2021第 80 届中国教育装备展示会之线上装备展创新案例分享 [复制链接]

《建高塔》实验教学创新案例

克拉玛依市南湖小学 刘燕

一、案例学校
新疆克拉玛依市南湖小学建成于2010年，占地面积32322平方米，有普通教室54间，功能室33间，是克拉玛依区硬件设施一流、富有时代气息的新学校。学校以“人文奠基，科技领航，五育并举”的办学思路，不断构建和完善“黑色墨香、金色童年、蓝色畅想、红色之旅、绿色成长”为核心的“753”五色主题课程体系，努力实现培养“有智慧，有德行，有气质，有活力，有特长的现代油城人”的育人目标。学校先后被评为“克拉玛依市特色学校”、“克拉玛依市李吉林情境整合推广优秀实验校”、“克拉玛依市科技教育创新优秀学校”、“新疆维吾尔自治区青少年科技活动特色学校”、“全国百强特色学校”、“全国十佳科技创新学校”、“中华优秀传统文化教育百佳实验学校”、“克拉玛依教育现代化发展性督导评估示范学校”、“‘十二五’、‘十三五’国家德育科研实验校”、“全国‘十二五’重点课题‘少教多学’课题研究实验学校”，分别被市教育局、区委宣传部定为“校内外教育衔接试点学校”、“国学教育基地”，被中华人民共和国教育部定为“第一批教育信息化试点单位”，被中国教育技术协会、信息技术教育专业委员会定为“全国机器人进课堂实验基地”。经过十年的磨砺，南湖小学的书香阅读、传统文化、机器人、健身操已经成为走向全国的特色名片。

二、案例简介
《建高塔》是教科版六年级上册第二单元《形状与结构》中的第6课，本节课主要是让学生理解框架结构高塔不容易倒的原因，应用已有的知识和经验设计、建造不容易倒的“高塔”。 为了更好的发挥学生自主探究的能力，将质量管理的方法运用到本节课中，让学生学会发现问题，找出问题影响因素并解决问题。

本探究实验将学生分成6人一组，设定用500克胡萝卜、100根牙签，30分钟内搭出最高萝卜牙签塔的探究目标，让学生通过资料查询和数据分析，动手探究与讨论分析，运用头脑风暴法和过程决策程序图（PDPC）相结合的质量管理方法，探究萝卜牙签塔搭建的具体方法和技能，理解搭建中的科学知识，发现和提出实际搭建中的简单科学问题，并尝试用科学方法和科学知识予以解决，在实践中体验和积累认知科学世界的经验，提高科学探究能力，培养科学态度，学习与同伴的交流、交往与合作。

三、案列重点、难点、创新点
(一)案例重点
1．掌握搜集资料和查阅资料的方法；

2．学会记录、分析相关数据；

3．发现和提出实际搭建中存在的问题。

(二)案例难点
1．探究影响塔体变形的因素，针对主要因素提出解决方案。

2．探究影响塔体重心不稳的因素，针对主要因素提出解决方案。

3．掌握撰写活动总结。

(三)案例创新点
1．采用“外挂式配重调节”方式解决塔体重心不稳的问题。

2．运用头脑风暴法和过程决策程序图（PDPC）相结合的方法，探究萝卜牙签塔搭建的具体方法和技能。

四、案例描述
(一)准备阶段
1.   小组组建
6人分为一组，保障活动顺利实施，小组具体分工明细表详见附件1。

2.   资料分析
老师提供往届校科技节四年级各班萝卜牙签塔搭建资料，各小组对每个班的数据进行筛选，并画柱状图进行分析统计，得出萝卜牙签塔的平均搭建高度为56.2厘米。



图 1  科技节萝卜牙签塔高度统计图

3.   制定目标
根据分析结果，小组成员讨论决定挑战科技节萝卜牙签塔的最高高度80.5厘米，设定85厘米为活动预期目标。为了保证目标的准确性和可实施性，小组成员对500克胡萝卜做了承重可行性测试（图2），结果证实目标可以完成。

目标可行性分析

图 2  承重可行性测试

4.   准备材料
准备牙签、胡萝卜、菜板、美工刀、计时器、电子秤、纸和笔。

(二)制定阶段
1.   影响因素
小组成员运用头脑风暴法分析往届校科技节萝卜牙签塔的搭建情况（活动记录详见附件2），得出影响搭建高度的因素有塔体变形、重心不稳、搭建时晃动、连接处脱落等，其中塔体变形、重心不稳是主要影响因素（图3）。

针对“塔体变形”“重心不稳”进一步调查分析得出：

(1)塔体变形在搭建中期容易出现，重心不稳在搭建后期容易出现；

(2)塔体变形是由胡萝卜块重量不均匀，塔基不牢固不能支撑塔体，胡萝卜和牙签的连接处不稳固等情况造成的；

(3)重心不稳是由同层胡萝卜连接块的大小不一致，从底层到上层的胡萝卜连接块大小没有递减，牙签连接处不稳固等情况造成。

IMG_20191127_181653 IMG_20191120_183002

图 3  运用头脑风暴法分析讨论

2.   探究对策
活动小组针对造成“塔体变形”、“重心不稳”的原因，制定相应的对策。对策涉及确定塔基样式、连接块样式、塔体搭建方式和塔尖样式四方面的内容。

(1)探究塔基样式

活动小组选取三角形、正方形、五边形、六边形四种塔基样式，分别从制作速度、稳定性、材料（胡萝卜）使用量、可搭建层数（由牙签数量决定）四方面进行综合分析，最终选择的塔基样式为正方形（图4）。



图4  塔基样式选择

(2)探究连接块样式

活动小组选取正方体、长方体、扇柱体三种连接块样式，分别从连接速度和调节稳定性两方面进行综合分析，最终选择的连接块样式为正方体（图5）。



图 5  连接块样式选择

(3)探究塔体搭建方式

活动小组选取逐层直立搭建、整体平躺搭建和分段搭建直立组装三种塔体搭建样式进行对比，分别从可操作性、稳定性和调整难度三方面进行综合分析，最终选择的塔体搭建方式为逐层直立搭建（图6）。



图6  塔体搭建样式选择

(4)探究塔尖样式

活动小组分别选取了三棱锥、长方体和尖杆型三种塔尖样式进行对比，分别从制作难易度、连接难易度和搭建高度三方面进行综合分析，最终选择的塔尖样式为尖杆型（图7）。



图 7  塔尖样式选择

(5)确认搭建方案

活动小组通过综合分析确定了塔基样式、连接块样式、塔体搭建方式和塔尖样式，最终制定出萝卜牙签塔搭建方案，并绘制了草图（图8）。



图8  搭建方案及草图

(6)绘制过程决策程序图（PDPC）

在老师的指导下活动小组通过绘制过程决策程序图（图9），找出最优解决方案。



图9  搭建高塔PDPC图

(三)实施阶段
1.   绘制搭建流程图
为了确保萝卜牙签塔有效快速搭建，活动小组在老师指导下绘制了搭建流程图（图10）。



图10  搭建流程图

2.   搭建高塔
(1)塔基搭建

选取正方形塔基样式进行搭建。搭建时需要注意4个连接块大小、厚度一致，且塔基必须具备一定重量来支撑塔体和塔尖。若后期搭建时出现头重脚轻的情况，说明塔基重量不够或塔基不平衡，应采用替换连接块或在塔基四周增加连接块的方式确保塔基稳定。

(2)塔体搭建

选取正方体连接块，逐层直立搭建塔体（图11）。同层搭建时需要注意连接块的大小要保持一致，连接时尽可能在同一平面。异层搭建时需要注意连接块呈现出重量逐层递减。若在搭建过程中出现塔体倾斜，则需要进行“配重调节”直至塔体保持平衡后再继续向上搭建（图12）；若出现塔体坍塌情况，要先检查剩余塔体的稳定性，再从稳定部位继续搭建。（注：“配重调节”是针对塔体出现倾斜时采取的一种外挂式平衡塔体重量的调节方法。）



图11  塔体搭建过程图



图12  外挂式配重调节

(3)塔尖搭建

搭建尖杆型塔尖时，需要注意连接块呈现重量逐层递减（图13）。若搭建过程出现塔尖倾斜，要进行“配重调节”，保持平衡后再往上搭建；若出现塔尖坍塌情况，先检查剩余塔尖的稳定性，再从稳定部位继续搭建。



图13  塔尖搭建

(四)总结阶段
1.   目标验证
活动小组对搭建影响因素进行正确分析，并制定针对性强的可行性措施，最终将萝卜牙签塔搭建到95厘米，圆满地完成了预期目标（图14、15）。



图14  目标预期与实际结果对比图



图15  高塔测量图

2.   成果推广
(1)各班小组成员之间进行交流总结，分享自己的收获。

(2)制作活动成果宣传片。

3.   效果评价
(1)学生完成自我评价表，详见附件3。

(2)教师完成小组整体评价，详见附件4。

五、案例效果
1.   通过动手实践与讨论分析，理解搭建中的科学知识。探究高塔搭建的具体方法和技能，发现和提出实际搭建中的简单科学问题，并尝试用科学方法和科学知识予以解决，在实践中体验和积累经验，提高科学搭建能力。

2.   提升分析问题与解决问题的能力。小组成员学会主动发现问题、多角度分析问题，从主要影响因素入手解决问题。

3.   提升团结协作与科学探索的能力。小组成员分工明确，各司其职，在实践活动中达到提升自主动手能力、协作配合能力、成果总结能力和语言表达能力。

4.   在学生心中播下了“学科学、爱科学”的种子。活动不仅洋溢出小组成员们的聪明才智、实践兴趣和共享实践成果带来的乐趣（图16），还体现出学生主动、认真、勇于实践的精神。

制作昆虫模型 实验教学设计

镇江实验学校    陈永伟

小学科学课程标准指出：小学科学课程是一门实践性课程。探究活动是学生学习科学的重要方式，强调从日常生活出发，通过学生亲身精力动手动脑等实践活动，了解科学探究的具体方法和技能，理解基本的科学知识，发现和提出生活实际中的简单科学问题，并尝试用科学方法和科学知识予以解决，提高科学能力，培养科学态度。昆虫模型的制作就是其中一例，

课标还指出：要突出创设学习环境，为学生提供更多自主选择的学习空间和充分的探究式学习机会，强调做中学和学中思。通过探究，培养学生的能力。昆虫模型的制作与不断修改也体现了做中学，学中思。

一、原教材中实验的不足

苏教版小学《科学》四年级下册第三单元第1课《庞大的家族》里面的实验。

（一）教材中采用下图的制作方法，制作出来的昆虫模型（下图最右边），昆虫的基本特征里面的身体分为头胸腹三个部分不够明显。



（二）所有同学都用统一的材料，强调了教师的主导，没有保证学生的主体地位，没有给学生提供一个想象和拓展的空间，毕竟昆虫是地球上面的最庞大的群体，个体外形除了昆虫的基本特征之外，差别还是很大的。

（三）采用热熔胶连接，存在安全隐患，且热熔胶冷却固定之后，改动和微调不能实现。

二、实验创新和改进之处

（一）为了让做出来的昆虫模型能一眼就看出昆虫的基本特征，我发现用小塑料瓶盖来制作昆虫的头胸腹，三对足用电线，连接的用蓝丁胶，包装袋做触角，这样做出来的模型昆虫基本特征明显（如下左图）
















（二）蓝丁胶作为连接剂，安全卫生无安全隐患，还可以随时改动和微调（上右图中的模型就是根据左边的微调和添加得到的）

（三）把实验变成2个步骤，第一个制作基本昆虫模型（上左图），就是身体分为头胸腹三个部分，头部有一对触角，腹部长有三对足，大家都用老师带来的材料，

第二在基本昆虫模型的基础上，增加翅膀，口器，复眼等（上右图），这些用自己带来的材料，让学生更好的理解，昆虫大小形态各异，但是它们都有昆虫的基本特征。

三、实验改进后的优点

经过改进后的实验，材料更加安全，操作简单。特别是把原来制作过程变成2步，第一步为基础，强调昆虫的基本特征，增强学生的记忆，以便于在生活中判断一个小动物是不是昆虫，第二个过程告诉学生多姿多彩，这样的实验过程能激发学生创造和改进的能力，充分的发挥了学生的主体地位。

虚拟现实在教学中的应用

农安县教育技术装备处      沈歌

实验在教学当中有着不可替代的作用.因此,将信息技术引入实验教学中势在必行.虚拟实验室作为信息技术与课程整合的产物,在实验教学中的应用也受到了越来越多的关注.随着信息技术与课程整合思想的深入,虚拟实验室越来越多的被应用到初中物理课堂. 实验教学不再是只遵循原有的手工操作实验，虚拟实验是对真实世界的一种模拟，“逼真 性是虚拟实验首要的问题，但在虚拟世界与真实世界中毕竟存在一些差别， 因此将虛拟实验与真实现实世界结合起来，才能更好地迁移知识与技能。但同时虚拟实验又是对现实世界的-一个相互补充，

一、虚拟实验教学的优点

它可以有效稀释实验风险,安全环保,对于促进师生学习方式的转变,化被动为主动,化抽象为具体,化微观为宏观,以应对越来越快的时代发展要求方面是不可替代的媒介. 1.为现代化教学终端设备提供互动教学软件。 随着学校条件的不断改善，不少教师配备了液晶电视、交互式白板、甚至开始了一对一的电子化学习。虚拟实验软件创建了一个让学生自主进行实验器材组装，实时观察实验现象并做出实验结论的学习方式。例如《原电池实验》 2.弥补因实验器材不足、仪器贵重或易损造成很多实验无法开展的问题。 在传统实验教学中,有时存在很多客观因素造成实验无法进行，例如许多昂贵的实验器材,由于受价格的限制而无法普及；有些实验因时间持续得很长以致无法开设等。学校很难有条件或提供足够多的时间让学生对贵重仪器进行操作学习。利用虚拟现实技术,在多媒体计算机上建立虚拟实验室,学习者便可以身临其境般地操作虚拟仪器,操作结果可以通过仪表显示反馈给学生。这种实验既不消耗器材,也不受场地等外界条件限制,可重复操作,直至得出满意结果,改变了传统演示实验的教学模式,有效地解决了实验条件与实验效果之间的矛盾。 3.让学生安全地模仿真操作具有危险性的实验。 在中小学一些教学实验，例如化学实验会用到一些危险的实验器材；药物制剂实验中有很多涉及到放射性物质或有毒物质的部分,有些实验是不能让学生做的。可以通过让学生先进行仿真操作再进行实际操作，可以杜绝事故的发生，还大大提高了实验的效率。例如《一氧化碳还原氧化铜》实验中如果试管中的一氧化碳不纯净，加热后会发生爆炸。 4.激发学生实验操作的兴趣，将抽象的概念形象化。 虚拟实验软件可以激发学生实验操作的兴趣，弥补实际实验教学的一些不足，将抽象的概念形象化，让学生认清概念的本质。例如小学科学课程中《种子发芽》实验，在实际操作中这类实验需要花费很长的周期才能完成，很难将学生的学习兴趣保持下去。

二、创新使用虚拟实验的方法

1.应利用软件平台创建虚拟现实实验室。将课件用于教学环节。学生根据教师提出问题在线答题，答案直接提交到管理平台中。

2.搜索使用相关材料，并随时用实验库中的虚拟实验，对实验进行规范的操作，并支持导入平台进行演示功能。使虚拟实验更好的为教学服务。

3.鼓励学生创造性地使用虚拟实验解决问题。在实际教学中鼓励学生利用现有教学资源，积极体验空间环境，充分发挥学生在实验教学中的主体地位，使学生在实验教学中形成协作融合的新模式、提升学生的空间逻辑思维。没有认知的沃土，哪有想象的天空?借助虚拟现实技术，可以让学生有限的科学认知支撑起无限的科学期票。如《生态系统》一课， 由于生态系统内的物体、分布状况及相互关系的认定比较局限，还停留在食物错网的层面，对于更多物体缺乏足够的想象。通过虚拟完整的科学场景，让学生在更广阔的知识框架中展开想象，重新梳理与审视既有的认识， 从而更加全面地看待、认识和研究。第二，虚拟特定的科学现象。弥补经验的不足，辅助科学分析。远过纷繁的现象。探寻其背后的原因与联系作出解释并得出结论，没有科学合理的分析是无法做到的。，借助虚拟现实技术， 可以让学生了解表面无法观察到的现象， 为思维分析奠定事实依据。例如(植物》单元关于积、茎叶的作用，2既有其特定的功能同时又在植物体的生长过程中，为维系抽物的生存发挥了协同作用。通过虚拟植物体内部水分。养分的输送、存储机制，将叶的光合作用、蒸腾作用、根的吸水作用有机联系起来，便于学生捕捉与发现这些现象的关联，分析与认识水分养分在植物体内的循环路径。
    三、虚拟规范的操作过程，减少试错的代价，促进科学探究。
    借助虚拟现实技术，可以个别化、槽灯加热物体:酒精属于易燃品，一旦遇到明火极易燃烧，熟悉仪器的使用步骤和注意点，能减少出错的几率，避兑出现仪器损坏、保证使用酒精灯加热活动的有序推进，实现预期目标。
    由此可见，虚拟现实技术能够明显提高中小学科学教学活动的效能。科学教师要充分、理解、合理选择、恰当应用虚拟现实技术，在组织学生开展探究活动。彻底打破虚拟和现实的边界，学生在身临其境的自主探索中，打破课堂壁垒进行自然探索；一改以前难以实现的课堂教学，在虚拟现实场景下，学生能更主动地学习，更深刻地理解，更长久地记忆，实现综合素质的拓展和科学精神、创新精神的培养，让虚拟实验教学真正服务教学、助力教育创新发展。



                                                           作者姓名：沈歌