VR融合教学 ▏晶胞与晶体结构

新模块【物质结构与性质】

物质结构与性质的VR教学设计

对于晶胞部分的教学，首先要帮助学生理解晶胞的特征，从空间上感知晶胞的结构，能够辅助学生更好的掌握晶胞的参数，并深入理解宏观辨识与微观探析的核心素养，能在三维空间角度认识微观晶胞与宏观晶体之间的联系。然而在常规化教学中从始至终都存在着一个痛点，即无法将微观晶胞具体、完整、多角度的向学生展示，但是在虚拟仿真实验室的基础上，创新型融合教学能够很好的补足这一点。

扁平的常规化教学与可视化的VR教学对比

经矩道科技精心研发，推出“物质结构与性质”模块，基于一线教学实践，以学科素养为指导，以开放性、探究性、学科性为主要目标，通过VR与多媒体处理技术的高度集成，提供了原子、分子与晶体结构与性质等丰富的VR教学内容超90个。

物质的结构与性质软件内容概览

一、VR助力可视化情境创设

传统教学模式下的课程引入多以宏观晶体为例，然而晶体结构的各种原理抽象晦涩，教学中仅仅依靠视频、图片等难以详尽地解释说明，加上学生的知识水平与理解能力的不足，同时缺少空间想象能力与抽象能力，较难在微观层面理解微观世界的各类变化，更无法同时兼顾宏观与微观两个方面，而虚拟仿真实验室能够很好的为其弥补微观上的不足。

物质的结构与性质晶体结构概览

二、教学重难点微观辨析可视化、过程化

1、无隙并置，取向相同

整块晶体可以看作是数量巨大的晶胞“无隙并置”而成，所谓“无隙”，是指相邻晶胞之间没有间隙；所谓“并置”，是指所有晶胞都是平行排列的，取向相同。常规化教学的过程中，教师大多通过板画二维晶胞无隙并置，口述推论三维晶胞的无隙并置，这无疑是对学生空间想象力的极大考验；创新型融合教学能够很好的展示这一无隙并置的过程。

氯化钠晶胞的堆积

无隙：相邻晶胞之间没有间隙

碘晶胞的堆积

并置：所有晶胞平行排列，取向相同

2、粒子数目，共用原子

在一个平行六面体晶胞中，顶角的原子为8个晶胞共用，棱上的原子为4个晶胞所共用，面上的原子为2个晶胞共用，体内原子为1个晶胞共用，在常规化教学的过程中，教师阐述该结论时，都以口述为主，图画为辅的方式，并且较为考验教师的透视绘图能力与学生的空间思维；而通过虚拟仿真实验则能够更加直观的认知点、面、棱、体这四种情境下对原子的共用情况。

氯化钠晶胞中氯离子数目计算

点与面的共用

氯化钠晶胞中钠离子数目计算

棱与体的共用

三、可视化探究、深度学习

“均摊法”计算晶胞组成

“均摊法”作为晶胞计算中最常用的方法之一，不仅考验了学生对点、面、棱、体四个方面的原子共用情况，也检验了其证据推理与模型认知的素养。基于虚拟仿真实验室，可以依次以铜、干冰、镁三种由简到难的晶胞类型，为学生讲解“均摊法”的常规应用。

用“均摊法”求铜晶胞中原子数

用“均摊法”求干冰晶胞中分子数

用“均摊法”求镁晶胞中原子数

四、VR教学助力高阶思维

在高中的学习中，物质结构与性质具有十分重要的、承上启下的地位，宏观辨识与微观探析的核心素养贯穿始终。合理使用新的技术，利用直观的VR技术，能够更加有效的为学生创设学习情境，加强学习效率。

指向高阶思维的可视化学习

基础认知——晶体的简单堆积

微观辨析——晶胞的原子个数

深度学习——晶胞密度计算的原理

思维进阶——“均摊法”构建思维模型

VR教育助力基于情境、问题导向，以实验为基础的科学探究活动，促进化学学科关键素养——理解与辨析、分析与推测、探究与创新、归纳与论证的养成，推进深度学习，引领学生高阶思维发展。