初中理化生虚拟实验软件应用研究.doc

初中理化生虚拟实验软件应用研究研 究 方 案一、问题提出的背景理、化、生等学科是一门以实验为基础的学科，一般说来，我们可以通过实验（演示实验、课外小实验、学生探究实验等）教学来帮助学生了解实验的现象，掌握实验的规律及事物发展变化的过程。但在教学实践中经常遇到一些问题：1、传统实验的预习与复习较难展开，课外无法复制实验室环境，依靠想象预习复习效果不理想，效率过低；2、传统理化生教学与实验教学传递渠道单一，互动性不强：传统数教学模式大多是教师先把理化生教学与实验教学中的定理和实验步骤详细地安排好，甚至连结论也预先告知学生，然后由老师讲解（动手做），学生看，内容枯燥，形式单一，不能形成互动和调动学生主动参与的积极性；3、反应抽象的理论及定理，宏观、微观、危险的种种实验，传统理化生教学与实验教学没有有效的辅助工具和仿真环境，难以讲解和表现，例如理化生的各种抽象的定理、公式及规律、化学学科的危险实验、物理学科中无法有效地表现出声波、电场的性质、万有引力作用、牛顿第一定律等一些抽象的规律、原理，老师讲解起来非常困难，学生也难以理解；4、 部分传统实验过程无法控制，一些反映速度比较快的实验往往是学生没有看仔细就结束了，但由于实验条件的限定又不可能重复地进行演示。随着计算机技术、多媒体技术、通讯网络技术的高速发展，特别是国际互联网(Internet)日新月异的发展，现代教育技术的手段有了本质的飞跃。如果在实验教学中恰当地运用现代教育技术，利用计算机等现代教育技术的仿真、模拟功能，则可以变抽象为具体，使静态内容动态化，逼真地模拟实验时实验过程中宏观变化中的微观过程，变微观为直观，让学生观察、体验、感受事物发展过程中的微观现象，同时，利用现代教育技术手段，还具有可重复性，能够把实验教学中难以描述、难以突破的难点、重点、生动形象地表现出来，激发学生学习的兴趣，调动学生的学习积极性，强化学生对实验学知识的记忆和理解。现代教育技术引入实验教学，能促进实验教学手段和方式的变革，现代教育技术的运用和实验教学的有机结合相互补充，相得益彰，使实验教学得到最大程度的优化，充分体现学生的主体地位，成为知识的建构者，使学生有效地掌握知识和技能，改变学生学习的方法和过程，影响学生的情感态度价值观，从而培养学生的能力、发展学生的智力。二、理论依据1、符合学生的认知规律现代教育技术在实验教学中的应用，使实验过程中的实验现象，特别是实验过程中的微观现象更加直观、具体、形象、可感，使学生由感性认识上升到理性认识，符合学生的认知规律。现代教育技术在初中实验教学中的应用符合认识事物的规律，有利于激发学生的学习兴趣，大大提高学生的学习动力，从而提高教学质量。2、实践论的观点现代教育技术在实验教学过程中的应用，让学生充分感受、体验实验教学的过程，掌握实验的规律，让学生在实验的过程当中，掌握实验的技能，从而培养学生动手实验能力，能有效地使学生更好地参与实验活动，体验实验效果。 3、实验教学中应用现代教育技术是农村中学推进素质教育的需要现代教育技术的发展已经进入了教育现代化的范畴，现代教育技术的最终目标是渗透到教育教学的各个环节中，全面优化教学过程，全面提升教育教学效果。需要说明的是，教育技术是指媒体技术和系统技术的总称。现代教育技术是一个相对的概念，从属于教育技术。其意图主要是强调从现代的、发展的、全面的眼光来认识教育技术对教育改革的支持作用。也就是既要认识到现代教育技术手段可以做许多在教学中不能实现的效率低的事情，成为教育改革的成功推动者，但又要清醒地看到没有一种超级教学媒体，他们都不能独立的、自动地成为好的学习与教学工具。要真正做到技术与教学的完美结合，必须要有广大教育工作者以现代教育观念作指导，以现代学习理论和教学理论为依据，应用系统理论方法去调动、协调和处理教学系统中包括媒体技术在内的各种要素，为学习者创造更加良好的学习环境，才能真正地、满意地解决教学问题。4、实验教学是中小学校教学过程中的一个十分重要的实践教学环节，它对于坚持理论联系实际，增加学生的知识积累，开发学生的智力，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养新型合格人材具有十分重要的作用。实验教学以生动的物质形式，丰富的知识内容，雄辩的事实根据，严密的逻辑思维，综合的脑体劳动，对学生施加了强有力的影响。根据唯物辩证法原理，外因是变化的条件，内因是变化的依据，外因通过内因起作用。现代教育技术这一新外部因素为实验教学的有效实施提供了一个良好的操作平台，从而促使学生这一内因在实验学习过程中提高动手操作能力。实验是理化生课程的基础，是检验学科的标准。现代教育技术应用于实验教学反映了从传统教育观念向现代教育观念的转变，更有利于表现实验教学这种多因素的复杂的动态系统。克服目前农村初中实验教学中经常出现没有场地，没有足够的设备设施，没有充足的消耗材料和充足的实验时间弱点。5、现代教育技术与实验教学的有机整合，符合教学改革与发展的趋势。三、实验目标本课题旨在通过对初中理化生虚拟实验软件在实验教学中的有效应用研究，探索、总结利用虚拟实验软件支撑理化生实验教学的有效模式，形成具有引领性的、可借鉴、可操作的应用方法和案例体系，改善农村中学理化生实验教学方式、提高理化生实验教学的质量和效率。具体研究目标包括：1、研究理化生传统实验教学中的困难；2、研究理化生虚拟实验软件在实验教学中的优势；3、不同类型的理化生虚拟实验软件在实验教学中的有效应用模式；4、丰富和完善理化生虚拟实验软件；5、有引领性的理化生虚拟实验软件教学应用的案例体系；6、教师的信息技术与实验教学的整合能力及其应用水平。四、实验内容1、研究理化生传统实验教学中的困难；2通过理化生虚拟实验软件在教学中的应用，研究理化生虚拟实验软件在实验教学中的优势；3研究不同类型的理化生虚拟实验软件在实验教学中的有效应用模式（1）理化生实验类型的分类研究；（2）支撑每种实验类型的虚拟实验软件的研究；（3）不同实验类型的虚拟实验软件的应用模式研究。4、丰富和完善理化生虚拟实验软件；5、建立具有引领性的理化生虚拟实验软件教学应用的案例体系（1）理化生虚拟实验软件教学应用的设计并形成案例；（2）案例体系的研究与建立。附：各学科实验操作列表初中物理 初中生物 年级实验名称年级实验名称八年级上册1、探究声是怎样产生的七年级 (下册)1、调查校园、社区或农田的生物种类2、探究声怎样从发声的物体传播到远处2、光对鼠妇生活的影响3、探究什么因素决定音调的高低3、植物对空气湿度的影响4、探究声音的响度与什么因素有关4、练习使用显微镜5、色光的混合与颜料的混合5、观察植物细胞6、光反射时的规律6、观察人的口腔上皮细胞7、平面镜成像的特点7、观察人体的基本组织8、凸透镜成像的规律8、观察草履虫9、固体熔化时温度的变化规律9、观察几种藻类植物10、水的沸腾10、观察几种苔藓植物11、探究串联电路中各点的电流有什么关系11、观察种子的结构12、探究并联电路中干路的电流与各支流的电流的关系12、观察不同植物的种子八年级下册1、探究串联电路中各点间的电压有什么关系13、种子萌发的环境条件2、探究怎样用变阻器改变灯泡的亮度14、测定种子的发芽率3、探究电阻上的电流跟电压的关系15、植物生长需要哪些无机盐4、测量小灯泡的电阻16、根的什么部位生长最快5测量小灯泡的电功率17、观察花的结构6、磁化钢针18、观察根毛7、探究通电螺线管的磁场是什么样的19、观察叶片的结构8、探究电磁铁20、绿叶在光下制造有机物9、让线圈转起来21、二氧化碳是光合作用必需的原料吗10、探究什么情况下磁可生电22、调查当地或我国某地的植被状况九年级1、同种物质的质量和体积的关系23、绿化校园的设计活动2、测量液体和固体的密度七年级 (下册)1、测定某种食物中的能量3、力的作用是相互的2、比较不同蔬菜或水果中维生素C的含量4、摩擦力对物体运动的影响3、馒头在口腔中的变化5、二力平衡的条件4、观察家畜小肠的内部结构6、探究重力的大小跟什么因素有关系5、为家长设计一份午餐食谱7、弹簧测力计的制作和使用6、测量胸围差8、探究摩擦力的大小与什么因素有关7、采集和测算空气中的尘埃粒子9、杠杆的平衡条件8、用显微镜观察人血的永久涂片10、比较定滑轮和动滑轮的特点9、观察小鱼尾鳍内血液的流动11、探究压力的作用效果跟什么因素有关10、观察哺乳动物心脏的结构12、探究浮力的大小等于什么11、血液和血液制品与人类生活的关系13、探究动能的大小与什么因素有关12、观察剖开的哺乳动物的肾脏14、探究重力势能的大小与哪些因素有关13、观察人眼球结构和照相机结构示意图15、斜面的机械效率14、人的瞳孔大小能改变吗16、比较不同物质的吸热能力15、膝跳反射初中化学16、测定反应速度17、酸雨对生物的影响18、废电池对生物的影响年级实验名称八年级 (上册)1、观察鱼鳍九年级 (上册 )1、观察和描述对蜡烛及其燃烧的探究2、探究鱼鳍在游泳中的作用2、我们吸入的空气和呼出的气体有什么不同3、观察鱼鳃3、给物质加热4、饲养和观察蚯蚓4、氧气的制取和性质5、观察家兔5、分子运动6、鸟适于飞行的特点6、净化过滤天然水7、观察昆虫的翅7、探究质量守恒定律8、观察哺乳动物的运动系统8、进一步探究质量守恒定律9、菜青虫的取食行为9、实验室里制取二氧化碳的研究与实践10、动物的绕道取食10、燃烧的条件11、蚂蚁的通讯11、设计简易灭火器12、动物在人们生活中的作用12、酸雨危害的模拟实验13、检测不同环境中的细菌和真菌九年级 (下册 )1、金属的活动性顺序14、观察细菌的结构2、铁制品锈蚀的条件15、观察真菌3、溶解时的吸热或放热现象八年级 (下册)一、观察植物的无性生殖方式4、探究物质能不能无限制地溶解在一定量的水中二、扦插材料的处理5、自制酸碱指示剂三、观察家蚕的生殖发育过程6、酸的化学性质四、观察鸡卵的结构7、碱的化学性质五、观察生物的性状8、中和反应六、观察染色体9、用pH试纸测定一些液体的pH七、观察男女染色体的组成10、溶液酸碱度对头发的影响八、花生果实大小的变异11、粗盐提纯九、模拟保护色的形成过程12、探究初步区分氮肥、磷肥和钾肥的方法十、酒精或烟草浸出液对水蚤心率的影响 五、实验方法 1、实验法本课题研究以虚拟实验软件应用实践为主，教师根据教材及学生的特点，结合本班学生学习实际，围绕课题目标，通过教师的组织，学习的积极参与，逐步建立起以实验室为中心，以理化生虚拟实验软件应用为主要模式，以多媒体教学手段为补充的新型实验教学模式。2、经验总结法在进行课题研究过程中，对课题的分阶段实施情况写出阶段性总结报告，对照研究目标找出问题，以便改进。并在实践中进一步检验。3.个案分析法：在虚拟实验软件应用于实验教学研究的过程中，加强对个案的收集、整理、分析和总结。4、行动分析法：在虚拟实验软件应用于实验教学研究的过程中，及时总结经验、教训和规律，更好地促进课题的研究。5、调查法：运用问卷、测验、访问、抽样等手段和科学方法，及时发现并收集实验全程中的有关材料进行调查分析。6、比较法：搜集虚拟实验软件教学过程中具有代表性、相异性进行比较，从而发现其中的规律。 7、文献研究法：收集、学习、整理、研究有关的文献信息资料，加以分析，以供实验研究。8、系统培训法：对实验教师进行有针对性的系统培训，使其对现代教育媒体的操作和运用更加灵活，并能独立制作CAT实验教学软件。按照培训先行,分级负责,按需施教,学用结合的培训思路,将现代教育技术纳入实验教师必修的内容，从而转变实验教师的教育观念，更新实验教师的教育理念。六、实验原则1、针对性原则：（1） 针对理化生虚拟实验软件应用过程中出现的新问题。（2） 根据教育改革和发展的实际，有效转变学生的学习方式。（3） 实验教学中的迫切需要。2、创新性原则：（1）理论上的创新，在实验教学中充分、有效的利用现代教育技术。（2）方法上的创新，教师在实验教学过程中，应用虚拟实验软件，使现代教育技术成为教师实验教学的一种辅助手段。（3）实验教学应用上的创新，虚拟实验软件在实验教学中的运用，能促使教师转变教育观念，更新教育理念。3、可行性原则：实验室建设、实验器材配备、实验师资力量等方面为开展这一课题的研究创造了一定的条件，使课题研究的开展切实可行。4、以学生发展为本原则：坚持以学生发展为本是现代教育技术与实验教学整合的基本原则。学生是课程资源的主体，教师应当引导学生主动地、有创造性地利用一切可用现代教育技术资源为教学实验服务。5、理论联系实际原则6、持续性原则：现代教育技术手段在变化，知识在更新，教育技术与实验教学的整合并不是一成不变的。因此，对整合的内容要定期清理，删除过时东西，充实新活的内容，精选终身学习必备的材料。7、主体性原则：主体性教育的过程，是教师引导下的学生独立学习和自主活动的过程。按认知学习理论的观点，必须充分发挥学生的主动性和积极性，学生才能获得有效的认知。 七、主要措施1、将理化生虚拟实验软件纳入校本教研。2、走出实验教学就是动手操作的误区。尽管实验教学离不开师生的动手操作，但它不是唯一的手段，在认识上要打破动手实践作为唯一实验教学的手段的观念。3、开发目前可以利用的实验资源，加大实验教学资金的投入。4、调查学生实验教学活动中的兴趣类型、学习方式和操作手段，搜集有价值的实验教学资料入库。5、加强课题资源的管理，严格实验教学制度。保证理化生虚拟实验软件的应用。6、实验教师应该注意发掘学生生活经验方面的资源，引导学生将书本知识转化为实践能力。7、总结和反思理化生虚拟实验软件应用于实验教学的经验教训。实验教师要善于运用教学日志、研究小组和个人教学心得记录、同事指导建议等自我评价和合作总结的手段和方法，提高自我总结和反思的教学水平，懂得如何去利用建立在研究上的各种资源，又能拿出自己的研究成果让其他人分享。八、实验周期 、步骤实验周期：三年（2011年1月2013年6月）实验步骤（一）第一阶段（2011年1月-2011年3月）：准备阶段1、成立课题领导小组。2、前期调研，资料准备。（1）、结合校本情况，开展教学调查，预测虚拟软件与实验教学的发展趋向，以便搜集有价值的实验教学资料。（2）、调查学生在实验活动以及在使用虚拟软件的过程中能够从中获益的知识，包括认知能力、实践能力、教与学的方式和方法、教学经验等课程素材。（3）、鉴别已经具备或尚需具备的知识、技能、素养、基本实验材料。3、制定课题方案、实施计划。4、完成课题申报及立项。5、开展课题实验人员的培训。6、确定实验班级：每个课题研究人员各自确定一个实验班。7、撰写开题报告。（二）第二阶段（2011年4月-2012年12