交互仿真支持高中生科学推理能力培养的教学设计与实践研究

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信息技术的发展开启了信息爆炸的时代,知识呈现几何增长趋势,争分夺秒的获取知识已经不适合时代对于人才的要求。2015年,我国在《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中提出要加快“核心素养体系”建设,以培养学生适应终身发展和社会发展的必备品格和关键能力。2017版《普通高中物理课程标准》中明确物理学科核心素养。科学推理能力的水平影响着物理学科核心素养的培养。科学推理能力是科学思维的核心,是科学探究能力的基础,科学推理能力的培养直接决定物理其他核心素养的发展。但由于传统课堂的局限性,学生的科学推理能力得不到充分的发展,因此,我们有必要改变教学观念、教学方式,允许学生经历科学推理过程培养科学推理能力。交互仿真技术近年来发展迅速,凭借交互性、可视化和仿真性等特点为学生提供了自主建构模型、经历科学推理过程的研究性环境,让学生在同模拟动画的交互中轻松的构建知识、发展能力,为科学推理能力的培养开辟了新的道路。本研究采用文献研究法、教育实验法、问卷调查法、访谈法等研究方法,在有关学习理论的指导下在交互仿真环境的支持下构建建模教学模式培养学生的科学推理能力,利用交互仿真支持的建模教学教学模式开展教学,并收集和处理学生在学习过程中的相关数据,验证教学效果。接下来从三方面阐述研究工作的开展和取得的研究成果。(1)基本理论研究。梳理了关于科学推理能力、交互仿真的相关文献,了解科学推理能力的培养策略、研究现状,了解交互仿真对科学推理能力的发展的增进作用;在本研究范围内界定了科学推理能力、交互仿真、建模教学模式的概念;梳理了相关理论,对支持交互仿真可促进能力培养的理论(建构主义理论、认知主义理论、建模教学理论)进行了阐述。(2)面向科学推理能力培养的交互仿真支持的建模教学建构研究。通过文献研究总结得出科学推理能力的培养对教学的要求,结合经典的建模教学模式的特征分析构建了交互仿真支持的建模教学,并详细分析交互仿真支持的建模教学的特征,从而进行了教学设计,制定法教学目标、规划教学内容(高中物理“牛顿第二定律”)、根据建模教学与物理内容进行教学活动设计、根据建模过程中的科学推理过程要素设计学习任务单。(3)交互仿真支持科学推理能力培养的建模教学实践研究。选取聊城市某中学的高一年级两个平行班的学生为研究对象,对照班采取传统讲授式模式实施教学,实验班课堂教学模式为交互仿真支持的建模教学;根据科学推理能力的维度划分,结合具体教学内容编写科学推理能力测试题,教学后对两个班级实施后测,比较两个班级的科学推理能力,验证教学效果。结果表明,交互仿真支持的建模可以促进学生科学推理能力的发展并且对于处于中等水平的学生更为明显。
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