高中线上实验教学思维可视化的突破策略
（课题立项编号：）
石家庄市周村区第七分校徐永芝
内容摘要
实验教学能提升中学生学习的兴趣，突破中学生的思维障碍点，在使中学生思维可视化方面具有奇特的魅力，因为线上教学空间和时间的限制，实验教学显得异常艰辛。通过实践，探求出了突破实验教学，使思维可视化的策略，在教学中收到了挺好的疗效。突破策略如下：借助虚拟实验室，使实验教学思维可视化；借助摄像头演示实验，使实验教学思维可视化；整体建构实验命题模型，使实验教学思维可视化；课后探究，上传平台，使实验教学思维可视化。
关键词
线上实验教学；思维可视化；突破策略
序言
石家庄市费县区第七分校徐永芝主持的《初中线上教学思维可视化的实践与研究》
课题编号：
参与人：李传迎、高文惠、陈培凤、靳锎、孙静、由俊剑。
课题基本情况介绍：我和课题组成员齐心协力根据课题规划，认真研究，为了突破线上实验教学，通过实践，探求出了几种行之有效的思维可视化的突破策略，除了使线上实验教学正常举办，但是增强了中学生的实验参与度，实现了个性化的实验教学。
成果内容
（一）问题缘起
实验教学能提升中学生学习的兴趣，突破中学生的思维障碍点，在使中学生思维可视化方面具有奇特的魅力，并且因为线上教学空间和时间的限制，实验教学显得异常艰辛。线下教学中我始终秉持这样的理念，能分组的实验，班主任不演示，班主任能演示的实验，中学生不看视频。但是在线上教学中，这显然显得不可能，怎么突破线上实验教学，使中学生的思维可视化，进而提升中学生的参与度，增强中学生的实验探究能力，成了一个迫在眉睫的问题。
（二）研究内容与方式(含研究方式和工作方式)
1.文献研究法
线上实验教学是一种全新的方法，通过查阅大量文献，学习了有关虚拟实验室的应用研究，软件的创新性使用等。在文献研究的基础上，进行了虚拟实验室和化学学科的融合研究。
2.案例研究法
针对典型实验课，班主任和中学生借助虚拟实验室举办实验，借助x-mind思维导图软件制做实验的思维导图，班主任在摄像头下演示实验突破拓展实验中的难点，中学生课后探究上传平台，借助简单的实验器材突破课上不能完成或费时长的实验，通过这种方法，中学生思维可视化，有效突破了线上实验教学。
3.经验总结法
通过阶段性实践和总结，及时发觉和反省线上实验教学中存在的问题，进一步探求和反省实验教学思维可视化突破策略的有效性，以调整研究方向。
（三）研究推论
1.借助虚拟实验室，使实验教学思维可视化
虚拟演示实验，就是借助现今各类信息技术手段来拟和重现现实生活当中的各类真实实验仪器、实验过程和实验现象。虚拟实验室可以高度模拟仿真实验室的仪器及实验疗效。常见的虚拟实验软件有：学校电路虚拟实验室、初中数学虚拟实验室和化学实验（简称VB实验）等，学校电路虚拟实验室只是针对于热学的学习，自主动手选择器材，完成所须要的实验，小学数学虚拟实验室和化学实验（简称NB实验）包括针对小学课本上的分组实验、演示实验和针对实验难点突破的实验。无论在线上还是线下教学，虚拟实验室有利于中学生思维的可视化，提高中学生的实验探究能力和动手操作能力。
1.1借助虚拟实验室，中学生能做课程标准中的17个必做分组实验
在笔记本上安装中学数学虚拟实验破解版软件成功后，中学生在家能够完成课程标准中规定的17个必做分组实验,中学生能有效模拟真实实验，收到了挺好的实验疗效。诸如在九年级备考《电学实验专题》时，课堂上中学生在家借助软件自主动手联接电路，完成重要的热学实验《探究电压与电流、电阻的关系》《测量阻值》和《测量小灯泡的电功率》，如图1所示。中学生通过动手重现了实验过程，进一步领会了滑动变阻器的作用、多次检测的目的等难点问题。
1.2借助虚拟实验室，传统演示实验可以成为中学生分组实验
传统教学中因为实验器材所限或中学生做实验不易成功等，一些实验只能由班主任来演示，但因为实验现象的可视性问题，演示疗效并不理想。借助虚拟实验室能有效解决传统教学中的弊病，为线上教学提供了很大便捷。中学生在家借助中学数学虚拟实验破解版软件有效完成了这种实验，比如《探究阻力对物体运动的影响》《探究影响浮力的诱因》《探究影响动能大小的诱因》《探究电热与什么诱因有关》和《比较水和煤油的放热能力》等，收到了挺好的实验疗效。以《比较水和煤油的放热能力》实验为例，如图2所示，打开NB化学实验室，找到这个实验，在两个烧瓶上盖上纸盖，先燃起火柴，再燃起酒精灯，按下秒表开始计时，观察湿度计的示数变化，记录在设计的表格中，通过一系列的实验操作，中学生真实经历了整个实验过程，有利于引入比热容的概念。
1.3借助虚拟实验室，才能完成传统教学中不易完成的实验
在传统教学中，因为实验器材的限制性、实验现象不易观察性、实验的危险性等，有些实验不易在课堂上或课外完成，借助虚拟实验室能有效完成这类实验。诸如借助中学数学虚拟实验破解版软件就能让中学生模拟不同长笛的波形图如图3所示，借助VB化学实验室能模
拟不易观察性的桌面微小形变实验现象，也能演示家庭电路漏电、漏电保护器功能等危险性实验等。
2.演示实验，使实验教学思维可视化
实验是突破中学生思维障碍点，使思维可视化的较好方法。在实验备考中nb仿真实验在物理教学中的研究，有些拓展性的实验难点只靠讲解点拨很难突破，假如班主任能通过简单的器材演示实验，使实验过程可视化，很容易突破中学生的思维障碍点。诸如在备考探究光的反射规律实验中，假如实验中硬纸板放得没有与平面镜垂直，稍有倾斜，则当入射光贴着硬纸板射向镜面上的O点后，在硬纸板上（选填“能”或“不能”）听到反射光线。中学生只靠想像能力，很难解答。直播课堂上我借助摄像头和平台有效演示了这一实验，我一边介绍做法，一遍演示，把椅子当作平面镜，化学课本当作硬纸板，课本斜置于桌子上，其中一支笔当作入射光线，用胶带粘在课本上，在入射点上竖立法线（能“站立”的笔），按照反射角和入射角的关系，借助最后一支笔确定出反射光线，如图4所示。通过演示实验的方法，中学生跟着入射光线射到平面镜上进行了反射，“追踪”了反射光线的踪迹，使思维可视化，理解了实验实质。
3.整体建构实验命题模型，使实验教学思维可视化
思维导图是一种可视化的思维工具，通过它建立的知识体系层次分明，脉络清晰，一目了然，比通常的知识梳理更能帮助中学生建构知识或方式，完善知识或方式之间的联系。常用的软件有，，，和x-mind等。
实验探究是数学四大核心素质之一，但从平常学习和高考来看，中学生在实验探究综合题方面存在严重思维障碍，经过探求，以x-mind思维导图为工具，从提出问题、猜想与假定、设计实验与拟定计划、进行实验与搜集证据、分析与论证、评估和交流与合作科学探究七个要素整体建构了化学实验探究的模型框架，如图5所示。
班主任或中学生可以在此基础上从整体建构的角度进一步细化实验，构建起一个实验内部的联系，或则几个实验之间的联系，使实验中的考点思维可视化。诸如老师以《探究影响滑动磨擦力大小的诱因》为例，如图6所示，充分借助思维导图里的各类功能（联系、超链接等），建构了知识和方法之间的联系，把磨擦力实验和《阻力对物体运动影响》、《探究动能和速率的关系》因器材的相像性整合在一起。在中学生存在思维障碍的重要考点处，把近三年考查磨擦力的广东省或日照市中试题或莱山区的学业测评题中的典型实验整合进来，拓展中学生的思维，进一步提升了中学生的实验探究能力和综合剖析能力，还融合了实验创新，鼓励中学生关注探究中出现的新问题，评估、改进和调整探究方案。
在课堂上可以直接借助x-mind软件将思维导图进行放大或缩小教学，借助超链接功能，直接链接到对应性的题目上，进行课堂练习。还可以借助软件用图片创建工程，进行多个实验教学，通过任意放大或缩小图片保证图片的清晰度。不仅班主任建构实验探究模型，中学生可以自主建构实验考点，譬如李雨恬从科学探究的七个要素建构了《探究同种物质质量与容积的关系》如图7所示，充分挖掘了实验中的考点，从整体上理解了整个实验。
4.课后探究，上传平台，使实验教学思维可视化
有些实验须要较严苛的环境能够有显著的实验现象，或则中学生借助简单的器材就可以完成的实验等，这种实验可以置于中学生屋内完成，在动手的过程中突破思维障碍点，使思维可视化。诸如在学习镜面反射和漫反射时，一提及镜面反射，中学生常常觉得是比较闪耀的，漫反射是不刺眼的。为了突破中学生的这些不全面的认识，首先我先给中学生布置了一个家庭小实验，在桌面上铺一张白纸，把一小块穿衣镜平置于纸上，让手探照灯的光正对这穿衣镜照射。倘若从侧面看去，白纸和小穿衣镜那个是亮的，那个是暗的？缘由是哪些？中学生在家完成实验后，照相上传到平台互相分享、学习。学生通过实验真实体验了，穿衣镜也可以看上去是暗的，白纸看上去是亮的，如图8所示，但有些中学生的解释不确切，上课时，班主任让会解释的中学生进一步和你们分享，白纸更亮，照射到穿衣镜发生镜面反射，光正对穿衣镜入射后，反射光垂直返回，从侧面看，步入眼里的光线少；光照射到白纸上发生漫反射，反射光线射向四面八方，步入眼里的光线多，所以从侧面看白纸更亮。班主任进一步点拨，一个物体看上去亮还是暗，取决于步入耳朵中光的多少。班主任借助中学生的错误资源，有的中学生是从正上方观察的，观察现象并解释，进一步理解了物体发生镜面反射和漫反射时的亮暗问题。
之后我布置了一道生活中的小应用题，假如你迎着月光走或背着月光走地面和海面谁看上去更亮？通过中学生的课后实验，虽然面对生活中的真问题也迎刃而解，增强了中学生用所学知识解决真问题的能力。
又比如鲁科版八年级上册第61页，一艘货轮从海里驶向河边nb仿真实验在物理教学中的研究，它深受的重力大小，它深受的压强，它排沸水的容积。（填“变大”、“变小”或“不变”）中学生第一次接触这些实际问题时，将近90％的中学生出现错误,觉得客轮从海里驶向河边，液体的密度变小，按照F浮=ρ液gV排，所以压强变小，中学生忽视了V排的变化。V排真地没有变化吗？
借此给中学生布置了一个课后实验证明V排的变化，只给中学生提供的器材是各类尺寸的橡胶塞，之后上传平台展示，如图9左所示，有的中学生把细圆射手去顶部三分之二，将橡胶塞堵住瓶口，假如杯子不能平稳地浮在水底，再把适量细沙放入射手，倒入装有水的瓶子中，在齐盐海面处作出标记，之后把天秤再装入水底，观察此时标明线的位置变化，标明线没入水底，如图9右所示，本方式的难点是怎样做标记，由于用笔不易画且不容易画在射手上，后来和中学生经过反复尝试先用胶带把红细字条贴在射手上，之后向射手里渐渐放入石子直到盐海面和红字条相平，这些标记方式省时省力。
还有的的中学生借助带有刻度的10ml注射器除去针筒和芯杆，用橡胶塞堵住注射器的一端分别置于盐水和水底，因为注射器有刻度，十分便捷地观察到V排的变化，不用做标记，更省时省力，如图10所示。通过课后实验中学生见证了V排的变化，构建了自我认知结构，增强了问题解决能力。
（四）新政建议
1.目前各类线上平台各有优点和缺点，建议鼓励班主任和研究人员开发线上教学、评价、管理一体化的平台，使线上教学平台功能更加大大。
2.鼓励科学班主任借助虚拟实验室等服务于课堂实验教学，非常是一些适宜线上教学的内容。
3.针对目前无论线上还是线下教学，科学评价落后于教学的现况，建议加大怎样通过大数据科学评价中学生学习疗效的研究。
参考文献
[1]刘筱兰,张薇,程惠华,王本立.虚拟实验室的类型及发展趋势[J].计算机应用研究,2004(11):8-10.
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[4]徐永芝，李传迎.基于深度学习的压强实验突破[J].小学数学,2019（22):39-41.
[5]徐永芝，李传迎.线上教学思维可视化突破策略[J].小学数学,2020（12):47-49.
