化学虚拟现实课堂——晶胞与晶体结构

更新时间:2024-03-01 来源:矩道科技 浏览:0



VR融合创新教学  晶胞与晶体结构

       高中化学中,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,但是借助矩道化学虚拟实验室软件【物质结构与性质】模块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


【物质结构与性质】,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VR教学系统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VR教学系统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VR教学系统,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


【矩道化学虚拟实验室】


VR化学助力基于情境、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。

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