NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

徐國(guó)華

摘 要：虛擬實(shí)驗(yàn)室是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)而建立的虛擬實(shí)驗(yàn)空間，它作為傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的輔助工具對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)揮著重要作用?！癗OBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室”是近年興起的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，本文以“溶解的快與慢”這一節(jié)為例，利用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生體驗(yàn)虛擬實(shí)驗(yàn)的過程，克服傳統(tǒng)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的局限，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了一種新思路。

關(guān)鍵詞：NOBOOK; 虛擬仿真; 實(shí)驗(yàn)教學(xué); 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G623.8? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1006-3315（2020）12-053-002

一、前言

在教育信息化的背景下，利用虛擬仿真技術(shù)拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平，是教育信息化的一個(gè)重要方向。2014年由北京樂步教育科技有限公司研發(fā)的“NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室”系統(tǒng)是一款包含物理、化學(xué)、生物和小學(xué)科學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件[1]。它是目前較為先進(jìn)的一款虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件。例如在小學(xué)科學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)中包含物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域、生命科學(xué)領(lǐng)域、地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域、技術(shù)與工程領(lǐng)域中的實(shí)驗(yàn)，因其栩栩如生的畫面感而備受好評(píng)。而且“NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”軟件可實(shí)時(shí)更改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以獲得不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并依托Flash交互技術(shù)，加入多維動(dòng)畫，仿真性較高，在課堂上的互動(dòng)效果較好，課后學(xué)生也可利用軟件復(fù)習(xí)所學(xué)知識(shí)[2]。

NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室具有以下特點(diǎn)：一、虛擬實(shí)驗(yàn)突破了空間的約束。虛擬實(shí)驗(yàn)不局限于現(xiàn)有空間，它可以讓學(xué)生進(jìn)入宏觀與微觀的世界，突破了所謂的常規(guī)空間的約束。比如模擬月球登陸實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以利用鍵盤和鼠標(biāo)，控制登月飛行器的降落和起飛，挑戰(zhàn)不同地點(diǎn)的安全著陸，學(xué)生可以感受到月球上引力和重力的大小。學(xué)生仿佛身臨其境一般;二、虛擬實(shí)驗(yàn)超越了時(shí)間的限制。虛擬實(shí)驗(yàn)可以突破常規(guī)的時(shí)間限制，在極短的時(shí)間內(nèi)，向?qū)W生呈現(xiàn)幾百年甚至幾千年的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。比如巖石的風(fēng)化是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。通過虛擬實(shí)驗(yàn)可以清楚地了解溫度、流水、動(dòng)植物對(duì)巖石的影響。而課堂上的實(shí)驗(yàn)由于時(shí)間限制效果并不明顯;三、高安全性，降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)可以降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的觸電、起火、爆炸等危險(xiǎn)現(xiàn)象，特別是一些關(guān)于電學(xué)的實(shí)驗(yàn)，具有一定的危險(xiǎn)性。虛擬實(shí)驗(yàn)可以提高實(shí)驗(yàn)的安全性，減小實(shí)驗(yàn)中對(duì)學(xué)生造成的不確定傷害;四、隨時(shí)隨地使用虛擬實(shí)驗(yàn)可以滿足學(xué)生在課堂或課下隨時(shí)隨地使用的需求，不受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間與場(chǎng)地的限制。只要有一臺(tái)電腦和相關(guān)的軟件程序，我們就可以開展實(shí)驗(yàn)。

二、教材內(nèi)容分析

《溶解的快與慢》是教育科學(xué)出版社小學(xué)科學(xué)教材四年級(jí)上冊(cè)溶解單元的第5課，本課在本單元中起承上啟下的作用，是基于前一節(jié)《不同物質(zhì)在水中的溶解能力》的基礎(chǔ)上來(lái)研究探索“溶解的快慢”，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，探究影響物質(zhì)溶解速度的主要因素，讓學(xué)生自主經(jīng)歷“問題——假設(shè)——驗(yàn)證——證實(shí)”的科學(xué)探究活動(dòng)過程，為后面《100毫升水里能溶解多少克食鹽》等探究活動(dòng)作好充分的知識(shí)準(zhǔn)備。

三、學(xué)情分析

第一，知識(shí)狀況。在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了不同物質(zhì)在水中的溶解能力的相關(guān)知識(shí)，但是影響溶解快慢的原因，還不是很明確。第二，能力狀況。這一階段的學(xué)生觀察能力較強(qiáng)，科學(xué)探究能力正在進(jìn)一步發(fā)展。第三，心理狀況。四年級(jí)學(xué)生思維活躍，求知欲和好奇心強(qiáng)，通過NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察方糖溶解的快慢，提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

四、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)與技能

知道可溶性固體物質(zhì)在水中溶解的快慢與物體顆粒的大小、水的溫度以及混合溶液是否被攪動(dòng)等因素有關(guān)。

2.過程與方法

能開展控制單個(gè)變量進(jìn)行對(duì)比的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷并學(xué)會(huì)“問題——假設(shè)——驗(yàn)證——證實(shí)”這一科學(xué)探究過程。

3.情感態(tài)度價(jià)值觀

能夠與同學(xué)進(jìn)行合作探究活動(dòng)，在活動(dòng)中愿意交流與合作;能將對(duì)比實(shí)驗(yàn)這種科學(xué)的方法運(yùn)用到解決同類科學(xué)問題的研究當(dāng)中去。

五、教學(xué)策略與方法

受實(shí)驗(yàn)材料等原因的限制，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以老師“講課本，讀實(shí)驗(yàn)”或用動(dòng)畫展示為主，實(shí)驗(yàn)課堂沒有活力，學(xué)生只是被動(dòng)地獲取知識(shí)，學(xué)習(xí)積極性不高。因此，本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)，以NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為依托，重新編排教學(xué)設(shè)計(jì)，以期能夠克服傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)材料不足、效果不明顯等問題。學(xué)生利用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，推理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納概括實(shí)驗(yàn)結(jié)果，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程。

六、教學(xué)過程組織

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入探索

（1）師：老師倒了一杯冷的純凈水，放入一勺食鹽，但是食鹽沉在杯底，溶解的很慢，請(qǐng)大家?guī)屠蠋熛胂朕k法，怎樣可以加快老師杯中食鹽的溶解？

（2）生1：（把冷水換成熱水）;生2：（用筷子攪拌）;生3：（把涼水換成熱水再攪拌……）

（3）教師板書：攪拌、加熱（熱水）、把涼水換成熱水再攪拌……

（4）師：同學(xué)們想出了這么多辦法，真是令老師佩服，是不是你們的這些辦法真的有效呢？這節(jié)課我們就來(lái)研究這個(gè)問題：溶解的快與慢。（板書課題）

2.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，明白影響物質(zhì)溶解快慢的因素

引導(dǎo)學(xué)生打開NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，進(jìn)入“溶解的快與慢”這一實(shí)驗(yàn)。

（1）驗(yàn)證加熱能夠加快溶解。

如圖1所示，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊開始實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如圖2所示，相同條件有好幾個(gè)，不同條件只有一個(gè)（一杯熱水，一杯冷水。）這種方法在我們的實(shí)驗(yàn)課上叫做對(duì)比實(shí)驗(yàn)。如圖3所示，點(diǎn)擊加入食鹽，兩勺質(zhì)量相同的食鹽分別加入裝有相同水量的熱水和冷水中，進(jìn)行相同的時(shí)間，觀察兩個(gè)杯子中食鹽溶解的快慢。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論如圖4圖5所示，熱水杯中的食鹽比冷水杯中的食鹽溶解的快。因此本實(shí)驗(yàn)可以證明水的溫度越高，食鹽溶解的越快。

（2）驗(yàn)證攪拌能夠加快溶解。

如圖6所示，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊加入食鹽，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如圖7所示，點(diǎn)擊加入食鹽，兩勺質(zhì)量相同的食鹽分別加入裝有相同水量?jī)杀渌?，如圖8所示，相同條件有好幾個(gè)，不同條件只有一個(gè)（一杯攪拌，一杯不攪拌），進(jìn)行相同的時(shí)間，觀察兩個(gè)杯子中食鹽溶解的快慢。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論如圖8圖9所示，攪拌的杯子中食鹽溶解的較快，不攪拌的杯子中食鹽溶解的較慢。因此本實(shí)驗(yàn)可以證明攪拌可以加速食鹽的溶解。

（3）驗(yàn)證加熱并攪拌能夠加快溶解。

如圖10所示，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊加入食鹽，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。如圖11所示，點(diǎn)擊加入食鹽，兩勺質(zhì)量相同的食鹽分別加入裝有相同水量熱水杯、冷水杯中，如圖12所示，相同條件有好幾個(gè)，不同條件有熱水杯（攪拌），冷水杯（不攪拌），進(jìn)行相同的時(shí)間，觀察兩個(gè)杯子中食鹽溶解的快慢。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論如圖12圖13所示，熱水并且攪拌的杯子中食鹽溶解的較快，冷水不攪拌的杯子中食鹽溶解得較慢。因此本實(shí)驗(yàn)可以證明加熱并攪拌可以加速食鹽的溶解。

（4）學(xué)以致用，驗(yàn)證碾碎能夠加快方糖溶解

師：看大家做實(shí)驗(yàn)這么認(rèn)真，老師獎(jiǎng)勵(lì)每人吃一顆方糖。但先思考一下：怎樣吃糖，可以讓它溶解得更快呢？

七、評(píng)價(jià)與展望

本研究設(shè)計(jì)借助NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，重新對(duì)“溶解的快與慢”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。通過虛擬動(dòng)畫的演示，學(xué)生更容易理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)的壓力，刺激學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的提升，更好的促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

當(dāng)然，NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)也存在一些不足，虛擬實(shí)驗(yàn)畢竟不是真實(shí)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能在電腦端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能親自動(dòng)手操作。虛擬實(shí)驗(yàn)可重復(fù)進(jìn)行，且實(shí)驗(yàn)步驟都是預(yù)設(shè)好的，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為主，考慮到安全性、時(shí)空限制等因素，則可以輔助NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小丹.基于NOBOOK虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的生物學(xué)教學(xué)[J]中國(guó)教育技術(shù)裝備，2019（13）：46-48

[2]陳曉甜.基于NOBOOK的高中化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[D]河南大學(xué)，2019