數(shù)字技術(shù)在小學(xué)科學(xué)探究實驗中應(yīng)用的研究

1、精選文檔數(shù)字技術(shù)在學(xué)?？茖W(xué)探究試驗中應(yīng)用的爭辯主持人：上虞市城東學(xué)校 夏苗鋒學(xué)?？茖W(xué)是一門以試驗探究為基礎(chǔ)的學(xué)科，探究試驗生動形象，從感性到理性，從具體到抽象，從簡潔到簡單，符合生疏規(guī)律、教學(xué)規(guī)律，是培育同學(xué)科學(xué)精神的重要手段。同學(xué)通過觀看、試驗、思考，能培育觀看力量、分析力量、歸納力量、動手力量和解決問題的力量；同學(xué)通過試驗?zāi)軐W(xué)到試驗技能，養(yǎng)成良好的試驗習(xí)慣，培育科學(xué)態(tài)度和科學(xué)作風(fēng)。所以說試驗探究在學(xué)校科學(xué)起到了格外樂觀的作用。但由于教材內(nèi)容的綜合性、開放性和機(jī)敏性，與教材配套的課程資源，特殊是相應(yīng)的科學(xué)探究試驗儀器設(shè)備不足，儀器精確程度不高導(dǎo)致試驗效果欠佳等沖突日益突出。因此，我們有意識、

2、有目的地爭辯開發(fā)和利用各種資源，研制便于同學(xué)自主探究、合作學(xué)習(xí)的儀器設(shè)備，促進(jìn)同學(xué)的探究顯得應(yīng)用格外迫切和重要。第一部分：生成背景一、傳統(tǒng)試驗方法分析現(xiàn)在學(xué)校科學(xué)探究試驗主要以傳統(tǒng)的試驗儀器來完成的，假如我們?yōu)榱藸庌q開發(fā)和利用新的試驗儀器設(shè)備，而否定了原來傳統(tǒng)的探究方法，這是不科學(xué)的，傳統(tǒng)的試驗方法在探究試驗中舉足輕重。（一）傳統(tǒng)試驗方法的優(yōu)勢1. 親自讀數(shù)、記錄數(shù)據(jù)，能熬煉同學(xué)的觀看力量。2. 試驗時要自己組裝試驗器材，能夠熬煉動手力量 3. 利用原始數(shù)據(jù)作圖并推斷分析圖像，能熬煉同學(xué)的分析思考力量。（二）傳統(tǒng)試驗方法的不足但是隨著新課程改革的不斷深化，有些傳統(tǒng)的試驗探究方法僅很難滿足同學(xué)進(jìn)

3、展的需要，有些還成為阻礙試驗教學(xué)質(zhì)量提高的瓶頸：1部分傳統(tǒng)試驗手段的存在著操作技術(shù)上的很多障礙?，F(xiàn)有試驗儀器普遍精度低、誤差大、可重復(fù)性差，影響同學(xué)對學(xué)?？茖W(xué)試驗現(xiàn)象規(guī)律的深化理解。如在上學(xué)?？茖W(xué)的過程中運(yùn)用到的計時器、彈簧秤、溫度計、壓強(qiáng)計等試驗儀器，同學(xué)存在著不會用、用不好、用不準(zhǔn)的問題，而導(dǎo)致試驗效果大打折扣。2部分傳統(tǒng)試驗存在著探究花時間，試驗效率不高的問題傳統(tǒng)的科學(xué)探究試驗由于過程簡單，步驟繁瑣，往往使同學(xué)在試驗中扮演了一個參與機(jī)械勞動的 “機(jī)器”，同學(xué)在試驗操作過程中必需把大量的精力和時間花費(fèi)在操作過程上，沒有足夠的時間來觀看現(xiàn)象、思考問題和提出問題。如，在爭辯學(xué)?？茖W(xué)六上斜面一課

4、中斜面的省力規(guī)律的試驗中，同學(xué)每個坡度做3次試驗，取平均值，如何更快更準(zhǔn)地得到試驗數(shù)據(jù)，節(jié)省很多貴重的探究時間，把更多精力集中在對探究過程的分析和爭辯上，提高學(xué)?？茖W(xué)探究試驗的效率？這是我們應(yīng)當(dāng)考慮現(xiàn)實問題。3部分傳統(tǒng)試驗在在觀看微小試驗現(xiàn)象時受到限制學(xué)?？茖W(xué)探究的成功閱歷表明，把探究試驗現(xiàn)象和規(guī)律納入同學(xué)可視化范圍，讓同學(xué)“看到現(xiàn)象”是試驗成功的關(guān)鍵。在學(xué)?？茖W(xué)探究試驗中涉及聲學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、磁學(xué)試驗所要求的基本數(shù)據(jù)較難獲得，靠虛擬或者仿真替代的也是紙上談兵。如何將微小現(xiàn)象放大化、試驗過程直觀化，增加試驗可視性，這是也是傳統(tǒng)試驗應(yīng)當(dāng)克服的。4. 部分傳統(tǒng)試驗得出的數(shù)據(jù)的誤差較大，造成試驗分析

5、的錯誤有時在探究過程中數(shù)據(jù)存在很大的出入，最終雖然牽強(qiáng)能得出結(jié)論，但從部分同學(xué)的表情來看，還是不能很好地信服。這樣不利于培育同學(xué)獵取數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)的力量。也不利于培育同學(xué)的科學(xué)探究精神。二、解決方法以傳感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)在最近的二十年內(nèi)快速進(jìn)展，其廣泛應(yīng)用不僅顯著轉(zhuǎn)變了人類的生產(chǎn)、經(jīng)營甚至生活形態(tài)，而且也逐步進(jìn)入到學(xué)校的教學(xué)應(yīng)用，我們看到多媒體教學(xué)、計算機(jī)仿真、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、教學(xué)軟件管理等等，傳統(tǒng)教學(xué)只要和信息技術(shù)結(jié)合，就會迸發(fā)出空前的生氣和活力。 在學(xué)校科學(xué)試驗探究中引入數(shù)字試驗系統(tǒng)，使一些傳統(tǒng)試驗無法想象的變得可視、可聽、圖文并茂，這是試驗的革新，為同學(xué)的親

6、自探究、親身體驗供應(yīng)了一個很好的平臺。學(xué)?？茖W(xué)探究數(shù)字試驗系統(tǒng)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析處理軟件、試驗教程構(gòu)成的一套完整的試驗幫助系統(tǒng)。三、引入數(shù)字試驗系統(tǒng)的現(xiàn)實意義（一）基于課程改革背景下的學(xué)?？茖W(xué)試驗探究需要我國的基礎(chǔ)教育課程改革的啟動以2001年頒布基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）為標(biāo)志，到2005年秋季，已進(jìn)入全面的推廣應(yīng)用階段，全國中學(xué)校階段各起始班級的同學(xué)基本都進(jìn)入了新課程。本次學(xué)校課改的一個明顯特點是首次明確強(qiáng)調(diào)培育同學(xué)科學(xué)素養(yǎng)、探究力量、問題解決力量的目標(biāo)，并在在學(xué)校三-六班級設(shè)立科學(xué)課和綜合實踐活動課。其中學(xué)?？茖W(xué)課的改革與設(shè)立最為徹底，基本保持了與全球發(fā)達(dá)國家和地區(qū)學(xué)校科

7、學(xué)教育的全都性。 在此背景下，原來學(xué)校的自然試驗室已經(jīng)不能滿足新的學(xué)?？茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)下的科學(xué)教學(xué)的需要，建設(shè)學(xué)?？茖W(xué)探究試驗室，已經(jīng)成為實施學(xué)校科學(xué)教學(xué)、培育同學(xué)科學(xué)素養(yǎng)和探究力量的配套措施。 基于數(shù)據(jù)試驗系統(tǒng)的科學(xué)探究試驗室已在英國、美國、日本、香港、臺灣等先進(jìn)國家和地區(qū)推行多年，例如在香港，數(shù)據(jù)試驗系統(tǒng)已經(jīng)列入學(xué)?？茖W(xué)試驗室的標(biāo)準(zhǔn)配置名目。（二）數(shù)字試驗系統(tǒng)是建設(shè)學(xué)?？茖W(xué)探究試驗室重要裝備內(nèi)容2009年11月，浙江省教育廳在寧波和溫州正式啟動“學(xué)?？茖W(xué)探究性試驗室工程”，以全面加強(qiáng)試驗室建設(shè)，培育同學(xué)的創(chuàng)新思維和探究精神，提高同學(xué)問題解決力量和實踐操作技能。截止2010年4月底，浙江省建成首

8、批80個學(xué)?？茖W(xué)探究試驗室。浙江省教育技術(shù)中心已制訂學(xué)校科學(xué)探究試驗室裝備方案，學(xué)校科學(xué)探究試驗室系統(tǒng)包含能源之道、生命之秘、力熱之奇、聲音之妙、電磁之奧、光影之魅、地理之謎、綜合探究等8個科學(xué)探究主題的教學(xué)儀器及配套設(shè)施，充分滿足學(xué)校階段科學(xué)課程和拓展需要，體現(xiàn)源于教材、高于教材的系統(tǒng)特色；儀器設(shè)備留意與生活實際相結(jié)合，與現(xiàn)代科技相聯(lián)系；在這8個科學(xué)探究主題的教學(xué)儀器及配套設(shè)施中很多內(nèi)容涉及到數(shù)字試驗系統(tǒng)。但是這些試驗系統(tǒng)與教材不配套。數(shù)字試驗系統(tǒng)更能激發(fā)同學(xué)的探究愛好，體現(xiàn)合作溝通和自主探究理念，適應(yīng)同學(xué)觀看試驗和動手操作，滿足科學(xué)教育素養(yǎng)和技術(shù)技能培育要求。是現(xiàn)代化教育的一個窗口，是創(chuàng)新

9、教育的一個抓手。（三）數(shù)字試驗系統(tǒng)是改進(jìn)試驗材料重要手段之一早在2006年，上虞市科學(xué)教研組就爭辯的課題基于科教版學(xué)?？茖W(xué)（3-6班級）教材中活動材料改進(jìn)的爭辯與實踐就提到了活動材料預(yù)備影響探究試驗有效性的問題。在上虞市學(xué)?？茖W(xué)老師中進(jìn)行了一次專題問卷調(diào)查。通過回收的120份調(diào)查表分析，發(fā)覺：92的學(xué)?？茖W(xué)老師認(rèn)為上科學(xué)課最大的苦惱是材料預(yù)備工作;46.15的老師有經(jīng)常遇到材料預(yù)備困難的狀況;62.5的老師在實際的課堂教學(xué)中，材料的使用達(dá)不到探究活動預(yù)期效果。而84.6%的老師想過材料改進(jìn)的方法，15.4% 的老師有過材料改進(jìn)的閱歷，全部的老師都想?yún)⑴c材料改進(jìn)和爭辯工作。教科版學(xué)?？茖W(xué)（3-6

10、班級）教材編寫的基點設(shè)置在活動上，用活動統(tǒng)整科學(xué)學(xué)問、過程、方法以及情感、態(tài)度、價值觀三維目標(biāo)，用活動的方式呈現(xiàn)學(xué)校生科學(xué)探究學(xué)習(xí)。在強(qiáng)調(diào)同學(xué)親身經(jīng)受以探究為核心的學(xué)習(xí)活動中，就離不開賴以開展活動的試驗材料，供應(yīng)什么樣的材料在肯定程度上影響著活動的質(zhì)量與效率。數(shù)字試驗系統(tǒng)的引入，對于教學(xué)一線的學(xué)校科學(xué)老師而言，降低了試驗材料預(yù)備的繁雜性，為師生供應(yīng)了更加直接、更加有效的試驗探究方法，將會大大便利一線科學(xué)老師課前的工作量，同樣會更精細(xì)地滿足同學(xué)探究的需要，增加試驗探究有效性。（四）對學(xué)校信息技術(shù)與科學(xué)探究整合的嘗試 數(shù)字試驗系統(tǒng)要求運(yùn)用信息技術(shù)作為工具，使科學(xué)試驗的呈現(xiàn)方式、同學(xué)的探究

11、方式、老師的教學(xué)方式和師生的互動方式實現(xiàn)全新的變革，促進(jìn)學(xué)?？茖W(xué)探究過程中的各個要素和環(huán)節(jié)實現(xiàn)全面優(yōu)化。將數(shù)字試驗系統(tǒng)有效融合于學(xué)?？茖W(xué)營造一種新型的探究環(huán)境，實現(xiàn)一種既能發(fā)揮老師主導(dǎo)作用又能充分體現(xiàn)同學(xué)主體地位的以“自主、探究、合作”為特征的試驗探究的方式，從而把同學(xué)的主動性、樂觀性、制造性較充分地發(fā)揮出來，使同學(xué)的創(chuàng)新精神和實踐力量的培育真正落到實處。數(shù)字化試驗系統(tǒng)是一種全新的軟硬件一體化的試驗系統(tǒng)，它具有多類型的傳感器、多通道的數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)了試驗手段數(shù)字化、測量呈現(xiàn)實時化、現(xiàn)象規(guī)律可視化、操作測量簡潔化，在真實試驗的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了信息技術(shù)與學(xué)?？茖W(xué)探究的整合，在連續(xù)傳統(tǒng)的同時超越傳統(tǒng)。

12、其次部分：進(jìn)展?fàn)顩r一、召開項目實施論證會2011年12月21日，項目組全體成員在城東學(xué)校召開論證會，參與項目論證會議的有城東學(xué)校校長、上虞市電教館技術(shù)人員、浙江省勝昔科技公司經(jīng)理。浙江省勝昔科技經(jīng)理介紹目前中學(xué)配置數(shù)字化試驗系統(tǒng)的狀況，學(xué)校數(shù)字化試驗系統(tǒng)研制迫在眉睫。我們項目實施的目標(biāo)是基于教材，改進(jìn)教材中的試驗器材，最好研制數(shù)字試驗工具箱，受老師歡迎，利用勝昔科技現(xiàn)有的傳感器可以做哪些試驗，結(jié)合現(xiàn)有傳感器可以研制哪些數(shù)字試驗器材。勝昔科技公司、電教館表示全力協(xié)作課題實施，并供應(yīng)必要的掛念。會議對與會成員布置了任務(wù)，分組落實，按班級落實到人，哪些試驗可以結(jié)合試驗項目，提出數(shù)字爭辯項目方案。二、

13、考察數(shù)字化試驗系統(tǒng)2012年3月9日上午，項目組全體成員考察上虞市東關(guān)學(xué)校由省電教館配置的科學(xué)探究試驗室，項目實施組成員一一實踐爭辯。下午，課題組全體成員參觀勝昔科技工廠，公司領(lǐng)導(dǎo)介紹公司的主打產(chǎn)品“傳感器”，并示范傳感器應(yīng)用于學(xué)?？茖W(xué)試驗所看到的放大的試驗效果：用傳感器放大聲音的波段效果，用計算機(jī)直觀的顯現(xiàn)，公司領(lǐng)導(dǎo)提出裝備學(xué)?？茖W(xué)探究試驗室的設(shè)想，并提出了傳感器應(yīng)用于學(xué)?？茖W(xué)試驗室探究的具體項目。三、整理科學(xué)課本中運(yùn)用數(shù)字技術(shù)的試驗項目組全體成員對學(xué)?？茖W(xué)課本全部探究試驗進(jìn)行整理，八冊教材中共整理出可以運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)的試驗20個。四、編寫數(shù)字技術(shù)運(yùn)用于試驗的器材制作腳本現(xiàn)在正在著手編寫具體

14、的方案（試驗器材制作腳本），包括：應(yīng)用傳感器類別、應(yīng)用情境設(shè)計、教材中具體應(yīng)用的內(nèi)容、應(yīng)用功能、建議及意見。下步打算與廠家聯(lián)系生產(chǎn)數(shù)字化試驗設(shè)備，開出數(shù)字化試驗研討課，成果總結(jié)，完成產(chǎn)品，進(jìn)入試驗室裝備。第三部分：遇到的困惑首先，教改項目爭辯前期投入較大，經(jīng)費(fèi)的投入制約著項目的進(jìn)一步爭辯。浙江省勝昔科技有限公司雖然情愿為項目實施扎實推動和成果轉(zhuǎn)化供應(yīng)資金和技術(shù)保障，但商人往往有利的話才會投入。假如在試驗階段，投資的樂觀性不高。其次，要用數(shù)字化手段來進(jìn)行某一探究試驗，選擇試驗課題時就應(yīng)當(dāng)考慮接受數(shù)字化手段來進(jìn)行這個試驗的必要性。在試驗課題的選擇上，數(shù)字化試驗比較適合用在那些過程比較簡單的，要采集的數(shù)據(jù)量比