PhET虚拟仿真互动平台资源在中学化学教学中的应用研究

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《义务教育化学课程标准(2011年版)》提出全面发展学生的科学素养,《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出五条核心素养,认为发展核心素养是党的教育方针的具体化、细化,“宏观辨识与微观探析”学科核心素养占据五条核心素养的第一条。中学化学知识包含复杂的化学模型、微观微粒、化学反应原理、化学概念、化学反应类型等等。目前,针对中学化学学科涉及复杂的化学概念、化学反应原理、化学反应伴随微粒的变化过程、化学物质以及化学变化的符号表征,具有抽象性、复杂性、计算性强、理解性强等特点。传统教学过程中,存在着一些难以理解的原理、定律、微观粒子的变化,使学生产生学习困难。发展学生的宏微观素养,依赖讲授式教学远远不够,需要教师借助多种教学手段帮助学生建构和理解知识。利用虚拟仿真平台的辅助教学成为重要的教学手段之一。虚拟仿真平台采用虚拟技术、仿真技术、计算机图形和动画技术,帮学生在真实环境中建立一个虚拟的操作性平台。化学学科的虚拟仿真平台能呈现微观粒子、展示三维模型、模拟化学反应过程、进行复杂的化学实验操作、仿真大型实验仪器等等,帮助学生重复练习,对于发展学生的学科核心素养具有重要意义。PhET(Physical-P;Education-E;Technology-T)虚拟仿真平台是由卡尔·威曼创立,美国科罗拉多大学运营的课程资源。PhET虚拟仿真平台具有丰富的、系统的、分科明确特征的免费的化学资源,利用动图、模拟工具、图片等为学生呈现一个近似于真实的微观世界,使学生更好的理解化学本质和化学模型。PhET虚拟仿真平台具有高仿真性、高趣味性、好的开源性、好的互动性、重复性、直观性强等诸多特点。平台中包含丰富的化学模拟和各国优秀教师、专家团队开发的共享式化学教学资源,可以应用于中学化学的课程教学中,有利于落实中学化学课程标准提出宏微观学科核心素养。PhET平台辅助中学化学教学具有独特的优势,能解决现阶段的现实问题。因此,本文基于PhET平台教学资源,对其模拟资源和共享式资源进行分类、整理和归纳,并利用相关资源进行不同类型的课程教学案例的开发,以发展学生的学科核心素养。本研究主要采用文献法、案例分析法,通过研究、整理、归纳、分析共享式教学资源,对不同类型资源进行分类和分析,将资源分为七种类型,分别为:(1)实现PhET与NGSS以及其他课标文件的对接;(2)PhET模拟的学生指南;(3)使用PhET的点击器问题;(4)交互式课堂演示指南;(5)活动设计;(6)家庭作业中的使用;(7)跨学科教学。将分类不明的化学课程资源进行呈现,以期为教师对资源的直接利用提供有意义的参考。PhET平台中包含优秀的共享式资源,这部分资源是各国教师根据自身所在地域的课程标准与教材内容开发的优秀的课程资源,与我国教材内容衔接不紧密、不系统,并且这部分资源数量众多,分类不明,语言多样,使我国教师对该部分资源的利用存在较大的阻碍。本文根据PhET平台教学资源特点、我国的教材内容、课程标准内容,提出相应的教学原则与应用策略,将PhET平台中的模拟资源与我国的人教版中学化学教材内容进行对接,为我国教师利用PhET平台模拟资源教学提供参考。针对PhET平台丰富的课程资源,以发展学生宏微观学科核心素养为目的,本研究设计开发了三种具有直观性强、互动性强、趣味性强、高效的教学案例,分别为:(1)“化学反应速率的影响因素”教学案例设计;(2)新课型微课资源教学案例设计—以化学方程式的配平为例;(3)复习型微课资源教学案例设计—以原子模型为例。所设计的三种类型的教学案例有利于提高学生的学习兴趣,帮助学生理解抽象的化学概念、化学符号、化学计量等,在培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养方面具有重要意义。有望为一线教师利用、合理设计优化相关课程资源提供重要参考。
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