依托模擬軟件進行火山噴發實驗演示

〔摘" "要〕" 在當今信息時代，教育領域正經歷著日新月異的變革，而信息技術的迅猛發展為教學模式帶來深刻的變革。小學科學是學生認知發展的重要課程，而傳統的科學教學往往受限于教材的有限和實驗條件的不足，導致學生難以深入理解抽象的科學概念，缺乏實踐操作的機會。因此，本文以火山噴發知識講解為例，探討基于虛擬軟件開展小學科學實驗的演示路徑，旨在發揮虛擬軟件運用優勢基礎上更好地開展科學實驗教學，推動小學科學實驗教學朝著更加開放的方向發展。

〔關鍵詞〕" 小學科學；實驗演示；虛擬軟件；火山噴發

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2024）" 20" " 058-060

小學科學教育作為培養學生基礎科學素養的起始階段，教師應該在把握課程特色基礎上，制訂科學的教學方案，引導學生在理解抽象概念基礎上進行實踐操作，進而構建完整的知識結構。信息技術為學科教育注入新的活力，從虛擬實驗室到在線教育平臺，為科學教學提供更為靈活、生動、個性化的手段。科學教師需要思考虛擬軟件在小學科學實驗演示教學中運用價值，給學生開展更高水準的知識講解與學科能力培養。

一、選擇適合學生認知水平的虛擬軟件

傳統實驗教學受制于設備和場地等條件，基于虛擬軟件的實驗演示可以突破這些限制，給學生提供更加多樣化的實驗操作體驗，拓展實驗教學空間。虛擬軟件呈現圖像生動直觀，清晰展示實驗操作過程與具體結果，促使學生直觀理解科學概念，讓學生在虛擬軟件操作支持下，實現科學思維、觀察意識與實驗操作技能等發展，為學生全面發展提供教育支持。通過虛擬實驗和模擬軟件，學生可以在計算機上進行真實實驗的仿真，解決實驗條件的不足和安全隱患問題，使學生更深入地理解科學原理。科學教師可以利用模擬軟件開展科學實驗演示，讓學生在安全、互動性強的環境中深入了解科學實驗的過程，增強對火山噴發知識的記憶和理解。教師需要選擇適合小學生認知水平的火山噴發模擬軟件，可以是虛擬實驗平臺PhET Interactive Simulations和3ds Max等專門的科學實驗模擬軟件，也可以是在線教育平臺上提供的互動性較強的火山噴發模擬工具。

在選擇虛擬軟件過程中應該關注以下幾方面。

應該具有直觀界面，有著易于操作的功能，確保小學生能輕松理解虛擬軟件操作方法，能運用虛擬軟件進行實驗操作，更好地感受科學實驗操作的魅力。

軟件應該具有豐富互動功能，在吸引學生注意力基礎上增強學習興趣，運用虛擬軟件進行科學實驗演示，通過虛擬軟件開展科學實驗操作。

虛擬軟件所模擬的實驗內容應該與小學生所學課程內容密切相關，通過虛擬軟件操作幫助學生更好地理解課程知識，尤其是理解與火山噴發相關的抽象知識，利于學生構建較為完整的知識體系。

軟件應該以簡潔清晰的方式呈現信息，避免虛擬操作軟件有復雜的操作界面，也避免出現復雜的實驗演示內容，避免學生在虛擬演示操作中出現理解不清晰的問題。

軟件內容應該符合小學生的年齡特點，不能含有不適宜內容，以保障學生順利開展課程學習。針對小學生課程學習基礎和思維邏輯特點，選擇3ds Max軟件進行火山噴發模擬實驗操作，促使學生在虛擬軟件支持下更好地開展實驗操作，增強對這一實驗知識的掌握程度。

二、操作模擬軟件進行火山噴發實驗演示

科學教師準備通過虛擬模擬軟件進行火山噴發實驗之前，應該在教學電腦或者平板上安裝3ds Max等虛擬模擬軟件，熟悉軟件操作方法與具體功能，在教學之前準備虛擬演示所需要的素材。通過軟件，學生可以選擇不同的條件，如巖漿溫度、巖石類型等，觀察在不同條件下火山噴發的變化。這種互動性實驗演示能增強學生對火山噴發過程的直觀認知。具體需要開展以下幾方面的科學實驗模擬操作教學。

第一步，向學生演示如何打開虛擬模擬軟件，在歡迎界面或主界面上選擇“火山噴發實驗”選項。學生需要在科學教師指導下依次點擊相關按鈕，進而進入火山噴發實驗的模擬界面。在該界面中包括標題欄、菜單欄、工具欄、命令面板、繪圖區域、視圖控制區與動畫控制區，學生通過以上功能操作能進行模擬實驗。該軟件數據接口齊全，能導出點線面體或網絡文件，也能與AutoCAD，ER Mapper，MAYA等軟件進行數據交換，更好地開展科學模擬實驗操作。

第二步，科學教師指導小學生在虛擬軟件上選擇火山類型，根據實驗操作要求調整參數。小學生在虛擬軟件上能看到不同類型的火山圖標，在教師指導下選擇一個感興趣的火山類型，點擊圖標之后進行后續操作。軟件會顯示學生選擇的火山默認參數，通過調節巖漿溫度、黏度、噴發高度等參數改變模擬實驗的具體條件。科學教師指導小學生建立基本平面，在生成平面“plane”后，將坐標都調整為“0”，然后進行分段數調高操作。創建山體模型，指導學生在界面上進行點元素修改，選擇其中一個點向上拖動，這樣能顯示基本效果。之后創建一個圓柱體，科學教師指導學生與山體模型生成火山口，在多邊形中進行參數的調整，根據實際情況賦予模型噪波，完成火山模型基本構造。小學生在右側欄中進行基本參數設置，重點進行大小、形狀、速度、巖漿溫度與時間等參數挑戰，模擬不同條件下的火山噴發現象。

第三步，學生點擊“開始實驗”或類似按鈕，開啟火山噴發的具體過程。學生需要觀察火山口的噴發情況、巖漿的流動路徑、噴發物的類型等信息，加深對火山噴發的認知程度。學生通過虛擬模擬軟件觸摸屏幕或者拖動鼠標，在改變視角的基礎上，觀察火山噴發不同現象，加深對這一知識的掌握程度。在虛擬環境中自由切換視角，小學生能直觀觀察火山內部結構、巖漿運動情況、噴發情況等，從不同角度分析火山結構。同時，學生能實時觀察火山的噴發過程，能仔細觀察巖漿噴發、火山灰噴射、巖石碎片飛濺等現象，深入了解火山活動的細節。

第四步，科學教師指導小學生記錄實驗中觀察到的數據，也能記錄火山噴發的具體變化，通過筆記本表格記錄相關信息，也能運用A4紙記錄相關數據，提高學生對火山噴發這一現象的認知程度。針對小學生呈現出的認知能力，科學教師應該指導學生記錄巖漿的噴發高度、顏色、形態、噴發頻率等信息，也應該觀察周圍地貌的實際變化情況，運用“紅色巖漿”“噴射”等詞匯進行表述。同時，科學教師需要帶領學生通過觀察火山口形態變化、周圍巖石移動或破碎情況等方式，觀察周圍地貌變化情況。通過記錄這些實驗信息，小學生能更好地理解火山噴發現象，立足實驗數據分析火山噴發的各項情況。

三、利用模擬軟件展示不同類型的火山噴發

依托虛擬實驗平臺和科學模擬軟件，學生可以在虛擬環境中進行實驗操作，觀察實驗現象，推理和分析實驗結果。這種實踐性的學習方式，既彌補了傳統實驗條件的不足，也能提高實驗的安全性，使學生更直觀地理解和應用科學知識。針對小學生科學知識掌握情況，教師利用模擬軟件展示不同類型的火山噴發是一種生動直觀的教學方法，能幫助學生更好地理解火山噴發的具體過程，也能在虛擬軟件支持下更好地分析火山噴發的特點，促使學生以良好的精神面貌參與課堂學習。

在對小學生開展火山噴發虛擬實驗教學時，科學教師應該利用模擬軟件展示不同類型的火山噴發。通過模擬操作讓小學生了解不同火山噴發的特點，也能分析火山噴發對周邊生態環境的具體影響。科學教師需要運用圖片、動畫或簡短視頻，生動展示不同類型火山的外觀，在虛擬軟件中展示盾狀火山、錐形火山、復式火山等不同的火山類型。這樣能激發學生參與科學模擬實驗操作的內在興趣。小學生在科學教師指導下選擇不同類型的火山進行模擬實驗，調整巖漿溫度、巖漿黏度等因素，觀察火山噴發呈現出的不同特點。鼓勵學生在實驗操作過程中積極探索，記錄觀察到的實驗現象。在學生模擬操作之后進行對比分析，讓學生意識到巖漿成分不同會有著不同噴發形式，以寧靜式噴發與爆裂式噴發比較為例（見下表）。

四、模擬實驗結束后提出引導性思考問題

在模擬實驗結束后，科學教師需要提出引導性思考問題，促進學生深入思考火山噴發的相關知識，促使學生構建完整的知識結構。教師指導小學生在模擬實驗的基礎上深入思考火山活動的原理，分析火山噴發的地質意義，感受火山對周邊生態環境的影響，實現批判性思維的發展，同時培養環境保護意識。在帶領小學生回顧模擬實驗過程中，科學教師需要總結相關理論知識，圍繞所觀察到數據與現象回答相關問題。

科學教師需要提出多樣化引導性問題。針對火山活動多樣性知識點，科學教師提出“你觀察到的火山錐形爆發和涌流式噴發有哪些不同之處？這些差異是如何形成的？”“為什么會有不同類型的火山噴發？這與火山的地質構造有何關系？”等思考問題，引導學生思考所學的知識點。針對火山噴發巖漿特性等知識點，科學教師應該提出“在火山錐形爆發中巖漿噴發高度較大，伴隨著火山灰和巖石碎片噴射，是什么原因導致噴發物的差異？”“涌流式噴發中巖漿流動速度較慢，噴發物高度相對較低，這表明巖漿哪些特性？”等問題，引導學生在理論學習基礎上，結合虛擬實驗軟件構建知識點。針對火山活動與地球環境的知識點，科學教師應該提出“火山噴發對地球環境有何影響？”“火山錐形爆發和涌流式噴發會對周圍地區造成哪些不同影響？”“如何預防和減少火山噴發對人類和生態環境的影響？”等問題，促使學生進行多個層面的互動交流。

信息技術與小學科學教學深度融合的研究表明，借助先進的技術手段，可以在小學科學教育中開辟全新的教學模式，給學生帶來全新的學習體驗。虛擬軟件能生動直觀地呈現實驗過程，分析實驗結果，使學生能更直觀地理解抽象的科學概念，提高學生對課程知識掌握程度。同時，虛擬軟件能給學生提供更多的實驗操作機會，促使小學生在模擬環境中進行多次實驗操作，在鍛煉學生實驗操作能力基礎上，強化學生對理論知識的認知程度。通過不斷優化技術支持和教學設計，有望更好地發揮信息技術在小學科學教育中的潛力，培養更具創新力和實踐能力的學生。

參考文獻

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