呈现交互延伸――信息技术与科学教学深度融合的实践研究

呈现、交互、延伸——信息技术与科学教学深度融合的实践研究一、选题（一）选题的现实背景1.信息技术和科学教学深度融合显性时代的到来2015年《浙江省教育厅关于深化义务教育课程改革的指导意见》中第11条提出：加强信息技术在教学中的应用。积极推进基于现代教育技术和网络教育资源的新型教学模式，创设有利于个性化学习的开放性学习环境、促进现代教育技术和课堂教学的深度融合。在新的时代背景下，如何应用信息技术探索教育发展难题的破解之道并实现教育的创新和变革，已成为当前教育信息化发展面临的重大任务。可见，实现信息技术和学科课程的深度融合已成为基础教育课程改革的焦点之一。2.信息技术与科学教学融合现状亟待关注据调查研究显示，对于信息技术在教学中的结合运用出现了两极现象。一种使用频率不高，仍然信奉着“一书、一笔、一嘴”的教学模式。一是因为课件的制作者往往并非从事相关教学，学科的差别使课件的效果不佳，二是这类教师本身对多媒体使用不够熟练，自己制作的课件往往差强人意。而另一种则出现过热现象，热火朝天的“微课”、遍地而起的“电子白板”、眼花缭乱的“网络课程”……一种誓将信息煤技术运用到底的架势一夜间入侵传统课堂。信息技术一下子成了传道授业解惑的神技，造成了很多华而不实的硬件浪费。过冷过热的现象使信息技术在科学教学中的使用处于一种亚健康状态，迫切需要一场有效的改革。3.信息技术对提高科学教学效果的彰显应用信息技术已是科学教学中不可或缺的一部分，让学生从具体形象中抽象事物的本质属性，化繁为简，化难为易，既让学生轻松地获取了科学知识，又很好地突破了重难点。课程资源多样化，化解难点更轻松。另外，如今信息技术不单单只是课堂上的课件和实物展台，而代表着那些更多没有时间限制、没有空间限制的移动化资源。这些大大突破了一个“教室”的局限，一个“40分钟”的局限。让教与学，发生在随时随地的学习动力生发的当下。使得课堂外延扩大化，教学互动不设限。从而大大提高教学效果。在这样的背景下，我们课题组从“呈现方式的选择、交互手段的运用、延伸平台的搭建”三方面切入，立足于教学实践对信息技术与科学教学的深度融合进行研究。（二）选题的意义和价值1.信息技术在科学课程中的融合实效，提升科学课程的实施价值科学课程是引导学生初步认识科学本质，逐步领悟自然界的事物是相互联系的学科。它的内容主要包括生命科学、物质科学、地球宇宙、科学、技术、社会、环境和科学探究。科学课程中的许多知识点涉及到一些原理、规律性的东西，是我们无法直接看见的，凭借传统教学模式，老师口述或图片展示，没有一个动态变化的过程，不仅枯燥乏味，还很难讲清楚。同样，科学课程也是一门以实验为基础的学科，但是有些科学实验在课堂上实施的难度较大，离学生的实际生活太远，但是通过信息技术，可以弥补这方面的不足，信息资源不受时空的限制，为学生的学习提供了全方位的信息，即使无法亲身感受，也可以通过信息技术的途径得到了解和掌握。因此，研究信息技术在科学教学中的深度融合实效，是为了更好地服务于课程，提升科学课程本身的实施价值。2.信息技术在科学课程中的融合实效，提升科学教师的教学效率信息技术在课堂上合理地应用可以大大提高了教师的教学质量。但是据调查研究显示，很多学校的很多老师在平时使用信息技术辅助科学教学的频率并不高，究其原因不外乎两种，一是信息技术本身的不适合，二是教师运用信息技术的不适合，针对以上问题，笔者根据丰富的公开课和一线教学实践经验，从“呈现方式的选择、交互手段的运用、延伸平台的搭建”三方面切入，设计适合具体教学内容和教学对象的科学课程教学，本项目最后将完成后将以“呈现、交互、延伸——信息技术与科学教学高效融合的实践研究”报告、系列学术论文、科学教学优秀PPT和示范课例光盘集锦的形式向我省教育科学规划办提交研究成果，希望能为广大一线工作的科学教师提供系统地教学参考。因此，研究信息技术在科学教学中的深度整合实效，是为了服务于教师，提高他们的教学效率。3.研究信息技术在科学课程中的融合实效，提升学生的核心素养2011年7月，美国国家研究理事会颁布了《K-12科学教育框架：实践、跨科学概念和核心概念》，该框架认为科学教给学生的应该是核心概念，而不是零碎的、分散的知识。科学核心概念提供了知识的组织构架，它有助于学生建立系统的科学概念体系，有助于学生进行知识的链接和拓展，发展连贯性的知识体系，为深度学习奠定基础。运用信息技术能使多种媒体有机组合，有利于诱发学生的好奇心和求知欲，为激发创新意识提供了良好的条件。因此，研究信息技术在科学教学中的深度融合实效，是为了服务于学生，提升学生的科学素养。（三）本课题国内外研究现状述评1.国外现状早在1985年，美国就启动了著名的“2061计划”，体现了信息技术与各学科相整合的思想。1993年，总统克林顿推行了“信息高速公路”（HPCC计划）。2000年美国国家教育统计中心（NationalCenterforEducationalStatistics,LACES）发布的研究报告显示：教师普遍认为自己尚未具备足够的能力胜任教育信息化的挑战，仅有33％的教师对在教学中应用计算机充满自信。近年来美国“教育周刊网站”就美国11051所中学7-12年级600多万名学生所做的问卷调查表明：学生对教师在课堂中技术使用频率评价较高，但就教师使用技术辅助学生学习而言，71％的学生说没有；而且教师布置给学生的任务仅仅是学习计算机的基础知识，34％的学生认为计算机并没有使他们在学校的学习有所不同，甚至会使他们注意力从学习的内容上转移开。日本也在致力于现代信息技术在教学中的应用研究。2005年前后，西之园晴夫在《学习环境设计与协调自律学习及远程教育》一文中提出了一种基于“协调自律学习”的新型教学方式，能充分调动学生学习的主动性、积极性。2.国内现状目前教育信息化进程已经开始从建设硬件基础设施逐渐进入到应用研究的发展阶段。20世纪90年代，信息技术开始运用于我国中小学学科教学，以计算机辅助教学的形式为主。1998年第一次提出“课程整合”的概念，并于当年6月设立了实验课题。2000年10月，时任教育部部长陈至立在“第一次全国中小学信息技术教育工作会议”上明确提出把信息技术与学科教学有机地结合起来。2001年颁布的《基础教育课程改革纲要（试行）》中也对此进行了强调。我国教育部颁布的《教育信息化十年发展规划（2011-2020）》给大家指明了方向，倡导信息技术与教学“融合”的新型观念。2005年中央电化教育馆士珠珠等人针对“全国中小学校学科教师现代教育技术工具使用情况”进行了调查。调查数据显示，当前55％的教师经常在互联网上检索电子教学资源，20％的教师从不组织学生利用计算机和网络进行研究性学习，而从不利用E-mail和BBS与同事交流的教师达20％。教育部在2012年实施了“三通两平台”计划，这为现代信息技术在教学中的广泛应用提供了良好的基础设施保障。2014年3月28号百度文科上线全新的教育文库，这是教育部教育管理信息中心与百度联手合作的全国中小学信息技术与教育教学融合典型案例研究课题之一。3.信息技术与科学教学融合实践研究现状通过搜索相关文献，研究者发现在信息技术与科学教学融合的研究与实践较少。在教学实践过程中，乐建吉（2010）探讨了数字化实验引入初中科学教学的有效性和可行性。张东明（2011）从为课堂教学创设情境、利用网络与学生实现多角度交流、将知识构建多媒体化角度具体谈了信息技术与科学学科整合的做法。董德兵（2013）从自己的实践出发分析了教师在应用信息技术的过程中所遇到的问题。孔姝婕（2013）认为信息技术是科学课程的教学手段和认知工具，浅谈基于网络环境下专题学习网站的设计与实践。齐雪芬（2014）从信息技术与科学课程整合培养初中学生科学素养出发探索了数字化环境下学习方式与学习模式。冯玉荣（2015）从不同角度分析了信息技术在学科教学中所产生的作用，并总结现阶段信息技术在学科教学中应用所存在的问题。胡健民（2016）从课堂教学主体、课堂实验地位、教学模式转变三方面反思了信息技术与科学课程的整合。辛建将（2017）浅析了信息技术与科学课融合的必要性。综上，从国外到国内，从理论到实际，我们发现我国在信息技术与学科教学融合方面的研究与实践还处于起步阶段，近几年来，随着“电子白板”、“微课”、“网络教学”等的兴起，越来越多的专家学者以及一线教师开始对其关注并实施研究。从20世纪90年代至今，信息技术与教学经历了“辅助教学”、“课程整合”与“深度融合”三个阶段。多数研究者对信息技术的使用现状及其应用于课程教学进行了研究论述，而信息技术与具体学科融合策略方面的相关实践研究并不多。在将信息技术融合于学科教学中，研究者的注意力还是过多地放在了对硬件、技能的准备上，更对地对信息技术给学科教学带来的积极意义进行探讨，对信息技术如何与具体学科教学进行融合缺乏系统性的策略研究。因此从呈现、交互、延伸三方面考虑信息技术与科学教学的深度融合是一个值得探究的新课题。二．内容：（一）本课题研究的基本思路本研究以信息技术为手段，从“呈现方式的选择、交互手段的运用、延伸平台的搭建”三方面切入，目标在于针对性地开展教学任务分析紧扣信息技术与科学教学深度融合的“着眼点”，开发一系列技术手段把握信息技术与科学教学深度融合的“着力点”，形成并优化实施策略夯实信息技术与科学教学深度融合的“落脚点”。通过教学实践，形成一套与科学新教材配套的演示文稿、示范课例及系列学术论文、为广大一线工作的科学教师提供系统地教学参考。为学生服务，为具体课程价值的提升服务。研究的具体技术路线是：教师尝试运用包括演示文稿、虚拟平台、电子目镜、思维导图在内的方式进行教学内容的呈现，基于同屏技术、传感器、Hiteach平台等在课堂中实现与学生的交互，此外通过微课、Moodle平台等云端教学技术进行拓展延伸——设计教案，在平行班内进行同课异构——根据专家点评、学生反馈（包括课堂反应、调查问卷、个别访谈）、执教教师反馈（包括教师课堂表现、个别访谈）形式进行效果分析，寻找各信息技术手段的最佳课堂切入点——挑选4个同一年级的平行班，两个为实验班，两个为对照班，在实验班里将信息技术与日常教学进行融合，对照班则以往常方式进行教学。由两名水平相当的科学教师分别执教2个班（一个实验班和一个对照班）——实验结束后，召集专家组，对教学效果进行分析，总结经验，不断改进——合理推广信息技术在科学教学中的应用，并依托于云端教学进行课后拓展延伸——双管齐下，最终将加深信息技术与科学教学的融合，不断提高科学教学效果，提升学生的科学素养。（二）本课题研究的主要内容1.适切呈现，信息驱动突破教学疑难科学课程中的许多知识点涉及到一些原理、规律性的东西，是我们无法直接看见的。同样，有些科学实验在课堂上实施的难度大、离学生生活实际远，许多现象学生短时间内无法亲身考察或经历。我们课题组依托“校内常态课课”、“区内展示课”、“省市级评比课”等各层次平台，在教学实践中借助信息技术，适切呈现信息化教学资源，信息驱动实现一些列教学疑难问题的突破。（1）常态信息化呈现，积累丰富感知众所周知，学生的感性认识是进行思维加工以形成科学概念的基本材料，要使学生更好地掌握科学概念，必须创造一个适应教学要求，借以引导启发学生挖掘问题、思考问题、探索事物的共同特征和本质属性的学习环境，使学生获得必要的、充分的感性认识。在常态教学中依托课件制作，形成大量丰富的、具象的感性认知。（2）虚拟平台依托，有效突破难点科学是一门以实验为基础的学科，但教学实际中由于条件限制可能不能开设所有实验，建立在信息技术基础上的虚拟实验平台为学生提供了全方位的开放性的操作环境。借助虚拟平台对那些难以观察到的、复杂的、困难的实验进行模拟和提供帮助，突破了时间、空间和初中实验条件的限制，成为常规实验的补充，并把两者有机地结合起来，使科学教学上升到一个新的层面（3）电子目镜依托，共享显微镜下视野电子目镜是一种针对显微镜成像专门研制而成的光电显微转换装置，通过USB线缆将显微镜下的图像传