數字教學(xué)方案
為確保事情或工作順利開(kāi)展，時(shí)常需要預先開(kāi)展方案準備工作，方案具有可操作性和可行性的特點(diǎn)。那么應當如何制定方案呢？以下是小編收集整理的數字教學(xué)方案，希望能夠幫助到大家。
“數字科學(xué)”是北京景山學(xué)校20xx年11月開(kāi)始的一項校本課程，包括數字科學(xué)課和與之相關(guān)的科技小組。數字科學(xué)課在北京景山學(xué)校初一開(kāi)設。目前，數字科學(xué)課程作為北京師范大學(xué)項華副教授主持的北京市“十一五”規劃課題《數字科學(xué)家計劃：基于數據探究的物理選修課程設計與嘗試》，已經(jīng)從實(shí)驗階段進(jìn)入推廣階段，課題研究的范圍也從物理拓展到信息技術(shù)、通用技術(shù)、綜合實(shí)踐活動(dòng)等多個(gè)學(xué)科。
數字科學(xué)是一門(mén)綜合課程，包含科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數學(xué)四個(gè)領(lǐng)域的內容，這一領(lǐng)域在國際上被稱(chēng)為STEM教育。數字科學(xué)課程通過(guò)一個(gè)具體的研究性學(xué)習案例，讓學(xué)生在掌握信息技術(shù)的基礎上，設計、開(kāi)發(fā)和制作實(shí)驗裝置，應用其中的數學(xué)原理，得到一個(gè)科學(xué)的結論，并嘗試用多種不同的形式表達科學(xué)結論。數字科學(xué)期望培養“數字科學(xué)家”，即培養對任何一個(gè)感興趣的問(wèn)題，都能用科學(xué)的方法獨立地開(kāi)展研究的“自由研究者”。數字科學(xué)的教學(xué)模式是“數據探究”，即通過(guò)數據的“獲取、存儲、分析、表達”來(lái)實(shí)現結論的定量化、精確化和理論化。數字科學(xué)所用到的數學(xué)知識涉及初中學(xué)生能夠接受的基本數學(xué)概念，包括：
�。�1）計數、求和、平均值、頻數、百分比。
�。�2）比例式、正比例函數、正比例鏈。
�。�3）反比例函數。
�。�4）一般曲線(xiàn)的最大值、最小值、變化趨勢。
�。�5）隨機現象與概率問(wèn)題。
數字科學(xué)所用到的軟件平臺有幾何畫(huà)板、Excel、Working Model、仿真物理實(shí)驗室、愛(ài)樂(lè )多，硬件平臺有Ledong板、Stargazer、Arduino板、酷樂(lè )宅、Makey Makey等。下面從課程建設、教材建設、教室建設三個(gè)角度談數字科學(xué)課程的實(shí)施細節。
初級必修課程：數字科學(xué)的建設
1、數字科學(xué)課程的教學(xué)目標
本課程的創(chuàng )新點(diǎn)在于，這是一個(gè)系統的基于科學(xué)方法的課程，學(xué)生通過(guò)設計實(shí)驗、完成實(shí)驗，提高科學(xué)素養、技術(shù)素養、工程素養和數學(xué)素養。我們對已實(shí)施了4年的數字科學(xué)必修課程的內容作了更新和深化，并設計了高中選修課程，生成了初級版和高級版的兩套教材，以適用于不同學(xué)段和不同能力水平的學(xué)生。下面是初中的教學(xué)計劃。
雙基要求：
�。�1）要求學(xué)生能夠將信息技術(shù)作為學(xué)習工具，開(kāi)展STEM學(xué)習。
�。�2）要求學(xué)生掌握以下基本量的計算機測量：次數、時(shí)間、長(cháng)度、體積、質(zhì)量和溫度。
�。�3）在技術(shù)層面，要求學(xué)生掌握幾何畫(huà)板、Excel、Scratch語(yǔ)言，進(jìn)行數據的獲取、存儲、分析和表達。
�。�4）在工程學(xué)方面，要求學(xué)生可以利用身邊簡(jiǎn)單的器材完成課本上的實(shí)驗，并具備一定的新實(shí)驗裝置開(kāi)發(fā)能力。
�。�5）在數學(xué)方面，要求學(xué)生能夠理解并用計算機完成以下數據處理：平均值、百分比、正比例、反比例、繪制曲線(xiàn)和線(xiàn)性擬合。
能力培養：
�。�1）培養學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò )搜索信息并確定研究題目的能力。
�。�2）培養學(xué)生設計一個(gè)研究性學(xué)習任務(wù)的能力。
�。�3）培養學(xué)生運用計算機輔助手段完成數據探究的能力。
思想教育：
�。�1）科學(xué)觀(guān)念：實(shí)驗的思想方法，通過(guò)實(shí)驗找到穩定的定量關(guān)系。
�。�2）精確的概念：通過(guò)不斷改進(jìn)的實(shí)驗裝置，提高測量工具的精度和速度，培養學(xué)生對準確性的追求。
�。�3）敢于提出問(wèn)題：通過(guò)提高學(xué)生的數據探究能力（完成數據的獲取、存儲、分析、表達的能力），提高學(xué)生提出科學(xué)問(wèn)題的能力和水平。
�。�4）讓學(xué)生認識到計算機是學(xué)習的有力工具。
2、單元教學(xué)計劃
3、教學(xué)案例：溫度傳感器的標定與應用
溫度傳感器的標定與應用是一個(gè)具體案例，它體現了數字科學(xué)課程的一般步驟：引入階段，用Scratch編制互動(dòng)教學(xué)裝置，引起學(xué)生的興趣（圖1—a）；在數據獲取階段，用溫度實(shí)驗確定是溫度影響了溫敏電阻的阻值，進(jìn)而控制了飛機的高度，并設計了溫敏電阻的標定實(shí)驗（圖1—b）；在數據存儲階段，用Scratch測電阻程序將電阻–溫度關(guān)系存儲在txt文件中，為了分析的需要，將txt文件導入Excel中，轉換了存儲的介質(zhì)；在數據分析階段，用Excel擬合得到電阻–溫度曲線(xiàn)，并反解得到溫度–電阻曲線(xiàn)（圖1—c）；在數據表達階段，用Scratch程序應用溫度–電阻曲線(xiàn)制作數字式溫度計，并將其與酒精溫度計比較，驗證其準確性（圖1—d）。
在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生尋求要研究的數據、找到獲得數據的方法、用計算機分析大量數據、通過(guò)擬合求得數據的關(guān)系、挖掘數據背后關(guān)系的實(shí)際應用。教學(xué)圍繞數據展開(kāi)，培養的是學(xué)生的數據分析能力，這是一種具有普遍意義的素養。
學(xué)生自學(xué)電子教材：數字科學(xué)教材的建設
數字科學(xué)的教材，采用大學(xué)科、大單元的教學(xué)設計方法。用電子學(xué)案代替課本，這樣可以提高效率，同時(shí)對于沒(méi)有教師授課的學(xué)校，學(xué)生可以使用電子學(xué)案自學(xué)。從移動(dòng)學(xué)習的角度，這類(lèi)教材非常適合于向平板電腦等移動(dòng)平臺轉移。我們對同一個(gè)案例通過(guò)不同的難度設計，達到了跨學(xué)段的課程體系建設。比如，“血跡大小與下落高度的關(guān)系”這個(gè)案例在教材體系中，就分為初級版和高級版兩個(gè)版本。
1、初級版教材的學(xué)案材料
初級版課程的學(xué)案強調基礎的分析能力，給予學(xué)生充分的實(shí)驗材料和技術(shù)支持，為學(xué)生自學(xué)設計了豐富的學(xué)習資源，突出情境牽引和移動(dòng)學(xué)習的課程設計思想。
高度的關(guān)系”實(shí)驗的學(xué)案設計
要培養自由的研究者，第一步就是要培養學(xué)生具有觀(guān)察和發(fā)現問(wèn)題的能力。因此課程注重小組反思，比如在活動(dòng)5中，提出了一系列需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題：
題目：血跡直徑和滴落高度之間的關(guān)系
下面的這些角度哪些是可行的？我們下一步的實(shí)驗方向在哪里？
A、（反思角度：數據獲取更精確）如何提高測定高度的精度？滴管滴出的圓形血滴是否應該在刻度尺的刻線(xiàn)處？
B、（反思角度：數據獲取更精確）如何保證尺子豎直？有沒(méi)有必要在尺子旁邊放一個(gè)懸掛細線(xiàn)的重錘，讓尺子和細線(xiàn)平行？
C、（反思角度：數據獲取更精確）如何提高血滴直徑的測量精度？能不能用拍照的方法，利用比例來(lái)測量？
D、（反思角度：數據獲取范圍更廣）滴落高度在1m以上。
E、（反思角度：實(shí)驗的可重復性）我能不能用家中的工具，在家重復這個(gè)實(shí)驗？
……
這些反思的角度，實(shí)際上是一種課程支架引導學(xué)生從哪些領(lǐng)域思考。教材中設計的課程支架也方便了教師的使用。
2、高級版教材的學(xué)案資料
高級版教材的學(xué)案通過(guò)模塊設計，強調數理綜合能力的提高。兩個(gè)版本的教材，兼顧了不同水平實(shí)驗學(xué)校的教學(xué)需求。
高度的關(guān)系”實(shí)驗的學(xué)案設計
高級版課程主要涉及了更加專(zhuān)業(yè)的數據分析方法，結合學(xué)生數學(xué)和物理能力的提升設計教材。學(xué)案設計的初衷一是方便學(xué)生自學(xué)，二是方便教師講授。此外，未來(lái)這一套課程還會(huì )配合在線(xiàn)參考教學(xué)視頻，讓更多的學(xué)校和學(xué)生受益。
數字科學(xué)家實(shí)驗室建設
北京景山學(xué)校是中國大陸最早將Scratch引入到教學(xué)中的學(xué)校，還與北京師范大學(xué)物理學(xué)系、教育部教學(xué)儀器研究所和中國協(xié)同教育集團合作開(kāi)發(fā)了基于Wi—Fi的移動(dòng)學(xué)習平臺和Scratch科學(xué)探究套件。圖4為移動(dòng)終端處理數據的過(guò)程。該筆記本支持Wi—Fi，在教室中使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，可以提高課堂教學(xué)的靈活度和移動(dòng)性，與此同時(shí)，通過(guò)遠程桌面連接的方法，使WinCE系統可以使用一些Windows XP系統才能使用的軟件，比如幾何畫(huà)板等。WinCE平臺又防止了學(xué)生沉迷于網(wǎng)絡(luò )游戲中，因為絕大部分網(wǎng)絡(luò )游戲不能在本系統上運行。因此，學(xué)生探究實(shí)驗PC對于數字科學(xué)家計劃是一種比較合適的設備選擇。每間教室配備20臺便攜移動(dòng)PC，可以很好地完成數字科學(xué)課程的教學(xué)。此后，我們還會(huì )與更多的電子書(shū)包廠(chǎng)家合作，提供更加多元的解決方案，目前正在建設一個(gè)DELL移動(dòng)學(xué)習數字科學(xué)實(shí)驗室。
Scratch科學(xué)探究套件
數字科學(xué)實(shí)驗室的建設得到了北京景山學(xué)校的大力支持，我們在和教育部教學(xué)儀器研究所共同研究各種層級和適合不同地區的配備方案。20xx年，國務(wù)委員劉延東同志參觀(guān)北京景山學(xué)校數據探究實(shí)驗室，并從教育均衡發(fā)展的角度勉勵我們將這種模式輻射出去，這給了我們很大的動(dòng)力。教育要面向現代化、面向世界、面向未來(lái)，作為一種先進(jìn)的嘗試，通過(guò)課程設計推進(jìn)中國STEM教育的發(fā)展，促進(jìn)更多STEM課程的百花齊放，促進(jìn)教育的均衡發(fā)展和人力資源強國的建設，正是我們努力的方向。
數字科學(xué)課程指導下的研究性學(xué)習
研究性學(xué)習是提高學(xué)生學(xué)習能力和綜合素養的有效手段，可以將部分內容深化為研究性學(xué)習的選題，也可以將課程培養出來(lái)的STEM素養轉換為學(xué)生自己實(shí)施研究性學(xué)習的能力。研究性學(xué)習的選題分為以下幾個(gè)方向。
1、數碼游戲的制作
Scratch教學(xué)是主要的科技活動(dòng)指導形式。學(xué)生可以通過(guò)Scratch編制自己的游戲程序，圖5是初一年級學(xué)生數碼游戲設計大賽的部分作品。
2、信息技術(shù)實(shí)驗儀器的制作
通過(guò)Scratch語(yǔ)言，學(xué)生快速地掌握編程。本研究的重點(diǎn)是將Scratch作為傳感器開(kāi)發(fā)工具，用于數據探究實(shí)驗中，用Scratch編制的顯示聲音強度的示波器，通過(guò)非常簡(jiǎn)單的代碼，就可以實(shí)現波形顯示，數據采集和輸出。
3、用信息技術(shù)改良物理實(shí)驗
圖6是用Scratch編程研究單擺擺動(dòng)過(guò)程的機械能守恒問(wèn)題。用到了攝像頭和圖像識別等多種技術(shù)。
4、互動(dòng)多媒體裝置的制作
將Ledong版、Arduino、酷樂(lè )宅、stargazer等傳感器引入到課程體系（圖7）后，具備研究能力的學(xué)生，可以自由地發(fā)揮想象，將編程滲透到游戲、娛樂(lè )和科學(xué)探究中來(lái)。其學(xué)習角色向科學(xué)家、交互設計師、工程師等多種STEM領(lǐng)域的職業(yè)角色轉換。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生會(huì )明白自己適合做什么和喜歡做什么，以及完成一項工作自己需要找哪些人合作，這些能力將會(huì )使他們受益終生。
目前，項目培養的賈思博同學(xué)獲得“明天小小科學(xué)家”比賽二等獎，并順利地保送清華大學(xué)，每年都會(huì )涌現出一批“小小數字科學(xué)家”，期待著(zhù)10年之后能夠形成一個(gè)數字科學(xué)家群體。我們還期待著(zhù)能夠有更多的有識之士參與到數字科學(xué)家項目中來(lái)，期待數字科學(xué)家課程能夠成為中國STEM教育的一個(gè)品牌，為推動(dòng)STEM教育做出貢獻，也期待著(zhù)得到更多學(xué)校的支持與幫助，共同培養自由的研究者，畢竟——自由，雖然是一個(gè)奢侈的目標，卻是人類(lèi)永恒的追求！
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