟件的應用。6、實驗教師應該注意發(fā)掘學生生活經(jīng)驗方面的資源，引導學生將書本知識轉化為實踐能力。7、總結和反思理化生虛擬實驗軟件應用于實驗教學的經(jīng)驗教訓。實驗教師要善于運用教學日志、研究小組和個人教學心得記錄、同事指導建議等自我評價和合作總結的手段和方法，提高自我總結和反思的教

22、學水平，懂得如何去利用建立在研究上的各種資源，又能拿出自己的研究成果讓其他人分享。九、研究成果（一）虛擬軟件與理化生實驗相結合，有效的解決了傳統(tǒng)理化生實驗教學中出現(xiàn)的重視學科理論，忽略實驗操作問題；重視實驗結果，忽略實驗過程的問題；學生的創(chuàng)新思維和探究能力得不到發(fā)展的問題。虛擬軟件能夠將無法觀察到的實驗現(xiàn)象展示出來，從而提高學生是學習興趣和探究欲望。如：（1）講解電流的形成時，用虛擬軟件將電流的形成模擬出來，增加學生的直觀經(jīng)驗，充分認識到電流是由于電子或離子的移動而形成的。加深學生對電流的感觀認識，從而為建立電流概念打下基礎。同時為下一步的教學奠定基礎。（2）在講解光的直線傳播時，用虛擬軟件展

23、示日食和月食的形成，模擬太陽、月亮和地球的運動。直觀可感，加深了學生的記憶與理解。（3）用虛擬軟件展示氧氣的實驗室制法，能夠使學生準確的理解和識記操作的注意事項。（4）虛擬軟件展示生物實驗中的微觀世界，更能激發(fā)學生的學習興趣。利用虛擬軟件讓學生觀察到了平時所看不到一些宏觀或微觀的現(xiàn)象，大大地激發(fā)了學生探究的欲望。同時掌握正確的技能和技巧,提高動手能力、觀察能力、分析能力,真正做到對實驗的理解和掌握。（二）學生的實驗操作能力明顯增強。課題研究以來，學生對實驗的掌握更加系統(tǒng),記憶更牢固,實踐操作能力更強。虛擬軟件應用于實驗教學，使實驗的重點落實在實驗的觀察和實驗操作過程上，提高了學生觀察力和實驗操

24、作能力。實現(xiàn)了學生自主發(fā)現(xiàn)和自主探究，達到了“知識與能力、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀”三維目標，提高了學生的創(chuàng)新和實踐能力。使理化生實驗教學新課程標準對實驗教學要求：使學生會發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、設計實驗探究、得出結論交流等得以實現(xiàn)。在課題研究的過程中，上級業(yè)務部門每學年對我校理化生實驗操作測試，測試的及格率和優(yōu)秀率均逐年提高，特別是學生實驗操作的優(yōu)秀率達到了90%以上。（三）信息技術應用與實驗教學促進了教師觀念的轉變，提高了教科研的水平。虛擬軟件應用與實驗教學，使教師真正的成為學生實驗的指導者，體現(xiàn)了學生的主體地位。使學生成為實驗探究的主體，充分發(fā)揮學生的積極性和主動性，激發(fā)學生的探究欲望和

25、熱情。利用虛擬軟件創(chuàng)設了理想的實驗環(huán)境，使那些現(xiàn)象不明 、嚴重污染、較危險又在一般實驗條件下不能完成的，復雜操作流程等實驗得以完成。同時實驗教師科研水平得到提高。參與課題研究的教師，在揣摩實驗教學內容，研究學生的認知心理，通過網(wǎng)絡搜索資料，使用和制作課件的過程中，指導實驗的能力得到了很大提高，信息技術素養(yǎng)得到提升。在不斷的課題研究中，教科研水平也得到了提高。（四）課題研究促進了信息技術與其它學科的整合。一方面老教師豐富的教學經(jīng)驗和青年教師的信息技術能力相整合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補；一方面信息技術與其他學科相整合，實現(xiàn)信息技術走進課堂，創(chuàng)造性的使用信息技術。十、結論經(jīng)過兩年半的研究實踐，我們初步認識到：信息技術在初中實驗教學中的應用符合認識事物的規(guī)律