基于虚拟实验的高中生化学建模能力研究——以原电池为例

摘要

模型法是一种科学思维方法和认识手段，是中学生应该具备的知识和能力，特别是对于化学这门实验学科来说，模型与模型方法显得尤为重要。锌铜原电池是高中化学课程结构中的十分重要内容，但是对于学生来说这部分内容比较抽象难懂，针对原电池的建模能力考核是最具有代表性的化学建模能力考核内容之一，教师在教学中可以利用虚拟实验培养学生的建模能力，使学习者能在虚拟的环境下将宏观的化学反应现象、化学分子式的动画演示和微观的化学分子合成与分解三者相联系，节约了化学反应过程的时间，避免了学生在实验操作的危险，同时，将宏观与微观相联系，使学生对所学内容有更深刻的认识，以减少原电池理论所呈现的复杂性，让学生更容易理解。因此，教师有针对性的利用虚拟实验进行教学设计，了解学生原电池建模能力的水平和特点，对于促进学生更为有效的学习原电池知识、应用原电池模型去解决实际问题具有十分重要的意义。 目前，对于虚拟实验背景教学下对高中生的建模能力的研究甚少。本研究则希望通过实验对比的方法调查高中生在真实实验和虚拟实验两个教学背景下的建模能力的现状，了解教学中运用不同实验方法的两个学生群体的建模能力以及建模各阶段能力上的差异，探索高中生化学实验教学中运用虚拟实验对学生建模能力的影响。 根据本研究的主旨和核心问题，本研究采用问卷调查法，以张志康、邱美虹发展的建模能力评价体系为基础构建原电池建模能力评价标准，以上海市某中学高一年级150名学生为研究对象，以改编的张志康、邱美虹的电化学建模能力评量问卷为研究工具，了解高一学生原电池建模能力现状。通过社会科学统计SPSS.16软件对调查问卷的数据进行了统计，并获得了结论。调查结果显示：高一年级学生的原电池平均建模能力水平主要集中在水平1，也就是说在整个建模阶段学生表现出来的特点是：大部分学生只能根据单一因素来建模。经过虚拟实验班和演示实验班各阶段建模能力以及平均建模能力的较分析，由教师演示实验的演示实验班学生原电池平建模能力的平均值为0.88，由教师做虚拟实验的虚拟实验班学生原电池平均建模能力的平均值为1.05，略高于演示实验班。对于建模各阶段来说，虚拟实验班各阶段建模能力都高于演示实验班。通过独立样本T检验发现，演示实验班和虚拟实验班在原电池模型中模型选择、模型检验、模型应用、模型调整能力四个阶段以及总体建模能力都没有显著性差异。但是演示实验班和虚拟实验班在原电池模型中模型建立能力有显著性差异。说明课堂上虚拟实验相对于演示实验的应用可以帮助学生在建模阶段中提高原电池模型建立的能力。通过独立样本 T检验发现，演示实验班男生在建模阶段中的模型检验、模型应用、模型调整能力与女生有显著性差异，并且男生高于女生。 本研究根据调查结果，提出了高一学生原电池建模能力培养的教学建议：老师可以利用虚拟实验，帮助学生把注意力集中在必要的教学内容上，而不是不相关的琐事上，从而提高学习效率。帮助学生更快把握知识点，无疑对更清晰地认识实验中涉及的知识有很大的帮助。在教学中涉及到抽象的概念时，可以利用虚拟实验使学习者能在虚拟的环境下，将宏观的化学反应现象和化学分子式的动画演示与微观的化学分子合成与分解三者进行联系。

目录

表目录

图目录

第一章 引言

1.1 研究背景

1.2 研究目的和意义

第二章 文献综述与概念界定

2.1 文献综述

2.2 概念界定

第三章 理论基础

3.1 混合学习理论与虚拟实验

3.2 信息处理模型与虚拟实验

3.3 能力的层次与建模能力评价体系

第四章 研究设计与方法

4.1 研究设计

4.2 教学案例的选择

4.3 研究方法

4.4 研究工具

第五章 调查的实施

5.1 研究对象

5.2 研究过程

5.3 问卷的发放与研究

5.4 问卷的编码类型与计分方式

第六章 调查结果与分析

6.1 原电池总体建模能力水平分析

6.2 原电池各阶段建模能力水平分析

6.3 原电池建模能力平均水平分析

6.4 建模能力性别差异分析

第七章 总结与建议

7.1 研究结论

7.2 关于利用虚拟实验的教学建议

7.3 研究反思

参考文献

附录1 原电池测试题

附录2 原电池教学设计

致谢

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