南通市教育科学“十二五”规划2011年度课题

   课题类别Z2（青年专项）

《普通高中数字化实验校本化的研究》开题报告

  赖  军

一、课题的提出

传感技术目前已深入到社会生产和生活的各个领域，数字化实验在辅助教学方面也起到了重要的作用。在高校里，数字化实验开展得比较早，已经取得了一定成果。

随着学校现代化的发展，越来越多的普通高中购买了数字化实验设备。在普通高中理科实验中引入数字化实验教学，一方面可以弥补了传统实验工具的缺陷，使实验的方法更加先进，实验的数据更加准确，实验的步骤更加清晰；另一方面革新了实验仪器与方法，拓展了中学理科实验的内容。

2010年，学校为创建江苏省四星级普通高中，配备了专属数字化实验室。实验设备提供厂商对学校理科教师进行了简单的培训，所提供的现成的实验非常有限。为了提高数字化实验室的利用率，更好地服务于教育教学，给学生提供自主探究的机会，迫切需要对数字化实验进行校本化研究，将传统的实验操作方法改进为数字化操作，定位于可广为推广的学生实验，应用于日常教学与学生的研究性学习。同时对中学理科实验教学中合理应用数字化实验提供一定的教学参考，进一步推进数字实验在教学中的优势发挥应用，从而有效地提高理科实验的教学质量。

二、本课题国内外已有研究综述

随着信息技术的发展，计算机作为一种教学技术越来越受到人们的重视。美国政府在1993年就制定了NII国家信息基础设施行动纲领。美国的《国家科学教育标准》(National Science Education Standards)强调可通过在科学课堂中充分利用计算机等技术工具，为教师与学生开展科学探究与更好地理解科学的本质提供机会。国外教育领域的不少专家与学者曾对如何有效地将计算机技术整合于科学课程这一问题做过不同维度与层次的探讨。例如：“基于微机的实验室”(Microcomputer- Based Laboratories)、“基于计算器的实验室”(Calculator- Based Laboratories)、“数据采集系统”(Data logging 或Data logger)等等。

国内有关数字化实验研究最早的文献出现在2001年，在随后的几年中，高校的对数字化实验的研究开展较多，最初阶段，大多停留在数字化实验室的建设上，而有关实验本身的研究并不多。普通高中开展数字化实验最早出现在2003年，上海的二期课改将数字化实验引入课堂教学中，拉开了普通高中进行数字化实验的序幕。上海，北京，江苏，浙江，广东等经济发达地区的学校相继开始尝试，但主要集中在物理实验上。随着数字化实验的发展，国内出现了多家数字化实验仪器生产厂商，越来越多的中学建构了数字化实验室，开展了数字化实验研究。

有关数字化实验的研究系统化还未见报道，由于研究的时间和传感器技术的成熟程度使得数字化实验在物理上的应用比较普遍，实验的数量较多，内容也较完善。而和化学、生物有关的实验却相对较少。且没有一套通用的数字化实验教材。这就给数字化实验校本化的研究留下了空间。在其他领域，将课程校本化的研究已经很多，积累了丰富的经验。借助其他领域的研究经验，有助于完成本课题的实施。

三、本课题的核心概念及其界定

数字化实验：数字化实验室由计算机、计算机网络、数字化实验系统、多媒体设备等组成。数字化实验系统主要由传感器、数据采集器、计算机和数字化实验系统软件构成。实验过程中产生各种不同的物理信号，这些信号被温度传感器，压力传感器，光传感器，声传感器等不同的传感器所检测，传感器将采集的模拟信号用模数转换装置（A／D转换），转换为计算机能识别的二进制信号（数字信号），再由计算机经过相应的软件平台对数字信号进行分析、处理、给出物质运动的规律，以数据和图表的形式输出。它具有实时获取数据，准确度高，综合性强，实验效果直观化等优点。在中学里主要应用于物理、化学、生物实验中。

校本化：“校本（school-based）”就是“以学校为本”“以学校为基础”，一是为了学校，二是在学校中，三是基于学校。为了学校，是指要以改进学校实践、解决学校所面临的问题为指向；在学校中，是指要树立这样一种观念，即学校自身的问题，要由学校中的人来解决，要经过学校校长、教师的共同探讨、分析来解决，所形成的解决问题的诸种方案要在学校中加以有效实施。基于学校，指要从学校的实际出发，所组织的各种培训、所展开的各类研究、所设计的各门课程等，都应充分考虑学校的实际，挖掘学校所存在的种种潜力，让学校资源更充分地利用起来。

校本课程（school—based curriculum）即以学校为本位、由学校自己确定的课程，它与国家课程、地方课程相对应。

课程校本化是指课程的开发由学校在国家课程计划预留的空间内自主进行，同时也包括学校对国家课程“因地(学校)制宜”和“因人(学生)制宜”的创造性改造和再开发。

四、本课题研究的理论依据

建构主义学习理论：即学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助于其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构的方式获得新知识。以学生为中心，强调学生对知识的主动探索，主动发现和对所学知识意义的主动建构。利用数字化实验，学生能直观感受物质某些性质的变化，构建新的知识。

教育的信息化与信息技术为核心的现代科学技术在教育领域中的推广与运用密切相关。因此，视听教育理论、学习理论、传播学理论、系统科学理论（系统论、控制论、信息论）是我们研究课题的重要理论依据和指导思想。

现代教学结构理论：教师要认真研究学生，研究教法，指导学法，学生则要发挥主观能动性，表现出最大可能的学习积极性和创造性。数字化实验能激发学生的学习兴趣，提高学习的积极性。

校本课程开发的基本理念：主要包括：

1．“以学生为本”的课程理念。

2．“全员参与”的合作精神。

3．教育公平的理念。

4．个性化是校本课程开发的价值追求。

五、本课题的研究目标

1．通过调查研究，掌握数字化实验开展的现状，为进一步研究打下坚实的基础。

2．通过本课题研究，开展理科数字化实验，促动学生主动参与学习，通过交流、合作、探究，改进学习方式，使学生真正成为学习的主人；在实验中培养学生的创新精神、实践能力，培养他们收集、处理、使用信息的能力以及发现、分析和解决实际问题的能力。帮助他们形成科学态度，学会科学方法，使其具有独立思考、自主探究的精神与求实创新的意识。

3．以课题研究为契机，在研究过程中提高参与教师指导数字化实验的能力以及教育科研能力。

4．编写一套适合中学生使用的校本教材。

六、本课题研究基本内容和重点部分

1．普通高中开展数字化实验的现状研究。通过查阅文献及问卷调查，对掌握的资料进行分析、整理，了解数字化实验开展的现状和存在的问题。

2．理科数字化实验的实践及创新研究。依托学校现代化的数字化实验室，开展物理、化学、生物数字化实验。对现行教材中的传统实验进行适宜的数字化改造，并根据学校实际情况开设探究性数字化实验。在实验过程中总结经验。

3．数字化实验校本化的研究。借鉴其他学科校本化研究的经验，结合本校的是机器情况，对开展数字化实验过程的经验进行总结、提炼，形成有学校特色的校本教材。

研究重点为：通过开展具体的理科数字化实验，做好过程性记录，对已有的实验方案及实验系统进行改进优化。编制一套适合学生使用的校本教材。

七、本课题研究的对象

本课题以普通高中物理、化学、生物教师和在校学生以及相应学科开展的数字化实验为研究对象。

八、本课题的研究意义

目前数字化实验室的配备在普通高中还不是很普遍，对于数字化实验的校本化研究得较少，本课题旨在通过开展一系列具有学校特色的数字化实验，在实验中总结经验教训，编写适合中学生的数字化实验教材，并在研究过程中提高课题组参与教师指导数字化实验的能力，提高学生的实验技能和综合素质。

九、本课题的研究思路

依托学校先进的数字化实验室，在全校物理、化学、生物学科中开展数字化实验的研究，对现有教材中的实验进行数字化改造，设计探究性的数字化实验，开发新的实验。在研究过程中收集一手资料，对资料进行整理、分析、研究，形成适合中学生使用的设计方案，完善后最终形成校本教材，并将经验加以推广。

十、本课题研究的方法

1．文献研究法：查阅文献，对概念进行界定；了解国内外的研究现状。

2．问卷调查法：编制问卷，对普通高中开展数字化实验的现状进行调查研究。

3．实验法：在相关理论的指导下，开展具体的理化生数字化实验，收集、整理过程性资料。

4．案例研究法：以具体的理化生数字化实验为研究对象，由点到面，分类研究，并由特殊到一般，进行归纳概括。

5．经验总结法：对课题研究的过程和经验采取回溯和追因研究，揭示其内在规律。

十一、本课题研究的步骤

（一）准备阶段（20011年4月——2011年8月）：

选择课题，依托学校先进的数字化实验室，确定课题为《普通高中数字化实验校本化的研究》。

组建研究小组，由赖军担任课题主持人，理化生学科组长和骨干教师担任课题研究人员，邀请教授级高级教师徐新民、陈明华、缪爱民担任顾问。

初步确定各个主研及参研人员所承担的研究范围，由刘金易、莫珍凤、唐东辉分别负责物理、化学、生物相关数字化实验的研究，理化生学科老师担任研究人员。

查阅相关资料、文献，对国内外该课题研究的状况进行了解，对课题研究的价值和可行性作初步论证，形成立项报告与初步的研究方案。

课题组于2011年6月着手准备课题申报书，经过专家的指导和论证和课题组成员的反复修改，于2011年8月递交了申报书。

（二）研究阶段（2011年9月——2013年12月）

主研人员根据分工各自负责带领自己的团队，按照研究内容任务，分头展开研究。

1．结合学校实际开展数字化实验，做好过程性记录。各学科提前半个月制定实验方案，由相应学科的教师到实验室进行试做，找出其中的不足之处并进行修正，形成完整的实验方案。指导学生实验，并在试验中发收集学生的错误和疑惑，对实验方案进一步修改。逐份积累。

2．汇编物理、化学、生物数字化实验方案。对相应学科的实验方案进行整理，形成统一风格。

3．撰写中期研究报告和阶段性研究报告等。

（三）总结阶段（2014年1月——2014年4月）

1．赖军牵头，负责整合研究资料，形成结题报告。

2．刘金易牵头，负责收集整理物理、化学、生物各学科数字化实验设计方案和学生实验记录，并进行整合，编写校本教材。

3．唐东辉牵头，负责数字化实验教学案例及发表的论文的收集、修改、整理，将发表的论文汇编成册。

十二、本课题的主要观点和可能的创新之处

主要观点

1．坚持以人为本的理念，从学生的成长为出发点，在高中阶段开展数字化实验，在实验中能培养学生的自主学习能力，实验探究能力，与同伴的合作能力。

2．在研究过程中，对参与教师进行数字化实验的培训，使他们熟练掌握信息技术和学科整合的相关教学技能，提高自身实验能力和指导实验的能力。

3．在数字化实验的校本化研究过程中，提高参与教师的教育科学研究能力。

可能的创新之处

研究的对象有一定新意。虽然经济发达地区的一些重点学校配备了数字化实验室，也进行了一些研究。但从文献来看，多数停留在单一学科具体的实验上。本课题旨在以现有的理科实验为基础，进行数字化改造，使传统实验能够和数字化实验相结合。开放数字化实验室，让学生进行研究性学习，提高学生自主学习，探究性学习的能力。鼓励教师和学生自主开发数字化实验，总结经验，形成适合中学生使用的校本教材。

十三、预期研究成果

 

	成果名称	成果形式	完成时间
阶段成果	普通高中数字化实验现状调查报告	调查报告	2011.10
	“普通高中数字化实验校本化的研究”中期报告	报告	2013.4
	物理数字化实验设计方案	方案汇编	2014.9
	化学数字化实验设计方案	方案汇编	2014.9
	生物数字化实验设计方案	方案汇编	2014.9
最终成果	“普通高中数字化实验校本化的研究”结题报告	结题报告	2015.4
	物理、化学、生物数字化实验校本教材	校本教材	2014.12
	数字化实验相关教学案例、论文	论文集	2015.4

十四、预期研究效果

通过本研究课题，课题组希望在具体的数字化实验中培养学生学习理科的积极性，通过参加数字化实验的实践，掌握数字化实验仪器设备的使用方法。在实验中锻炼自主学习、合作学习和研究性学习的能力，提高自身的科学素养。

通过课题研究，改变教师的教学理念。借助数字化实验校本化的研究，让教师积极投入到新课程改革中，主动参与校本课程的研究，积累校本教研的经验，提高教育科学研究能力。

通过对实验方案和实验操作过程的记录、修改和完善，形成适合本校学生使用的数字化实验教材，为校本教材的编制积累经验。

十五、本课题研究的保证措施

①主持人除外的课题组核心成员的学术或学科背景、研究经历、研究能力、研究成果

本课题的参与者有学校分管教学的中层领导；理化生学科组长；理化生实验教师；理化生骨干教师。其中有多名教师为南通市和南通开发区学科带头人、骨干教师、教坛新秀。一个共同的特点是课题组成员都直接参加一线的教学，这样，课题组成员不仅具备了研究所需要的视野，而且有相当丰富的实践经验。课题组成员都参加过“十一五”期间各级各类课题的研究，多位成员是省、市级课题的主持人，有着丰富的研究经验。成员在各级各类报刊杂志上共发表论文100余篇。

②研究基础，包括围绕本课题所开展的文献搜集、调研和相关论文等

课题组所在学校为江苏省四星级普通高中，配备了先进的数字化实验室，为课题的开展提供了设备保障。在教学过程中已经进行了较多的数字化实验的研究，相关论文在国家级刊物发表，主持人参加全国首届数字化实验创新设计大赛，获得全国“二等奖”。

围绕课题，小组成员已经开展了一些工作，其间查阅了大量的文献，并对文献进行了整理归类。通过学习交流，课题组成员都已经掌握了同类研究的现状，明确了研究的方向。

对于数字化实验开展的现状，课题组已经编制好了问卷，并在自己任教的学校进行了初步调查，对问卷中存在的问题进行了修改，准备在更大的范围内开展调查，以使所到的数据更具有普遍性。

③完成研究任务的保障条件，包括研究资料的获得、研究经费的筹措、研究时间的保障等

课题组所在学校图书馆藏书十万余册，杂志一千多种，便于参与的师生查阅。学校配备校园网，办公室、宿舍均有终端，教师都配备笔记本电脑，方便上网查阅资料。课题组成员中有多为教育硕士，拥有所在大学图书馆的帐号，多人为南通开发区名师工作室主持人或核心成员，由开发区统一购买了中国资网账号，可以查阅中国期刊网的多个权威数据库，获得丰富的文献资源。

课题组所在地南通经济技术开发区政府大力支持学校的发展和各项研究工作，每年都有巨资投入。校党总支、校长室全力支持教师进行教育教学研究，在人员、资金、时间上提供保障。

课题组成员每周交流一次，每次时间不少于一小时，及时进行总结、调整。

十六、本课题的前期工作简介

课题组从2010年开始进行数字化实验的相关工作，物理、化学、生物学科分别开展数字化实验的实践，利用数字化实验设备进行教学，多次在市、区范围内开始公课。

课题组成员参加全国首届化学数字化实验创新设计大赛获得二等奖，正在精心准备参加第二届比赛。

2011年5月21日，课题主持人到江苏省靖江高级中学参加了江苏省教育科学“十二五”规划培训会议。就如何选课题，如何做课题，如何申报课题参加了培训。