智慧课堂环境仿真游戏项目教学设计
国航天事业快速发展学生航天知识越越感兴趣理解万引力定律衍生物理学概念存困难教师开展仿真模拟游戏教学抽象问题形象化笔者智慧课堂环境仿真模拟游戏坎巴拉太空计划（Kerbal Space Program简称KSP）载体设计项目教学方案力求降低学生理解万引力定律难度激发学物理兴趣时探究项目式学仿真电子游戏融合行策
航天热课标修订催化游戏项目教学
年国祝融号火星探测器成功登陆火星空间站实现宇航员轨常驻航天事业新台阶社交媒体台学生户发表火箭发射原理空间站轨运行条件相关评意见问题万引力定律密切相关目前教师常二维视图演示（模拟）天体运动（图1）样教学难学生身境利构建物理模型加万引力定律较抽象教师学生否独立解决问题存顾虑学生体性发挥够充分普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）（简称课标）强调课程具时代性利学生学应教学方式应样化时物理学科核心素养学生科学思维科学探究提出明确力求学生应具备建构模型科学推理熟悉探究问题流程学力课标提出新观念促教师更新教学设计适应新求设计制作新课件新教学工具落实课标求途径
图1 传统天体运动模型模拟图（左图）坎巴拉太空计划中天体运行模拟系统截图（右图）
教育信息化断推进背景信息技术课堂教学深度融合电子教育游戏教育软件传统课堂改造产生明显效果：仿真模拟游戏学生拥更视觉体验学生更进入学状态坎巴拉太空计划款高度仿真模拟游戏场景逼真趣需玩家定物理学知识学者研究运KSP适龄学生进行万引力定律等天体物理学教学时设计教学实验验证KSP否学生学具正效果该实验表明KSP够提高学生应万引力定律力教师KSP开展万引力定律教学
教师根课标（课程设计）求学科核心素养指助KSP万引力定律教学进行容方法创新样教师克服手工作图（二维）局限实施项目式教学降低学生理解万引力定律衍生物理概念难度学生更应万引力定律提高学生物理学科核心素养解决问题力
二坎巴拉太空计划仿真模拟游戏寓教乐
坎巴拉太空计划墨西哥Squad游戏公司2015年开发高度仿真航天模拟类沙盒型游戏玩家置身球原型Kerbin星球航天中心原点开启航天探索历程游戏中玩家心欲建造专属航天器游戏中遨游太空探索天体
高度仿真游戏空间设计现实世界高度相似航天器制作操控航行逼真呈现游戏中玩家需根物理规律发射探索Kerbin星球Kerbin星球外星球探测器玩家根游戏中虚拟天体质量半径周期引力作半径等相关信息运万引力定律开普勒行星运动定律齐奥尔科夫斯基公式设计航天器飞行轨道分析运载火箭力图2示KSP中航天器制作界面界面中玩家模拟执行卫星火箭组装测试等务
图2 KSP建造界面
真实情况相似火箭发射游戏界面显示航天器运行周期海拔高度轨道高度气压强航天器速度远点半径点半径轨道半径轨道夹角等相关参数玩家实时掌控天体运行状态作出判断调整玩家正确设置运行参数完成务否火箭卫星会爆炸坠毁
教师利KSP设置游戏情境万引力定律教学相融合弥补传统教学软件仿真模拟模型建构方面足激发学生学兴趣笔者认托KSP设计万引力定律衍生定律相关课程完全行
三教学案例
（）设计思路
万引力定律航空航天领域应知识涉物理量情境复杂初学者感觉部分知识散乱复杂难运知识构建模型万引力定律直教学难点项目式学学生探究工程问题显著促进作外协作探究强交互交流方式够智慧课堂体系支撑笔者智慧课堂台项目式学教学模式发射飞行器遨游宇宙务目标KSP教学工具容表达载体开设万引力定律知识应课程学生参项目活动加深万引力定律宇宙航行知识理解时科学思维训练物理学科核心素养提升
学生学受制身知识水学条件着学进程推进问题逐解决笔者设定学项目时遵循学生认知规律层层递进设置务难度知识深度（图3）务难度设置低阶水目学生解项目容KSP操作方法务二务三执行基础务二难度中阶水学生通项目活动前节课学万引力定律进行复初步应解天体运动相关物理建模程探究卫星变轨中物理规律进步理解应万引力定律笔者设计务三旨延伸提高高阶难度学生应万引力定律提出更高求学生通应万引力公式推导需物理量天体轨道半径角速度周期等
图3 发射造卫星课程学进阶模型
开展教学活动？笔者托智慧课堂系统教师端学生端发送务学生学生端接收务进行KSP操作（图4）模式教师清楚实时查询学生操作情况进行诊断学生根KSP务完成情况评估学成果基笔者设置三微观学环节：课前收集国年取相关航天成果（神舟系列发射嫦娥系列发射）学生学KSP基操作方法尝试模拟发射火箭撰写发射报告课学生交流课前学成果项目式学情境中模拟发射卫星理解应万引力定律课延续项目务学生KSP中完成进阶务深化理解万引力概念笔者学生学情况进行诊断评价
图4 发射造卫星课程教学逻辑图
（二）发射造卫星教学程
1课前
笔者课前创设虚拟务情境模拟现实世界中招标投标班学生分配成数研究组研究组学生组建成员推举产生组总设计师（组长）成果汇报员（组汇报员）教师学生发布项目务活动中提供指导答疑服务学生组根项目求完成课前课中课务项目务包括：①搜集段时间中国航天取系列成资料嫦娥探月工程神舟十二号神舟十三号资料等②解KSP操作流程③KSP中尝试发射运载火箭
说明：教师创设新学情境利激发学生学兴趣学生项目式学环境产生积极情绪提高学效率课前笔者学生搜集关航天资料未学专门知识情况尝试通KSP进行火箭发射撰写务报告目学生建立关航天宇宙航行前概念学生学前认火箭组装搭积木火箭发射点火动发射需监控实学生KSP中操作时果理解万引力定律模拟发射火箭成功概率低真实火箭发射学生原认知样简单认知突利正式课程引入教学时学生KSP中观察高度仿真模拟程助建构物理模型降低理解相关知识难度
2课中
（1）回顾已知识通情境引出话题
笔者展示学生课前务报告结合万引力定律圆周运动等相关知识进行解释组织学生研讨明确项目总体务笔者讲解执行该务技巧逻辑提出卫星发射外太空围绕母星做圆周运动务学生万引力提供心力思路入手分析卫星需克服发射时星球引力进入环绕中心天体做圆周运动轨道条件需计算界速度
说明：学生创设情境助学生构建简单恰物理模型回顾知识接务做理准备符合进阶学教学流程
（2）创设情境务理联系实际展开实际操作
务：发射枚装载造卫星运载火箭进入环绕Kerbin轨道
图5 火箭发射重流程
务二：卫星变轨
务三：提交发射Kerbin步轨道卫星计划
思路：研究组接务需先行查找资料解什步轨道卫星探究卫星发射Kerbin步轨道条件获取步轨道卫星达轨道高度参数游戏界面中完成发射Kerbin步轨道卫星务发射Kerbin步卫星需进行变轨操作学生完成务三前需务二知识基础
说明：初始务笔者没现实世界中天体数KSP游戏中虚拟天体数希学生0开始构建完整物理模型受现实问题影响学生承担务难度递进着务推进难度会逐渐增加进阶程参数游戏系统独立决定学生通查找现成资料出结必须动手操作计算样保证学生学效性时教师助KSP仿真模拟天体间相互作视觉效果降低学生构建物理模型难度降低学生理解万引力定律衍生物理概念难度
（3）交流务成果总结物理规律
笔者带领学生回顾务二三原先运KSP中数换球等太阳系星体数完成游戏训练学生次进行推理计算出第宇宙速度等79 kms继续探究第二宇宙速度（克服球引力场进入太阳环绕轨道速度）第三宇宙速度（克服太阳引力场飞出太阳系速度）项目务完成学生行总结失
笔者课程结尾回顾国航天发展历程课程务引导学生产生鸣理解国航天事业发展艰辛易建立正确历史观价值观
说明：学生通务二三执行完成三宇宙速度理解稳定运行变轨等物理模型建构通游戏场景理现实结合起游戏台学生推理判断运算力出实时反馈极改善学生学体验效调动学生学积极性进步降低学生理解知识难度课程期笔者物理知识国航空航天事业结合学生KSP中体会航空航天事业发展类发展意义STSE（科学技术社会环境）关系更深层次理解整节课学生投入极热情积极提高身力
（三）课项目评价
笔者助KSP布置课务学生巩固知识：发射艘够Kerbin出发达Mum星球（Kerbin卫星）宇宙飞船（程类飞船球月球程）拍摄Mum片完成相应研究报告做堂课交流准备
说明：务课务联系区课活动助学生迁移应知识外游戏相独立支持样化体验避免传统模式学生抄作业搜答案问题
四总结展
案例教学特点
学情境生动中学教学容密切相关反馈时学生融入情境游戏中学效率提升
二教师工程项目务形式学生布置务利学生整体分析物理问题理解科学原理工程联系
三教师利智慧课堂体系技术优势弥补传统课堂中师生交互教学容展示性化教学等方面足教学进程延课前课师生沟通更加便捷极提升教学效率
学生项目式学程中根求系统定条件进行建模推理运算时刻观察火箭卫星飞行参数时调整更需断伙伴沟通展示成果项目式学效激发学生学兴趣提高科学探究科学思维力项目式学仿真模拟游戏深度融合操作性直观性加强学生参探究式工程仿真游戏活动利提升物理学科核心素养智慧课堂项目式学融合前景教学方具教育意义仿真游戏会越越教学
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国航天事业快速发展学生航天知识越越感兴趣理解万引力定律衍生物理学概念存困难教师开展仿真模拟游戏教学抽象问题形象化笔者智慧课堂环境仿真模拟游戏坎巴拉太空计划（Kerbal Space Program简称KSP）载体设计项目教学方案力求降低学生理解万引力定律难度激发学物理兴趣时探究项目式学仿真电子游戏融合行策
航天热课标修订催化游戏项目教学
年国祝融号火星探测器成功登陆火星空间站实现宇航员轨常驻航天事业新台阶社交媒体台学生户发表火箭发射原理空间站轨运行条件相关评意见问题万引力定律密切相关目前教师常二维视图演示（模拟）天体运动（图1）样教学难学生身境利构建物理模型加万引力定律较抽象教师学生否独立解决问题存顾虑学生体性发挥够充分普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）（简称课标）强调课程具时代性利学生学应教学方式应样化时物理学科核心素养学生科学思维科学探究提出明确力求学生应具备建构模型科学推理熟悉探究问题流程学力课标提出新观念促教师更新教学设计适应新求设计制作新课件新教学工具落实课标求途径
图1 传统天体运动模型模拟图（左图）坎巴拉太空计划中天体运行模拟系统截图（右图）
教育信息化断推进背景信息技术课堂教学深度融合电子教育游戏教育软件传统课堂改造产生明显效果：仿真模拟游戏学生拥更视觉体验学生更进入学状态坎巴拉太空计划款高度仿真模拟游戏场景逼真趣需玩家定物理学知识学者研究运KSP适龄学生进行万引力定律等天体物理学教学时设计教学实验验证KSP否学生学具正效果该实验表明KSP够提高学生应万引力定律力教师KSP开展万引力定律教学
教师根课标（课程设计）求学科核心素养指助KSP万引力定律教学进行容方法创新样教师克服手工作图（二维）局限实施项目式教学降低学生理解万引力定律衍生物理概念难度学生更应万引力定律提高学生物理学科核心素养解决问题力
二坎巴拉太空计划仿真模拟游戏寓教乐
坎巴拉太空计划墨西哥Squad游戏公司2015年开发高度仿真航天模拟类沙盒型游戏玩家置身球原型Kerbin星球航天中心原点开启航天探索历程游戏中玩家心欲建造专属航天器游戏中遨游太空探索天体
高度仿真游戏空间设计现实世界高度相似航天器制作操控航行逼真呈现游戏中玩家需根物理规律发射探索Kerbin星球Kerbin星球外星球探测器玩家根游戏中虚拟天体质量半径周期引力作半径等相关信息运万引力定律开普勒行星运动定律齐奥尔科夫斯基公式设计航天器飞行轨道分析运载火箭力图2示KSP中航天器制作界面界面中玩家模拟执行卫星火箭组装测试等务
图2 KSP建造界面
真实情况相似火箭发射游戏界面显示航天器运行周期海拔高度轨道高度气压强航天器速度远点半径点半径轨道半径轨道夹角等相关参数玩家实时掌控天体运行状态作出判断调整玩家正确设置运行参数完成务否火箭卫星会爆炸坠毁
教师利KSP设置游戏情境万引力定律教学相融合弥补传统教学软件仿真模拟模型建构方面足激发学生学兴趣笔者认托KSP设计万引力定律衍生定律相关课程完全行
三教学案例
（）设计思路
万引力定律航空航天领域应知识涉物理量情境复杂初学者感觉部分知识散乱复杂难运知识构建模型万引力定律直教学难点项目式学学生探究工程问题显著促进作外协作探究强交互交流方式够智慧课堂体系支撑笔者智慧课堂台项目式学教学模式发射飞行器遨游宇宙务目标KSP教学工具容表达载体开设万引力定律知识应课程学生参项目活动加深万引力定律宇宙航行知识理解时科学思维训练物理学科核心素养提升
学生学受制身知识水学条件着学进程推进问题逐解决笔者设定学项目时遵循学生认知规律层层递进设置务难度知识深度（图3）务难度设置低阶水目学生解项目容KSP操作方法务二务三执行基础务二难度中阶水学生通项目活动前节课学万引力定律进行复初步应解天体运动相关物理建模程探究卫星变轨中物理规律进步理解应万引力定律笔者设计务三旨延伸提高高阶难度学生应万引力定律提出更高求学生通应万引力公式推导需物理量天体轨道半径角速度周期等
图3 发射造卫星课程学进阶模型
开展教学活动？笔者托智慧课堂系统教师端学生端发送务学生学生端接收务进行KSP操作（图4）模式教师清楚实时查询学生操作情况进行诊断学生根KSP务完成情况评估学成果基笔者设置三微观学环节：课前收集国年取相关航天成果（神舟系列发射嫦娥系列发射）学生学KSP基操作方法尝试模拟发射火箭撰写发射报告课学生交流课前学成果项目式学情境中模拟发射卫星理解应万引力定律课延续项目务学生KSP中完成进阶务深化理解万引力概念笔者学生学情况进行诊断评价
图4 发射造卫星课程教学逻辑图
（二）发射造卫星教学程
1课前
笔者课前创设虚拟务情境模拟现实世界中招标投标班学生分配成数研究组研究组学生组建成员推举产生组总设计师（组长）成果汇报员（组汇报员）教师学生发布项目务活动中提供指导答疑服务学生组根项目求完成课前课中课务项目务包括：①搜集段时间中国航天取系列成资料嫦娥探月工程神舟十二号神舟十三号资料等②解KSP操作流程③KSP中尝试发射运载火箭
说明：教师创设新学情境利激发学生学兴趣学生项目式学环境产生积极情绪提高学效率课前笔者学生搜集关航天资料未学专门知识情况尝试通KSP进行火箭发射撰写务报告目学生建立关航天宇宙航行前概念学生学前认火箭组装搭积木火箭发射点火动发射需监控实学生KSP中操作时果理解万引力定律模拟发射火箭成功概率低真实火箭发射学生原认知样简单认知突利正式课程引入教学时学生KSP中观察高度仿真模拟程助建构物理模型降低理解相关知识难度
2课中
（1）回顾已知识通情境引出话题
笔者展示学生课前务报告结合万引力定律圆周运动等相关知识进行解释组织学生研讨明确项目总体务笔者讲解执行该务技巧逻辑提出卫星发射外太空围绕母星做圆周运动务学生万引力提供心力思路入手分析卫星需克服发射时星球引力进入环绕中心天体做圆周运动轨道条件需计算界速度
说明：学生创设情境助学生构建简单恰物理模型回顾知识接务做理准备符合进阶学教学流程
（2）创设情境务理联系实际展开实际操作
务：发射枚装载造卫星运载火箭进入环绕Kerbin轨道
图5 火箭发射重流程
务二：卫星变轨
务三：提交发射Kerbin步轨道卫星计划
思路：研究组接务需先行查找资料解什步轨道卫星探究卫星发射Kerbin步轨道条件获取步轨道卫星达轨道高度参数游戏界面中完成发射Kerbin步轨道卫星务发射Kerbin步卫星需进行变轨操作学生完成务三前需务二知识基础
说明：初始务笔者没现实世界中天体数KSP游戏中虚拟天体数希学生0开始构建完整物理模型受现实问题影响学生承担务难度递进着务推进难度会逐渐增加进阶程参数游戏系统独立决定学生通查找现成资料出结必须动手操作计算样保证学生学效性时教师助KSP仿真模拟天体间相互作视觉效果降低学生构建物理模型难度降低学生理解万引力定律衍生物理概念难度
（3）交流务成果总结物理规律
笔者带领学生回顾务二三原先运KSP中数换球等太阳系星体数完成游戏训练学生次进行推理计算出第宇宙速度等79 kms继续探究第二宇宙速度（克服球引力场进入太阳环绕轨道速度）第三宇宙速度（克服太阳引力场飞出太阳系速度）项目务完成学生行总结失
笔者课程结尾回顾国航天发展历程课程务引导学生产生鸣理解国航天事业发展艰辛易建立正确历史观价值观
说明：学生通务二三执行完成三宇宙速度理解稳定运行变轨等物理模型建构通游戏场景理现实结合起游戏台学生推理判断运算力出实时反馈极改善学生学体验效调动学生学积极性进步降低学生理解知识难度课程期笔者物理知识国航空航天事业结合学生KSP中体会航空航天事业发展类发展意义STSE（科学技术社会环境）关系更深层次理解整节课学生投入极热情积极提高身力
（三）课项目评价
笔者助KSP布置课务学生巩固知识：发射艘够Kerbin出发达Mum星球（Kerbin卫星）宇宙飞船（程类飞船球月球程）拍摄Mum片完成相应研究报告做堂课交流准备
说明：务课务联系区课活动助学生迁移应知识外游戏相独立支持样化体验避免传统模式学生抄作业搜答案问题
四总结展
案例教学特点
学情境生动中学教学容密切相关反馈时学生融入情境游戏中学效率提升
二教师工程项目务形式学生布置务利学生整体分析物理问题理解科学原理工程联系
三教师利智慧课堂体系技术优势弥补传统课堂中师生交互教学容展示性化教学等方面足教学进程延课前课师生沟通更加便捷极提升教学效率
学生项目式学程中根求系统定条件进行建模推理运算时刻观察火箭卫星飞行参数时调整更需断伙伴沟通展示成果项目式学效激发学生学兴趣提高科学探究科学思维力项目式学仿真模拟游戏深度融合操作性直观性加强学生参探究式工程仿真游戏活动利提升物理学科核心素养智慧课堂项目式学融合前景教学方具教育意义仿真游戏会越越教学
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