中学科学实验整合点及支撑软件研究
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摘要
中学科学实验教学是科学教学的重要内容,在现代科学教学中具有举足轻重的作用,对于培养学生的发现问题、分析问题、解决问题具有重要意义。然而当前的实验教学普遍存在许多不足,如学生实验的个性化需求与实验教学“一齐化”的矛盾、生实验操作的渴望性和实验条件的局限性的矛盾、学生活动的局限性和科学研究内容的广泛性的矛盾、学生直接经验的缺乏和科学实验原理抽象性的矛盾、学生记忆的短暂性和科学实验现场的不可恢复性的矛盾、对实验分析的任意性要求与科学实验过程连续性的矛盾。
科学取之于物理、化学、生物的综合,又高于这三者的简单综合,是一门具有较强实践性的综合性学科。传统的教学方法和手段并不能完全满足科学实验教学的要求,往往会变成空洞、枯燥的说教,使学生容易疲劳,达不到应有的效果。为解决以上问题,信息技术与科学实验课程整合成为教育工作者特别是一线教师关注的热点,并在实际科学教学中取得了一定的成绩和经验。但目前信息技术与科学实验的整合基本上只考虑个别实验,还处在经验阶段。大部分科学教师存在着对信息技术与课程整合的理解及操作误区,信息技术与中学科学教学整合存在许多问题,主要表现在①信息技术与科学实验整合存在盲目性;②信息技术与科学实验整合缺乏系统性;③信息技术的优势没有得到充分发挥;④缺乏对整体科学实验类型系统的研究;⑤缺乏对不同类型科学实验的整合模式研究这几个方面。
本文主要包括如下内容:
1.首先对信息技术与课程整合,尤其是信息技术与科学实验整合的国内外现状进行分析;
2.接着从整合理论、学习理论、学科本体论三方面探究信息技术与科学实验整合的理论基础,并对基本概念进行了详细的界定和阐述;
3.根据科学实验的操作对象及功能对科学实验分类,并从概念本体、方法本体和应用本体三个层次对科学实验的知识本体进行系统研究和概括;
4.在对科学实验的教学模式进行总体分析后,分别对科学实验的概念本体、方法本体和应用本体归纳、总结其适宜的教学模式,并给出在理想状态下,科学实验的理想教学设计以及相应的设计原则与策略;
5.对科学实验的共性整合点给出具体的诊断思路、诊断原则及分类方法,接着给出了科学实验课程共性整合点的解决方法和策略;
6.直接利用信息技术进行虚拟仿真,使抽象的概念、原理、定理和变化的过程具体化、形象化。本文在分析了科学实验支撑平台建设的必要性后,给出了虚拟仿真科学实验平台的特征和设计原则。并以初中化学以及中学物理电学为例,详细说明了相应的虚拟仿真科学实验室的设计方法、实现方法及应用实例。
Middle school science experiment teaching is an important aspect of science teaching. It plays a decisive role in modern science teaching, and is of great significance in student’s training of problem discovery, analysis and solution. However, the current experiment teaching is ubiquitously of many shortcomings, such as the conflicts between student’s personalized demand and the unification of experiment teaching, between student’s eagerness of experiment operation and the limitation of the experimental conditions, between the limitation of student activities and extensiveness of scientific research contents, between student’s lack of direct experience and the abstractness of scientific experiment principle, between the brevity of student’s memory and non-resumption of the scientific experiment scene, as well as between the arbitrary requirements of the experimental analysis and the continuity of scientific experiment process.
Science is taken from the integration of physics, chemistry and biology, but is higher than the simple synthesis of the three. It is a comprehensive subject with more practice. Traditional teaching methods and means can not completely meet the requirements of scientific experiment teaching, and tend to become empty, boring sermons, easily making students fatigue but can not achieve the expected effect. To solve these problems, the integration of information technology and scientific experiment course becomes the focus of attention of educators especially the front line teachers, and certain achievements and experience has been made in the science teaching practice. However, the integration of information technology and scientific experiment is still in the experience stage, with only particular experiments considered. Most science teachers have misunderstanding or misoperation in information technology and curriculum integration. There are a lot of problems in the integration of information technology and middle school science teaching. The main is as follow:①the blindness of scientific experiments and scientific experiment integration;②the lack of systematic integration of information technology and scientific experiments;③no full exploitation of the information technology advantages;④the lack of systematic study of scientific experiment types;⑤the lack of integration mode study for different scientific experiment types.
In this paper, the main content includes the following:
1. First of all, analyzed information technology and curriculum integration, especially the information technology and scientific experiment status quos at home and abroad;
2. Then explored the theoretical foundation of information technology and scientific experiment integration from three areas of integration of theory, learning theory and the subject ontology. Defined and explained the basic concepts in detail;
3. Classified the scientific experiments according to their operation object and functions; studied and summarized the knowledge ontology of scientific experiment from three levels of the concept ontology, method ontology and application ontology;
4. After the overall analyzing of the scientific experiment teaching mode, summarized the concept, method and application ontology of scientific experiment and summed up the their appropriate teaching modes; in addition, presented the ideal instructional design of scientific experiments and the corresponding design principles and strategies in the ideal state;
5. Put forward the specific diagnosis methods, principles and classification of the common integration points in scientific experiments, and then presented the solutions and strategies to the common integration points in the scientific experiment course;
6. Directly used information technology in virtual simulation, to make the abstract concepts, principles, theorems and variational process specific and visualized. Based on the analysis of the scientific experiment supporting platform’s construction necessity, this article brought forward the characteristics and design principles of the virtual simulation scientific experiment platform. In addition, it took junior middle school chemistry and electrics in middle school physics as an example, explained the correspondent design, realization methods and application examples of the virtual simulation science laboratories.
科学取之于物理、化学、生物的综合,又高于这三者的简单综合,是一门具有较强实践性的综合性学科。传统的教学方法和手段并不能完全满足科学实验教学的要求,往往会变成空洞、枯燥的说教,使学生容易疲劳,达不到应有的效果。为解决以上问题,信息技术与科学实验课程整合成为教育工作者特别是一线教师关注的热点,并在实际科学教学中取得了一定的成绩和经验。但目前信息技术与科学实验的整合基本上只考虑个别实验,还处在经验阶段。大部分科学教师存在着对信息技术与课程整合的理解及操作误区,信息技术与中学科学教学整合存在许多问题,主要表现在①信息技术与科学实验整合存在盲目性;②信息技术与科学实验整合缺乏系统性;③信息技术的优势没有得到充分发挥;④缺乏对整体科学实验类型系统的研究;⑤缺乏对不同类型科学实验的整合模式研究这几个方面。
本文主要包括如下内容:
1.首先对信息技术与课程整合,尤其是信息技术与科学实验整合的国内外现状进行分析;
2.接着从整合理论、学习理论、学科本体论三方面探究信息技术与科学实验整合的理论基础,并对基本概念进行了详细的界定和阐述;
3.根据科学实验的操作对象及功能对科学实验分类,并从概念本体、方法本体和应用本体三个层次对科学实验的知识本体进行系统研究和概括;
4.在对科学实验的教学模式进行总体分析后,分别对科学实验的概念本体、方法本体和应用本体归纳、总结其适宜的教学模式,并给出在理想状态下,科学实验的理想教学设计以及相应的设计原则与策略;
5.对科学实验的共性整合点给出具体的诊断思路、诊断原则及分类方法,接着给出了科学实验课程共性整合点的解决方法和策略;
6.直接利用信息技术进行虚拟仿真,使抽象的概念、原理、定理和变化的过程具体化、形象化。本文在分析了科学实验支撑平台建设的必要性后,给出了虚拟仿真科学实验平台的特征和设计原则。并以初中化学以及中学物理电学为例,详细说明了相应的虚拟仿真科学实验室的设计方法、实现方法及应用实例。
Middle school science experiment teaching is an important aspect of science teaching. It plays a decisive role in modern science teaching, and is of great significance in student’s training of problem discovery, analysis and solution. However, the current experiment teaching is ubiquitously of many shortcomings, such as the conflicts between student’s personalized demand and the unification of experiment teaching, between student’s eagerness of experiment operation and the limitation of the experimental conditions, between the limitation of student activities and extensiveness of scientific research contents, between student’s lack of direct experience and the abstractness of scientific experiment principle, between the brevity of student’s memory and non-resumption of the scientific experiment scene, as well as between the arbitrary requirements of the experimental analysis and the continuity of scientific experiment process.
Science is taken from the integration of physics, chemistry and biology, but is higher than the simple synthesis of the three. It is a comprehensive subject with more practice. Traditional teaching methods and means can not completely meet the requirements of scientific experiment teaching, and tend to become empty, boring sermons, easily making students fatigue but can not achieve the expected effect. To solve these problems, the integration of information technology and scientific experiment course becomes the focus of attention of educators especially the front line teachers, and certain achievements and experience has been made in the science teaching practice. However, the integration of information technology and scientific experiment is still in the experience stage, with only particular experiments considered. Most science teachers have misunderstanding or misoperation in information technology and curriculum integration. There are a lot of problems in the integration of information technology and middle school science teaching. The main is as follow:①the blindness of scientific experiments and scientific experiment integration;②the lack of systematic integration of information technology and scientific experiments;③no full exploitation of the information technology advantages;④the lack of systematic study of scientific experiment types;⑤the lack of integration mode study for different scientific experiment types.
In this paper, the main content includes the following:
1. First of all, analyzed information technology and curriculum integration, especially the information technology and scientific experiment status quos at home and abroad;
2. Then explored the theoretical foundation of information technology and scientific experiment integration from three areas of integration of theory, learning theory and the subject ontology. Defined and explained the basic concepts in detail;
3. Classified the scientific experiments according to their operation object and functions; studied and summarized the knowledge ontology of scientific experiment from three levels of the concept ontology, method ontology and application ontology;
4. After the overall analyzing of the scientific experiment teaching mode, summarized the concept, method and application ontology of scientific experiment and summed up the their appropriate teaching modes; in addition, presented the ideal instructional design of scientific experiments and the corresponding design principles and strategies in the ideal state;
5. Put forward the specific diagnosis methods, principles and classification of the common integration points in scientific experiments, and then presented the solutions and strategies to the common integration points in the scientific experiment course;
6. Directly used information technology in virtual simulation, to make the abstract concepts, principles, theorems and variational process specific and visualized. Based on the analysis of the scientific experiment supporting platform’s construction necessity, this article brought forward the characteristics and design principles of the virtual simulation scientific experiment platform. In addition, it took junior middle school chemistry and electrics in middle school physics as an example, explained the correspondent design, realization methods and application examples of the virtual simulation science laboratories.
引文
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