教育科學規劃2025年度重點課題申報書、課題設計論證求知探理明教育，創新鑄魂興未來。基于POE策略的高中有機化學演示實驗可視化改進的設計與應用研究課題設計論證一、研究現狀、選題意義、研究價值研究現狀POE策略即Predict（預測）—Observe（觀察）—Explain（解釋）教學策略，由預測、觀察、解釋三個環節構成，其重視從特定情境出發，將學生作為課堂主體進行教學，使學生能夠獨立進行知識構建，提高學生表達交流、實驗探究、解決實際問題等能力，促進學生核心素養的發展。目前，POE策略在高中化學教學中的應用已取得一定成果，比如有研究將其應用于高中化學課堂實際教學，通過實踐證明該策略有助于學生的化學學習，提高學生對化學學科的興趣，促進學生在化學學習過程中建立良好的學習習慣，從而有利于學生化學核心素養的發展。然而，在高中有機化學演示實驗可視化改進方面的研究還相對較少。高中有機化學實驗教學目前存在一些問題，例如部分教學仍采用傳統課堂教學為主的方法，學生多是照抄教材內容，對實驗原理等一知半解，在實驗過程中缺乏主動性和思考，實驗結束后藥品儀器擺放也較為混亂等。雖然已有將可視化管理應用于大學有機化學實驗教學來解決部分類似問題的探索，但針對高中有機化學演示實驗可視化改進結合POE策略的研究還有待深入拓展。選題意義高中有機化學知識相對抽象，演示實驗是幫助學生理解知識的重要手段，但傳統演示實驗可能存在學生理解不深入、參與感不強等情況。通過對高中有機化學演示實驗進行可視化改進，并基于POE策略開展教學，有著重要意義。一方面，能提高學生對有機化學知識的理解和掌握程度。可視化改進后的演示實驗可以讓學生更清晰直觀地看到實驗現象、過程以及背后的微觀原理等，結合POE策略讓學生先預測、再觀察、后解釋，能使學生主動參與到知識的構建中，更好地消化所學有機化學知識。另一方面，有助于激發學生學習興趣，培養學生的實驗探究能力和創新思維。可視化元素以及POE策略中自主思考和討論的環節，能讓學生不再覺得有機化學枯燥，而是主動去探索實驗結果與原理之間的聯系，嘗試提出自己的見解，在潛移默化中提升探究和創新能力。研究價值該研究的開展具備多方面的研究價值。從教學方法角度來看，有助于豐富高中化學教學方法。當前高中化學教學在不斷探索更有效的策略來提升教學質量，此研究為高中化學教學，尤其是有機化學教學，提供了一種將POE策略與演示實驗可視化改進相結合的新思路和實踐經驗，能為教師的教學提供更多樣的選擇，也能為后續相關教學方法的進一步優化奠定基礎。從學生培養角度而言，能夠更好地助力學生化學學科素養的提升，讓學生在有機化學學習過程中不僅僅是記住知識，更能深入理解、靈活運用知識，提高解決實際化學問題的能力，為學生今后深入學習化學及相關學科做好鋪墊。二、研究目標、研究內容、重要觀點研究目標本研究旨在實現高中有機化學演示實驗的可視化改進，進而提高教學效果，具體涵蓋以下幾個方面：幫助學生更好地理解有機化學概念：高中有機化學涉及眾多抽象概念，傳統演示實驗有時難以讓學生透徹理解其內涵。通過可視化改進，如利用多媒體設備展示有機物分子的微觀結構變化、化學反應中化學鍵的斷裂與生成等，結合POE策略讓學生先預測可能出現的現象，再觀察實際發生的情況，最后對其進行解釋，能夠使抽象概念具象化，加深學生對有機化學概念的理解與掌握。助力學生掌握實驗技能：在可視化改進的演示實驗中，學生可以更清晰地看到實驗儀器的正確操作方法、藥品的添加順序以及實驗過程中的各種細節。例如，在有機合成實驗的演示中，通過特寫鏡頭展示分液漏斗的正確使用、蒸餾裝置的搭建要點等，配合POE策略引導學生思考操作不當可能導致的后果，從而讓學生更好地掌握實驗技能，提高他們實際動手操作的能力。培養學生的科學思維：POE策略強調學生主動參與知識構建，可視化改進后的演示實驗為學生提供了更豐富的觀察素材。學生在預測、觀察、解釋的過程中，需要分析實驗現象背后的原因，運用邏輯推理提出自己的見解，有助于培養他們的科學思維能力，如歸納總結、類比分析、批判性思維等，使學生能夠從實驗中發現問題、解決問題，提升科學探究素養。研究內容本研究主要聚焦于以下幾個關鍵內容：分析現有高中有機化學演示實驗的不足：深入調研當前高中有機化學演示實驗在教學實踐中的具體情況，梳理出存在的問題，例如部分實驗現象不夠明顯，導致后排學生難以觀察；實驗過程中缺乏對微觀原理的直觀呈現，學生理解困難；實驗操作步驟的展示不夠細致，影響學生對實驗技能的掌握等。同時，剖析這些不足產生的原因，為后續的改進工作提供依據。探索POE策略在可視化改進中的應用方法：研究如何將POE策略的預測、觀察、解釋三個環節有機融入到高中有機化學演示實驗的可視化改進過程中。比如，在預測環節，如何根據實驗內容設計合理的引導問題，激發學生積極思考并提出預測；在觀察環節，怎樣利用現代教育技術手段（如高清視頻、動畫模擬、實時投屏等）讓學生更全面、清晰地觀察實驗現象和過程；在解釋環節，如何引導學生運用所學知識對觀察到的現象進行科學合理的解釋，并促進學生之間的交流討論，深化對知識的理解。設計并實施可視化改進的實驗方案：基于對現有實驗不足的分析以及POE策略應用方法的探索，結合高中有機化學教學大綱和實際學情，設計一系列可視化改進的演示實驗方案。這些方案將涵蓋不同類型的有機化學實驗，如有機化合物的性質實驗、有機合成實驗等。在設計過程中，充分考慮如何增強實驗的可視化效果，如添加微觀結構展示、關鍵操作步驟的放大呈現等元素，同時合理安排POE策略各環節的實施步驟。并且將設計好的實驗方案應用于實際教學中，通過課堂實踐、學生反饋、教學效果評估等方式不斷優化改進方案，以驗證其有效性和可行性。重要觀點本研究秉持的重要觀點是POE策略與可視化改進相結合能有效提升高中有機化學教學質量。POE策略以學生為主體，通過讓學生主動參與預測、觀察和解釋，培養他們的自主學習能力、思維能力以及合作交流能力。而可視化改進則能夠彌補傳統演示實驗在直觀呈現方面的不足，將抽象的有機化學知識、復雜的實驗過程和微觀原理以更加清晰、生動的形式展示給學生，幫助學生克服理解障礙，提高學習興趣和參與度。二者相互配合、相輔相成，能夠使高中有機化學教學更加生動、高效，有助于學生更好地掌握有機化學知識，提升化學學科素養，實現知識與能力的協同發展。三、研究思路、研究方法、創新之處研究思路本研究將按照以下步驟開展：現狀調研：通過查閱相關文獻、實地觀察高中有機化學演示實驗課堂、與一線教師和學生進行交流訪談等方式，全面了解當前高中有機化學演示實驗在可視化方面的實際開展情況，梳理出存在的各類問題以及影響教學效果的因素，為后續研究奠定基礎。例如，觀察不同學校的有機化學實驗課堂，記錄實驗現象展示是否清晰、學生參與度如何等情況；收集教師在教學過程中遇到的關于實驗可視化的困難反饋等。確定研究問題：基于現狀調研結果，分析高中有機化學演示實驗可視化改進的關鍵點和難點，結合POE策略的應用特點，確定具體的研究問題，如怎樣使POE策略的各個環節在可視化實驗中更有效地銜接，如何利用現有技術手段實現最佳的可視化效果以提升學生的學習效果等。設計實驗方案：根據研究問題和教學大綱要求，結合學生的認知水平和實際學情，設計包含POE策略的高中有機化學演示實驗可視化改進方案。方案要明確每個實驗的教學目標、實驗步驟、可視化呈現方式以及POE策略各環節的具體實施細節等。比如，在“乙醇的催化氧化”實驗中，確定如何通過動畫展示乙醇分子結構變化，設計讓學生預測反應產物、觀察實驗現象并解釋現象背后原理的具體引導問題和流程。實施實驗并收集數據：將設計好的可視化改進實驗方案應用于實際教學課堂中，選取一定數量的班級作為實驗組，按照方案開展教學活動。在實驗過程中，通過課堂觀察、學生作業、測試成績、問卷調查以及學生小組討論記錄等多種途徑收集相關數據，全面了解學生在知識掌握、能力提升、學習興趣等方面的情況。分析結果并提出改進建議：對收集到的數據進行系統的整理和分析，運用統計學方法、內容分析法等，評估可視化改進后的演示實驗結合POE策略的教學效果，驗證是否達到預期的研究目標。根據分析結果，總結成功經驗和不足之處，進而提出針對性的改進建議，不斷優化實驗方案，為后續教學實踐提供更有效的參考。研究方法本研究擬采用多種研究方法，以確保研究的科學性和有效性，具體如下：文獻研究法：廣泛查閱國內外關于POE策略、高中化學演示實驗、實驗可視化改進等方面的學術文獻、教育政策文件以及相關的教學案例資料等。通過對這些文獻的梳理、分析和歸納，了解該領域的研究現狀、前沿動態以及已有的實踐成果，為本研究提供堅實的理論基礎和實踐參考，避免重復研究，并從中汲取可借鑒的思路和方法用于本課題的研究。例如，在確定POE策略在高中化學教學中的應用模式時，可以參考已有的眾多應用案例研究成果，總結其共性和優勢之處。實驗研究法：選取若干所具有代表性的高中作為實驗學校，選擇相應的班級作為實驗組和對照組。在實驗組中實施基于POE策略的高中有機化學演示實驗可視化改進方案，對照組則采用傳統的演示實驗教學方法。在實驗前后分別對兩組學生進行化學知識測試、學習興趣和能力水平等方面的調查評估，通過對比分析兩組的數據，來驗證本研究提出的改進方案的有效性，直觀地呈現可視化改進結合POE策略對高中有機化學教學效果的影響。問卷調查法：設計科學合理、針對性強的調查問卷，面向參與實驗的教師和學生進行發放。問卷內容涵蓋對可視化改進后的演示實驗的接受程度、POE策略各環節的實施效果、學生在知識理解、實驗技能、思維能力等方面的自我感受、教師對教學過程和效果的評價等多個維度。通過對回收的問卷進行統計分析，了解師生對本研究實踐的主觀反饋，獲取更全面、深入的研究數據，為后續的改進和總結提供依據。訪談法：選取部分教師和學生進行面對面的深度訪談，訪談提綱圍繞他們在實驗教學過程中的具體體驗、遇到的問題、對POE策略和可視化改進的看法、對教學效果提升的直觀感受等關鍵內容展開。訪談過程中注重引導被訪談者充分表達自己的真實想法和意見，通過訪談挖掘出一些在問卷調查中難以體現的深層次信息，進一步補充和豐富研究資料。創新之處教學策略創新應用：將POE策略創新性地應用于高中有機化學演示實驗的可視化改進中。以往POE策略雖在高中化學教學中有一定應用，但在有機化學演示實驗可視化改進方面的結合相對較少。本研究通過巧妙融合，使學生在可視化的實驗情境下，更充分地發揮主觀能動性，按照預測、觀察、解釋的環節深入參與到有機化學知識的構建中，改變傳統演示實驗學生被動接受的局面，提升學生的自主學習能力和思維能力。例如，在“苯的取代反應”演示實驗中，先讓學生預測反應可能出現的現象，然后通過高清視頻、微觀動畫等可視化手段展示實驗實際過程，最后引導學生解釋現象背后的反應機理，讓學生更好地理解有機化學中的抽象反應過程。可視化改進視角獨特：聚焦于高中有機化學演示實驗的可視化改進這一特定角度，運用現代教育技術手段，如多媒體設備、動畫模擬、實時投屏等，從微觀和宏觀兩個層面增強實驗的可視化效果。不僅能夠讓學生清晰地看到實驗儀器的操作、實驗現象的呈現，更能直觀地展示有機化學中復雜的分子結構變化、化學鍵的斷裂與生成等微觀過程，有效彌補了傳統演示實驗在直觀呈現方面的不足，幫助學生克服有機化學知識抽象性帶來的理解障礙，提高學習效率和興趣。比如，在講解有機化合物的加成反應時，利用動畫模擬分子軌道的重疊、電子的轉移等微觀過程，使學生更易理解反應本質。為教學提供新途徑：本研究旨在探索出一套切實可行的基于POE策略的高中有機化學演示實驗可視化改進方案，為高中有機化學教學提供一種新的方法和途徑。該方案經過實踐驗證后，可操作性強、易于推廣，有助于豐富高中化學教學方法體系，為廣大化學教師提供教學參考，促進有機化學教學質量的整體提升，也為后續進一步深化教學改革、培養學生化學學科素養提供有益的實踐經驗。四、研究基礎、條件保障、研究步驟研究基礎已有相關研究成果基礎：在POE策略方面，諸多學者已經對其在高中化學教學中的應用展開了研究，證實了該策略有助于提高學生學習興趣、培養學生多種能力以及促進學生核心素養發展等優勢，這為本研究將POE策略應用于高中有機化學演示實驗可視化改進提供了有力的理論與實踐參考依據。同時，關于化學實驗教學的研究也層出不窮，例如針對高中化學實驗如何更好地培養學生創新意識、提升學生實踐操作能力等方面的探索，為我們聚焦有機化學演示實驗可視化改進的研究奠定了一定基礎。研究團隊專業與教學經驗基礎：研究團隊成員具備扎實的化學專業知識，熟悉高中化學課程體系與教學大綱要求，對有機化學領域的知識有著深入的理解與把握。而且團隊成員擁有豐富的一線教學經驗，長期參與高中化學教學工作，在實際教學過程中積累了對學生學習特點、認知水平以及在有機化學學習中常見問題的了解，這些專業知識與教學經驗能夠保障本研究在設計與實施過程中貼合教學實際，準確把握研究方向與要點。條件保障學校實驗設備保障：學校配備了較為完善的化學實驗設備，包括各種規格的玻璃儀器，如試管、燒瓶、燒杯、錐形瓶等，能夠滿足有機化學演示實驗的基本操作需求；同時還擁有如多媒體設備、投影儀等可用于實現實驗可視化的儀器，方便通過播放高清視頻、展示微觀動畫模擬等方式增強實驗的可視化效果。此外，學校的實驗室管理規范，定期對實驗設備進行維護和更新，確保實驗設備處于良好的可用狀態，為研究中的實驗開展提供了堅實的物質基礎。圖書館資源保障：學校圖書館藏有豐富的化學專業書籍、學術期刊以及教育教學類相關文獻資料，涵蓋了有機化學學科知識、化學實驗教學方法、教育心理學等多個領域，能夠為本研究提供充足的理論支持。研究團隊成員可以方便地查閱國內外最新的研究成果，了解該領域的前沿動態，借鑒優秀的教學案例與研究思路，避免研究的重復與盲目性，為課題的順利推進提供有力的知識儲備保障。時間和精力投入保障：研究團隊成員對本課題高度重視，已制定詳細的工作計劃，合理安排時間，確保能夠全身心投入到研究工作中。在準備階段，會花費大量時間進行資料收集、方案設計等工作；在實施階段，成員將深入課堂進行實驗教學、觀察記錄以及數據收集；在總結階段，會認真分析數據、撰寫研究報告等，以保障各個階段的研究任務都能高質量完成。研究步驟準備階段（第13個月）：查閱文獻資料：通過圖書館、學術數據庫等渠道，廣泛收集國內外關于POE策略、高中有機化學演示實驗、實驗可視化改進等方面的文獻資料，進行深入的梳理與分析，了解該領域的研究現狀、前沿動態以及存在的問題，為本研究找準切入點與創新點，形成扎實的研究基礎。調研教學現狀：深入高中化學課堂，實地觀察有機化學演示實驗的實際開展情況，與一線教師和學生進行交流訪談，發放調查問卷，全面了解當前高中有機化學演示實驗在可視化方面存在的問題，例如實驗現象展示是否清晰、學生參與度如何、對實驗原理的理解程度等，同時分析影響教學效果的因素，為后續研究提供現實依據。組建研究團隊：召集具備化學專業知識和教學經驗的教師組成研究團隊，明確各成員的分工與職責，確保研究工作能夠有條不紊地開展。制定研究方案：根據前期的文獻調研和教學現狀分析結果，結合研究目標與內容，制定詳細的基于POE策略的高中有機化學演示實驗可視化改進的研究方案，包括研究思路、研究方法、預期成果以及時間安排等內容。實施階段（第49個月）：設計可視化實驗方案：基于對現有高中有機化學演示實驗不足的分析以及POE策略應用方法的探索，結合高中化學教學大綱和實際學情，設計一系列包含不同類型有機化學實驗（如有機化合物的性質實驗、有機合成實驗等）的可視化改進方案。在方案設計中，充分考慮如何利用現代教育技術手段增強實驗的可視化效果，合理安排POE策略各環節的實施步驟，明確每個實驗的教學目標、實驗步驟、可視化呈現方式以及引導學生預測、觀察、解釋的具體問題和流程等。開展課堂教學實踐：選取若干所具有代表性的高中作為實驗學校，選擇相應的班級作為實驗組和對照組。在實驗組中按照設計好的可視化改進實驗方案開展教學活動，將POE策略的預測、觀察、解釋環節有機融入到有機化學演示實驗教學中；對照組則采用傳統的演示實驗教學方法。在教學過程中，研究團隊成員要密切觀察課堂情況，記錄學生的課堂表現、參與度、互動情況等。收集數據資料：通過多種途徑收集相關數據資料，如學生的作業完成情況、測試成績、問卷調查結果、學生小組討論記錄、課堂觀察記錄等，全面了解學生在知識掌握、能力提升、學習興趣等方面的情況，同時收集教師對教學過程和效果的評價反饋，為后續的分析評估提供豐富的數據支撐。總結階段（第1012個月）：分析研究結果：對收集到的各類數據資料進行系統的整理和分析，運用統計學方法、內容分析法等，評估可視化改進后的演示實驗結合POE策略的教學效果，對比實驗組和對照組的數據差異，驗證是否達到預期的研究目標，總結在實踐過程中取得的成功經驗以及存在的不足之處。提出改進建議：根據分析結果，針對研究中發現的問題提出針對性的改進建議，進一步優化實驗方案，使其更加科學合理、切實可行。同時，總結基于POE策略的高中有機化學演示實驗可視化