文评比,小学生科技小文教师

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江苏省中小学实验教学研究课题

中期报告

课题类别提高学生探究能力的策略研究

课题立项时间2016.4

课题名称运用数字化仪器提高学生探究能力的策略研究

课题负责人蒋仲良

负责人所在单位常州市武进区洛阳中心小学

运用数字化仪器提高学生探究能力的策略研究

课题中期报告

一、研究背景

我国的基础教育课程改革的启动以2001年颁布《基础教育课程改革纲要(试行)》为标志,到2005年秋季,已进入全面的推广应用阶段,全国中小学阶段各起始年级的学生基本都进入了新课程.本次小学课改的一个明显特点是首次明确强调培养学生科学素养,探究能力,问题解决能力的目标,并在在小学三——六年级设立科学课和综合实践活动课.其中小学科学课的改革与设立最为彻底,基本保持了与全球发达国家和地区小学科学教育的一致性.原来小学的自然实验室已经不能满足新的小学科学课程标准下的科学教学的需要.在英国,美国,日本,香港,台湾等国际和国内某些先进地区,数字化产品的运用已经十分广泛.并且数字化产品在科学课堂中的运用确实不同程度地提高了小学生的实验探究能力,但是我们国内的大部分地区却没有做到将数字化产品与科学教学有机结合.

二、研究目标

通过本课题的研究,力求通过数字化产品在小学科学教学中的组织和实施,在小学科学实验教学模式和教学策略等方面取得一定的理论成果,并力求在实践成效方面达到如下目标:

(1)学生层面,提高学生的实验探究能力,激发学生的实验探究兴趣,培养学生勇于创新,打破常规的精神和精确细致的思维习惯,培养学生的独创性,好奇心,促进学生全面和谐发展,并为学生的终身发展奠定坚实的基础.

(2)教师层面,提升教师的自我修养,促进教师实验知识的不断更新与发展,提高教师更为细致严谨的教学态度,提升教师的实验操作水平,实验教学水平和实验科研能力,为提升学生的探究能力奠定师资基础.

(3)学校层面,通过本课题的研究,构建我校传统教学仪器与数字化产品有机结合的小学科学实验教学课程文化,推动学校课程文化建设与发展,进一步做大做强学校科技特色项目.

三、研究意义

通过对本课题的研究,力图促进小学科学实验教学,甚至是整个小学科学实验教学的改革与创新.

教师和学生发展方面:通过对理论和实践两方面的研究,促进教师确立正确的课堂教学理念,改善课堂教学行为,进而提高教学革新能力和科研能力,从而进一步提高教师的教学效率和在数码实验仪器方面的操作能力.从而为做大做强学校的科技特色教育奠定更为扎实的基础.学生也会在教师的指导下参与数字化实验活动的设计与探究,培养学生的创新精神和动手能力,从而促进学生个性化的可持续发展.

理论和实践方面:通过在课堂教学中合理利用数字化产品,发挥数字化产品对课堂教学的促进功能,有必要进一步明确设计和组织数字化教学的条件研究,完善课堂教学中教师对数字化实验的组织策略研究,完善教师对学生开展数字化实验的指导策略研究,提升学生开展数字化实验探究能力的策略研究.更注重在课堂教学实践的基础上,对利用数字化教学活动辅助课堂教学"教"与"学"的评价策略研究和课堂教学实践效果的评价研究.以期获得比较领先的实验理论成果.立足课堂,着眼课外,将理论研究与教学实践相整合.通过对实验教学组织策略的研究,更好地发挥教师利用数字化实验在兴趣激发,氛围营造,课堂调控等方面的能力,通过教师对学生开展数字化实验的指导策略研究,指导教师保证和促进学生开展数字化实验的有效进行.

四、研究内容

1,通过文献研究,网络查找,专家讲座,参观学习等方法了解小学科学开展数字化实验已取得的成果,以及传统实验仪器在实验教学中的缺陷,并对其进行提炼升华,为本课题的研究提供参考价值,进一步明确本课题的研究方向.

2,学生探究能力的现状及对小学科学实验教学需求的研究.通过问卷调查,访谈,创新实验竞赛等多种形式,了解并分析当前小学生探究能力的特点和现状,知晓他们对小学科学实验的想法和要求,从而指导学校对科学数字化实验辅助课堂教学的应用与改革.

3,小学科学开展数字化实验活动的目标体系和内容标准的研究.依据课程标准,研究课本教材和分析学生的实际情况,对开展数字化科学实验可达到的目标和实施内容进行研究.通过在课堂教学中设计和组织数字化实验的实践研究,逐步建立符合课程标准,与知识目标相适应,与理论建构相融合的内容标准.

4,小学运用数字化产品提高学生探究能力策略的研究.通过一系列数字化课堂教学,形成运用数字化产品提高学生探究能力的策略与方案,研究取得的范例成果可以作为小学科学教学的重要资源或校本课程使用.

数字化产品包括数码显微镜,数码传感器,数据采集器,数据分析处理软件,数码相机,平板电脑等.以普通显微镜和数码显微镜为例,由于普通显微镜使用的特殊性和个体性,传统的镜下观察使学生很难得到教师的有效指导,随着数码显微镜和数码互动教室的引入和应用,使传统的由教师个别地手把手地教学生用显微镜进行微观形态观察的教学方法,变为师生互动的,图像共享的,高效率的教学体系.传统生物实验教学中存在的一些问题,主要有以下几点:

(1)师生,同学之间缺乏交流与互动,(2)现有的光学显微镜功能单一,教学内容局限性大,(3)实验现象,实验过程无法保存,(4)好的实验无法再现与共享,(5)一课时的时间有限,教师的指导都是个别的,也无法同时观察到全班同学的实验进展与现象.以上这些问题利用数码显微镜可以得好完美的解决.

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数码传感器:包括氧气,二氧化碳,氧气,心电图,磁场,气压,电流,电压,pH值,心率,温度,湿度,力等几十种涵盖小学科学基本所有探究活动涉及的数据测量工具.

数据采集器:数据采集器是一种电子仪器,用于采集在一段特定时间内,来自传感器对温度,相对湿度,光强,电压,压力,力等所测得的变化情况的数据.大部份数据采集器均可与PC连接,通过软件启动传感器进行数据采集,并对所采集的数据进行阅读及分析.

数据分析处理软件:用来处理,分析数据采集器采集到的实验数据,可形成曲线,数字表,表格,直方图,示波器等数据分析图形,使探究实验的结果更为直观,更容易帮助学生找到规律.

5,小学科学开展数字化实验活动的教学模式的建构研究.通过课内外教学实践,加强开展数字化实验活动的组织与指导,研究提炼以数字化探究实验为教学主线的,课堂教学基本结构,特征功能,实施原则,教学过程,评价交流等相对稳定的,体现创新教育思想和先进教学理念的课堂教学模式.

6,小学科学开展数字化探究实验活动的评价研究.基于开展数字化探究实验活动改进学生实验活动水平的学习评价(评价内容上,体现三维目标的学生综合素质的评价,评价方式上,注重表现性评价,过程性评价和多元化评价等多种专门的观测评价,评价主体上,提倡多主体参与评价,学生既是评价对象,又是评价主体,通过自评,互评等方式培养学生的自主意识和自我教育能力),在课内外教学实践的基础上,开展数字化探究实验活动的教学评价(确定评价策略,评价手段,评价指标,评价资源,评价指标的权重和评价量表的应用等评价研究).

五、课题研究情况

2016年5月,认真撰写课题开题报告,积极展开课题上报的工作.

2016年5月7日,到常州市教育技术装备中心参加课题开题预备会议,初步明确了课题研究的目的,了解了一些课题研究的方法.

2016年6月26日,赴常州市五星实验小学,参加课题开题会议.会上,马丽娟老师代表课题组向专家们做了开题报告,常州市教研室的教研员老师对课题做了认真的点评.相关领导还强调了我们这个课题研究的迫切性.回到学校,我们马不停蹄地成立了红领巾科学小研究院.组织学生利用暑检测开展小研究,小发明活动,并引导学生在这些科技活动中运用数字化仪器,收集精确的研究数据,撰写科学小论文,上交小发明作品.

2016年9月开学后,积极指导学生撰写科学小论文,上交小发明作品,并积极组织其中的优秀作品参加常州市青少年科技创新大赛,共计上交了5件作品.

2016年12月,我们学校开展科技节活动.我们课题组见缝插针,将课题研究活动渗透到学校科技节的活动中去,取得了较好的教育研究效果,在科技节活动中,我们组织学生参观设立在学校的环境监测站2.3.数字化实验仪器能增加实验的可行性.传统实验仪器不能做的实验,利用数字化实验仪器则可以进行.这扩大了学生的探究范围,有利于提高学生的实验探究能力.

例如,在苏教版六年级上册第三单元第3课《变色花》中,要求学生认识酸性物质和碱性物质,并用酸碱指示剂检测生活中常见物品的酸碱性.通篇教材,教给学生的检测方法有三种:1.直接品尝测试,如感觉胃里有酸水,吃未熟透的柿子感觉到涩味,来辨别酸性物质和碱性物质,2.用pH试纸测试,3.用自己制作的紫甘蓝汁进行检测.但是我们在使用上述三种方式检测酱油的酸碱性时遇到了很大的困难.首先让学生品尝,酱油有咸涩味,根据课本上提供的方法,学生很容易把酱油判断为碱性物质,这其实是个误判,而用pH试纸测试酱油的酸碱性,难度很大,因为酱油呈深褐色,用pH试纸测试的时候几乎看不出颜色的变化,无法判断酱油的酸碱性,而用紫甘蓝汁测试,效果就更差了.在酱油里滴入紫甘蓝汁,看不到一点变化,而在紫甘蓝汁里滴入酱油,酱油还是酱油.面对这一问题,我们想到了使用数字化实验仪器来进行测试.所以,我们购写了pH测试笔,测出酱油的pH值为4.76,反复测试,得到的结果都相近.这一数值充分地说明了酱油是酸性物质.在这一事例中,传统实验仪器无法解决的问题,在数字化实验仪器的帮助下迎刃而解.这个例子充分说明数字化实验仪器在教育教学过程中使用的必要性,也充分说明了数字化实验仪器对于帮助学生开展探究活动,提高探究能力,起到了决定性的作用.

又如,在苏教版四年级上册第五单元第1课《排序》中,要求学生根据塑料薄膜不同的透明度进行排序.按照教材中的方法,把塑料薄膜拿起来,对着光看,看透过塑料薄膜的清晰程度,然后来对不同透明度的塑料薄膜进行排序.这种方法仅仅是利用学生的感官来辨别塑料薄膜的透明度,这样做,得出的结论不科学,也不可靠,再要进行排序几乎是不可能的.如果这时使用数字化实验仪器——光照度计,将不同的塑料薄膜放在光照度计上分别测量,能得出精确的数据,非常科学和可靠,此时再进行排序,才更有意义和更说服力.这个例子充分说明了数字化实验仪器可以为学生进行探究实验活动,创造更科学的条件,进而能不断提高学生的探究能力,把原来无法操作的实验变得可以操作,把原来不能科学操作的实验变得更科学了.这样做,扩大了学生开展探究实验的范围和领域,为学生提供了更多的探究机会,提高了学生的探究能力.

4.利用活动和竞赛,推进和激励学生使用数字化实验仪器,使学生在获得成绩和荣誉的过程中进一步喜欢使用数字化实验仪器,从而提高学生的探究能力.

学生在校生活的一个重要内容是参加课外活动.在课外活动中,学生运用数字化仪器能大大提高活动的质量,并取得较好的竞赛成绩,从而进一步激发学生的探究兴趣,提高学生的探究能力.例如,2016年9月,我们组织课题组内的红领巾科学研究院成员,参加了武进区和常州市的青少年科技创新大赛.小研究员黄楠同学,积极使用电子秤等数字化仪器,开展实验探究活动,并撰写了题为《三种不同灯光对蚕豆发芽影响的实验》的小论文.作为小研究项目,上报参加竞赛,由于实验步骤操作规范,使用数字化仪器得到的数据精确而清楚,结论明确,这个项目一举夺得了常州市青少年科技创新大赛科学研究项目小学组的一等奖.之后,这个项目很快被推荐参加江苏省青少年科技创新大赛.再如,小研究员秦方泽煜同学,使用数字温度计等数字化仪器,开展实验探究活动,仔细测量不同的水温,认真观察不同水温下的洗涤效果,并积极撰写了小论文《不同温度的水对油污洗涤效果的实验》,获得了常州市青少年科技创新大赛科学研究项目小学组的二等奖.还有,小研究员吴叶彬同学在老师的带领下,用数字电压表测出了USB线电源的输出电压为5V,是安全电压,然后大胆尝试,发明制作了USB改装台灯,参加比赛并获得了常州市青少年科技创新大赛技术发明项目小学组一等奖.在他们的影响下,学生对类似探究活动表现出了浓厚的兴趣,这大大提高了学生的探究能力.

(二)实践成果

1.2016年12月,我们学校组织学生参加常州市青少年科技创新大赛,共计上交了5件作品.其中,两件作品获一等奖,三件作品获二等奖.两件一等奖作品还被推荐参加江苏省青少年科技创新大赛.

2.2016年4月,我们学校组织学生参加武进区"小哥白尼杯"第九届中小学生航空模型竞赛.其中,两位同学获一等奖,四位同学获二等奖.在这次比赛中,飞行成绩有了大幅度的提高.这必须归功于数字化实验仪器.

3.积极组织课题组老师学习相关的理论,并进行较深入的讨论.分别学习了教育部教学仪器研究所张又伟的《将数字化实验仪器与教学资源融入小学科学教学》,江苏省常熟市吴市中心小学姚正东的《小学科学课数字化教学探究》,上海师范大学生命科学院蒋永贵和吴俊明的《新课程背景下的数字化实验室及其在中学理科教学中的应用》等材料.通过学习,课题组老师们对数字化实验仪器有了更加深入的认识,对如何将数字化实验仪器合理地融入科学课堂有了自己的理解.

4.我们认真梳理了所有八册苏教版《科学》教材,仔细整理了数字化仪器应用的切入点,鼓励和引导课题组老师在相关的课堂教学中积极运用数字化仪器,提高学生的探究能力.下面就是我们整理的数字化仪器应用的切入点.

《运用数字化仪器提高学生探究能力的策略研究》

苏教版《科学》教材切入点

序号

年级

切入点名称

仪器名称

页码

1

三上

第三单元第一课:小草每天喝多少水

电子秤

P27

2

三上

第三单元第一课:称称西红柿残渣比完整的西红柿轻了多少

电子秤

P28

3

三上

第三单元第二课:辨别白醋,糖水和冷开水

浓度传感器

P29

4

三上

第三单元第三课:会喷射的水

压力传感器

P33

5

三上

第三单元第三课:观察高锰酸钾在水中的溶解过程

浓度传感器

P34

6

三上

第四单元第二课:比较纸纵向,横向的结实程度

数字显微镜

P44

7

三上

第四单元第二课:透明度实验

光感仪

P45

8

三上

第四单元第三课:比较棉布和尼龙的不同

数字显微镜

P47

9

三上

第四单元第四课:不同金属的性质和比较

电子秤

P50

10

三上

第五单元第二课:配置不同比例的溶液

浓度传感器

P57

11

三下

第二单元第三课:观察并解剖植物的花

数码显微镜

P24

12

三下

第三单元第一课:研究固体混合前后重量和体积的变化情况

电子秤

P31

13

三下

第三单元第三课:同体积的液体和水的质量比较

电子秤

P36

14

三下

第三单元第三课:把不同的液体同时倒一点在倾斜的板子上

粘度计

P36

15

三下

第三单元第四课:研究液体混合前后重量和体积的变化情况

电子秤

P38

16

三下

第四单元第一课:观察天气

电子湿度计

P44

17

三下

第四单元第二课:测测今天的气温是多少

数字温度计,数字温湿度计

P45

18

三下

第四单元第四课:今天刮什么风

数字风力计

P49

19

三下

第五单元第一课:用工具观察与肉眼看有什么不同

数码显微镜

P55

20

四上

第一单元第一课:认识空气的性质

电子秤

P3

21

四上

第二单元第一课:冷热与温度

数字化温度计

P17

22

四上

第二单元第四课:吸热和散热

数字化温度计

P24

23

四上

第三单元第一课:声音的产生

机械振动调试仪

P30

24

四上

第三单元第三课:我们是怎样听到声音的

噪音测试仪,分贝仪

P35

25

四上

第三单元第四课:不同的声音

分贝仪

P37

26

四下

第三单元第二课:运动的快慢

距离传感器

P29

27

四下

第四单元第一课:力在哪里

电子测力计

P41

28

五上

第一单元第一课:太阳和影子


光照度计,数字温度计

P3

29

五上

第二单元第四课:七色光

光照度计

P26

30

五上

第三单元第二课:导体和绝缘体

数字电流表

P34

31

五上

第四单元第一课:测量呼吸和心跳

电子脉搏仪

P47

32

五上

第四单元第二课:肺和呼吸

肺活量测量仪

P50

33

五下

第一单元第五课:国旗怎样升上去

数字测力计

P12

34

五下

第一单元第六课:自行车车轮转动的奥秘

测速仪

P14

35

五下

第三单元第二课:认识矿物的性质

光照度计

P45,46

36

六上

第一单元

数码显微镜

P2-12

37

六上

第三单元第一课蜡烛的变化

数字温度计

P32

38

六上

第三单元第三课变色花

PH值测试仪

P36

39

六下

第五单元第一课拓展

数字温度计

P65

5.课题研讨活动

这一阶段,我们共开展了两次课题研讨活动,分别由课题组负责人蒋仲良和课题组成员马丽娟老师执教.

蒋老师这次公开课的教学内容是:苏教版《科学》三年级(上)的《纸》.这堂课别开生面,让人有一种耳目一新的感觉.课堂上出现的数码显微镜,数字光照度计等数字化仪器,更是让人觉得很新奇.在辨别两种纸张透明度的时候,蒋老师带领学生运用光照度计,分别测出了两种纸张的数值,然后由学生根据观察到的数值,来说说两种纸张的透明度,应用数字化仪器的教学效果,在这个地方凸现了出来.光照度计上的数值,清楚地说明了两种不同纸张的透明度,实验结果一目了然,学生对这一结果也心悦诚服,取得了很好的教学效果.这一教学环节,给人留下了深刻的印象.

马丽娟老师上的是《生活中的"酸"与"碱"》.马老师首先让学生品尝了一些酸性饮料和碱性饮料,再用pH试纸分别测出酸性物质和碱性物质的不同颜色,最后再用pH测试笔,测量出酸性物质和碱性物质的数值.教学过程层层深入,面对精确的测量数据,学生一个个都心悦诚服,课堂教学取得了较好的教学效果.整个教学过程中,值得一提的是使用pH测试笔来测量生活中的酸性和碱性物质,并且根据数据辨别出酸性物质和碱性物质的强弱.例如,马老师引导学生测出白醋的pH值约为1.37,而盐酸的pH值约为0.08.两个数据进行比较,一眼就能看出盐酸的酸性更强.再如,马老师引导学生用pH测试仪测出肥皂水的pH值为10.16,而小苏打溶液的pH值为8.47,两者相比,肥皂水的碱性强度就凸显出来了.同时,用pH测试笔也在很大程度上,方便地帮助学生解决了一些困惑,如,酱油到底是酸性还是碱性,学生一开始几乎没人能确定,但是用pH测试仪测出的数据为4.76,学生看到这个数据,一下子齐声肯定地说是酸性物质.再如白酒,数值为3.94,学生也很快地明白了它是酸性物质.整个教学过程鲜明地体现了一个道理:现代化测试工具测试的结果精确明了,学生在上课过程中,用数据说话,也心悦诚服.这样的课堂教学值得一试.

七、今后打算

1.我们将在已经取得的经验基础上,认真梳理我们的研究实践活动,努力将感性认识上升到理性认识,并积极撰写课题论文,争取早日将课题研究的理论成果展现给大家.

2.更加深入地开展课题研究的实践活动,依据我们之前所整理的数字化仪器在科学教材中运用的切入点,努力开展课题研讨活动.广泛地在科学教学中使用数字化仪器,积极探索数字化仪器在教学中使用的经验和方法,使之成为提高学生探究能力的有效手段,并及时总结经验,撰写论文案例,形成理论的研究成果.

3.积极关注学生在使用数字化仪器中的表现,努力探索数字化仪器和传统仪器在探究过程中的优缺点,探索数字化仪器提高学生探究能力的方法和策略,形成理论性的研究成果.

4.积极与上级有关部门联系,争取相关的理论支持与指导.

以上就是我们课题研究的中期评估汇报,不当之处请各位领导专家批评指正!

课题负责人签名蒋仲良

2016年7月28日

9