南通市教育科学“十二五”规划课题

《普通高中数字化实验校本化的研究》

课题研究报告

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。但在普通高中里，数字化实验普及程度还不高，数字化实验校本化的程度更不高。

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、课题研究过程

1.课题开始于20011年，由于学校配备了专门的数字化实验室，且为申报四星级普通高中做了大量的前期准备，积累了相关的材料。所以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》。随后组建了研究小组，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、缪爱明等担任顾问。同时有江苏省海门中学的董金水老师和海安县实验中学的徐志宏老师加入课题组。

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、徐志宏、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。2012年课题顺利通过审核，获得南通市青年专项课题立项。

2.2012年开始，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。

⑴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。

⑵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。

⑶撰写中期研究报告和阶段性研究报告等。

3.2015年，课题组已经积累了较丰富的资料，并由赖军牵头，负责整合研究资料，形成结题报告。由刘金易牵头，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，编写了校本教材。由唐东辉牵头，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。

三、研究的理论依据

1.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。

2.结构主义教学理论：美国著名认知心理学家杰罗姆·Ｓ·布鲁纳认为智力的开发，知识的获得，技能的形成是教育、教学最一般的目的。教学在“帮助学生获得最好的智力发展”的同时，必须让学生获得良好的知识，即知识的基本结构。结构主义教学理论重视开发学生的智力，获得良好的知识结构，但实现这一目的不是无条件的。相反，他十分强调学生学习的动机和情感，特别赞赏学生学习的内部动机，希望通过求知欲、互助欲和成功欲来提高学习效率。数字化实验能激发学生的学习兴趣，提高学习的积极性。

四、研究目标

课题组在制定开题报告时，提出了四大研究目标

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。

课题组查阅了大量的文献资料，并组织所有课题组参与人员进行了系统的学习，形成对国内外研究现状的认识。

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。

在研究工程中，课题组在理化生相应的学科开展了大量的数字化实验，积累了丰富的一手资料。实验过程中不但提高了学生的实验能力和创新精神，也提高了参与教师的数字化实验技能和指导水平。

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。课题组教师积极参与课题研究，并能进行反思和思考，积极撰写教科研论文，十多篇教育教学论文在各级各类刊物发表。积极参加数字化实验创新设计大赛、微课比赛、基本功大赛、信息化教学能手比赛，获得国家级、省市级奖励多项。

4．编写一套适合中学生使用的校本教材。经过课题组全体成员的努力，编写了校本教材《“数字化实验”理论与实践研究》。

五、研究内容

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。

六、研究方法

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。

七、研究过程：

1.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、缪爱明等担任顾问。

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。后海门中学董金水老师、海安实验中学徐志宏老师参与课题研究。

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。

2.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。

⑴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。

⑵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。

⑶撰写中期研究报告和阶段性研究报告等。

3.总结阶段（2014年1月——2014年4月）

⑴赖军牵头，负责整合研究资料，形成结题报告。

⑵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。

⑶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。

八、研究成果

本课题研究研究过程中，形成了比较丰富的研究成果。

在课题的研究过程中，课题组成员结合自己任教的学科，积极开展数字化实验，结合自己的教学实践，对自己的教学行为进行了积极的反思，撰写了多篇高质量的论文，并参加了各级各类的优课比赛，开设了多次公开课和讲座，获得了一致好评。提交鉴定的成果有：(1)发表和获奖的论文集；(2)校本课程；（3）各种竞赛获奖证书，讲座、公开课、研究课证书等。

（1）围绕课题研究的主题，近年来有二十余篇论文在省级杂志上发表：《全国首届化学数字化实验创新设计大赛的“数字化”解读》发表于《化学教与学》2011年第7期；《普通高中数字化特色课程开发的实践与思考》发表于《南通教育研究》2014年第11期；《化学反应速率测定实验的改进》发表于《名师之路》2012年第10期；《基于电子白板和数字化实验的教学设计》发表于《开发区教育研究》2012年第4期；《普通高中化学数字化实验校本化的途径》发表于《星湖文苑》2013年第1期；《利用DIS测定黑木耳中铁元素的含量》发表于《化学教学》2011年第9期；《交互式电子白板和DIS数字化实验在化学教学中的应用》发表于《化学教与学》2013年第7期；《浅谈数字传感技术在化学实验教学中的应用》发表于《化学教学》2013年第9期；《pH传感器在测量化学反应速率中的应用》发表于《高中数理化》2012年第12期；《实现数字实验在教学中的一步三举》发表于《技术物理教学》2011年第1期；《用磁传感器探究磁场规律》发表于《数理化学习》2011年第7期；《将硬盘阵列技术应用于数字化理科数据库构建》发表于《技术物理教学》2012年第12期；《用数字实验直观显示接法对比》发表于《物理通报》2013年第9期；《利用信息技术手段优化生物学实验教学》发表于《中学生物学》2012年第7期。

（2）课题组全体成员收集、积累研究资料，编写了校本教材《“数字化实验”理论与实践研究》，分别就物理、化学、生物数字化实验的操作方法进行了详细介绍，可作为学校开展数字化实验的指导手册。

（3）围绕课题研究主题，课题组成员参加全国化学数字化实验创新设计大赛获得二、三等奖，参加省微课制作比赛获得一等奖，多位成员在课堂教学比武或专业评比中获奖，开设公开课、讲座等十余次。

九、研究反思

由于研究时间的限制和理论深入的欠缺，课题组在开发新的数字化实验方面还有很大的提升空间，这将是我们课题组今后研究与努力的方向。