依托模擬軟件進(jìn)行火山噴發(fā)實(shí)驗(yàn)演示

〔摘" "要〕" 在當(dāng)今信息時(shí)代，教育領(lǐng)域正經(jīng)歷著日新月異的變革，而信息技術(shù)的迅猛發(fā)展為教學(xué)模式帶來(lái)深刻的變革。小學(xué)科學(xué)是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的重要課程，而傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)往往受限于教材的有限和實(shí)驗(yàn)條件的不足，導(dǎo)致學(xué)生難以深入理解抽象的科學(xué)概念，缺乏實(shí)踐操作的機(jī)會(huì)。因此，本文以火山噴發(fā)知識(shí)講解為例，探討基于虛擬軟件開(kāi)展小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的演示路徑，旨在發(fā)揮虛擬軟件運(yùn)用優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上更好地開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，推動(dòng)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)朝著更加開(kāi)放的方向發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)演示；虛擬軟件；火山噴發(fā)

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " "〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2024）" 20" " 058-060

小學(xué)科學(xué)教育作為培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)科學(xué)素養(yǎng)的起始階段，教師應(yīng)該在把握課程特色基礎(chǔ)上，制訂科學(xué)的教學(xué)方案，引導(dǎo)學(xué)生在理解抽象概念基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐操作，進(jìn)而構(gòu)建完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。信息技術(shù)為學(xué)科教育注入新的活力，從虛擬實(shí)驗(yàn)室到在線教育平臺(tái)，為科學(xué)教學(xué)提供更為靈活、生動(dòng)、個(gè)性化的手段?？茖W(xué)教師需要思考虛擬軟件在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)中運(yùn)用價(jià)值，給學(xué)生開(kāi)展更高水準(zhǔn)的知識(shí)講解與學(xué)科能力培養(yǎng)。

一、選擇適合學(xué)生認(rèn)知水平的虛擬軟件

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受制于設(shè)備和場(chǎng)地等條件，基于虛擬軟件的實(shí)驗(yàn)演示可以突破這些限制，給學(xué)生提供更加多樣化的實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間。虛擬軟件呈現(xiàn)圖像生動(dòng)直觀，清晰展示實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程與具體結(jié)果，促使學(xué)生直觀理解科學(xué)概念，讓學(xué)生在虛擬軟件操作支持下，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維、觀察意識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作技能等發(fā)展，為學(xué)生全面發(fā)展提供教育支持。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)和模擬軟件，學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)的仿真，解決實(shí)驗(yàn)條件的不足和安全隱患問(wèn)題，使學(xué)生更深入地理解科學(xué)原理?？茖W(xué)教師可以利用模擬軟件開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生在安全、互動(dòng)性強(qiáng)的環(huán)境中深入了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，增強(qiáng)對(duì)火山噴發(fā)知識(shí)的記憶和理解。教師需要選擇適合小學(xué)生認(rèn)知水平的火山噴發(fā)模擬軟件，可以是虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)PhET Interactive Simulations和3ds Max等專(zhuān)門(mén)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M軟件，也可以是在線教育平臺(tái)上提供的互動(dòng)性較強(qiáng)的火山噴發(fā)模擬工具。

在選擇虛擬軟件過(guò)程中應(yīng)該關(guān)注以下幾方面。

應(yīng)該具有直觀界面，有著易于操作的功能，確保小學(xué)生能輕松理解虛擬軟件操作方法，能運(yùn)用虛擬軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，更好地感受科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的魅力。

軟件應(yīng)該具有豐富互動(dòng)功能，在吸引學(xué)生注意力基礎(chǔ)上增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，運(yùn)用虛擬軟件進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)演示，通過(guò)虛擬軟件開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作。

虛擬軟件所模擬的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該與小學(xué)生所學(xué)課程內(nèi)容密切相關(guān)，通過(guò)虛擬軟件操作幫助學(xué)生更好地理解課程知識(shí)，尤其是理解與火山噴發(fā)相關(guān)的抽象知識(shí)，利于學(xué)生構(gòu)建較為完整的知識(shí)體系。

軟件應(yīng)該以簡(jiǎn)潔清晰的方式呈現(xiàn)信息，避免虛擬操作軟件有復(fù)雜的操作界面，也避免出現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)演示內(nèi)容，避免學(xué)生在虛擬演示操作中出現(xiàn)理解不清晰的問(wèn)題。

軟件內(nèi)容應(yīng)該符合小學(xué)生的年齡特點(diǎn)，不能含有不適宜內(nèi)容，以保障學(xué)生順利開(kāi)展課程學(xué)習(xí)。針對(duì)小學(xué)生課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和思維邏輯特點(diǎn)，選擇3ds Max軟件進(jìn)行火山噴發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)操作，促使學(xué)生在虛擬軟件支持下更好地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)操作，增強(qiáng)對(duì)這一實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握程度。

二、操作模擬軟件進(jìn)行火山噴發(fā)實(shí)驗(yàn)演示

科學(xué)教師準(zhǔn)備通過(guò)虛擬模擬軟件進(jìn)行火山噴發(fā)實(shí)驗(yàn)之前，應(yīng)該在教學(xué)電腦或者平板上安裝3ds Max等虛擬模擬軟件，熟悉軟件操作方法與具體功能，在教學(xué)之前準(zhǔn)備虛擬演示所需要的素材。通過(guò)軟件，學(xué)生可以選擇不同的條件，如巖漿溫度、巖石類(lèi)型等，觀察在不同條件下火山噴發(fā)的變化。這種互動(dòng)性實(shí)驗(yàn)演示能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)火山噴發(fā)過(guò)程的直觀認(rèn)知。具體需要開(kāi)展以下幾方面的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作教學(xué)。

第一步，向?qū)W生演示如何打開(kāi)虛擬模擬軟件，在歡迎界面或主界面上選擇“火山噴發(fā)實(shí)驗(yàn)”選項(xiàng)。學(xué)生需要在科學(xué)教師指導(dǎo)下依次點(diǎn)擊相關(guān)按鈕，進(jìn)而進(jìn)入火山噴發(fā)實(shí)驗(yàn)的模擬界面。在該界面中包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、命令面板、繪圖區(qū)域、視圖控制區(qū)與動(dòng)畫(huà)控制區(qū)，學(xué)生通過(guò)以上功能操作能進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。該軟件數(shù)據(jù)接口齊全，能導(dǎo)出點(diǎn)線面體或網(wǎng)絡(luò)文件，也能與AutoCAD，ER Mapper，MAYA等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，更好地開(kāi)展科學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)操作。

第二步，科學(xué)教師指導(dǎo)小學(xué)生在虛擬軟件上選擇火山類(lèi)型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作要求調(diào)整參數(shù)。小學(xué)生在虛擬軟件上能看到不同類(lèi)型的火山圖標(biāo)，在教師指導(dǎo)下選擇一個(gè)感興趣的火山類(lèi)型，點(diǎn)擊圖標(biāo)之后進(jìn)行后續(xù)操作。軟件會(huì)顯示學(xué)生選擇的火山默認(rèn)參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)巖漿溫度、黏度、噴發(fā)高度等參數(shù)改變模擬實(shí)驗(yàn)的具體條件?？茖W(xué)教師指導(dǎo)小學(xué)生建立基本平面，在生成平面“plane”后，將坐標(biāo)都調(diào)整為“0”，然后進(jìn)行分段數(shù)調(diào)高操作。創(chuàng)建山體模型，指導(dǎo)學(xué)生在界面上進(jìn)行點(diǎn)元素修改，選擇其中一個(gè)點(diǎn)向上拖動(dòng)，這樣能顯示基本效果。之后創(chuàng)建一個(gè)圓柱體，科學(xué)教師指導(dǎo)學(xué)生與山體模型生成火山口，在多邊形中進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，根據(jù)實(shí)際情況賦予模型噪波，完成火山模型基本構(gòu)造。小學(xué)生在右側(cè)欄中進(jìn)行基本參數(shù)設(shè)置，重點(diǎn)進(jìn)行大小、形狀、速度、巖漿溫度與時(shí)間等參數(shù)挑戰(zhàn)，模擬不同條件下的火山噴發(fā)現(xiàn)象。

第三步，學(xué)生點(diǎn)擊“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”或類(lèi)似按鈕，開(kāi)啟火山噴發(fā)的具體過(guò)程。學(xué)生需要觀察火山口的噴發(fā)情況、巖漿的流動(dòng)路徑、噴發(fā)物的類(lèi)型等信息，加深對(duì)火山噴發(fā)的認(rèn)知程度。學(xué)生通過(guò)虛擬模擬軟件觸摸屏幕或者拖動(dòng)鼠標(biāo)，在改變視角的基礎(chǔ)上，觀察火山噴發(fā)不同現(xiàn)象，加深對(duì)這一知識(shí)的掌握程度。在虛擬環(huán)境中自由切換視角，小學(xué)生能直觀觀察火山內(nèi)部結(jié)構(gòu)、巖漿運(yùn)動(dòng)情況、噴發(fā)情況等，從不同角度分析火山結(jié)構(gòu)。同時(shí)，學(xué)生能實(shí)時(shí)觀察火山的噴發(fā)過(guò)程，能仔細(xì)觀察巖漿噴發(fā)、火山灰噴射、巖石碎片飛濺等現(xiàn)象，深入了解火山活動(dòng)的細(xì)節(jié)。

第四步，科學(xué)教師指導(dǎo)小學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)中觀察到的數(shù)據(jù)，也能記錄火山噴發(fā)的具體變化，通過(guò)筆記本表格記錄相關(guān)信息，也能運(yùn)用A4紙記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，提高學(xué)生對(duì)火山噴發(fā)這一現(xiàn)象的認(rèn)知程度。針對(duì)小學(xué)生呈現(xiàn)出的認(rèn)知能力，科學(xué)教師應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生記錄巖漿的噴發(fā)高度、顏色、形態(tài)、噴發(fā)頻率等信息，也應(yīng)該觀察周?chē)孛驳膶?shí)際變化情況，運(yùn)用“紅色巖漿”“噴射”等詞匯進(jìn)行表述。同時(shí)，科學(xué)教師需要帶領(lǐng)學(xué)生通過(guò)觀察火山口形態(tài)變化、周?chē)鷰r石移動(dòng)或破碎情況等方式，觀察周?chē)孛沧兓闆r。通過(guò)記錄這些實(shí)驗(yàn)信息，小學(xué)生能更好地理解火山噴發(fā)現(xiàn)象，立足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析火山噴發(fā)的各項(xiàng)情況。

三、利用模擬軟件展示不同類(lèi)型的火山噴發(fā)

依托虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和科學(xué)模擬軟件，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推理和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種實(shí)踐性的學(xué)習(xí)方式，既彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)條件的不足，也能提高實(shí)驗(yàn)的安全性，使學(xué)生更直觀地理解和應(yīng)用科學(xué)知識(shí)。針對(duì)小學(xué)生科學(xué)知識(shí)掌握情況，教師利用模擬軟件展示不同類(lèi)型的火山噴發(fā)是一種生動(dòng)直觀的教學(xué)方法，能幫助學(xué)生更好地理解火山噴發(fā)的具體過(guò)程，也能在虛擬軟件支持下更好地分析火山噴發(fā)的特點(diǎn)，促使學(xué)生以良好的精神面貌參與課堂學(xué)習(xí)。

在對(duì)小學(xué)生開(kāi)展火山噴發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，科學(xué)教師應(yīng)該利用模擬軟件展示不同類(lèi)型的火山噴發(fā)。通過(guò)模擬操作讓小學(xué)生了解不同火山噴發(fā)的特點(diǎn)，也能分析火山噴發(fā)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的具體影響?？茖W(xué)教師需要運(yùn)用圖片、動(dòng)畫(huà)或簡(jiǎn)短視頻，生動(dòng)展示不同類(lèi)型火山的外觀，在虛擬軟件中展示盾狀火山、錐形火山、復(fù)式火山等不同的火山類(lèi)型。這樣能激發(fā)學(xué)生參與科學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)操作的內(nèi)在興趣。小學(xué)生在科學(xué)教師指導(dǎo)下選擇不同類(lèi)型的火山進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，調(diào)整巖漿溫度、巖漿黏度等因素，觀察火山噴發(fā)呈現(xiàn)出的不同特點(diǎn)。鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中積極探索，記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在學(xué)生模擬操作之后進(jìn)行對(duì)比分析，讓學(xué)生意識(shí)到巖漿成分不同會(huì)有著不同噴發(fā)形式，以寧?kù)o式噴發(fā)與爆裂式噴發(fā)比較為例（見(jiàn)下表）。

四、模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)束后提出引導(dǎo)性思考問(wèn)題

在模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，科學(xué)教師需要提出引導(dǎo)性思考問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生深入思考火山噴發(fā)的相關(guān)知識(shí)，促使學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)。教師指導(dǎo)小學(xué)生在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上深入思考火山活動(dòng)的原理，分析火山噴發(fā)的地質(zhì)意義，感受火山對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)批判性思維的發(fā)展，同時(shí)培養(yǎng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)。在帶領(lǐng)小學(xué)生回顧模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，科學(xué)教師需要總結(jié)相關(guān)理論知識(shí)，圍繞所觀察到數(shù)據(jù)與現(xiàn)象回答相關(guān)問(wèn)題。

科學(xué)教師需要提出多樣化引導(dǎo)性問(wèn)題。針對(duì)火山活動(dòng)多樣性知識(shí)點(diǎn)，科學(xué)教師提出“你觀察到的火山錐形爆發(fā)和涌流式噴發(fā)有哪些不同之處？這些差異是如何形成的？”“為什么會(huì)有不同類(lèi)型的火山噴發(fā)？這與火山的地質(zhì)構(gòu)造有何關(guān)系？”等思考問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。針對(duì)火山噴發(fā)巖漿特性等知識(shí)點(diǎn)，科學(xué)教師應(yīng)該提出“在火山錐形爆發(fā)中巖漿噴發(fā)高度較大，伴隨著火山灰和巖石碎片噴射，是什么原因?qū)е聡姲l(fā)物的差異？”“涌流式噴發(fā)中巖漿流動(dòng)速度較慢，噴發(fā)物高度相對(duì)較低，這表明巖漿哪些特性？”等問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生在理論學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)軟件構(gòu)建知識(shí)點(diǎn)。針對(duì)火山活動(dòng)與地球環(huán)境的知識(shí)點(diǎn)，科學(xué)教師應(yīng)該提出“火山噴發(fā)對(duì)地球環(huán)境有何影響？”“火山錐形爆發(fā)和涌流式噴發(fā)會(huì)對(duì)周?chē)貐^(qū)造成哪些不同影響？”“如何預(yù)防和減少火山噴發(fā)對(duì)人類(lèi)和生態(tài)環(huán)境的影響？”等問(wèn)題，促使學(xué)生進(jìn)行多個(gè)層面的互動(dòng)交流。

信息技術(shù)與小學(xué)科學(xué)教學(xué)深度融合的研究表明，借助先進(jìn)的技術(shù)手段，可以在小學(xué)科學(xué)教育中開(kāi)辟全新的教學(xué)模式，給學(xué)生帶來(lái)全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。虛擬軟件能生動(dòng)直觀地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使學(xué)生能更直觀地理解抽象的科學(xué)概念，提高學(xué)生對(duì)課程知識(shí)掌握程度。同時(shí)，虛擬軟件能給學(xué)生提供更多的實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì)，促使小學(xué)生在模擬環(huán)境中進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)操作，在鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力基礎(chǔ)上，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)知程度。通過(guò)不斷優(yōu)化技術(shù)支持和教學(xué)設(shè)計(jì)，有望更好地發(fā)揮信息技術(shù)在小學(xué)科學(xué)教育中的潛力，培養(yǎng)更具創(chuàng)新力和實(shí)踐能力的學(xué)生。

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