新模塊【物質結構與性質】
為什么讓老師和同學們這么期待呢？
我們一起來了解吧！
高中化學新課標對選擇性必修2《物質結構與性質》的課程內容與教學目標均做出了大幅調整，新一輪教學改革正在進行中，物質結構與性質模塊在課程教學中的定位也發生了改變，是選考化學學科的選擇性必修課程，其在化學學科中的地位也越來越重要。隨著“新教材”“新課程”“新高考”的推進，提及《物質結構與性質》，因為學科特性，于老師而言，教學內容過于抽象復雜，可利用的教學素材少，難以更好的開展教學；于學生而言，知識點較為抽象和復雜，理解起來相對困難，大大降低學習成效。
在化學教學中科學合理地在教學中使用 VR 技術，可以為解決物質結構與性質的教學難點提供一種解決途徑。矩道科技精心研發，推出“物質結構與性質”模塊，通過VR與多媒體處理技術的高度集成，提供了原子分子結構與性質、晶體結構與性質等豐富的VR教育資源超90個。借助微觀結構與原理可視化降低教學內容抽象性，老師的教學不再停留在表面，可以更容易引導學生進行解釋，促使學生反思原有概念模型的局限性，發展學生“證據推理與模型認知”等核心素養。
常態化教學中有哪些痛點？
新教材中抽象的知識呈現
一、概念抽象、理論復雜。
《物質結構與性質》由于教材語言相對生硬和枯燥，用化學符號表示各種粒子及其形態，如電子云理論、核外電子排布規律、微粒間作用力、晶體結構與性質等，對理解能力較差的學生來講較難掌握這些基礎理論。
二、知識缺乏直觀的展示途徑。
二、微粒結構的各種原理抽象晦澀，教學中僅僅依靠視頻、圖片等難以詳盡地解釋說明，加上學生的知識水平與理解能力的不足，同時缺少空間想象能力與抽象能力，較難在微觀層面理解微觀世界的各類變化。離子晶體八面體空隙計算過程需求較強的空間立體幾何基礎，常規課堂上學生不容易理解。
三、難以有效地開展自主學習和自主探索。
由于缺乏適合教材教學的教具，學生在自主學習和復習的過程中，無法有效地將復雜的理論和具體例子相互聯系，基礎較差的學生常常無法跟上教材進度。例如，應用雜化軌道理論解釋有機化合物的鍵角及共平面問題。
VR+化學，物質結構與性質教學新生態
“物質結構與性質”模塊，基于一線教學實踐，以學科素養為指導，以開放性、探究性、學科性為主要目標，提供了原子、分子結構與性質、晶體結構與性質等豐富的VR教學內容超90個。借助VR技術的沉浸式和交互性，可自由操作、互動性強，微觀結構與原理可視化降低教學內容抽象性，促使學生反思原有概念模型的局限性，發展學生“證據推理與模型認知”等核心素養，同時可以再可視化學習各類抽象概念與理論的過程中更好地培養學生證據推理與模型認知的能力。
一、VR 技術在電子云和原子軌道教學中的應用
對原子結構的合理認識是理解元素周期律和元素周期性的重要理論基礎，關于原子軌道理論，不同學者提出不同的模型，玻爾提出了原子的“行星模型”蘇教版物質結構和性質ppt蘇教版物質結構和性質ppt，認為核外電子如同行星一樣圍繞著電子核運動，該模型對于學生而言簡單、直觀、易懂但存在局限性。隨著量子力學的發展，眾多事實否定了這一假說，微觀粒子的運動狀態描述與宏觀物體具有巨大差異，電子在原子核外的運動不確定，只能用出現的幾率去描述。這對高中階段的學生而言一時難以消化吸收，學習效果不理想。VR 技術的出現為解決這一教學難題提供了較為高效的教學方法。
提共1-40號原子結構-豐富可視化情境
原子軌道與電子云 - 感性認知到理性辨識
核外電子排規律 - 演繹、推理與歸納
原子軌道表示式 - 原理可視化探究
扁平化的教學板書增加理解難度
高中化學VR/3D虛擬仿真實驗室中的“物質結構與性質”新模塊，提供了1-40號原子的結構與性質，將常規教學中難以觀察的原子的空間微觀可視化，抽象晦澀的化學概念原理模型化、過程化。例如，老師在講授電子云模型、軌道能級和形狀時可打開“物質結構與性質”軟件輔助形象生動地完成教學過程，更好地了解電子云的形狀、各層電子軌道間的關系。
氮原子核外電子云分布以及原子軌道可視化
在原子軌道的教學中，學生能夠從多個視覺角度去詳細觀察電子軌道的形狀，比較 1s、2s 和 2p 的相似和差異，它允許使用者以“動態”的視角觀察原子結構的結構和運動，更為全面的顯示電子的動態運動行為，顯示電子的不確定性，進而理解電子云模型，使學生看到并理解原子的外觀。學生利用 VR 軟件學習電子云和原子軌道后，從微觀和宏觀角度認識物質的組成，有助于培養學生宏觀辨識與微觀辨析的素養，更要在學習理論的過程中培養學生證據推理與模型認知的能力。
二、VR 技術在微粒間相互作用教學中的應用
宏觀的物質是由微觀的粒子組成的，包括原子、粒子、分子等微粒，這些微觀粒子之間存在復雜的相互作用，作用力或大或小、或遠或近，其作用的原理差異較大。傳統化學的教學方式通常是“粉筆 + 黑板”，部分教具充足的學校才有可能使用原子或分子的球棍模型、原子的堆積模型開展教學，于實際而言，教具仍是相當有限的，并且在使用的過程中可能很繁瑣。
扁平化的教學板書增加理解難度
此外，教具模型雖然被一直用于描繪分子的直觀教具輔助教學，展示微觀粒子之間的相互作用，需要指出的是，這些模型不能較為完美地顯示微觀粒子之間動態運動過程，更無法顯示微觀粒子的運動或靈活性，這使學生不得不想象它們的相互作用。所有微觀粒子都是具有三維立體結構的微粒，從其本身具有的內在屬性來說，非常適合用借助VR 軟件開展教學。
微粒的形成過程-成鍵過程可視化
中心原子的孤對電子數的計算 - 計算過程可視化
共價鍵形成過程 - 演繹、推理與歸納
借助VR技術的沉浸感與交互性，讓學生能夠打破空間的障礙，穿越至微觀的未知空間中，直觀地“探知”原子和分子所經歷的動態過程。為學生創造了勤思樂學的沉浸式探究學習情境，助力自學學習能力、學科探究能力以及應用實踐能力的綜合提升。
三、VR 技術在晶體結構與性質教學中的應用
晶體結構與性質具有一定的抽象性和復雜性，且需要很強的空間思維和邏輯思維能力。在各類晶體結構與性質學習中均需要較強的空間想象能力，比如對金屬晶體和離子晶體的學習離不開配位數的研究，晶體中的配位數是指與中心離子（或原子）直接成鍵的離子（或原子）的數目，內容比較抽象，需要具備較深厚的空間立體幾何知識功底，對學生難度極大。
扁平化的教學板書增加理解難度
將VR教學軟件引入晶體結構教學中，可以360°全方位觀察晶體結構，在三維空間內觀察晶體不斷變換層與層之間的堆積方式，將配位數、晶胞中的空隙數等的計算過程立體可視化過程化。基于VR軟件開展教學活動，不僅增強了學生的學習興趣,培養了學生的空間思維能力，也有利于教師講清所傳授的知識，提高了課堂教學效率。
離子晶體晶胞八面體空隙計算過程可視化-模型認知
金屬晶體配位數計算可視化、過程化 - 學中練
混合晶體空間利用率計算可視化-學中練
使用 VR技術能使抽象枯燥的晶體結構與性質專題知識形象化、具體化，將難懂的知識變得通俗易懂。不再讓復雜的理論變為學生的學習負擔，而是讓學生發現物質結構的美感，愿意主動去學習和探究，實現喜歡學、主動學、自主學。
在高中化學教學中，物質結構與性質教學，具有十分重要的承上啟下的地位?？茖W合理的教學策略和教學方法，重視新的技術在教學中的應用，利用直觀 VR技術對提升物質結構與性質教學效果，提高學生的學習效率具有重要意義。
VR技術作為新興的技術形態，與學科教學融合創新，是智慧校園建設和學校數字化教育變革的新力量。化學課堂中，綜合應用高中化學VR/3D虛擬仿真實驗室有助于探索立足教學、深入課堂，構建以校為本、應用驅動、注重創新、精準測評的化學教學新生態。
