高中物理数字化实验的教学效能研究研究方案.docx
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高中物理数字化实验的教学效能研究研究方案
农村高中物理数字化实验的教学效能研究
研究方案
xx高级中学课题组
一、问题的提出
众所周知,物理学是以实验为基础的科学,物理教学必须以实验为基础。
在我国历来的中学物理教学大纲中,都十分强调这一观点。
在物理教学中,运用实验的目的主要在于给学生学习物理创造一个良好的环境,使学生能主动地获取物理知识和发展能力,促进学生科学品质和世界观的形成;同时,通过学生的观察实验,使学生掌握实验的基础知识和基本方法,培养他们的实验能力。
物理学科核心素养有四个维度的基本内涵,既:
物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任。
而探究实验是形成物理观念,确立科学态度,养成科学思维,培养科学责任的重要手段,是形成学生核心素养中的关键所在。
因此,中学物理教学必须以实验为基础,这是由实验本身的特点及其在物理教学中的作用所决定的。
随着信息技术不断发展,新设备、新仪器的诞生,为高中物理实验教学打开了一扇崭新的大门。
数字化探究实验系统,在业内也被称作“数字化信息实验系统”(DigitalInformationSystem),简称“DIS”。
运用DIS开展的实验通常被称为数字化实验,它是计算机信息技术应用到理科实验中去的一种现代化实验平台。
它以更准确的数据采集、更简便的数据分析、更直观的实验现象为特点,受到教育改革专家和广大师生的一致认可。
课题组经过研讨论证,一致认为数字化实验将是未来实验教学的一种必然趋势。
然而,由于数字化实验诞生和发展的时间还相对较短,它相对于传统实验的优势与发展前景还未尽然熟知于众,再加之建设数字化实验室的成本和意识等多方面原因,导致数字化实验还未普遍运用于高中物理教学。
当然,关于数字化实验与传统实验利弊比较研究也就寥寥无几,而如何有效运用数字化实验提高教学效能的研究还几乎处于空白。
随着学校改扩建工程的逐步完善,xx17年10月,我校建成乐山市首个物理数字化探究实验室,配备了包括传感器和实验数据处理系统等110余种数字化物理实验专用器材。
因此,合理的根据高中物理课程标准,紧密结合教材,有效的利用数字化探究实验室,带领学生开展物理数字化探究实验,更有效的提高学生综合素质,形成物理学科核心素养,为学生终身学习、自主学习、全面发展,打下坚实基础,为数字化实验全面普遍运用于高中物理教学做先驱性研究,成为了学校物理学科组新的追求和责任。
正是在这样的背景下,我校提出高中物理数字实验的教学效能研究。
二、研究现状与分析
随着素质教育的全面实施,各级各类学校和广大一线教师,在如何更好的开展素质教育,提升学生综合素质和学科核心素养等方面都在积极探索。
对物理学科而言,其重要性不在一一赘述。
然而,部分学校,尤其是农村中学,由于基础设施落后、思想观念陈旧、应试教育横行等多方面原因,导致他们甚至连传统实验教学都仍处于“讲实验”的状况,即教师讲实验,强调实验中的要点,让学生死记硬背,根本谈不上谈对数字化实验的利用与研究。
近几年来,物理数字化实验的优势首先在各级课堂展评活动中得以充分展现,其在高中物理实验的运用范围也在逐步扩大。
如今,数字化实验室,在教育发达地区的部分高中学校得以配备,高中的实验教育正处在从传统实验向数字化实验过渡的阶段。
但各级教研机构还没有着手对数字化实验与传统实验开展对比研究,教学一线教师对数字化实验以及相关器材的研究也很少,其研究内容大多是零散的几个点,没有形成一个系统性。
例如:
李进在《基于数字化实验系统的物理实验拓展》提到传感器相对于传统实验的优势,以及在实验中的具体应用事例。
该文主要是利用数字化实验仪器,在传统实验的基础上,对物理实验予以一定的补充。
而他提到的运用实例也只有两个,但对于整个高中的物理实验教学来看,这只是冰山一角,作者也指出,数字化实验运用于教学的系统开发和研究有待广大教师进一步深入探索。
又如王文祥的《利用数字化实验实验系统进行物理实验的体会》、张彬的《数字化系统在实验教学中应用的探讨》、刘云览的《DIS实验技术在物理教学中的实践研究》、赖莉飞.《数据采集器运用于中学物理实验的研究》、任立新的《数字化实验在新课程化学教学应用中的探索与实践》等等,这些文章主要是通过阐述几个运用数字化实验的开展,比较数字化实验的优势和特点,对农村高中物理数字化实验用于教学的研究不够全面、深入。
《中学化学数字化实验与传统实验》一文简单的提出数字化实验和传统实验各有优势,可以互补,没有系统说明。
这也表明对数字化实验的研究者甚少,存在着空白,数字化实验室的使用效率低。
总的来说,关于同类课题的研究非常欠缺,在国内有一些文章提到了数字化实验和传统实验的区别,但没有文章对农村高中物理数字化实验进行系统和全面的研究,数字化实验的全面设计和开发也处于空白。
三、课题的界定
数字化实验:
通过传感器、采集器、计算机(包括软件系统),能将现行物理教学中所涉及的各种有关物理量信号,通过所配各类传感器转换成电信号,再通过采集器传换成数字信号,经计算机分析处理后实时显示实验数据或曲线、图形、表格,将实验过程和结果实时、生动、精确地表现出来。
实验操作方便、简洁,可适应多种教材的实验教学需要。
教学效能:
本课题所说的教学效能,是指农村高中物理数字化实验在学生科学素质的培养、物理学科核心素养的形成、物理知识和实验操作技能的掌握等方面所作的贡献和实现方式。
四、课题研究的理论依据
数字化实验作为物理课堂教学的延伸,服务课堂教学。
开展此项课题研究的理论基于行为主义教学理论,学习金字塔理论,知识的建构教学理论,层次需要理论。
1.行为主义教学理论
美国心理学家华生在《行为主义者心目的心理学》中指出,心理学是自然科学的一个纯客观的实验分支,它的理论目标在于预见和控制行为,因此,把“刺激—反应”作为基本单位,学习即“刺激—反应”的联结加强,教学的艺术在于如何安排强化。
而数字探究实验,作为物理教学的课外延伸,能有效的刺激学生对所学内容的巩固与应用,并且数字化实验与传统的物理实验相比,它在内容和操作上对学生有更高的要求,需要学生在一定的知识背景下应用物理知识,和方法完成实验的探究。
这样既能培养学生的创新精神,又能加强刺激与反应的联结,达到学以致用,服务教学的目的。
2.学习金字塔理论
这一理论是由美国学者埃德加-戴尔于xx46年提出。
他指出不同的学习方法达到的学习效果不同。
研究表明,学习两周之后,学生对知识的保持率从5%-90%不等。
用耳朵听讲,知识保持5%,用眼睛去阅读,知识保持率10%,视听结合,知识保留xx%。
用演示的办法知识保留30%,分组讨论法,知识保留50%,练习操作实践,知识保留75%,向别人讲授互教,快速应用,知识保留90%。
由此可见在教学中要达到最优化的教学效果,需要在教学过程中设置不同的教学方法。
数字化实验中的探究实验与传统实验相比,它没有书本上现成的结论,它需要学生根据所学的物理学探究方法自我完成。
在此过程中,作为教师可以根据探究的课题,在教学环节中渗透,讲、演、讨论、操作应用等方法,让学生在学习过程中做到身体的各方面机能参与到学习当中,从而达到最优化的学习效果。
2.知识的构建理论
学生亲身参与实验探究过程,对情感、行为、事物和策略的内省体察,掌握实验探究技能、策略,形成相应能力,养成良好的行为习惯,从而建立科学的物理观念。
对于学生来说,知识与能力只能通过内部意志和外部影响来掌握。
数字化实验是以现代先进的教育思想和教学理论为指导的,以面向全体学生,通过教学中“知识与能力”,“过程与方法”,“情感、态度、价值观”的三维目标,充分体现学生的主体地位,让学生“学会学习”,使学生获得知识的过程同时成为获得学习方法和能力发展的过程。
3.需要层次理论
托尔斯泰说过,“成功的教学所需要的不是强制,而是激发学生的兴趣。
”而激发学生兴趣的最有效的方式则是让学生感受到学习的快乐。
根据马斯洛的需要层次理论可知,处于高中时期的学生,不存在生存的压力,此时,最突出的需要则是“被爱”、“被尊重”、“以及自我实现的需要”因此在教育教学的过程中,需要突出学生在学习中的主体地位。
而面临的现实是,高中物理教学的知识难、内容多,学生容易在这样的境遇下会逐渐丧失学习的自信心,就更谈不上学习的成功感。
学习兴趣当然也就泯灭了。
而数字化实验则能有效的缓解这一矛盾。
学生在完成实验的过程中,通过自己的努力和应用知识,最终自己得出结论,能够让他体会到知识应用的成功感与喜悦感,从而逐步提升自己的学习兴趣。
并且数字探究实验具有一定的开放性和应用性,它能够缓解学生的学习压力,能让学生熟练数字化设备的操作,对学生的心理健康和长远的学习生活都有积极的作用。
五、课题研究目标
课题组认为,本课题的研究目标有四,一是通过对相关学校的走访调查,得出高中学校物理数字化实验教学现状的调查研究报告;二是通过比较分析同一个实验使用传统实验与数字化实验做出来的效果,分析传统实验与物理数字化实验的利弊,形成具体对比材料;三是开展物理数字化实验教学效能的内涵与实践外延的构建研究;四是利用数字化实验设备,结合教材和教学大纲,全面系统的对高中物理实验进行设计与开发,并形成操作手册。
通过课题研究,于学生而言,我们希望培养学生在物理数字化实验中观察实验现象、搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力,提升学生综合素质,形成良好的物理学科核心素养,让学生能更好的应对新课程改革下的物理高考;于教师而言,我们希望增强教师的科研能力、学习能力、物理数字化实验的开发能力,为我校打造川南名校作好“软件升级”准备。
六、课题研究的主要内容
1.物理数字化实验教学效能的内涵与实践外延的构建研究。
2.高中学校物理数字化实验教学现状的调查研究。
3.农村高中物理数字化实验与传统实验优利弊对比研究。
4.农村高中物理数字化实验的教学效能目标构建研究。
5.基于农村高中物理数字化实验教学效能目标的实验项目开发与设计研究。
七、课题研究方法
1.对比研究法
把使用传统实验教学学校的学生与我校使用数字化实验教学的学生进行比较,通过对学生访谈座谈、问卷调查、成绩对比等得出结论。
2.调查研究法
通过访谈座谈、问卷调查等形式掌握使用数字实验教学的学生对数字实验做出客观的结论,形成资料。
3、资料查阅法
通过报刊和网络查阅相关资料,完成对农村高中物理数字化实验教学效能的内涵和外延构建。
4、实验研究法
通过开展一系列物理数字化实验,对农村高中物理数字化实验的全面运用进行开发和设计。
5.实践研究法
将在进行数字化实验过程中总结的经验和形成的研究成果运用于实物理验教学中,并收集反馈信息,进行反复论证修改。
6、经验总结法
通过与其他学校交流经验,借鉴其他学校已有的数字化实验经验完善本校数字化实验的经验,总结课题组开发的数字化实验和已有的数字化实验,从而形成农村高中物理数字化实验操作手册。
八、研究对象、周期和步骤
(一)研究对象:
xxxx-xxxx届学生。
重点观察对象为xxxx届和xxxx届重点班学生。
(二)研究周期和步骤:
研究周期:
xxxx.3——xxxx.3
研究步骤:
1.准备阶段(xxxx年3-4月)
制作课题研究方案、落实研究教师、撰写申请报告,向省教科所申报课题立项,准备开题工作。
2.实施阶段(xxxx年5月---xxxx年1月)
(1)召开课题论证工作会。
(2)修改完善课题研究方案和实施方案。
(3)按照研究方案和实施方案开展理论与实践研究。
(4)开展教师物理数字化实验操作培训。
(5)开展物理数字化实验设计评比活动。
(6)完成物理数字化实验操作手册编撰。
(7)在实验教学中实践运用已开发设计的物理数字化实验,并总结反馈信息,修改设计。
(8)开展课题中期检测活动。
(9)开展阶段成果的推广活动。
3.总结阶段(xxxx年2月——xxxx年3月)
(1)收集整理研究材料,总结提炼研究成果,汇编成果资料。
(2)撰写课题研究报告、工作报告,完成课题结题前的整理工作。
(3)提交结题申请,提请省教科所对课题进行评审、验收。
(4)成果推广。
九、研究预期成果
1.《农村高中物理数字化实验教学效能的内涵与实践外延的》
2.《高中学校物理数字化实验教学现状的调查报告》
3.《农村高中物理数字化实验与传统实验优利弊对比分析报告》
4.《农村高中物理数字化实验的教学效能目标构建图》
5.《农村高中物理数字化实验实验项目开发与设计策略》
6.《农村高中物理数字化实验实验项目开发与设计案例集》
7.《农村高中物理数字化实验教学操作手册》
8.《高中物理数字实验教学的论文集》
9.《高中物理数字实验教学的心得体会集》
十、预期研究效果:
1.对学生成长的效果。
(1)带领学生开展物理数字化实验,能让学生熟悉数字化实验仪器,用现代化设备进行实验,观察实验现象,用信息化手段搜集和处理信息,形成获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
(2)通过开展物理数字化实验,达到使学生提高学习兴趣、树立科学精神、掌握科学方法、形成物理学科核心素养的效果。
2.对教师发展的效果。
(1)本课题的研究,契合当下国家提出的信息技术提升工程,物理数字化实验能促进老师掌握现代教育技术理论,提高运用现代化教育技术的意识和能力。
(2)物理数字化实验的开发和设计,能培养教师的创新能力、科研能力,丰富教师教学手段,达到提高教学质量的效果。
3.对学校发展积极意义。
本课题的研究可以提高教学质量,引领学生的成长与发展,是成就名生的重要举措,课题的研究对学校的长远发展有重要的积极意义和现实效果。
4.对高中物理教学发展的效果。
本课题的研究,能有效促进物理数字化实验的推广,为广大一线教师开展物理数字化实验教学提供参考,加快物理实验现代化升级速度,为新课程改革和新教材编撰提供理论依据和基础材料。
十一、研究措施
1.开展利弊对比研究。
课题组将开展物理数字化实验与传统实验优利弊对比研究。
我们将从以下几方面对比研究。
数字化实验系统与传统实验设备在“硬件”方面的比较:
实验设备的比较、误差比较、实验时间比较、投入资金比较。
数字化实验系统与传统实验设备在“软件”方面的比较:
物理实验基本技能掌握、观察能力、合理选择和正确使用仪器的能力、实验过程中的有序操作和排除故障的能力、数据处理过程中的计算、作图能力,数形结合、探索规律、归纳结论的能力。
传统实验侧重于培养细致、认真、耐心等观察习惯,而数字化实验则侧重于培养学生在观察中思考探究能力。
教学三维目标的比较:
采用数字化实验有助于激发学生学习的动机,使学生更具有探索未知领域的兴趣、情感、意志和毅力等。
数字化实验的动态过程与物理规律同时对应,能激发学生学习兴趣,有利于探究问题。
数字化实验的动态过程营造了一个向未知境界不断探索的学习环境,有利学生科学态度的培养。
数字化的动态过程创设了学习的新阵地,使学生了解现代科学技术的新成就。
2.开展调查研究。
课题组将开展关于农村高中物理数字化实验开设现状的调查,为了使调查结论更加科学,更具有普遍意义,我们将采取扩大调查样本的措施,准备在本校、罗城中学、孝姑中学、乐山四中等学校开展问卷调查和座谈、访谈活动,将为课题研究提供基本数据和依据。
再对调查数据进行对比分析,找准影响学生物理实验能力的因素,为研究方向和侧重点的调整提供依据。
3.开展高中物理实验的数字化整合优化和设计开发研究。
系统改进传统物理实验,是现代信息技术和学科教学整合的有益尝试,应选择有利于发挥数字化实验系统优势的实验,从而使事物和现象“近在咫尺”,使实验过程中的变化“定格驻留”,使瞬间发生的科学变化“一目了然”,使常规实验手段难以完成的实验变得“简单直观”。
对比研究传统实验和数字化实验,利用数字化实验系统改进传统实验,将传统实验和数字化实验优化整合于物理教学实践中。
关于中学物理教育全国有影响力的几大期刊(《物理教师》、《中学物理教学参考》、《物理教学探讨》、《中学物理》、《物理教学》等)经常刊载应用数字化实验的教学案例。
全课题组在组长带领下,合理分工协作,形成高中教材科开设数字化实验目录,并编制农村高中物理数字化实验操作手册。
4.开展理论论证和课堂实践研究活动。
针对物理数字实验对教学的提升策略构建,认真开展理论论证,通过查阅资料、调查交流、总结研讨等方式,为数字化实验教学的推广使用提供理论支撑。
在理论论证基础上,采用“策略预设——反复开展课堂实践验证,修改完善策略——总结提炼,固化策略——推广运用”的程序开展农村高中物理数字化实验的设计与开发研究。
5.开展农村高中物理数字化实验的教学效能目标构建研究。
根据对高中物理教学大纲和“立德树人”根本要求,结合传统物理实验利弊对比,构建课题组设计开发的农村高中物理数字化实验的教学效能目标。
6.过程资料和成果的形成措施。
课题组拟将建立三类资源库:
课件资源库、习题资源库、探究实验等资源库。
课题组采用主研人员牵头,备课组长具体负责,全体教师参与构建资源库的运行模式。
基本流程如下:
教师分工合作,分单元、分章节撰写→教研组审查并修改→教育教学中应用→反馈改进、完善→审定→加入学校资源库。
7.加强理论学习和培训,保障教研能力。
课题组将组织多种形式的学习、培训活动,让科研人员从中得到提升,增强科研能力。
一是将坚持课题组每月一次科研专题研讨会,总结学月课题研究进展情况和研究中遇到的问题,布置下月的主要研究问题和任务;每期第一周研讨会制定学期研究计划,每期最后一周进行学期研究总结;利用好教研组每周一次的集中教研活动,发动各学科教师就本学科如何实施高中生学习力挖潜开展研讨,广泛动员全校老师积极参加本课题研究。
二是积极“走出去”,尽量多组织课题组人员外出学习观摩其他学校的课题研讨及成果推广活动,借鉴别人的经验。
三是积极“请进来”,聘请课题专家到校作专题报告,开拓视野。
8.开展经验总结交流活动。
本课题研究将结合学校工作实际情况和课题研究实际情况适时开展各种经验总结活动。
课题组拟将开展高中生物理实验培养展示活动,教研组、备课组将开展提升学生物理实验能力“磨课”和听课总结活动,教师将开展学生物理数字实验教学模式的教学展评活动,师生将开展数字实验的经验交流活动。
活动开展的目的是为了更好促进学生实验能力的提升,为课题研究提供充足的素材。
9.充分利用现代教育信息技术,促进课题研究。
课题组将新建清溪高中课题研究QQ群,要求课题组成员必须加入,并每天浏览群中信息,及时上传课题研究相关常识,最新科研进展,交流研究心得,解决研究困窘,集众人智慧,探究课题研究最佳途径,提高课题研究的效率。
十二、研究保障
1.研究组织机构健全,有充足的人力、智力保障。
(1)课题指导组
(2)学校课题组
课题负责人、组 长:
xx校校长,高级教师,曾担任四川省xx县第一中学学科带头人。
xx曾负责市级课题《农村学校普通高中高一学生自主管理素养养成研究》研究,该课题已经顺利结题,并荣获乐山市市政府第六届普教科研课题三等奖,在xx县中小学校长论坛会上交流《农村高中实验教学现状》,在省、市、县各级刊物上发表论文共8篇。
黄成田在本课题中负责组织安排、提供资金和各种制度保障、带领外出学习、联系专家指导等工作。
主研:
xx,办公室副室主任,县骨干教师,一级教师,曾参与研究清溪高中市级课题《“底进”农村高中生学习力挖潜实践研究》,有1篇论文在国家级刊物发表,2篇论文在省级刊物发表,一篇论文在乐山市市级课题中期成果展评活动中荣获一等奖,曾参加乐山市高中物理赛课荣获一等奖,参加四川省课堂教学展评荣获二等奖,曾荣获县优秀教育工作者、教育宣传先进个人等荣誉称号。
在本课题中,梁洪主要负责研究内容的确定、研究措施的制定、带领开展农村高中物理数字化实验的开发与设计。
xx,一级教师,县级骨干教师,曾参与研究清溪高中市级课题《“底进”农村高中生学习力挖潜实践研究》,有4篇论文在省级刊物发表,曾参加xx县高中物理赛课荣获三等奖。
在本课题中,章勇主要负责研究农村高中物理数字化实验的教学效能目标构建研究。
xx,物理组组长,一级教师,曾参与研究清溪高中市级课题《“底进”农村高中生学习力挖潜实践研究》,有3篇论文在省级刊物发表。
在本课题中,税建主要负责农村高中物理数字化实验教学效能的内涵与实践外延的构建研究。
xx,二级教师,曾参与研究清溪高中市级课题《“底进”农村高中生学习力挖潜实践研究》,有2篇论文在省级刊物发表,曾参加乐山市高中物理赛课荣获三等奖。
在本课题中,xx主要负责高中学校物理数字化实验教学现状的调查研究。
成员:
Xx
总之,本课题有省、市、县、校教育科研部门全力指导课题开展,省市县校骨干教师积极主动参与,并做好了课题研究的众多前期工作,为课题的顺利开展奠定了基础。
此次,校长担任课题第一主研人,必将带动课题研究的蓬勃开展,在上一次市级课题研究中积累了一定的经验,有助于在此次课题中起到引领作用。
2.财力方面:
为保障课题研究顺利开展,学校将筹措课题经费60000元以上。
4.资料方面:
清溪高中已建成了乐山市首个物理探究实验室,提供了软、硬件基础。
同时清溪高中近几年高考人数均在递增,特别是xx16年高考本科上线人数达到241人,突出的业绩为科研提供了宝贵的数据和资料。
5.制度保障:
学校制定了关于科研课题研究的考核方案,将课题研究纳入教研组和教师评优选模的重要考核依据,一把手亲自参与研究的过程,按期查看阶段性开展情况,年终绩效进行激励奖励。
十三、参考文献
1、李进《基于数字化实验系统的物理实验拓展》
2、王文祥《利用数字化实验实验系统进行物理实验的体会》
3、张彬《数字化系统在实验教学中应用的探讨》
4、刘云览.DIS实验技术在物理教学中的实践研究[D].上海:
华东师范大学,xx06.
5、赖莉飞.数据采集器运用于中学物理实验的研究[D].广州:
华南师范大学,xx04:
36.
6、任立新.数字化实验在新课程化学教学应用中的探索与实践[J].学周刊,xx11(3):
173
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