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中央電化教育館“十一五”全國(guó)教育技術(shù)研究重點(diǎn)課題
“中學(xué)理科數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的理論與實(shí)踐的研究”
課題開(kāi)題報(bào)告
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一．課題提出的背景與現(xiàn)狀：
自從1993年美國(guó)政府制定NII國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施行動(dòng)綱領(lǐng)以來(lái)，“信息高速公路”建設(shè)熱潮已在全球興起，我國(guó)政府也充分認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)對(duì)21世紀(jì)我國(guó)未來(lái)社會(huì)發(fā)展的重要性，積極規(guī)劃國(guó)家高速信息網(wǎng)。目前Internet 網(wǎng)在中國(guó)的四大國(guó)家骨干網(wǎng)均已向公眾提供服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)化正成為一種必然趨勢(shì)。我國(guó)教育部決定從2001起用5到10年的時(shí)間在全國(guó)中小學(xué)基本普及信息技術(shù)教育，全面實(shí)施“校校通”工程。我省在2002年的全省教育工作會(huì)議中提出：加強(qiáng)教育信息化建設(shè)，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用多媒體教學(xué)課件和網(wǎng)上教育資源，推進(jìn)信息技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用；加強(qiáng)學(xué)校信息網(wǎng)絡(luò)管理，創(chuàng)造文明健康、積極向上的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建成覆蓋全省、結(jié)構(gòu)合理并能與省內(nèi)其它大型計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的高速省域主干網(wǎng)。在此環(huán)境的推動(dòng)，大部分學(xué)校都相應(yīng)配置了網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，積累了網(wǎng)絡(luò)資源。
?????? 目前，部分學(xué)校均已建成了校園網(wǎng)，購(gòu)置了計(jì)算機(jī)、投影儀、教育教學(xué)軟件，建設(shè)了數(shù)字圖書(shū)館、電子閱覽室、多媒體計(jì)算機(jī)機(jī)房等網(wǎng)絡(luò)資源，隨著新的課程標(biāo)準(zhǔn)的推出，學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的思想被社會(huì)所了解。探究式學(xué)習(xí)的重要手段之一就是讓學(xué)生去自主實(shí)踐。但由于目前大多數(shù)學(xué)校擁有的常規(guī)化實(shí)驗(yàn)體系并不能很好的適應(yīng)學(xué)生自主實(shí)踐的需求，所以必然要有一種新的實(shí)驗(yàn)體系來(lái)彌補(bǔ)目前的不足。正是在這種市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生，其核心目標(biāo)是給廣大中學(xué)提供一種學(xué)生自主實(shí)踐的有效環(huán)境和方案，是在新課標(biāo)基礎(chǔ)上，填補(bǔ)學(xué)校課堂教學(xué)和常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的真空環(huán)節(jié)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室包含有理、化、生三個(gè)學(xué)科，系統(tǒng)以虛擬仿真軟件、基于傳感器技術(shù)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)考核專(zhuān)用軟件及管理平臺(tái)等部分組成。
目前，已有多個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，如：山東遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體責(zé)任公司的“朗威”數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，廣州好雨教育科技有限公司的探世界綜合理科實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，金華科技軟件有限公司的金華科數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)等。盡管部分廠(chǎng)家在開(kāi)發(fā)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí)聽(tīng)取了中學(xué)教學(xué)行家的意見(jiàn)，但總體上講，目前市場(chǎng)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)尚存在不少問(wèn)題，各個(gè)廠(chǎng)家的產(chǎn)品也各有其優(yōu)缺點(diǎn)，許多地方還有待進(jìn)一步改進(jìn)。已經(jīng)使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的學(xué)校也處在探索階段，對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的“開(kāi)放性”認(rèn)識(shí)還不夠，其強(qiáng)大的功能還未得到真正意義上的開(kāi)發(fā)。
二．?dāng)?shù)字化實(shí)驗(yàn)室的概念界定
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室是利用多媒體信息技術(shù)輔助中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一整套新型數(shù)字化教學(xué)設(shè)備。主要包括數(shù)據(jù)采集器、多種教學(xué)專(zhuān)用傳感器以及配套使用的通用和專(zhuān)用軟件數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將傳感器和計(jì)算機(jī)組成多功能的測(cè)量系統(tǒng)，能夠獨(dú)立地或者與傳統(tǒng)的儀器結(jié)合起來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，快速高精度地實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)記錄和分析處理。它能夠完成教師和學(xué)生自行設(shè)計(jì)的許多實(shí)驗(yàn)，以及用傳統(tǒng)儀器做不成或做不好的實(shí)驗(yàn)。它配合校園網(wǎng)、局域網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的師生互動(dòng)學(xué)習(xí)。它配合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)理科實(shí)驗(yàn)的考試、評(píng)價(jià)和診斷。
具體說(shuō)來(lái)：
1．符合中學(xué)理科新教材，新教材配套實(shí)驗(yàn)室的核心單元。
2．把計(jì)算機(jī)信息技術(shù)完全的融入到理科教學(xué)中。
教學(xué)改革的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的能力。因此，如何進(jìn)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(dá)出來(lái)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的引入，正是把握了信息處理的三個(gè)環(huán)節(jié)，可以大大提高學(xué)生綜合信息處理的能力，更好地實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的整合。
3．更加寬闊的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，更有利于探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
傳感技術(shù)與信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,使學(xué)生能觀(guān)察、捕捉并分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器無(wú)法接觸到的微觀(guān)世界，分析微弱信號(hào)和信號(hào)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(wèn)題：
??? 根據(jù)對(duì)當(dāng)前數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，本課題就主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
??? 1．根據(jù)我校實(shí)際情況選擇最適合我校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
??? 2．根據(jù)我校在實(shí)際使用過(guò)程中碰到問(wèn)題與廠(chǎng)方充分交流，對(duì)現(xiàn)有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建模式與使用平臺(tái)提出修改與完善意見(jiàn)，使數(shù)字化系統(tǒng)逐步走向成熟。
??? 3．完成對(duì)我校所有理、化、生教師有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的培訓(xùn)，使他們不僅能熟練掌握數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用，而且能該對(duì)平臺(tái)的功能進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。
??? 4．形成一套具有學(xué)校特色的“數(shù)字化環(huán)境下理科開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”的教材，并盡可能向其他學(xué)校推廣。
5．對(duì)在新課程背景下，使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力等全面素質(zhì)培養(yǎng)所取得的作用展開(kāi)調(diào)研，進(jìn)一步明確數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在中學(xué)理科教學(xué)中的功能定位。
四．課題研究的實(shí)踐意義與理論價(jià)值：
1．?dāng)?shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)入中學(xué)理科教學(xué)，既是信息化社會(huì)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(jì)社會(huì)是高度信息化的社會(huì)，不懂信息技術(shù)的人將成為“文盲”，不會(huì)終身習(xí)的人也將淪為平庸。新一輪基礎(chǔ)教育課程改革，其具體目標(biāo)主要有：改變過(guò)于注重知識(shí)傳授的傾響，強(qiáng)調(diào)形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得基礎(chǔ)知識(shí)與基礎(chǔ)技能的過(guò)程同時(shí)成為學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和形成正確價(jià)值觀(guān)的過(guò)程，要改變過(guò)于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、樂(lè)于探究、勤于動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取知識(shí)的能力、分析和解決問(wèn)題的能力以及交流與合作的能力。新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的重要目標(biāo)是改變教師的教學(xué)行為方式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，更好地提高教學(xué)效率，全面促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)發(fā)展，這就要求我們把有效利用網(wǎng)絡(luò)資源的研究提到議事日程。
2．?dāng)?shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)目前尚未在各個(gè)學(xué)校普及，目前配有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只是一些發(fā)達(dá)地區(qū)的重點(diǎn)中學(xué)，這些盡管具有一定的典型性，但并不具有代表性，對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)尚處于初級(jí)階段，未能形成完整體系。各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也均以參照國(guó)外經(jīng)驗(yàn)為主，相互之間比較獨(dú)立，尚未形成完善的系統(tǒng)，部分廠(chǎng)家所配置的系統(tǒng)資源利用效率不高，價(jià)位也較高，成為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的普及的瓶頸。這就需要對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)以及高效使用作一定的系統(tǒng)研究，尤其對(duì)該系統(tǒng)功能的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)作一定的探索，本課題的研究正是著眼于上述問(wèn)題而展開(kāi)，一方面力足于我校實(shí)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(shè)計(jì)方案，精心編制相關(guān)通用教材，并希望對(duì)其他兄弟學(xué)校具有一定的指導(dǎo)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)普及的設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)在于降低成本，提高效益。
（2）針對(duì)現(xiàn)有的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)使用不夠方便、快捷的情況加以改進(jìn)，使其更加“友好”。
（3）對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，使其能在演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)發(fā)揮其強(qiáng)大功能，甚至要做到讓實(shí)驗(yàn)以研究性學(xué)習(xí)的形式走出課堂，進(jìn)入生活實(shí)際領(lǐng)域。
（4）編制比較全面系統(tǒng)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)校本教材。
五．本課題研究的主要內(nèi)容：
1．中學(xué)數(shù)字化理科開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的功能定位。
主要研究數(shù)字化理科開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，對(duì)培養(yǎng)中學(xué)生自主學(xué)習(xí)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(jià)值，明確數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室在理、化、生學(xué)科教學(xué)中的地位。
2．中學(xué)數(shù)字化理科開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室的最優(yōu)化配置。
根據(jù)目前市場(chǎng)上的各廠(chǎng)家數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)校的財(cái)力，合理配置我校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，并對(duì)部分不夠完整與方便的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行添加與改進(jìn)，完成“二次開(kāi)發(fā)”。
3．?dāng)?shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)放性與功能最大化研究。
對(duì)比數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合理、化、生教學(xué)的實(shí)際，充分發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)大功能，并以研究性學(xué)習(xí)為突破口，挖掘數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性，盡可能使其與其他領(lǐng)域的教學(xué)相結(jié)合。
??? 4．?dāng)?shù)字化理科實(shí)驗(yàn)的系列教材編制。根據(jù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室配置情況，結(jié)合新教材和新課程標(biāo)準(zhǔn)，編寫(xiě)一套具有校本特色的理、化、生數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系列教材，可以讓教師與學(xué)生共同使用。
5．?dāng)?shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在認(rèn)真學(xué)習(xí)目前的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)的功能與使用方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)加以改進(jìn)或重新編制相關(guān)軟件，對(duì)于技術(shù)要求較高的問(wèn)題可以提出修改方案，會(huì)同廠(chǎng)家和有關(guān)專(zhuān)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(xué)校教科研源于教學(xué)實(shí)際并服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐的宗旨，在數(shù)字化理科開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的配置與使用中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，并形成校本化的數(shù)字化化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)最優(yōu)化配置方案，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系列教材，對(duì)現(xiàn)有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平臺(tái)升級(jí)與完善，尤其對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能的進(jìn)一步開(kāi)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(kāi)放性的特點(diǎn)，讓實(shí)驗(yàn)走出教室，走入研究性學(xué)習(xí)領(lǐng)域等等。
本課題所主要采用的研究方法是文獻(xiàn)資料法、行動(dòng)研究法、比較分析法、調(diào)查法、個(gè)案研究法和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法等，針對(duì)不同的階段，不同的研究?jī)?nèi)容靈活使用。
1．文獻(xiàn)資料法：通過(guò)查詢(xún)國(guó)內(nèi)外有關(guān)中學(xué)理科數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的相關(guān)文獻(xiàn)資料和數(shù)據(jù)，為本課題的開(kāi)展提供理論支撐和事實(shí)依據(jù)。
2．行動(dòng)研究法：在相關(guān)理論的指導(dǎo)下，積極開(kāi)展中學(xué)理科數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)踐，并加以觀(guān)察研究，探尋有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的操作程序及其規(guī)律。
3．比較分析法：將中學(xué)理科常規(guī)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)效果等進(jìn)行比較研究，尋找數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的方法和途徑。
4．調(diào)查法：針對(duì)在中學(xué)理科數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中的學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、教師的教育行為等方面，展開(kāi)多種形式的調(diào)查，獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。
??? 5．個(gè)案研究法：本課題研究以江蘇省海門(mén)中學(xué)為主要樣本，對(duì)江蘇省海門(mén)中學(xué)的理科數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為研究對(duì)象，由點(diǎn)到面，分類(lèi)研究，概括一般。
6．經(jīng)驗(yàn)總結(jié)法：這是最后階段所采用的主要方法，對(duì)課題研究的事實(shí)和經(jīng)驗(yàn)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(zé)
1．總課題組成員及分工：
??? 成錦平：全面主持課題的運(yùn)作與管理。
??? 黃? 晏：協(xié)助主持人做好課題的運(yùn)作與管理，協(xié)助主持撰寫(xiě)開(kāi)題和結(jié)題報(bào)告。
??? 岑彭新：負(fù)責(zé)課題研究的變量控制與分析
??? 施永華：負(fù)責(zé)課題的臺(tái)帳記錄及師資培訓(xùn)。
??? 陳? 洪：負(fù)責(zé)課題研究所需設(shè)備的配置及維護(hù)與管理。
??? 張? 森：負(fù)責(zé)數(shù)字化開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教材（物理分冊(cè)）的編寫(xiě)
??? 陳劍秋：負(fù)責(zé)數(shù)字化開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教材（化學(xué)分冊(cè)）的編寫(xiě)
??? 王麗萍：負(fù)責(zé)數(shù)字化開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教材（生物分冊(cè)）的編寫(xiě)
??? 楊妙新：負(fù)責(zé)課題的資料收集及文稿管理
??? 2．總課題組成員直接承擔(dān)子課題項(xiàng)目及各自成員
??? 子課題1：數(shù)字化開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的理論研究
??? 成員：黃晏、施永華、楊妙新
??? 子課題2：數(shù)字化開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件平臺(tái)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(kāi)放性實(shí)驗(yàn)對(duì)中學(xué)生素質(zhì)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(kāi)放性實(shí)驗(yàn)系列教材（物理分冊(cè)）的編寫(xiě)
??? 成員：張森、顧靖峰、黃芳琳、王鑫
子課題5：數(shù)字化開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)系列教材（化學(xué)分冊(cè)）的編寫(xiě)
成員：陳劍秋、董金水、張盛、施紅專(zhuān)
子課題6：數(shù)字化開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)系列教材（生物分冊(cè)）的編寫(xiě)
成員：王麗萍、姜云祥、朱新菊、徐美玉
注：（1）每個(gè)子課題的第一位教師為該子課題負(fù)責(zé)人。
?? （2）如果確有必要，可以增加子課題的項(xiàng)目。
八．本題課研究的時(shí)間安排及預(yù)期成果
1．時(shí)間安排
??? 2006年4月～2007年3月? 開(kāi)課論證階段
??? 2007年4月～2008年12月? 課題研究的具體實(shí)施階段
??? 2009年1月～2009年6月? 各子課題成果總結(jié)階段
??? 2009年7月～2009年12月? 總課題成果匯總，結(jié)題階段
??? 2．預(yù)期成果
主 要 階 段 性 成 果
序號(hào)
研究階段
（起止時(shí)間）
階? 段? 成? 果? 名? 稱(chēng)
成果形式
負(fù)責(zé)人
1
2006.9—2007.3
我校學(xué)生信息技術(shù)現(xiàn)狀分析與技術(shù)培訓(xùn)
分析報(bào)告
岑彭新
2
2007.1～2007.6
現(xiàn)有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)處理平臺(tái)優(yōu)缺點(diǎn)
分析報(bào)告
陳? 洪
3
2007.7～2007.12
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)
方案
施永華
4
2008.1～2008.9
數(shù)學(xué)化實(shí)驗(yàn)室的拓展研究
研究報(bào)告
黃?