借助虚拟实验，让科学课堂教学更精彩 [复制链接]

借助虚拟实验对原教材进行再创造性教学设计：《摆的快慢》虚拟实验教学设计
王京
【教材简析】
本课是《计量时间》单元的第5课。本课是在学习了 “同一个摆，相同时间内摆动次数相同，即摆具有等时性”之后，对摆进行进一步探究；同时也为学习“做一个钟摆”“制作一个1分钟计时器”打下基础。本课引导学生对影响摆的快慢的因素进行探究，着重探究摆锤质量、摆的长短对摆的快慢的影响。
【学生分析】
学生在测量摆的摆动次数时已经发现，摆钟的摆与自制的摆在10秒钟内摆动的次数可能不一样。有的摆摆得快，有的摆则摆得慢。学生的头脑中会出现疑问：为什么在相同时间内不同的摆摆动的次数不一样呢？之前学生已经观察过摆钟的摆与自己制作的摆，他们会联想到摆的快慢可能会与摆锤质量、摆绳长度、摆幅等因素有关系。
这节课中，学生将就摆的快慢与什么因素有关进行讨论与思考，并且去验证他们的猜测，修正自己的想法。学生将测量摆锤质量不同、摆绳长度和摆幅相同的摆，在30秒钟内摆动的次数；还将测量摆绳长度不同、摆锤质量和摆幅相同的摆，在30秒钟内摆动的次数。他们在对测量数据进行分析后得出结论，找出影响摆的快慢的因素。
【教学目标】
科学概念目标
借助虚拟实验，让学生理解改变摆锤质量不能改变摆的快慢；摆绳长度影响摆的快慢：摆绳越短摆动速度越快，反之越慢。
科学探究目标
1.能根据已有的实验现象推测摆的摆动快慢与什么因素有关。
2.能有效开展改变摆锤质量、摆绳长度对摆的快慢是否产生影响的实验研究。
3.能对实验的结果进行分析，并能根据分析进行预测。
科学态度目标
1.初步意识到获得精确的测量结果是需要反复测量的。
2.意识到在虚拟实验中细心观察并发现新的问题是很重要的。
科学、技术、社会与环境目标
了解人类的好奇是科学技术发展的动力。
【教学重难点】
经历设计实验方案——展开虚拟实验研究——得到虚拟实验结果的过程，探究摆的快慢与哪些因素有关。
【教学准备】
为每组学生准备：一根摆绳(棉绳等)、金属球、塑料球、棉质球若干、铁架台一个、秒表(或手表)一只、记录表两份、虚拟实验。
为教师准备：学生用材料一套、教学课件、虚拟实验。
【教学过程】
一、导入
教师引导：上课一开始，我们借助虚拟实验，回顾前面课的内容。
通过上节课学习，我们知道了摆具有怎样的特点。（等时性）
通过前面的实验，我们知道摆的快慢跟摆幅有关吗？（板书：摆幅 无关）
师：同一个摆在相同时间内摆动次数怎样？（相同）
师：为什么不同小组的摆，快慢会不同呢？这节课，我们就继续来研究影响摆的快慢的因素。
设计意图：在上节课中，学生已经发现不同的摆摆动速度不一样，他们对这个问题已经产生了探究的欲望。教师在这一环节中要给予学生充分的讨论时间，让学生充分调动原有的认知，开展头脑思维风暴，从而引出本课研究内容。
二、探究活动
学生讨论：你觉得摆的快慢可能与什么因素有关？小组讨论一下（板书：摆绳长度、摆锤大小等；）
对摆绳长度、摆锤质量两个因素，分别展开讨论：（教师根据学生的回答板书）
师：如果探究改变摆锤质量的实验，改变哪些条件？哪些条件需要保持不变？
生回答，师：你们也这样认为的吗？
学生讨论结束后，教师提示：
（1）绳要与支架杆平行。
（2）放开摆时不能用力推，要自然放手。（3）摆幅不要过大，防止摆撞到支架。（4）小组成员合理分工，抓紧时间边观察边记录。
（5）为了防止偶然性，每组实验要做三次。
师：老师这个有三种材料的摆锤，接下来，我们不妨请第1-4小组开展真实实验，5-7小组开展虚拟实验。比一比，或许有新的发现？
请1-4小组组长上来领取材料，开始你们的实验吧！
（实验约10分钟）
请第一小组上来汇报，其他小组注意听。
请第5小组上来汇报，其他小组注意听。
师：我们发现什么？（板书：打叉）
师：你们借助虚拟实验来探究，有什么想说的。
师：（是的，材料不用那样准备了，数据也十分精确）
师：如果探究改变摆绳长度的实验，改变哪些条件？哪些条件需要保持不变？
生回答，师：你们也这样认为的吗？
师：接下来，我们不妨请第5-7小组开展真实实验，1-4小组开展虚拟实验。比一比，或许有新的发现？
请1-4小组组长上来领取材料，开始你们的实验吧！
（实验约10分钟）
请第一小组上来汇报，其他小组注意听。
请第5小组上来汇报，其他小组注意听。
师：我们发现什么？（板书：打勾）
师：老师这里有两个摆，摆绳一样，摆锤不同，我们先来看看，我请两个助手帮我一下。
设计意图：让学生理解探究活动对开展实验是很重要的。在教学中组织学生开展讨论“如果要研究摆锤质量与摆动速度的关系，需要测量和记录哪些数据”，通过讨论使学生明白如何控制变量来开展研究。不论是改变摆锤质量实验还是改变摆绳长度实验，都建议学生做三次实验，这样才能保证测量数据的准确性。



三、研讨总结
集体汇报研讨：摆的快慢与摆锤质量有关吗？摆的快慢与摆绳长度有关吗？
教师小结：摆的快慢与摆绳长度有关，摆绳长则摆得慢，摆绳短则摆得快；摆的快慢与摆锤质量无关。
设计意图：这是一个分析实验数据的环节，小组学生展示虚拟实验数据，并自行开展分析。学生得出摆绳的长短是影响摆快慢的因素后，教师帮助学生总结本课的知识点。
【板书设计】
摆的快慢

预测      与什么有关？


实验验证


结论  与摆绳长度有关，摆绳长则摆得慢，摆绳短则摆得快。

利用虚拟试验，开展科学教育，很好地弥补了现实试验不足地地方，使试验数据更清晰地呈现在学生眼前。

《摆的快慢》PPT例举：温馨提示部分介绍：

课堂教学录下来，课后进行自我分析，思考虚拟实验对于课堂教学开展的价值性

虚拟和现实相结合

亮点再现1：借助虚拟实验，回顾上一节我们学习内容（虚拟实验为每一节课都配备了教学实验视频）一、导入
教师引导：上课一开始，我们借助虚拟实验，回顾前面课的内容。
通过上节课学习，我们知道了摆具有怎样的特点。（等时性）
通过前面的实验，我们知道摆的快慢跟摆幅有关吗？（板书：摆幅 无关）
师：同一个摆在相同时间内摆动次数怎样？（相同）
师：为什么不同小组的摆，快慢会不同呢？这节课，我们就继续来研究影响摆的快慢的因素。
设计意图：借助虚拟实验，在上节课中，学生已经发现不同的摆摆动速度不一样，他们对这个问题已经产生了探究的欲望。教师在这一环节中要给予学生充分的讨论时间，让学生充分调动原有的认知，开展头脑思维风暴，从而引出本课研究内容。

亮点再现2：借助虚拟实验，师：老师这个有三种材料的摆锤，接下来，我们不妨请第1-4小组开展真实实验，5-7小组开展虚拟实验。比一比，或许有新的发现？
请1-4小组组长上来领取材料，开始你们的实验吧！
（实验约10分钟）
请第一小组上来汇报，其他小组注意听。
请第5小组上来汇报，其他小组注意听。
师：我们发现什么？（板书：打叉）在真实和虚拟对比实验中，去思考虚拟实验在具体操作的优越性。

亮点再现3：借助虚拟实验.师：你们借助虚拟实验来探究，有什么想说的。
师：（是的，材料不用那样准备了，数据也十分精确）
师：如果探究改变摆绳长度的实验，改变哪些条件？哪些条件需要保持不变？
生回答，师：你们也这样认为的吗？     让学生畅所欲言，说说虚拟实验和真实实验对于摆的数据。教师引导学生，让学生体会到虚拟实验可以让实验做的更精确，跟方便操作。

有了虚拟实验的助力，科学老师整理材料也能轻松一些了

王老师对学生实验的指导很到位

借助虚拟实验室，帮助学生预习和巩固实验，同时虚实结合，共促教学

虚拟实验可以辅助实验的教学。

科技在进步，上课的形式也可以改进

亮点再现4：师：老师这个有三种材料的摆锤，接下来，我们不妨请第1-4小组开展真实实验，5-7小组开展虚拟实验。比一比，或许有新的发现？
请1-4小组组长上来领取材料，开始你们的实验吧！通过小组互换对比，让每个学生都能感受虚拟实验和真实实验的有效性，优越性。

虚拟实验下的《摆的快慢》教学反思：虚拟实验与器材实验结合相得益彰，互补增效:将虚拟实验引入科学学习已是科学教育的发展趋势，虚拟实验高效率和直观形象的特点，对学生获取科学事实进而深刻理解科学概念。具有重要的作用。虚拟实验可以实现精确测量及锻炼严格实证的精神，加深和扩展探究领域，实现跨地域观察等解决教学难点。器材实验可以培训学生的实验设计、操作能力。虚拟实验与器材实验结合使用，相得益彰，互补增效。我根据程序的互动性强、实验条件设置项目多、测量工具多，项目组合多变的特点，按照小学生的知识水平和认知特点，结合实物实验和教材，采用虚拟实验、器材实验和教学支架相结合的教学思想，将虚拟实验作为实验操作的引导与预测、实验结论的推测与验证、实验数据的测量与分析、实验现象的情景与解释，应用教学支架(实验记录表和实验手册)进行实验条件的设计和控制学生的互动操作，虚实实验相结合，既让学生在实物实验中提高科学技能，又利用虚拟实验等更好地提高课堂效率、让学生加深对现象和概念的科学理解。

虚拟实验避免了干扰项，有利于学生发现规律。弥补了部分地区无法开展实验教学的缺憾。

亮点再现5：虚拟实验可以减少随机误差。在教学中发现：严格控制实验条件(或变量),减少随机误差严格控制实验变量才能保证科学实验结果的准确。例如,为让学生初步建立误差.的概念和懂得如何减少误差,教师在电脑投影屏幕上打开单摆虚拟，实验软件,教师用电脑计时的方法,即鼠标按下时喊开始,到10秒.时喊结束,学生根据教师的口令数投影屏幕.上单摆的摆动次数,结果：例如时间(秒)   单摆计数情巩
1    9.88       7.5次,学生一-起出声数数
2   10.13.      7次的最多,其余相差+0.5次,有个别学生数数时出声
3    9.77      8次的最多,其余相差土0.5次,另有2个7次
4   9.70      7次的最多,其余相差+0.5次,另有1个6次,1个8次●.
5   9.86        7和8次的多,7.5次少
然后与学生一起分析这个数据表,找出每次计数不同的原因，并提出改进意见。(1)老师喊口令计时的方式存在误差,老师要尽可能控制好时间,把误差减到最小;(2)计数时不能出声,以免干扰其他同学计数;(3)保证每次计数开始时摆的角度一致;(4)半次要以是否摆到了起始端的另一头为标准;(5)计数时注意力要特别集中。.通过这样的讨论,让学生明白误差是无法避免的,只有更加认真仔细地观察和计数,才能让误差减到最小。随后,让学生以小组为单位进行单摆计数的实操训练,继续发现单摆实验中实验条件的控制问题,为后续的单摆摆动快慢规律的研究打下基础。

时代在进步，教学设备也先进不少。虚拟实验没有那么多的实验误差或是失败，是好还是不好？学生对实验的失败、错误到哪里去感知？

小学生要以真实实验为主，虚拟实验可以适当辅助教学。

没接触过虚拟实验，好奇虚拟实验对学生收获的影响。

虚拟实验对于干扰因素较多的实验的确是一个不错的选择

回复 22楼罗伟军的帖子

虚拟实验对于干扰因素较多的实验的确是一个不错的选择   对于这个新的方式，我们需要花时间去接触它，发现它存在的优点，合理的运用我们的科学课堂。

虚拟实验，现象显著，结果明了。

虚拟实验对一些特定的实验有优势，一些还是需要实际操作的。虚实结合最好

如何让虚拟实验更好的融入教学，为教学服务，是值得探究的问题

没接触过虚拟实验，看着挺棒的，就是不知道对学生的实践能力是否会有影响

个人感觉这个研究更多的应该是学生动手探究，另外教学设计教学目标的表述应该符合新课标

虚拟实验是通过什么软件？

回复 29楼沈菲的帖子

中央电教馆下发的虚拟实验软件，安装在专用科学教室里