邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[NSTA专栏]虚拟化学——运用PhET互动仿真实验软件与5E教学模型,加深学生对pH值概念的理解

Sandy White Watson 翻译_刘杨琪

2020-05/总第290期

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长期以来,教育研究人员一直主张将计算机模拟仿真(sims)运用到科学课程中,认为这种手段对学生的科学概念理解具有积极作用(Develaki,2017;Hannafin、West和Shepard,2009;Lamb等,2011)。实际上,教育学家廖远光(2007)研究了计算机模拟教学与传统教学方法对学生学习产生的影响差异,发现了计算机模拟教学对学生学习有着更为正向的积极影响。在科学概念教学中,计算机模拟仿真具有以下优点:

●  扩展学生对于科学概念的理解,通过操作仿真实验程序、修改实验变量,观察实时反馈的实验结果,学生对概念的理解变得更加动态、具体(Hannel和Cuevas,2018);

●  提供学生实践经验,让他们可以在非实验室环境中运用、考查自己的科学知识(de Jong,2006);

●  具有互动性,让学生能够沉浸在探究调查中,从而获得更多学习收益(Kim,2006);

●  让学生可视化并与不可见或抽象的概念进行交互,例如分子和原子模型、原子键等。

本文将讨论由美国科罗拉多大学博尔德分校(UCB)的PhET(物理教育技术)交互式模拟(Adams等,2008)创建的pH值模拟,作为扩展学生对pH/酸碱概念理解的一种手段(见网络资源)。


背景资料

计算机模拟和仿真在20世纪中叶开始在教学中使用,以表示非常复杂或难以接近的现象。今天,许多计算机模拟仿真都是交互式的,这使得它们对化学专业的学生特别有用(Moore、Herzog和Perkins,2013)。PhET,最初是由诺贝尔奖获得者Carl Wiemann在UCB物理教育技术项目中发起的。最初Wiemann计算机模拟教学法仅包括物理相关的模拟,后来发展到包括数学、生物、化学和地球科学相关的模拟。Wiemann的目标是通过创建符合标准并经过教育学家审核的计算机模拟推进科学和数学教学法发展(Perkins、Loeblein和Dessau,2010)。

PhET包含127个交互式模拟程序,供公众免费使用,其中30个与化学有关(此为2019年资料数据,模拟程序数量在不断增加——编者注)。PhET的仿真程序被K—12教育界和大学教师用来鼓励学生,通过对仿真程序的探索和互动学习复杂的科学过程。这些模拟仿真程序的优势在于其使抽象概念具体化的能力(如分子形状模拟,使学生能够轻松地可视化和操作分子的三维模型);其包含的即时、动态反馈(如溶液颜色的变化);其直观性(使学生专注于概念的理解,而不是如何操作模拟);其嵌入的、隐含的逻辑框架,使学生在没有什么指导的情况下就能通过模拟进行操作;其与真实的、现实世界的经验连接;以及其游戏式的、具有挑战性的设计(Perkins、Loeblein和Dessau,2010)。

运用PhET中pH值模拟仿真程序的5E教案示例


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