借助虚拟仿真实验软件探究能的转化

李冬 上海市曹杨二中附属学校副校长，中学高级教师，教育学硕士，园丁奖获得者，优秀科技教师，上海市地震局信息中心科普课程开发专家顾问，华东师范大学开放教育学院全国中小学教师信息技术应用能力提升工程培训系列课程主讲教师，联合国教科文组织中国可持续发展教育项目云南省工作委员会专家。

教学背景

四年级学生已经初步具备了独立探索实验的能力，对电与能量有一定的了解。在牛津版自然学科教材四年级下册第四单元“能量”的学习过程中，学生初步认识了能量的形式，知道了生活中所有的事情都需要能量。在本节课中，学生将通过探究活动认识现实生活中火力发电厂产生电能的过程及其中能量的转化形式。

生活中我们都接触过各种形式的能，但能量具体是怎么转化的，对小学生来说比较抽象，不好理解。学生理解不到位，教学效果自然不好。本课中笔者借助PhET虚拟仿真实验软件让学生体验能量的转化。从中，学生了解了产生电能的几种方法，还学习了不同情境中产生的能的转化，意识到能在转化过程中有损失，对能的转化和能量损失感受更直观，同时增强了节电节能意识。

教学目标

1.通过“能的转化”活动，知道能的转化是能从一种形式转化为另一种形式，知道火力发电厂发电的基本过程，说出发电过程中存在的能的转化，提高探究合作的能力。

2.通过“能量损失”活动，知道能在转化过程中会有损失，提高观察探究的能力，养成节电意识。

教学重点与难点

教学重点 知道能的转化是能从一种形式转化为另一种形式。

教学难点 通过探究体会到能量之间是会发生转化的;通过探究认识到能在转化过程中存在损失。

教学资源

学生2人一组，每组配备1台装有PhET虚拟仿真实验软件的平板，火力发电厂发电基本过程的阅读资料人手1份。

教学过程

一、教学引入

教师出示食物、跑步、灯、烧水等图片，带领学生回顾常见的能量形式。

教师提问：图片中哪些能？这些不同形式的能量之间有什么联系？

学生思考、讨论交流。

教师适时引入课题：能的转化。

二、能的转化探究

教师借助PhET虚拟仿真实验软件演示蒸汽发电的过程，如图1。

学生观察实验，交流讨论蒸汽发电过程中能的转化，并填写实验记录表1。

师：除了蒸汽发电，生活中我们常见的太阳能、风力等都可以发电。

教师借助PhET虚拟仿真实验软件演示太阳能电板发电的过程，如图2。

学生观察实验，填写实验记录表1，并交流讨论电能可由哪些形式转化而来。

教师小结：机械能、光能、化学能都能产生电能。能的转化是能从一种形式转化为另一种形式。

学生阅读火力发电厂发电基本过程的资料，如图3。教师引导学生探究火力发电过程中能的转化，邀请学生运用能的转化的知识说一说化石燃料是如何变为电能的。

三、探究能在转化过程中的损失

师：电能通过电扇、白炽灯、节能灯、电水壶可以转化为哪些能量？

学生运用PhET虚拟仿真实验软件进行探究：选择蒸汽发电，点击右上角的能量符号，再点击右下方图标，切换用电器，如图4;观察不同用电器下电能的转化，并将其记录在实验记录表2中。

师：电能通过用电器究竟能转化为哪些能量？真实情况是否和大家想的一样？我们再观察一下PhET软件的右半边，如图5，看看电能通过这些用电器究竟能转化为哪些能量。

通过进一步探究，教师引导学生发现在能的转化过程中存在能量损失。

教师小结：在能量转化时，总有一部分能量会被损失掉。因此我们在生活中要始终坚持绿色生活，选择电器时尽量选择能耗低的，避免能量损失，比如家中可使用节能灯，及时拔掉或关掉电器电源插头……

四、课后拓展

师：为什么要将化石燃料变成电能后再被人们利用？大家想一想，课后查阅资料，验证自己的猜想。

教学反思

互动虚拟仿真实验程序能激励学生在直观的、游戏化的环境中进行探索和发现。笔者大胆运用PhET这个虚拟仿真实验软件，将其应用在小学自然学科教学中，通过软件的互动性激发学生探究热情，让技术赋能这一理念在学科教学中得到极大的提升。“能的转换”一课的教学难点是如何在教学中让学生知道不同能量在转化过程中会有损失，而这一教学内容恰恰与PhET虚拟仿真实验软件中“能量的形式与转换”内容相若。因此在本课的教学设计中，笔者将PhET糅合进教学过程，尝试帮助学生提升知识探究的效率，做到了以下两点。

1.任务指向明确，强化思维培育

PhET围绕电能的产生这一主题，模拟建立了一个完整的系统，这个系统包括能源、转换装置和负荷，让学生在虚拟场景中探究追踪并发现能量如何流动及改变，进而通过观察、比较等方法归纳并总结科学知识。在此过程中教师并不需要明确告诉学生具体步骤，一切都需要学生自行调查、理解、推理，进而形成结论，学生的科学探究思维得到了锻炼。因此，教师的授课已经由简单的知识传递转化成了对学生科学思维、科学方法和科学知识等综合能力的培育，有效地提升了学生的科學素养。

2.教学环境直观，聚焦学生注意力

在能量损失这一环节的教学中，虚拟仿真实验软件直观阐释了能量转化中存在损耗这一知识。正是由于它的可视化与直观性，教师只需提供适当的指导，就可以帮助学生集中注意力，同时也巧妙地抑制了学生过于发散的思维，从而避免学生在关键知识的把握上走弯路。

当然并不是所有的虚拟实验都可以被运用在教学中，虚拟仿真实验软件适用于枯燥且抽象的科学概念和规律的演绎教学、长周期的观察实验、烦琐并有一定重复率的操作实验以及具有一定危险性的实验软件等教学内容。另外，我们必须深刻地认识到虚拟实验软件只是一种互动学习的辅助工具，它必定会受到课程知识、学习者、执教者个体差异的影响。为此还需我们在课堂中不断深入实践，形成更多的课程案例，从而充分发挥它应有的教育教学效果。