中央電化教育館“十一五”全國教育技術研究重點課題

“中學理科數(shù)字化實驗的理論與實踐的研究”

課題開題報告

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一．課題提出的背景與現(xiàn)狀：

自從1993年美國政府制定NII國家信息基礎設施行動綱領以來，“信息高速公路”建設熱潮已在全球興起，我國政府也充分認識到信息技術對21世紀我國未來社會發(fā)展的重要性，積極規(guī)劃國家高速信息網(wǎng)。目前Internet 網(wǎng)在中國的四大國家骨干網(wǎng)均已向公眾提供服務，網(wǎng)絡化正成為一種必然趨勢。我國教育部決定從2001起用5到10年的時間在全國中小學基本普及信息技術教育，全面實施“校校通”工程。我省在2002年的全省教育工作會議中提出：加強教育信息化建設，進一步開發(fā)和應用多媒體教學課件和網(wǎng)上教育資源，推進信息技術在教育教學中的應用；加強學校信息網(wǎng)絡管理，創(chuàng)造文明健康、積極向上的網(wǎng)絡環(huán)境，建成覆蓋全省、結構合理并能與省內其它大型計算機互聯(lián)網(wǎng)絡互聯(lián)互通的高速省域主干網(wǎng)。在此環(huán)境的推動，大部分學校都相應配置了網(wǎng)絡設施，積累了網(wǎng)絡資源。

?????? 目前，部分學校均已建成了校園網(wǎng)，購置了計算機、投影儀、教育教學軟件，建設了數(shù)字圖書館、電子閱覽室、多媒體計算機機房等網(wǎng)絡資源，隨著新的課程標準的推出，學生探究式學習的思想被社會所了解。探究式學習的重要手段之一就是讓學生去自主實踐。但由于目前大多數(shù)學校擁有的常規(guī)化實驗體系并不能很好的適應學生自主實踐的需求，所以必然要有一種新的實驗體系來彌補目前的不足。正是在這種市場需求的推動下，數(shù)字化實驗室應運而生，其核心目標是給廣大中學提供一種學生自主實踐的有效環(huán)境和方案，是在新課標基礎上，填補學校課堂教學和常規(guī)實驗中的真空環(huán)節(jié)。數(shù)字化實驗室包含有理、化、生三個學科，系統(tǒng)以虛擬仿真軟件、基于傳感器技術的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、實驗考核專用軟件及管理平臺等部分組成。

目前，已有多個廠家生產數(shù)字化實驗室系統(tǒng)，如：山東遠大網(wǎng)絡多媒體責任公司的“朗威”數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室，廣州好雨教育科技有限公司的探世界綜合理科實驗系統(tǒng)，金華科技軟件有限公司的金華科數(shù)字化實驗室系統(tǒng)等。盡管部分廠家在開發(fā)數(shù)字化實驗系統(tǒng)時聽取了中學教學行家的意見，但總體上講，目前市場的數(shù)字化實驗室系統(tǒng)尚存在不少問題，各個廠家的產品也各有其優(yōu)缺點，許多地方還有待進一步改進。已經使用數(shù)字化實驗系統(tǒng)的學校也處在探索階段，對于數(shù)字化實驗系統(tǒng)的“開放性”認識還不夠，其強大的功能還未得到真正意義上的開發(fā)。

二．數(shù)字化實驗室的概念界定

數(shù)字化實驗室是利用多媒體信息技術輔助中學物理實驗教學的一整套新型數(shù)字化教學設備。主要包括數(shù)據(jù)采集器、多種教學專用傳感器以及配套使用的通用和專用軟件數(shù)字化實驗室是一個開放性的實驗平臺，將傳感器和計算機組成多功能的測量系統(tǒng)，能夠獨立地或者與傳統(tǒng)的儀器結合起來進行實驗，快速高精度地實時采集數(shù)據(jù)，自動記錄和分析處理。它能夠完成教師和學生自行設計的許多實驗，以及用傳統(tǒng)儀器做不成或做不好的實驗。它配合校園網(wǎng)、局域網(wǎng)，可以實現(xiàn)理科實驗教學的師生互動學習。它配合相應的實驗評測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)理科實驗的考試、評價和診斷。

具體說來：

1．符合中學理科新教材，新教材配套實驗室的核心單元。

2．把計算機信息技術完全的融入到理科教學中。

教學改革的目標是培養(yǎng)學生的能力。因此，如何進行有效的采集信息、如何處理信息、如何將自己的科研成果表達出來的完整的信息處理能力非常重要。而以傳感器為主的數(shù)字化實驗系統(tǒng)的引入，正是把握了信息處理的三個環(huán)節(jié)，可以大大提高學生綜合信息處理的能力，更好地實現(xiàn)信息技術與學科教學的整合。

3．更加寬闊的實驗領域，更有利于探究學習，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

傳感技術與信息技術的有機結合,使學生能觀察、捕捉并分析傳統(tǒng)實驗儀器無法接觸到的微觀世界，分析微弱信號和信號瞬間變化，探索真理的存在依據(jù)。

三．本課題所要解決的主要問題：

??? 根據(jù)對當前數(shù)字化實驗系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，本課題就主要解決以下幾個問題：

??? 1．根據(jù)我校實際情況選擇最適合我校的數(shù)字化實驗系統(tǒng)。

??? 2．根據(jù)我校在實際使用過程中碰到問題與廠方充分交流，對現(xiàn)有數(shù)字化實驗系統(tǒng)的構建模式與使用平臺提出修改與完善意見，使數(shù)字化系統(tǒng)逐步走向成熟。

??? 3．完成對我校所有理、化、生教師有關數(shù)字化實驗室系統(tǒng)的培訓，使他們不僅能熟練掌握數(shù)字化實驗系統(tǒng)使用，而且能該對平臺的功能進一步開發(fā)。

??? 4．形成一套具有學校特色的“數(shù)字化環(huán)境下理科開放性實驗”的教材，并盡可能向其他學校推廣。

5．對在新課程背景下，使用數(shù)字化實驗系統(tǒng)對培養(yǎng)學生自主學習能力、動手能力、創(chuàng)新能力等全面素質培養(yǎng)所取得的作用展開調研，進一步明確數(shù)字化實驗系統(tǒng)在中學理科教學中的功能定位。

四．課題研究的實踐意義與理論價值：

1．數(shù)字化實驗系統(tǒng)進入中學理科教學，既是信息化社會的需要，也是新一輪課程改革理念的主要體現(xiàn)。二十一世紀社會是高度信息化的社會，不懂信息技術的人將成為“文盲”，不會終身習的人也將淪為平庸。新一輪基礎教育課程改革，其具體目標主要有：改變過于注重知識傳授的傾響，強調形成積極主動的學習態(tài)度，使獲得基礎知識與基礎技能的過程同時成為學會學習和形成正確價值觀的過程，要改變過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現(xiàn)狀，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養(yǎng)學生搜集和處理信息的能力、獲取知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。新一輪基礎教育課程改革的重要目標是改變教師的教學行為方式和學生的學習方式，更好地提高教學效率，全面促進學生素質發(fā)展，這就要求我們把有效利用網(wǎng)絡資源的研究提到議事日程。

2．數(shù)字化實驗系統(tǒng)目前尚未在各個學校普及，目前配有數(shù)字化實驗系統(tǒng)只是一些發(fā)達地區(qū)的重點中學，這些盡管具有一定的典型性，但并不具有代表性，對于數(shù)字化實驗系統(tǒng)的進一步開發(fā)尚處于初級階段，未能形成完整體系。各個生產廠家所開發(fā)的產品也均以參照國外經驗為主，相互之間比較獨立，尚未形成完善的系統(tǒng)，部分廠家所配置的系統(tǒng)資源利用效率不高，價位也較高，成為數(shù)字化實驗系統(tǒng)的普及的瓶頸。這就需要對數(shù)字化實驗系統(tǒng)的配置設計以及高效使用作一定的系統(tǒng)研究，尤其對該系統(tǒng)功能的進一步開發(fā)作一定的探索，本課題的研究正是著眼于上述問題而展開，一方面力足于我校實際情況尋找最佳方案，另一方面也探索具有普通意義的最優(yōu)化設計方案，精心編制相關通用教材，并希望對其他兄弟學校具有一定的指導意義。

3．本課題的研究有以下創(chuàng)新之處

（1）提出有利于數(shù)字化實驗系統(tǒng)普及的設計方案，重點在于降低成本，提高效益。

（2）針對現(xiàn)有的數(shù)字化實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理平臺使用不夠方便、快捷的情況加以改進，使其更加“友好”。

（3）對數(shù)字化實驗系統(tǒng)的功能進一步開發(fā)，使其能在演示實驗、分組實驗發(fā)揮其強大功能，甚至要做到讓實驗以研究性學習的形式走出課堂，進入生活實際領域。

（4）編制比較全面系統(tǒng)的數(shù)字化實驗校本教材。

五．本課題研究的主要內容：

1．中學數(shù)字化理科開放性實驗室的功能定位。

主要研究數(shù)字化理科開放性實驗室，對培養(yǎng)中學生自主學習能力、信息、搜集和處理? 能力、交流合作能力和創(chuàng)新能力的價值，明確數(shù)字化實驗室在理、化、生學科教學中的地位。

2．中學數(shù)字化理科開放性實驗室的最優(yōu)化配置。

根據(jù)目前市場上的各廠家數(shù)字化實驗室的特點，結合學校的財力，合理配置我校的數(shù)字化實驗室，并對部分不夠完整與方便的實驗進行添加與改進，完成“二次開發(fā)”。

3．數(shù)字化實驗系統(tǒng)的開放性與功能最大化研究。

對比數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的優(yōu)缺點，結合理、化、生教學的實際，充分發(fā)揮數(shù)字化實驗的強大功能，并以研究性學習為突破口，挖掘數(shù)字化實驗的開放性，盡可能使其與其他領域的教學相結合。

??? 4．數(shù)字化理科實驗的系列教材編制。根據(jù)數(shù)字化實驗室配置情況，結合新教材和新課程標準，編寫一套具有校本特色的理、化、生數(shù)字化實驗系列教材，可以讓教師與學生共同使用。

5．數(shù)字化實驗系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺的優(yōu)化設計。在認真學習目前的數(shù)字化實驗系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺的功能與使用方法的基礎上，結合在使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，對數(shù)據(jù)處理平臺加以改進或重新編制相關軟件，對于技術要求較高的問題可以提出修改方案，會同廠家和有關專家共同解決。

六．本課題的研究思路與方法

本課題研究本著學校教科研源于教學實際并服務于教學實踐的宗旨，在數(shù)字化理科開放性實驗的配置與使用中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，并形成校本化的數(shù)字化化實驗系統(tǒng)最優(yōu)化配置方案，數(shù)字化實驗系列教材，對現(xiàn)有數(shù)字化實驗數(shù)據(jù)平臺升級與完善，尤其對數(shù)字化實驗系統(tǒng)的功能的進一步開發(fā)作深入的研究，使其在新一輪的課程改革中充分發(fā)揮其開放性的特點，讓實驗走出教室，走入研究性學習領域等等。

本課題所主要采用的研究方法是文獻資料法、行動研究法、比較分析法、調查法、個案研究法和經驗總結法等，針對不同的階段，不同的研究內容靈活使用。

1．文獻資料法：通過查詢國內外有關中學理科數(shù)字化實驗研究的相關文獻資料和數(shù)據(jù)，為本課題的開展提供理論支撐和事實依據(jù)。

2．行動研究法：在相關理論的指導下，積極開展中學理科數(shù)字化實驗研究的實踐，并加以觀察研究，探尋有關數(shù)字化實驗的操作程序及其規(guī)律。

3．比較分析法：將中學理科常規(guī)實驗與數(shù)字化實驗的教學方法、教學過程、教學效果等進行比較研究，尋找數(shù)字化實驗研究的方法和途徑。

4．調查法：針對在中學理科數(shù)字化實驗中的學生的學習行為、教師的教育行為等方面，展開多種形式的調查，獲得相關數(shù)據(jù)。

??? 5．個案研究法：本課題研究以江蘇省海門中學為主要樣本，對江蘇省海門中學的理科數(shù)字化實驗作為研究對象，由點到面，分類研究，概括一般。

6．經驗總結法：這是最后階段所采用的主要方法，對課題研究的事實和經驗采取回溯研究和追因研究，以揭示其規(guī)律性的東西。

七．本課題的研究成員及分工職責

1．總課題組成員及分工：

??? 成錦平：全面主持課題的運作與管理。

??? 黃? 晏：協(xié)助主持人做好課題的運作與管理，協(xié)助主持撰寫開題和結題報告。

??? 岑彭新：負責課題研究的變量控制與分析

??? 施永華：負責課題的臺帳記錄及師資培訓。

??? 陳? 洪：負責課題研究所需設備的配置及維護與管理。

??? 張? 森：負責數(shù)字化開放性實驗系統(tǒng)教材（物理分冊）的編寫

??? 陳劍秋：負責數(shù)字化開放性實驗系統(tǒng)教材（化學分冊）的編寫

??? 王麗萍：負責數(shù)字化開放性實驗系統(tǒng)教材（生物分冊）的編寫

??? 楊妙新：負責課題的資料收集及文稿管理

??? 2．總課題組成員直接承擔子課題項目及各自成員

??? 子課題1：數(shù)字化開放性實驗的理論研究

??? 成員：黃晏、施永華、楊妙新

??? 子課題2：數(shù)字化開放性實驗系統(tǒng)軟件平臺的優(yōu)化研究

??? 成員：陳洪、劉曉峰、楊小剛

??? 子課題3：數(shù)字化開放性實驗對中學生素質發(fā)展的影響研究

??? 成員：岑彭新、陸洪飛、毛曉華

??? 子課題4：數(shù)字化開放性實驗系列教材（物理分冊）的編寫

??? 成員：張森、顧靖峰、黃芳琳、王鑫

子課題5：數(shù)字化開放性實驗系列教材（化學分冊）的編寫

成員：陳劍秋、董金水、張盛、施紅專

子課題6：數(shù)字化開放性實驗系列教材（生物分冊）的編寫

成員：王麗萍、姜云祥、朱新菊、徐美玉

注：（1）每個子課題的第一位教師為該子課題負責人。

?? （2）如果確有必要，可以增加子課題的項目。

八．本題課研究的時間安排及預期成果

1．時間安排

??? 2006年4月～2007年3月? 開課論證階段

??? 2007年4月～2008年12月? 課題研究的具體實施階段

??? 2009年1月～2009年6月? 各子課題成果總結階段

??? 2009年7月～2009年12月? 總課題成果匯總，結題階段

??? 2．預期成果

主 要 階 段 性 成 果

序號

研究階段

（起止時間）

階? 段? 成? 果? 名? 稱

成果形式

負責人

1

2006.9—2007.3

我校學生信息技術現(xiàn)狀分析與技術培訓

分析報告

岑彭新

2

2007.1～2007.6

現(xiàn)有數(shù)字化實驗室數(shù)據(jù)處理平臺優(yōu)缺點

分析報告

陳? 洪

3

2007.7～2007.12

數(shù)字化實驗的方案設計

方案

施永華

4

2008.1～2008.9

數(shù)學化實驗室的拓展研究

研究報告

黃?