课题申报书：基于POE策略的高中有机化学演示实验可视化改进的设计与应用研究

教育科学规划2025年度重点课题申报书、课题设计论证求知探理明教育，创新铸魂兴未来。基于POE策略的高中有机化学演示实验可视化改进的设计与应用研究课题设计论证一、研究现状、选题意义、研究价值研究现状POE策略即Predict（预测）—Observe（观察）—Explain（解释）教学策略，由预测、观察、解释三个环节构成，其重视从特定情境出发，将学生作为课堂主体进行教学，使学生能够独立进行知识构建，提高学生表达交流、实验探究、解决实际问题等能力，促进学生核心素养的发展。目前，POE策略在高中化学教学中的应用已取得一定成果，比如有研究将其应用于高中化学课堂实际教学，通过实践证明该策略有助于学生的化学学习，提高学生对化学学科的兴趣，促进学生在化学学习过程中建立良好的学习习惯，从而有利于学生化学核心素养的发展。然而，在高中有机化学演示实验可视化改进方面的研究还相对较少。高中有机化学实验教学目前存在一些问题，例如部分教学仍采用传统课堂教学为主的方法，学生多是照抄教材内容，对实验原理等一知半解，在实验过程中缺乏主动性和思考，实验结束后药品仪器摆放也较为混乱等。虽然已有将可视化管理应用于大学有机化学实验教学来解决部分类似问题的探索，但针对高中有机化学演示实验可视化改进结合POE策略的研究还有待深入拓展。选题意义高中有机化学知识相对抽象，演示实验是帮助学生理解知识的重要手段，但传统演示实验可能存在学生理解不深入、参与感不强等情况。通过对高中有机化学演示实验进行可视化改进，并基于POE策略开展教学，有着重要意义。一方面，能提高学生对有机化学知识的理解和掌握程度。可视化改进后的演示实验可以让学生更清晰直观地看到实验现象、过程以及背后的微观原理等，结合POE策略让学生先预测、再观察、后解释，能使学生主动参与到知识的构建中，更好地消化所学有机化学知识。另一方面，有助于激发学生学习兴趣，培养学生的实验探究能力和创新思维。可视化元素以及POE策略中自主思考和讨论的环节，能让学生不再觉得有机化学枯燥，而是主动去探索实验结果与原理之间的联系，尝试提出自己的见解，在潜移默化中提升探究和创新能力。研究价值该研究的开展具备多方面的研究价值。从教学方法角度来看，有助于丰富高中化学教学方法。当前高中化学教学在不断探索更有效的策略来提升教学质量，此研究为高中化学教学，尤其是有机化学教学，提供了一种将POE策略与演示实验可视化改进相结合的新思路和实践经验，能为教师的教学提供更多样的选择，也能为后续相关教学方法的进一步优化奠定基础。从学生培养角度而言，能够更好地助力学生化学学科素养的提升，让学生在有机化学学习过程中不仅仅是记住知识，更能深入理解、灵活运用知识，提高解决实际化学问题的能力，为学生今后深入学习化学及相关学科做好铺垫。二、研究目标、研究内容、重要观点研究目标本研究旨在实现高中有机化学演示实验的可视化改进，进而提高教学效果，具体涵盖以下几个方面：帮助学生更好地理解有机化学概念：高中有机化学涉及众多抽象概念，传统演示实验有时难以让学生透彻理解其内涵。通过可视化改进，如利用多媒体设备展示有机物分子的微观结构变化、化学反应中化学键的断裂与生成等，结合POE策略让学生先预测可能出现的现象，再观察实际发生的情况，最后对其进行解释，能够使抽象概念具象化，加深学生对有机化学概念的理解与掌握。助力学生掌握实验技能：在可视化改进的演示实验中，学生可以更清晰地看到实验仪器的正确操作方法、药品的添加顺序以及实验过程中的各种细节。例如，在有机合成实验的演示中，通过特写镜头展示分液漏斗的正确使用、蒸馏装置的搭建要点等，配合POE策略引导学生思考操作不当可能导致的后果，从而让学生更好地掌握实验技能，提高他们实际动手操作的能力。培养学生的科学思维：POE策略强调学生主动参与知识构建，可视化改进后的演示实验为学生提供了更丰富的观察素材。学生在预测、观察、解释的过程中，需要分析实验现象背后的原因，运用逻辑推理提出自己的见解，有助于培养他们的科学思维能力，如归纳总结、类比分析、批判性思维等，使学生能够从实验中发现问题、解决问题，提升科学探究素养。研究内容本研究主要聚焦于以下几个关键内容：分析现有高中有机化学演示实验的不足：深入调研当前高中有机化学演示实验在教学实践中的具体情况，梳理出存在的问题，例如部分实验现象不够明显，导致后排学生难以观察；实验过程中缺乏对微观原理的直观呈现，学生理解困难；实验操作步骤的展示不够细致，影响学生对实验技能的掌握等。同时，剖析这些不足产生的原因，为后续的改进工作提供依据。探索POE策略在可视化改进中的应用方法：研究如何将POE策略的预测、观察、解释三个环节有机融入到高中有机化学演示实验的可视化改进过程中。比如，在预测环节，如何根据实验内容设计合理的引导问题，激发学生积极思考并提出预测；在观察环节，怎样利用现代教育技术手段（如高清视频、动画模拟、实时投屏等）让学生更全面、清晰地观察实验现象和过程；在解释环节，如何引导学生运用所学知识对观察到的现象进行科学合理的解释，并促进学生之间的交流讨论，深化对知识的理解。设计并实施可视化改进的实验方案：基于对现有实验不足的分析以及POE策略应用方法的探索，结合高中有机化学教学大纲和实际学情，设计一系列可视化改进的演示实验方案。这些方案将涵盖不同类型的有机化学实验，如有机化合物的性质实验、有机合成实验等。在设计过程中，充分考虑如何增强实验的可视化效果，如添加微观结构展示、关键操作步骤的放大呈现等元素，同时合理安排POE策略各环节的实施步骤。并且将设计好的实验方案应用于实际教学中，通过课堂实践、学生反馈、教学效果评估等方式不断优化改进方案，以验证其有效性和可行性。重要观点本研究秉持的重要观点是POE策略与可视化改进相结合能有效提升高中有机化学教学质量。POE策略以学生为主体，通过让学生主动参与预测、观察和解释，培养他们的自主学习能力、思维能力以及合作交流能力。而可视化改进则能够弥补传统演示实验在直观呈现方面的不足，将抽象的有机化学知识、复杂的实验过程和微观原理以更加清晰、生动的形式展示给学生，帮助学生克服理解障碍，提高学习兴趣和参与度。二者相互配合、相辅相成，能够使高中有机化学教学更加生动、高效，有助于学生更好地掌握有机化学知识，提升化学学科素养，实现知识与能力的协同发展。三、研究思路、研究方法、创新之处研究思路本研究将按照以下步骤开展：现状调研：通过查阅相关文献、实地观察高中有机化学演示实验课堂、与一线教师和学生进行交流访谈等方式，全面了解当前高中有机化学演示实验在可视化方面的实际开展情况，梳理出存在的各类问题以及影响教学效果的因素，为后续研究奠定基础。例如，观察不同学校的有机化学实验课堂，记录实验现象展示是否清晰、学生参与度如何等情况；收集教师在教学过程中遇到的关于实验可视化的困难反馈等。确定研究问题：基于现状调研结果，分析高中有机化学演示实验可视化改进的关键点和难点，结合POE策略的应用特点，确定具体的研究问题，如怎样使POE策略的各个环节在可视化实验中更有效地衔接，如何利用现有技术手段实现最佳的可视化效果以提升学生的学习效果等。设计实验方案：根据研究问题和教学大纲要求，结合学生的认知水平和实际学情，设计包含POE策略的高中有机化学演示实验可视化改进方案。方案要明确每个实验的教学目标、实验步骤、可视化呈现方式以及POE策略各环节的具体实施细节等。比如，在“乙醇的催化氧化”实验中，确定如何通过动画展示乙醇分子结构变化，设计让学生预测反应产物、观察实验现象并解释现象背后原理的具体引导问题和流程。实施实验并收集数据：将设计好的可视化改进实验方案应用于实际教学课堂中，选取一定数量的班级作为实验组，按照方案开展教学活动。在实验过程中，通过课堂观察、学生作业、测试成绩、问卷调查以及学生小组讨论记录等多种途径收集相关数据，全面了解学生在知识掌握、能力提升、学习兴趣等方面的情况。分析结果并提出改进建议：对收集到的数据进行系统的整理和分析，运用统计学方法、内容分析法等，评估可视化改进后的演示实验结合POE策略的教学效果，验证是否达到预期的研究目标。根据分析结果，总结成功经验和不足之处，进而提出针对性的改进建议，不断优化实验方案，为后续教学实践提供更有效的参考。研究方法本研究拟采用多种研究方法，以确保研究的科学性和有效性，具体如下：文献研究法：广泛查阅国内外关于POE策略、高中化学演示实验、实验可视化改进等方面的学术文献、教育政策文件以及相关的教学案例资料等。通过对这些文献的梳理、分析和归纳，了解该领域的研究现状、前沿动态以及已有的实践成果，为本研究提供坚实的理论基础和实践参考，避免重复研究，并从中汲取可借鉴的思路和方法用于本课题的研究。例如，在确定POE策略在高中化学教学中的应用模式时，可以参考已有的众多应用案例研究成果，总结其共性和优势之处。实验研究法：选取若干所具有代表性的高中作为实验学校，选择相应的班级作为实验组和对照组。在实验组中实施基于POE策略的高中有机化学演示实验可视化改进方案，对照组则采用传统的演示实验教学方法。在实验前后分别对两组学生进行化学知识测试、学习兴趣和能力水平等方面的调查评估，通过对比分析两组的数据，来验证本研究提出的改进方案的有效性，直观地呈现可视化改进结合POE策略对高中有机化学教学效果的影响。问卷调查法：设计科学合理、针对性强的调查问卷，面向参与实验的教师和学生进行发放。问卷内容涵盖对可视化改进后的演示实验的接受程度、POE策略各环节的实施效果、学生在知识理解、实验技能、思维能力等方面的自我感受、教师对教学过程和效果的评价等多个维度。通过对回收的问卷进行统计分析，了解师生对本研究实践的主观反馈，获取更全面、深入的研究数据，为后续的改进和总结提供依据。访谈法：选取部分教师和学生进行面对面的深度访谈，访谈提纲围绕他们在实验教学过程中的具体体验、遇到的问题、对POE策略和可视化改进的看法、对教学效果提升的直观感受等关键内容展开。访谈过程中注重引导被访谈者充分表达自己的真实想法和意见，通过访谈挖掘出一些在问卷调查中难以体现的深层次信息，进一步补充和丰富研究资料。创新之处教学策略创新应用：将POE策略创新性地应用于高中有机化学演示实验的可视化改进中。以往POE策略虽在高中化学教学中有一定应用，但在有机化学演示实验可视化改进方面的结合相对较少。本研究通过巧妙融合，使学生在可视化的实验情境下，更充分地发挥主观能动性，按照预测、观察、解释的环节深入参与到有机化学知识的构建中，改变传统演示实验学生被动接受的局面，提升学生的自主学习能力和思维能力。例如，在“苯的取代反应”演示实验中，先让学生预测反应可能出现的现象，然后通过高清视频、微观动画等可视化手段展示实验实际过程，最后引导学生解释现象背后的反应机理，让学生更好地理解有机化学中的抽象反应过程。可视化改进视角独特：聚焦于高中有机化学演示实验的可视化改进这一特定角度，运用现代教育技术手段，如多媒体设备、动画模拟、实时投屏等，从微观和宏观两个层面增强实验的可视化效果。不仅能够让学生清晰地看到实验仪器的操作、实验现象的呈现，更能直观地展示有机化学中复杂的分子结构变化、化学键的断裂与生成等微观过程，有效弥补了传统演示实验在直观呈现方面的不足，帮助学生克服有机化学知识抽象性带来的理解障碍，提高学习效率和兴趣。比如，在讲解有机化合物的加成反应时，利用动画模拟分子轨道的重叠、电子的转移等微观过程，使学生更易理解反应本质。为教学提供新途径：本研究旨在探索出一套切实可行的基于POE策略的高中有机化学演示实验可视化改进方案，为高中有机化学教学提供一种新的方法和途径。该方案经过实践验证后，可操作性强、易于推广，有助于丰富高中化学教学方法体系，为广大化学教师提供教学参考，促进有机化学教学质量的整体提升，也为后续进一步深化教学改革、培养学生化学学科素养提供有益的实践经验。四、研究基础、条件保障、研究步骤研究基础已有相关研究成果基础：在POE策略方面，诸多学者已经对其在高中化学教学中的应用展开了研究，证实了该策略有助于提高学生学习兴趣、培养学生多种能力以及促进学生核心素养发展等优势，这为本研究将POE策略应用于高中有机化学演示实验可视化改进提供了有力的理论与实践参考依据。同时，关于化学实验教学的研究也层出不穷，例如针对高中化学实验如何更好地培养学生创新意识、提升学生实践操作能力等方面的探索，为我们聚焦有机化学演示实验可视化改进的研究奠定了一定基础。研究团队专业与教学经验基础：研究团队成员具备扎实的化学专业知识，熟悉高中化学课程体系与教学大纲要求，对有机化学领域的知识有着深入的理解与把握。而且团队成员拥有丰富的一线教学经验，长期参与高中化学教学工作，在实际教学过程中积累了对学生学习特点、认知水平以及在有机化学学习中常见问题的了解，这些专业知识与教学经验能够保障本研究在设计与实施过程中贴合教学实际，准确把握研究方向与要点。条件保障学校实验设备保障：学校配备了较为完善的化学实验设备，包括各种规格的玻璃仪器，如试管、烧瓶、烧杯、锥形瓶等，能够满足有机化学演示实验的基本操作需求；同时还拥有如多媒体设备、投影仪等可用于实现实验可视化的仪器，方便通过播放高清视频、展示微观动画模拟等方式增强实验的可视化效果。此外，学校的实验室管理规范，定期对实验设备进行维护和更新，确保实验设备处于良好的可用状态，为研究中的实验开展提供了坚实的物质基础。图书馆资源保障：学校图书馆藏有丰富的化学专业书籍、学术期刊以及教育教学类相关文献资料，涵盖了有机化学学科知识、化学实验教学方法、教育心理学等多个领域，能够为本研究提供充足的理论支持。研究团队成员可以方便地查阅国内外最新的研究成果，了解该领域的前沿动态，借鉴优秀的教学案例与研究思路，避免研究的重复与盲目性，为课题的顺利推进提供有力的知识储备保障。时间和精力投入保障：研究团队成员对本课题高度重视，已制定详细的工作计划，合理安排时间，确保能够全身心投入到研究工作中。在准备阶段，会花费大量时间进行资料收集、方案设计等工作；在实施阶段，成员将深入课堂进行实验教学、观察记录以及数据收集；在总结阶段，会认真分析数据、撰写研究报告等，以保障各个阶段的研究任务都能高质量完成。研究步骤准备阶段（第13个月）：查阅文献资料：通过图书馆、学术数据库等渠道，广泛收集国内外关于POE策略、高中有机化学演示实验、实验可视化改进等方面的文献资料，进行深入的梳理与分析，了解该领域的研究现状、前沿动态以及存在的问题，为本研究找准切入点与创新点，形成扎实的研究基础。调研教学现状：深入高中化学课堂，实地观察有机化学演示实验的实际开展情况，与一线教师和学生进行交流访谈，发放调查问卷，全面了解当前高中有机化学演示实验在可视化方面存在的问题，例如实验现象展示是否清晰、学生参与度如何、对实验原理的理解程度等，同时分析影响教学效果的因素，为后续研究提供现实依据。组建研究团队：召集具备化学专业知识和教学经验的教师组成研究团队，明确各成员的分工与职责，确保研究工作能够有条不紊地开展。制定研究方案：根据前期的文献调研和教学现状分析结果，结合研究目标与内容，制定详细的基于POE策略的高中有机化学演示实验可视化改进的研究方案，包括研究思路、研究方法、预期成果以及时间安排等内容。实施阶段（第49个月）：设计可视化实验方案：基于对现有高中有机化学演示实验不足的分析以及POE策略应用方法的探索，结合高中化学教学大纲和实际学情，设计一系列包含不同类型有机化学实验（如有机化合物的性质实验、有机合成实验等）的可视化改进方案。在方案设计中，充分考虑如何利用现代教育技术手段增强实验的可视化效果，合理安排POE策略各环节的实施步骤，明确每个实验的教学目标、实验步骤、可视化呈现方式以及引导学生预测、观察、解释的具体问题和流程等。开展课堂教学实践：选取若干所具有代表性的高中作为实验学校，选择相应的班级作为实验组和对照组。在实验组中按照设计好的可视化改进实验方案开展教学活动，将POE策略的预测、观察、解释环节有机融入到有机化学演示实验教学中；对照组则采用传统的演示实验教学方法。在教学过程中，研究团队成员要密切观察课堂情况，记录学生的课堂表现、参与度、互动情况等。收集数据资料：通过多种途径收集相关数据资料，如学生的作业完成情况、测试成绩、问卷调查结果、学生小组讨论记录、课堂观察记录等，全面了解学生在知识掌握、能力提升、学习兴趣等方面的情况，同时收集教师对教学过程和效果的评价反馈，为后续的分析评估提供丰富的数据支撑。总结阶段（第1012个月）：分析研究结果：对收集到的各类数据资料进行系统的整理和分析，运用统计学方法、内容分析法等，评估可视化改进后的演示实验结合POE策略的教学效果，对比实验组和对照组的数据差异，验证是否达到预期的研究目标，总结在实践过程中取得的成功经验以及存在的不足之处。提出改进建议：根据分析结果，针对研究中发现的问题提出针对性的改进建议，进一步优化实验方案，使其更加科学合理、切实可行。同时，总结基于POE策略的高中有机化学演示实验可视化