一、活動背景：為何需要虛擬實驗操作訓(xùn)練？演講人01活動背景：為何需要虛擬實驗操作訓(xùn)練？02設(shè)計邏輯：如何構(gòu)建“學(xué)-練-用”一體化訓(xùn)練體系？03實施路徑：從課前準(zhǔn)備到課后延伸的全流程設(shè)計04評價策略：多元評價助力操作能力進(jìn)階05總結(jié)：虛擬實驗——讓科學(xué)探究“觸手可及”目錄2025小學(xué)六年級科學(xué)上冊虛擬實驗操作訓(xùn)練活動課件作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教育12年的一線教師，我始終堅信：“科學(xué)探究的本質(zhì)是動手與動腦的結(jié)合?！彪S著2022版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的落地實施，“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”的理念愈發(fā)深入人心。然而在實際教學(xué)中，六年級科學(xué)上冊涉及的“簡單機械”“能量轉(zhuǎn)換”“物質(zhì)變化”等單元，常因?qū)嶒炂鞑膿p耗率高、操作危險性大（如加熱實驗）、現(xiàn)象觀察周期長（如鐵生銹）等問題，導(dǎo)致學(xué)生難以充分參與真實實驗。正是在這一背景下，“虛擬實驗操作訓(xùn)練活動”逐漸成為突破傳統(tǒng)實驗局限的重要路徑。本文將從活動背景、設(shè)計邏輯、實施路徑、評價策略四個維度，系統(tǒng)梳理本次虛擬實驗操作訓(xùn)練的完整方案。01活動背景：為何需要虛擬實驗操作訓(xùn)練？1課程標(biāo)準(zhǔn)的剛性要求2022版課標(biāo)明確提出，小學(xué)科學(xué)要“通過實驗、觀察、調(diào)查等多種方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力”，并在“學(xué)業(yè)要求”中強調(diào)：“能正確使用常見的實驗器材，記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，基于證據(jù)得出結(jié)論。”六年級作為小學(xué)階段科學(xué)學(xué)習(xí)的“收官年級”，需要學(xué)生從“體驗式探究”向“結(jié)構(gòu)化探究”過渡，對實驗操作的規(guī)范性、數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性、變量控制的嚴(yán)謹(jǐn)性提出了更高要求。2傳統(tǒng)實驗的現(xiàn)實困境以我所帶班級為例，過去一學(xué)期在“工具與技術(shù)”單元教學(xué)中，曾遇到三大挑戰(zhàn)：器材限制：如“滑輪組省力情況”實驗，每套器材含5個滑輪、10條細(xì)線，45人班級需9套，僅器材準(zhǔn)備就耗時2小時，且細(xì)線易纏繞、滑輪易脫落，30%的小組因器材故障中斷實驗；安全隱患：“蠟燭燃燒的變化”實驗中，雖反復(fù)強調(diào)酒精燈使用規(guī)范，仍有2名學(xué)生因操作失誤導(dǎo)致酒精灑出，1名學(xué)生被蠟油燙傷；觀察局限：“鐵生銹的快慢”實驗需持續(xù)觀察7天，學(xué)生因課業(yè)壓力僅30%能堅持每日記錄，且自然環(huán)境變量復(fù)雜（如濕度、溫度波動），數(shù)據(jù)可比性差。3虛擬實驗的獨特價值虛擬實驗平臺（如NOBOOK、NB科學(xué)實驗等）通過3D建模、智能交互技術(shù)，恰好能彌補上述短板：01無損耗性：器材可無限次復(fù)用，學(xué)生可反復(fù)練習(xí)“組裝滑輪組”“調(diào)節(jié)酒精燈火焰”等易出錯操作；02高安全性：“濃硫酸稀釋”等危險實驗可在虛擬環(huán)境中安全開展，學(xué)生能直觀觀察“酸液飛濺”的后果卻無真實風(fēng)險；03可控性強：“鐵生銹”實驗可設(shè)置“干燥”“潮濕”“鹽水浸泡”等獨立變量環(huán)境，40秒內(nèi)即可觀察到不同條件下的生銹速度差異；04數(shù)據(jù)可視化：“杠桿平衡”實驗中，虛擬測力計可實時顯示力臂與阻力值，自動生成“力×力臂=阻力×阻力臂”的函數(shù)圖像，降低抽象概念理解難度。0502設(shè)計邏輯：如何構(gòu)建“學(xué)-練-用”一體化訓(xùn)練體系？1緊扣教材內(nèi)容，明確訓(xùn)練重點六年級科學(xué)上冊實驗內(nèi)容可分為三大模塊（見表1），需針對性設(shè)計虛擬實驗任務(wù)：|單元主題|核心實驗|操作難點|虛擬實驗設(shè)計重點||----------------|-----------------------------------|-----------------------------------|-----------------------------------||工具與技術(shù)|杠桿的秘密、滑輪組的作用|力臂測量、滑輪組繞線方法|3D動態(tài)標(biāo)注力臂，智能提示繞線順序||能量|電和磁、電磁鐵的磁力|線圈纏繞方向、電流大小控制|實時顯示磁場方向，調(diào)節(jié)滑動變阻器|1緊扣教材內(nèi)容，明確訓(xùn)練重點|物質(zhì)的變化|鐵生銹的快慢、化學(xué)變化伴隨現(xiàn)象|變量控制（如濕度、酸堿性）、微觀看變化|多環(huán)境對比實驗，分子運動模擬動畫|2遵循認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計階梯任務(wù)六年級學(xué)生的認(rèn)知特點是“具體運算向形式運算過渡”，虛擬實驗訓(xùn)練需從“模仿操作”到“自主探究”逐步進(jìn)階：基礎(chǔ)層（第1-2周）：重點訓(xùn)練“器材識別與規(guī)范操作”，如“認(rèn)識酒精燈各部分名稱”“正確使用測力計調(diào)零”，通過虛擬平臺的“分步引導(dǎo)”功能（點擊器材顯示名稱，錯誤操作彈出提示語），建立操作規(guī)范意識；進(jìn)階層（第3-4周）：聚焦“變量控制與數(shù)據(jù)記錄”，如“探究杠桿平衡條件”時，系統(tǒng)自動屏蔽無關(guān)變量（如杠桿自重），學(xué)生只需改變力臂長度或鉤碼數(shù)量，記錄數(shù)據(jù)后生成表格，直觀感受“控制變量法”的作用；拓展層（第5-6周）：強調(diào)“問題解決與創(chuàng)新設(shè)計”，如“設(shè)計一個省力的滑輪組”任務(wù)中，學(xué)生可自由選擇滑輪數(shù)量、繞線方式，系統(tǒng)實時顯示“拉力大小”，鼓勵嘗試不同方案并比較效率。3融合真實情境，增強探究意義虛擬實驗的最終目標(biāo)是服務(wù)真實問題解決。例如在“能量”單元，我設(shè)計了“為山區(qū)小學(xué)設(shè)計簡易發(fā)電機”的項目式任務(wù)：學(xué)生需通過虛擬實驗探究“線圈匝數(shù)、磁鐵數(shù)量、轉(zhuǎn)動速度”對電流大小的影響，記錄最優(yōu)參數(shù)后，再用真實材料（易拉罐、銅線、小電機）制作簡易發(fā)電機。這種“虛擬預(yù)演-真實驗證”的模式，既降低了真實實驗的試錯成本，又讓虛擬操作有了現(xiàn)實意義。03實施路徑：從課前準(zhǔn)備到課后延伸的全流程設(shè)計1課前：精準(zhǔn)定位起點，分層推送資源學(xué)情診斷：通過“問卷星”發(fā)放前測問卷，內(nèi)容包括“你能說出5種實驗器材的名稱嗎？”“做實驗時你會先記錄預(yù)測還是先操作？”，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：82%的學(xué)生能識別常見器材，但僅45%知道“測力計使用前需調(diào)零”，30%認(rèn)為“實驗數(shù)據(jù)與預(yù)測不符時可以修改”。分層任務(wù)：針對前測結(jié)果，為“操作薄弱組”推送“器材規(guī)范使用”微視頻（如“酒精燈點燃與熄滅的正確方法”），為“探究意識薄弱組”推送“科學(xué)家如何處理異常數(shù)據(jù)”案例（如孟德爾豌豆實驗的誤差分析）；全體學(xué)生需完成“虛擬實驗平臺注冊”，登錄后完成“新手任務(wù)”（如“組裝一個定滑輪”），系統(tǒng)自動記錄操作時長與錯誤次數(shù)，生成個人能力檔案。2課中：以“問題鏈”驅(qū)動深度操作課中環(huán)節(jié)按“情境導(dǎo)入-操作訓(xùn)練-探究深化-總結(jié)提升”四步展開，確保學(xué)生“動眼觀察、動手操作、動腦思考”。以下以“杠桿的秘密”實驗為例說明：2課中：以“問題鏈”驅(qū)動深度操作2.1情境導(dǎo)入（5分鐘）展示生活場景圖：“媽媽用開瓶器開瓶蓋”“小朋友用筷子夾菜”“工人用撬棍搬石頭”，提問：“這些工具在使用時有什么共同特點？如果沒有這些工具，操作會變得怎樣？”學(xué)生觀察后指出“有支點、受力點、阻力點”，教師順勢引出“杠桿”概念，明確“今天我們要通過虛擬實驗，探究杠桿省力、費力、不省力也不費力的規(guī)律”。2課中：以“問題鏈”驅(qū)動深度操作2.2操作訓(xùn)練（15分鐘）教師示范：在虛擬平臺演示“組裝杠桿裝置”：選擇“等臂杠桿”，在左側(cè)掛2個鉤碼（阻力=2N），右側(cè)掛1個鉤碼（動力=1N），調(diào)節(jié)右側(cè)力臂長度至20cm，左側(cè)力臂10cm，點擊“開始實驗”，杠桿平衡。邊操作邊講解：“先固定支點，再掛阻力和動力，調(diào)節(jié)力臂時要注意刻度對齊，點擊‘鎖定’后才能記錄數(shù)據(jù)?！睂W(xué)生練習(xí)：分組（4人一組）完成“基礎(chǔ)任務(wù)”：①組裝一個省力杠桿（動力＜阻力）；②組裝一個費力杠桿（動力＞阻力）；③組裝一個等臂杠桿（動力=阻力）。平臺設(shè)置“錯誤提醒”：若力臂未對齊刻度，系統(tǒng)彈出提示“力臂測量需從支點到力的作用點垂直距離”；若未鎖定杠桿就記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)顯示“請先確保杠桿靜止再記錄”。2課中：以“問題鏈”驅(qū)動深度操作2.2操作訓(xùn)練（15分鐘）難點突破：觀察到部分小組在“省力杠桿”任務(wù)中，錯誤地將動力臂與阻力臂設(shè)為“1:2”但動力與阻力也設(shè)為“1:2”（實際應(yīng)動力臂＞阻力臂），教師通過平臺“廣播”功能展示典型錯誤案例，引導(dǎo)學(xué)生對比分析：“動力臂是阻力臂的2倍時，動力應(yīng)該是阻力的多少？”學(xué)生計算后得出“動力=阻力×（阻力臂/動力臂）”，糾正操作。2課中：以“問題鏈”驅(qū)動深度操作2.3探究深化（20分鐘）提出開放性問題：“如果杠桿的自重不能忽略（如真實木桿），會影響平衡嗎？”學(xué)生分組設(shè)計實驗：①選擇“帶自重杠桿”（系統(tǒng)默認(rèn)自重0.5N）；②固定阻力（2N）和阻力臂（10cm），改變動力臂長度（15cm、20cm、25cm），記錄所需動力值；③對比“帶自重”與“不帶自重”時的動力差異。實驗后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“帶自重視，動力需額外克服杠桿自重”，并總結(jié)“科學(xué)實驗中要考慮次要因素的影響”。2課中：以“問題鏈”驅(qū)動深度操作2.4總結(jié)提升（5分鐘）學(xué)生分享實驗結(jié)論，教師用思維導(dǎo)圖梳理“杠桿平衡條件”：動力×動力臂=阻力×阻力臂（±杠桿自重影響）。最后聯(lián)系生活：“為什么釣魚竿是費力杠桿？”學(xué)生結(jié)合“動力臂短、阻力臂長”的特點，理解“費力杠桿能省距離”的優(yōu)勢，體會“工具設(shè)計需權(quán)衡省力與省距離”的工程思維。3課后：延伸探究，強化遷移應(yīng)用分層作業(yè)：基礎(chǔ)層：完成實驗報告（包括實驗?zāi)康?、步驟、數(shù)據(jù)、結(jié)論、反思），重點標(biāo)注“操作中最容易出錯的環(huán)節(jié)”；進(jìn)階層：用虛擬實驗探究“輪軸是否遵循杠桿平衡條件”（如方向盤、水龍頭），拍攝30秒“實驗現(xiàn)象解說”視頻；拓展層：尋找生活中的杠桿工具，用手機測量其力臂與阻力臂長度，計算理論動力值，再實際操作驗證是否符合。反思記錄：要求學(xué)生填寫“實驗成長卡”，內(nèi)容包括：“今天我學(xué)會了______，但還沒完全掌握______，下次實驗我打算______?！苯處熓占笳砉残詥栴}（如“數(shù)據(jù)記錄不及時”“變量控制意識弱”），作為下階段訓(xùn)練重點。04評價策略：多元評價助力操作能力進(jìn)階1過程性評價：關(guān)注操作細(xì)節(jié)設(shè)計“虛擬實驗操作評價量表”（見表2），從“器材使用”“步驟規(guī)范”“合作交流”“問題解決”四個維度，通過平臺記錄（如操作時長、錯誤次數(shù)）、教師觀察、小組互評綜合打分。|評價維度|評價指標(biāo)|評分標(biāo)準(zhǔn)（1-5分）||----------------|-----------------------------------|-----------------------------------||器材使用|能正確選擇并組裝實驗器材|5分：熟練組裝，無錯誤；3分：需提示后完成；1分：多次錯誤仍無法完成|1過程性評價：關(guān)注操作細(xì)節(jié)|步驟規(guī)范|按實驗流程操作，記錄完整數(shù)據(jù)|5分：流程清晰，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；3分：流程有卡頓，數(shù)據(jù)遺漏1-2項；1分：流程混亂，數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重|01|合作交流|小組分工明確，積極分享思路|5分：主動承擔(dān)任務(wù)，貢獻(xiàn)有效建議；3分：能配合完成任務(wù)，參與度一般；1分：依賴他人，很少發(fā)言|02|問題解決|能分析操作失誤原因并調(diào)整方案|5分：自主發(fā)現(xiàn)問題并修正；3分：在提示下修正；1分：無法解決問題|032結(jié)果性評價：聚焦核心概念掌握通過“實驗報告”“探究視頻”“生活應(yīng)用案例”等成果，評估學(xué)生是否能用實驗數(shù)據(jù)支持結(jié)論。例如在“鐵生銹的快慢”實驗中，優(yōu)秀報告應(yīng)包含：①變量控制表（明確“水”“空氣”“鹽”為變量）；②實驗現(xiàn)象對比圖（干燥環(huán)境無銹/潮濕環(huán)境少量銹/鹽水環(huán)境大量銹）；③結(jié)論“鹽水會加速鐵生銹”，并結(jié)合“生活中用鹽水除鐵銹是否合理？”提出質(zhì)疑（實際鹽水會加速生銹，除鐵銹應(yīng)使用酸性物質(zhì)）。3發(fā)展性評價：建立成長檔案為每位學(xué)生建立“虛擬實驗成長檔案”，收錄前測后測數(shù)據(jù)、操作視頻、實驗報告、反思記錄等材料。學(xué)期末對比分析，如學(xué)生“杠桿實驗”操作時長從8分鐘縮短至3分鐘，錯誤次數(shù)從5次減少至1次，說明操作規(guī)范性顯著提升；某學(xué)生從“依賴他人”變?yōu)椤靶〗M核心操作者”，體現(xiàn)合作能力進(jìn)步。05總結(jié)：虛擬實驗——讓科學(xué)探究“觸手可及”總結(jié)：虛擬實驗——讓科學(xué)探究“觸手可及”回顧本次虛擬實驗操作訓(xùn)練的設(shè)計與實施，我深刻體會到：虛擬實驗不是對真實實驗的“替代”，而是“賦能”——它降低了操作門檻，讓每個學(xué)生都能“敢動手”；它放大了實驗現(xiàn)象，讓抽象概念“看得見”；它提供了無限試錯空間，讓科學(xué)思維“練得會”。作為一線教師，我始終記得第一次帶學(xué)生使用虛擬實驗時的場景：小宇（平時因動手能力弱而