央馆虚拟实验教学应用案例:《内能实验复习》(九年级物理）

-央馆虚拟实验教学应用案例展示-

随着中央电化教育馆中小学虚拟实验（以下简称“央馆虚拟实验”）教学试点工作的逐步深入，各实验区涌现出不少优秀的教学案例。武汉市楚才中学的九年级物理老师郑丹，就借助央馆虚拟实验的3D、VR资源开展了一堂精彩的内能实验复习课。武汉市汉阳区教科中心教研员刘伟华老师为本堂课提供指导。

教学目标

1、知识与技能

（1）知道物质是由分子和原子组成的，掌握分子动理论的基本观点，并能用该理论解释生活中的现象。

（2）知道内能的概念。掌握改变物体内能的两种方式，进一步理解改变内能的实质。

（3）探究比较不同物质的吸热能力，进一步理解比热容的概念。能用比热容解释简单的自然现象。

2、过程与方法

（1）利用央馆虚拟实验资源复习内能相关实验，加深对科学规律的认识。

（2）培养学生的科学思维，让学生在实验探究中学会观察、比较、分析和归纳的方法。

3、情感态度与价值观

观察现象与收集数据，让学生体会科学技术的力量，培养学生的主动探究意识，提高学生实践创新的核心素养。

教学重点与难点

1、重点

（1）掌握分子动理论的内容。

（2）知道改变物体内能的实质。

（3）探究比较不同物质的吸热情况，进一步掌握比热容的概念。

2、难点

（1）实验方案的设计。

（2）比较不同物质吸热能力的实验操作。

实验资源

1、央馆虚拟实验资源

（1）实拍视频 ：《扩散的快慢跟温度的关系》《分子之间有引力实验》《气体扩散的实验》。

（2）3D演示视频：《用显微镜观察微粒的运动》。

（3）3D交互课件 ：《比较不同物质吸热的情况》。

（4）VR仿真交互课件 ：《做功改变物体的内能》。

实拍视频：《扩散的快慢跟温度的关系》

实拍视频：《分子之间有引力实验》

实拍视频：《气体扩散的实验》

3D演示视频：《用显微镜观察微粒的运动》

3D交互课件：《比较不同物质吸热的情况》

VR仿真交互课件：《做功改变物体的内能》

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2、实物资源

玻璃杯、肥皂水，棉线，铁丝圈。

教学活动设计与实施

课前预习

（安排学生观看实拍视频自学）

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学情反馈

（点评学生自学情况，回顾旧知）

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探究活动1：宏观现象和微观世界

（学生观看3D演示视频，进行实物实验探究）

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探究活动2：“隐形”于生活中的内能

（学生使用VR仿真交互课件模拟探究）

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探究活动3：比较不同物质的吸热情况

（学生使用3D交互课件模拟探究）

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建构知识体系，完成思维导图

课前预习

课前，安排学生登录“中央电化教育馆虚拟实验教学服务系统”，学习3个分子热运动重点实验的实拍视频：《扩散的快慢跟温度的关系实验》《分子之间有引力实验》《气体扩散的实验》，完成自主学习任务单，并拍照上传。

学情反馈

在课堂上反馈学生们的自主学习情况，从互动课堂中抽取一位学生的作业，并请这位学生说说课前预习观察到的实验现象及实验结论，谈谈自学的收获。

探究活动1：

宏观现象和微观世界

问

关于分子热运动，同学们还想了解什么呢？

想看看分子的运动情况和分子的样子。

答

教师分析：分子的运动我们暂时无法观察，但可以 先通过显微镜观察微粒的运动，由看得到的宏观现象来推断构成物质的分子情况。

打开央馆虚拟实验3D演示视频《用显微镜观察微粒的运动》。 通过信息化技术，模拟真实实验中微粒的运动情况，并追踪三个运动微粒，同步展现微粒的运动轨迹。

请一位学生分享观察到的虚拟实验现象，发现由分子构成的微粒在做无规则运动。老师简单说明微粒做无规则运动的本质原因，从而得出水分子也在做无规则运动。

接着，提示学生同样可以通过构成物质的分子情况来解释宏观现象产生的原因。

问

在气体扩散实验中为什么把密度大的二氧化氮气体放在空气的下面呢？

扩散现象是分子无规则运动形成的。如果把密度大的二氧化氮气体放在空气的上面，它会因为重力的作用下沉，和空气进行混合。但如果把二氧化氮放在下面，还能与空气较为均匀混合，这就说明分子是在做无规则运动。

答

在线检测学生的学习情况，并根据试题引出一个小实验——“跳舞”的棉线。将系有一根棉线的金属圈，浸没在肥皂水中，戳破其中一边的肥皂膜，观察棉线的运动情况。

引导学生分组实验，并由一位学生进行操作展示。实验中，发现戳破一边的肥皂膜时，明显看到棉线会被拉向另一边。这是因为 肥皂膜分子存在引力，戳破的一边对棉线拉力消失，有肥皂膜的一边对棉线有拉力，所以棉线被拉向有肥皂膜的一边。

探究活动2：

“隐形”于生活中的内能

总结分子动理论的基本观点，并从微观角度引导学生回顾内能的相关知识： 内能是物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。

内能我们无法用肉眼观察，但可以通过 做功和 热传递来发现它的变化。

打开央馆虚拟实验VR仿真交互课件《做功改变物体的内能》，组织学生进行两个VR仿真实验：操作装有硝化棉的空气压缩引火仪、往盛有少量水的密闭玻璃瓶中打气，探究做功能否改变物体的内能。

传统课堂中，这两个实验具有一定安全隐患，特别是后者会受到温度、湿度影响，实验现象不是特别明显，但 在央馆虚拟实验构建的理想环境中，学生可以安全做实验，清楚地观察实验现象。

问

结合刚刚的实验，思考“做功”改变物体内能的实质是什么？

做功改变物体内能的实质是能量发生了转化。第一个实验中，硝化棉燃烧起来，是因为活塞压缩气体做功，机械能转化为内能，空气内能增大，温度升高，达到硝化棉的燃点。第二个实验中，玻璃瓶瓶塞弹开，瓶内出现大量白雾，说明水蒸气液化成了小水珠，在这个过程中，气体膨胀对外做功，气体的内能转化为瓶塞的机械能，气体的内能减少，气体的温度降低。

答

教师总结：因此，做功可以改变物体的内能，实质是能量发生了转化。 外力对物体做功，物体内能增加；物体对外做功，物体内能减少。

探究活动3：

比较不同物质的吸热情况

问

同学们，“热传递”改变物体内能的实质是什么？

热传递改变物体内能的实质是 能量的转移。 做功和热传递对内能大小的改变是等效的。热量可以由温度高的物体向温度低的物体传递，在热传递的过程中，不同的物质吸热能力不同。

答

教师总结：物理学中用 “比热容”来反应物质的这一特性。比热容的定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃时吸收（放出）的热量。

引导学生分组讨论，得出可以通过 控制变量法和 转换法进行探究比较不同物质吸热的情况。

组织学生打开央馆虚拟实验3D交互课件《比较不同物质吸热的情况》，在3D器材库中取相等质量的水和油，进行模拟探究。

实验完成后，请学生以小组为单位上台复现刚刚的实验过程，分析总结实验现象、实验数据及实验结论。

在这个实验中，学生采用了 两种探究方式。

实验方法1

控制物质质量相同，吸收热量相同，比较升高的温度。

实验结论：相同质量的不同物质，在吸收相同热量的情况下，谁升温慢，升高温度低，谁吸热能力强，比热容大；谁升温快，升高温度高，谁吸热能力弱，比热容小。

实验方法2

控制物质质量相同， 升高温度相同，比较吸收的热量。

实验结论：相同质量的不同物质，在升高相同温度的情况下，谁吸热时间长，吸收热量多，谁吸热能力强，比热容大；谁吸热时间短，吸收热量少，谁吸热能力弱，比热容小。

最后，播放一则日本向福岛核电站注水的新闻，引导学生运用所学知识解释这一行为， 培养学生学以致用，解决实际问题的能力。

建构知识体系，完成思维导图

引导学生根据所学知识绘制思维导图，并请一位学生分享自己的思维导图，总结本堂课的学习内容。

教学反思

这堂课是融合了央馆虚拟实验资源的探究复习课。课前，郑丹老师安排学生观看央馆虚拟实验实拍视频，帮助学生快速回顾内能重点实验，为复习课的开展打下基础，培养了学生的自学能力。

课中， 郑丹老师用4个活动5个实验串联全场，开展了内能实验复习的教学，引导学生回顾了分子动理论的基本观点，加深了对内能、比热容知识的理解，还帮助学生掌握了控制变量法、转换法等科学思维，培养了学生勇于探究的科学精神。

央馆虚拟实验资源在本堂课上发挥了重要作用，不仅突破了时空限制，让学生在课前预习中快速回顾重点实验，还 解决了教学中部分实验操作复杂、耗费时间长，现象观测难、有安全隐患的问题，为学生提供了实际操作的机会，提高了复习课的效率，加强了学生对实验原理的理解和应用。

专家点评

乔翠兰

华中师范大学物理学院副教授

这是一节非常精彩的物理课，内容丰富，节奏紧凑，信息化技术在课程中得到了很好的应用。

课堂教学上，本堂课始终以学生为主，老师为辅。通过“提出问题—课堂讨论—实验操作—分析数据—得出结论”的方式，引导、帮助、激励学生完成实验的部分探究或整体探究。整节课学生都在动脑思考、动手实践、高效学习。

技术应用上，本堂课实现了信息化技术和教学的深度融合。授课老师充分考虑了哪些环节该用虚拟资源，哪些环节该用真实实验， 虚实结合、虚拟有度。此外，拍照传屏、在线测试、大数据分析等信息化教学方式也被多次使用，帮助老师及时掌握学情，调整教学策略。

教学目的上，本堂课发挥了物理学科的育人功能，培养了学生的核心素养。郑丹老师在课上让学生经历实验探究全过程，培养了学生科学的思维观，整体来说是非常全面的育人。

此外，本堂课对老师们开展物理实验教学也有 两个启示。 一是老师要做好“搭台阶”的人。以 《用显微镜观察微粒的运动》为例，从可见的粒子运动反推不可见的分子运动，中间还是比较复杂的，老师要及时引导学生思考，多搭几级台阶，帮助学生突破难点，更扎实地掌握知识。 二是老师要合理使用技术。现在炫酷技术非常多，但老师一定要选择性地使用，用得恰到好处。这一点，郑丹老师就做得特别好。

打开央馆虚拟实验教学服务系统， 获取本堂课的教学视频、教学设计、课件等更多内容。欢迎老师们登录体验！如需试用账号，可扫码咨询：

https://vlab.eduyun.cn/

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：央馆虚拟实验工作组

初审：冯吉兵

终审：周新

微信号｜一师一课（CN1s1k）

（工作日 8:30-17:00）