基于空间能力分组的央馆虚拟实验差异化教学实践研究——以初中化学“水的组成”为例.pdf
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1、2023 年第 8 期教育与装备研究数字化教学要更加智能化、精准化地为学生作文提供修改和反馈意见,这样教师和人工智能共同完成对学生作 文 评 价 的 模 式 更 加 具 有 精 确 性 和 高效性。参考文献:1 张生,陈丹,程姝等.“互联网+教育”如何促进学生的思维发展?以华西小学思维发展型语文课堂为例J.现代教育技术,2018,28(5):89-94.2 曹海.小学语文作文评改存在的问题及对策研究J.语文建设,2022(10):73-74.3 盛鸿彪.语文课堂教学过程性评价的设计原则、向度与实 践 路 径 J.教 育 与 装 备 研 究,2022,38(6):37-42.4 潘庆纳,周锦程.
2、我国中等教育阶段深度学习研究热点、问题及展望J.教育与装备研究,2023,39(1):3-12.5 范康熙.小学习作技能多元主体指标化批改与评价支持 系统 的建 构 与实 施 J.语文 建 设,2022(20):46-50.6 李姝雯,邢红兵,舒华.小学生写作能力发展常模研究J.语言文字应用,2016(3):50-60.7 魏顺平,傅骞,何克抗.低年级小学生用字情况调查与分 析 以 广 东、北 京 两 地 6 所 小 学 为 例J.语言文字应用,2008(3):81-89.8 韩亚慧.思维导图在教育中应用的综述J.教育与装备研究,2023,39(1):75-79.(责任编辑:邢西深)基于空间能
3、力分组的央馆虚拟实验差异化教学实践研究 以初中化学“水的组成”为例黄 娜闵 乔邹晓洁邓雅心摘要:化学实验涉及宏观、微观、符号多个层面,涵盖较多空间信息表征的知识,传统化学实验较难满足不同空间能力学生的学习需求。文中以人教版九年级化学上册第四单元课题 3“水的组成”为例,利用央馆虚拟实验“电解水探究水的组成实验”资源,基于学生空间能力分组开展差异化教学,从教学环节角度探讨融合虚拟实验资源的差异化教学路径,以期为广大教育研究者提供借鉴。关键词:空间能力;虚拟实验;差异化教学;初中化学中图分类号:G434文献标识码:A黄娜,湖北省武汉市二桥中学,二级教师;闵乔,湖北省武汉市二桥中学,二级教师;邹晓洁
4、,华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心,在读硕士研究生;邓雅心,华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心,在读硕士研究生。本文为 2022 年湖北省信息技术重点课题“基于央馆虚拟实验系统的差异化教学模式构建与应用研究”(课题批准号:2201019)、湖北省教育厅重点规划课题“区校一体化平台支撑学生个性化学习的案例研究”(课题批准号:214224563)阶段性研究成果。一、引言化学是一门在原子、分子水平上研究物质组成、结构与性质的基础学科1,需要从宏观、微观、符号多个层次认识和理解物质结构模型,对学生的空间能力提出一定的要求2。由于52数字化教学教育与装备研究2023 年第 8 期电解水
5、实验结果不稳定、变化过程难观察,实际教学中不同空间能力学生在理解水分子的立体形态和运动状态时的效果参差不齐。央馆虚拟实验能够创设高度沉浸、具身参与的教学情境3,帮助学生从多角度体验水分子微观结构模型4;沉浸式资源能够满足学生因不同空间能力而产生的差异化学习需求,实现学生的因材施教与个性发展。研究发现,高空间能力的学生擅长加工视空间信息,具有更强的认知能力构建心智模型,更能从三维虚拟情境中受益,更适合使用沉浸式 VR 资源;而低空间能力的学生难以想象原子共面、堆积排列等立体结构,更受益于文字与图形说明5。针对学生空间能力的个体差异,本文以“水的组成”为例,选取央馆虚拟实验中“电解水探究水的组成实
6、验”桌面式和沉浸式VR 资源,开展基于空间能力分组的差异化教学实践,并从知识留存率和学习体验两方面验证教学效果,以期为央馆虚拟实验规模化应用中差异化教学提供创新思路。二、教学内容与差异化教学目标分析(一)教学内容分析水在生活中随处可见,是人类生存和发展不可缺少的物质资源。“水的组成”主要通过电解水实验来帮助学生构建三重表征:一是宏观知识,水在通电的条件下生成氢气和氧气;二是微观知识,水分子在直流电的作用下分解成氢、氧原子,原子之间再组合成氢、氧分子;三是符号知识,分析出水中氢氧原子比为 2 1。实验过程中学生的思维需在宏观、微观尺度上不断转换,并时刻注意符号的变化,因此,个体认知、想象等空间能
7、力差异会影响知识表征效果6。传统教学条件下学生只能借助文字、图像或动画来理解电解水的过程,难以将其转换成抽象的空间表征模型,而虚拟实验提供不同交互水平的资源,将教材中的平面资源转化为立体资源,将宏观现象微观化展示,支持学生从不同位置观察和理解电解水的过程,促进学生对抽象内容的深入理解7,满足不同空间能力学生的多样化需求。(二)差异化教学目标分析本研究依据空间能力得分将学生分为两组:选取中位数作为空间能力划分的标准,分数高于中位数的学生划分为高空间能力组,使用沉浸式 VR 资源展开教学,即学生通过头戴式显示装置进入沉浸式、立体环境,依托手柄与之交互;低于中位数则划分为低空间能力组,使用桌面式 V
8、R 资源展开教学,即多媒体环境中生成的三维图像,通过键盘、鼠标或触摸屏进行交互与探索,并设计如表 1 所示的差异化教学目标。虚拟实验资源能够以可视化、形象化的方式模拟电解水的实验过程和现象8,帮助高低空间能力学生分别构建水分子的平面或立体模型,在不同程度上助力学生理解水分子的分解过程。三、应用案例(一)学习者特征分析九年级学生经过“氧气”“分子和原子”内容的学习,已初步具有定性认识物质性质、变化的能力,但由于电解水实验涉及到微观层面上分子、原子的立体结构,不同空间能力的学生对水分子模型的理解程度不同。在实际化学课堂教学中,教师应按照空间能力的差异,为学生选择适当的桌面式或沉浸式 VR 资源,充
9、分调动其思维,激发潜在的学习动机和兴趣。(二)教学实施过程 如图 1 所示,本课借助央馆虚拟实验“电解水探究水的组成实验”桌面式和沉浸式 VR教学资源,以课堂导入、合作探究、知识内化、情感升华为活动主线,为学生提供不同层次的学习目标、资源与任务,将信息的获取、实验的探究和知识的内化融为一体,开展令学生的认知、行为和情感均积极主动参与的深度探究实验活动9。在课程正式开始之前,教师为两组学生发放不同的任务清单。学生按照任务清单预习相关知识,同时自主学习央馆虚拟实验操作指南,提前熟悉实验资源的使用方法,以便课上实践。622023 年第 8 期教育与装备研究数字化教学表 1“水的组成”差异化教学目标教
10、学过程探究活动中的差异目标低空间能力高空间能力教学资源设计意图课堂导入发现氢气燃烧过程中生成小水滴能够想象氢气燃烧生 成水的过程氢气燃烧实拍视频创设问题情 境,激 发 学 生兴趣。合作探究利用 桌面式 VR 资源独立完成实验操作,观察现 象,并提出水分子构成的猜想。利用 沉 浸 式 VR 资 源 验证“水分子是由氢、氧原子”构成的猜想。桌面式/沉浸式 VR 资源:电解水探究水的组成实验身临探究环 境,沉 浸 操 作体验。知识内化从三重表征描述实验过程,构建水分子的平面模型。构建水分子的立体模型。桌面式/沉浸式 VR 资源:电解水探究水的组成实验构建三重表 征,形 成 知 识体系。情感升华建立三
11、重表征之间的内在联系,并绘制电解水实验的平面流程图能在三种表征之间自由、灵活地转换,并绘制电解水实验的立体流程图拓展资源:水分子动画总结归纳延 伸,促 进 知 识内化。图 1“水的组成”教学设计流程图(1)课堂导入:创设问题情境,激发学习兴趣化学史教学能够激发学生的学习兴趣,引导学生在历史的动态演变中细细领悟知识本质10。课程伊始,教师播放“普利斯特里的宫廷魔术表演”“卡文迪许改进实验”视频,重演探究水的组成化学史故事,激发学生的求知欲望。随后切换到央馆实拍视频“氢气的燃烧”,要求学生对比前后视频的实验现象,并分析原因。低空间能力学生在观察与思考过程中能够发现氢气在空气中燃烧生成小水滴,高空间
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