中学科学实验整合点及支撑软件研究

摘要

中学科学实验教学是科学教学的重要内容,在现代科学教学中具有举足轻重的作用,对于培养学生的发现问题、分析问题、解决问题具有重要意义。然而当前的实验教学普遍存在许多不足,如学生实验的个性化需求与实验教学“一齐化”的矛盾、生实验操作的渴望性和实验条件的局限性的矛盾、学生活动的局限性和科学研究内容的广泛性的矛盾、学生直接经验的缺乏和科学实验原理抽象性的矛盾、学生记忆的短暂性和科学实验现场的不可恢复性的矛盾、对实验分析的任意性要求与科学实验过程连续性的矛盾。
　　 科学取之于物理、化学、生物的综合,又高于这三者的简单综合,是一门具有较强实践性的综合性学科。传统的教学方法和手段并不能完全满足科学实验教学的要求,往往会变成空洞、枯燥的说教,使学生容易疲劳,达不到应有的效果。为解决以上问题,信息技术与科学实验课程整合成为教育工作者特别是一线教师关注的热点,并在实际科学教学中取得了一定的成绩和经验。但目前信息技术与科学实验的整合基本上只考虑个别实验,还处在经验阶段。大部分科学教师存在着对信息技术与课程整合的理解及操作误区,信息技术与中学科学教学整合存在许多问题,主要表现在①信息技术与科学实验整合存在盲目性;②信息技术与科学实验整合缺乏系统性;③信息技术的优势没有得到充分发挥;④缺乏对整体科学实验类型系统的研究;⑤缺乏对不同类型科学实验的整合模式研究这几个方面。
　　 本文主要包括如下内容:
　　 1.首先对信息技术与课程整合,尤其是信息技术与科学实验整合的国内外现状进行分析;
　　 2.接着从整合理论、学习理论、学科本体论三方面探究信息技术与科学实验整合的理论基础,并对基本概念进行了详细的界定和阐述;
　　 3.根据科学实验的操作对象及功能对科学实验分类,并从概念本体、方法本体和应用本体三个层次对科学实验的知识本体进行系统研究和概括;
　　 4.在对科学实验的教学模式进行总体分析后,分别对科学实验的概念本体、方法本体和应用本体归纳、总结其适宜的教学模式,并给出在理想状态下,科学实验的理想教学设计以及相应的设计原则与策略;
　　 5.对科学实验的共性整合点给出具体的诊断思路、诊断原则及分类方法,接着给出了科学实验课程共性整合点的解决方法和策略;
　　 6.直接利用信息技术进行虚拟仿真,使抽象的概念、原理、定理和变化的过程具体化、形象化。本文在分析了科学实验支撑平台建设的必要性后,给出了虚拟仿真科学实验平台的特征和设计原则。并以初中化学以及中学物理电学为例,详细说明了相应的虚拟仿真科学实验室的设计方法、实现方法及应用实例。

目录

文摘

英文文摘

第一章 研究背景

一、现状分析

(一)信息技术与课程整合的起源

(二)国内外研究现状

二、存在的问题

(一)科学实验实施过程中存在的问题

(二)信息技术与科学实验整合中存在的问题

三、发展趋势

四、研究目标与内容

五、研究意义

六、研究方法

第二章 理论基础

一、整合点理论

(一)整合定位

(二)整合课的设计方法

(三)整合点的诊断方法

二、学习理论

(一)行为主义学习理论(Behaviorism)

(二)认知主义学习理论(Cognitivism)

(三)建构主义学习理论(Constructivism)

(四)多元智能理论(Multiple Intelligence,MI)

(五)分布式认知理论(Distributed Cognition)

三、学科本体论

(一)以往知识划分回顾

(二)学科本体论

四、基本概念界定

(一)信息技术(Information Technology,IT)

(二)课程(Curriculum)

(三)课程整合(Integrating InformationTechnology into Curriculum)

(四)教学模式(Instractional Model)

(五)科学教育(Scientific education)

第三章 科学实验内容分类及学科本体建立

一、科学实验的分类

(一)根据实验的操作对象分类

(二)按功能分类

二、科学实验本体建立

(一)科学实验概念本体

(二)科学实验方法本体

(三)科学实验应用本体

第四章 科学的实验教学模式及整合课设计

一、科学实验教学模式

(一)科学教育的知识和学生认识过程

(二)中学科学实验教学

(三)中学生学习科学实验的心理特点

(四)模式构建

二、概念本体教学模式

(一)概念的形成

(二)概念的理解

(三)概念的巩固

三、方法本体教学模式

(一)培养“点→线→网”的学习方法

(二)掌握认识的方法

(三)“思”源于“疑”方法

(四)比较、概括、综合方法

(五)“边教边实验”模式

四、应用本体教学模式

(一)“应用——操作”模式

(二)基于问题的教学模式

五、理想状态下科学实验教学设计

(一)设计的基本原则

(二)设计应考虑的基本要素

(三)设计的策略与方法

第五章 共性整合点诊断及解决方法研究

一、共性整合点诊断

(一)诊断的基本思路

(二)诊断的基本原则

(三)科学实验教学共性整合点分类

二、解决方法研究

(一)信息技术在解决共性整合点时具体作用

(二)整合点解决办法

第六章 虚拟仿真科学实验支撑平台设计

一、虚拟仿真实验室的概述

(一)虚拟仿真实验室的定位

(二)虚拟仿真实验室在国内外的发展情况

(三)虚拟仿真实验室的特征

(四)虚拟仿真实验室的设计原则

二、初中化学虚拟仿真科学实验支撑平台设计

(一)初中化学虚拟仿真实验室的设计

(二)知识库的建立

(三)应用实例

结语

参考文献

附录

后记

在学期间公开发表论文及著作情况