基于数字化传感器平台开发高中物理课程资源的理论与实践

来源 :中学物理·高中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wzhyskoa
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘 要:课程资源是课程顺利实施的重要保障.基于数字化传感器平台开发高中物理课程资源,体现了教育信息化发展、高中创新人才培养的需要,可以有效实现教师教学形式的多样化、有效化,提升教学效果.实施方法包括:利用数字化传感器开发实验室资源、开发课堂教学资源、开发课外资源等三个方面,这一研究有效提高了高中生的培养质量,产生了较大的应用推广价值.
  关键词:数字化传感器平台;高中物理;课程资源
  作者简介:刘茂军(1978-),男,辽宁东港人,吉林师范大学副教授、教育学博士、硕士生导师,研究方向:物理课程与教学论;马俊,吉林师范大学物理学院研究生.
  1 研究背景
  20世纪80年代以来,人类社会进入了信息时代,现代信息技术尤其是数字化信息系统DIS(Digital Information System)越来越多地进入学校教育之中,数字化传感器(Digital sensor)系统是其中的典型代表.由于数字化传感器具有诸多优点,[1]被越来越多地应用于高中物理课程资源开发过程,为高中物理课程提供多样化的资源支持,有效地促进了高中生科技意识、动手能力和创新能力的培养.这不仅符合高中物理的教学实践要求,也符合信息技术与学科课程深度融合的要求,更有利于课程改革的深入开展.
  课程资源是支持课程教学的有用资源,是设计课程目标、实施教学过程和评价教学结果的所有资源的总称,是课程顺利实施的重要保障.数字化传感器平台是信息技术与教育深度整合的典型代表,在高中物理课程资源开发中具有显著优势.数字化传感器平台是传感器、数据采集器与计算机技术有效结合的产物,传感器将所检测到的信号转变成电学量,数据采集器又将这些电学量转变成能被计算机识别的数字量,并通过计算机显示出来.数字化传感器系统具有精确度高、灵敏度高、即时性强、可重复操作等优点,而且操作简单,数据图像准确清晰,数据易于处理.结合数据采集器和相应的软件系统,数字化信息系统可以实现微观现象直观化、数据采集数字化、图象过程自动化、数据处理智能化,便于学生更直观地观察现象、更准确地分析结果,大大提高了教学效率.
  基于数字化传感器平台的高中物理课程资源开发,是高中教学利用数字化传感器平台进行物理课程资源的开发,并将之有效应用于高中物理教学过程之中,从而实现教师教学形式的多样化、有效化,促进学生对知识内容的掌握,提升教学效果.本成果所运用的数字化传感器平台主要包括PASCO数字化操作系统和朗威DISLab数字化操作系统两种.资源开发内容包括:利用数字化传感器平台开发高中物理实验资源、课堂教学资源、课外资源,并通过网络实现资源共享等等.
  2 研究意义
  2.1 适应教育信息化发展的需要
  1980年代以来,现代化的教育技术手段在课程改革过程中一直受到重视,尤其是现代信息技术在教育领域的不断融合,使得教学内容、教学手段、教学模式等各方面产生了深刻的变革,传统教学不断向信息化教学转变.在各类信息技术中脱颖而出的是数字化信息系统,数字化传感器平台是其中的典型代表,它以其优良的性能有力地推动了高中物理课程资源的数字化进程.利用数字化传感器平台开发高中物理课程资源,体现了高新技术手段与高中物理的紧密结合,可以为信息化技术在中学教育中的推广提供示范,促进信息化技術在课堂教学中的应用,有效促进教育信息化的理论研究与实践探索.[2]作为未来世界科技发展生力军的高中生在高中阶段接触、熟悉、运用传感器是信息化发展的必然要求.
  2.2 符合高中创新人才培养的需要
  随着科学技术的飞速发展,创新能力越来越成为一个国家国际竞争力和国际地位最重要的决定因素.高中阶段是学生思维发展的关键期,高中阶段的教育对于培养创新能力尤为重要.数字化传感器在高中物理课程资源开发过程中的合理运用,有利于培养学生的创新能力.首先,计算机和传感器等数字化手段应用于物理过程的数据采集环节,可以更快捷、更准确地得到相关数据,并能显示微小量、瞬间量等,节省了宝贵的课堂时间,高中生可以把更多的精力放在对物理过程的分析和研究上;其次,在数据分析环节上,利用传感器的强大数据处理能力,可将学生从简单、机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来,让他们有更多的时间和精力去分析和思考.因此,利用数字化传感器开发高中物理课程资源有利于高中生创新思维能力的发展,符合新时期创新人才培养的需要.
  2.3 促进数字化传感器应用的现实需要
  虽然数字化传感器在高中物理教学中具有显著优势,在我国一些发达省份的高中应用较为广泛,但目前数字化传感器的应用仍然存在现实问题.笔者在对吉林省高中数字化传感器使用的调查中发现,一些高中没有配备数字化传感器,部分配备数字化传感器的高中没能合理利用传感器,甚至出现器材闲置的情况.究其原因,主要是教师没能意识到传感器的重要价值,无法科学地将传感器应用到高中物理教学之中.因此,利用传感器开发高中物理课程资源,在不同物理课程环节展示数字化传感器的实际应用,可以为高中物理教学开发数字化传感器资源提供示范和引领作用,从而提高数字化传感器在高中物理教学中的实践效果.
  3 研究内容与实施方法
  3.1 利用数字化传感器开发实验室资源
  3.1.1 实验设计
  实验设计是学生根据实验原理和要求,在明确实验目的的基础上,设计出合理的实验方案并加以实施的过程.[3]利用数字化传感器开展高中物理实验设计,主要分为测量性实验、验证性实验、综合性实验等三种类型,每个实验设计都实现了定量的实验要求,解决了高中物理部分实验无法定量的难题.例如,运用传统实验器材只能定性演示法拉第电磁感应定律的基本现象,运用数字化传感器开展实验设计,则可以对电动势、磁通量变化量、变化时间等物理量进行精确测量,从而定量验证该定律.实验设计对于学生创新能力、动手能力、合作能力等都具有重要作用.   3.1.2 实验拓展
  实验拓展是指在教材原有实验目的的基础上,对实验进行延伸、扩展、深化,从而开阔学生的知识视野,拓展学生的研究思路,使学生达到举一反三的目的.例如,运用数字化传感器将教材中“探究加速度与力、质量的关系”实验,拓展为“质量恒定”、“力恒定”等两种情况分别研究,并进一步拓展实验目的:依据牛顿第二定律原理测量未知物体的质量,从而极大拓展了实验研究的内容,提升了实验教学的效果.
  3.1.3 实验探究
  实验探究是指学生通过设计实验方案,对未知的实验结论进行探究的过程,它是高中物理十分重要的实验教学形式.一般来说,涉及多个物理知识点或多学科原理的综合性实验较为适合实验探究.例如,探究水果电池电动势的影响因素实验,至少涉及物理、化学两个学科的知识,影响变量多,开展实验探究的效果较好.实验探究是学生深化课堂知识、灵活运用知识的重要渠道,极大提升了学生的实验探究能力.
  3.2 利用数字化传感器开发课堂教学资源
  3.2.1 开展教学设计
  教学设计是指教师依据教育教学理论、教学艺术原理,以获得优化的教学过程为目的,以系统理论、传播理念、学习理论和教学理论为基础,对教学目标、教学内容、教学组织形式、教学方法和教学手段进行的策划,教学设计是课堂教学的蓝图.数字化传感器的运用拓展了高中物理教学设计的方式,丰富了教学设计的形式.[4]笔者主要开发了以下课型的教学设计:①基于数字化传感器平台开展概念课的教学设计;②基于数字化传感器平台开展规律课的教学设计;③基于数字化传感器平台开展练习课的教学设计;④基于数字化传感器平台开展复习课的教学设计;⑤基于数字化传感器平台开展学生实验课的教学设计.通过数字化传感器的运用,高中物理教学设计的手段更加丰富,教学组织形式更加多样,教学目标更容易实现.
  3.2.2 进行课堂演示
  课堂演示是高中物理教学的重要环节,有利于学生直观地观察现象,增加学生的感性认识,提高学生对知识的理解,提高教学质量.数字化传感器操作简单,计算机实时生成数据图表、函数拟合,非常适合课堂演示.高中物理课堂教学中的课堂演示包括:①整个过程演示:利用数字化传感器将物理实验的发生过程,用图表、直方图、示波器等功能记录整个过程曲线,显示整个过程的完整数据;②部分过程演示:为了分析某个环节的数据和曲线,截取部分过程进行演示分析;③实时数据演示:利用数字化传感器的仪表、数字等功能,实时展示物理过程的数据,让学生直观感受数据变化,分析、总结科学过程的基本规律.课堂演示有效调动了高中生多种感官参与教学,学习内容的深度和广度得到了拓展,学习能力得到了提高.
  3.3 利用数字化传感器开发课外资源
  3.3.1 开展科技社团活动
  课外科技活动是对教学内容的延伸和扩充,有利于增强高中生对教材内容的感知,培养学习兴趣,对提高课堂教学质量有着积极的促进作用.笔者在永吉实验、抚松一中等实践学校开展科技社团活动,主要采取了以下措施:①组织了数字化传感器的学生社团,参与各类科技比赛项目;②由高中教师、大学教师组成顾问组,对科技活动进行专业指导,保障了课外活动的顺利开展;③委派熟悉传感器的专任教师、学生对优秀课外科技活动作品进行宣传、展示,并在高中开展了“科技活动周”等活动,使所有学生都有机会参与高科技产品的使用.运用数字化传感器开展科技活动,培养了高中生团队合作的意识和能力,形成了良好的科技创新氛围.
  3.3.2 组织参加机器人竞赛
  机器人是自动执行工作指令的机器装置,其设计过程中大量运用传感器.在运用数字化传感器进行物理教学过程中,高中生对传感器的特点、使用、原理等都有了深刻的认识,这些是机器人设计的重要基础.笔者在合作学校积极组织高中生参加各类机器人比赛,包括沈阳二中、吉林大学附属中学(高中部)、海南省洋浦中学等,其中沈阳二中获得第十五届中国青少年机器人竞赛FLL挑战赛一等奖,获得了骄人的成绩.高中生参加机器人竞赛,极大地提高了学生传感器的使用和设计能力,提高了高中生的创新能力.
  4 研究成果与反思
  4.1 取得了一系列研究成果
  承担和完成省級相关社科、教科研究课题2项;出版了《传感器与中学物理探究实验》(科学出版社)教材1部;在《福建教育学院学报》、《中学物理教学参考》、《物理教师》等刊物发表论文10余篇,其中CSSCI期刊3篇;实践学校运用开发的课程资源获得市级教学新秀、优质课共计30余人次.
  4.2 提高了高中生的培养质量
  通过高中物理教师对数字化传感器的有效利用,实践学校主要围绕高中物理不同板块的主题开发了多样化的课程资源,这些资源在实践学校的使用平均每学期超过50学时,丰富了学生的学习方式,拓展了学生的思维.在实践过程中,实践学校理科高考分数普遍提升10分左右.参与研究的高中生多次获得FLL机器人世锦赛亚军、辽宁省机器人竞赛(高中组)一等奖等多项奖励,有效提高了高中生人才培养质量.
  4.3 提高了物理教师课程资源开发的意识与能力
  参与实践的高中教师对以传感器为手段开发课程资源产生了浓厚的兴趣,提高了高中教师开发课程资源的意识与能力,共计开发优质实验类资源案例50余个,课堂教学演示80余个,教学设计案例100余个.正如参加实践的李微教师说的:“我深深体会到了传感器对高中物理课程资源开发的重要影响……也让我学会了开发课程资源的基本方法,提高了教学研究意识和能力,我也会继续结合传感器开发高中物理课程资源的相关研究开展进一步的实践探索.”
  4.4 产生了较大的社会影响
  本成果可以有效指导本省乃至全国其他省份的高中物理课程资源开发,为中学一线教师提供可供借鉴的实践模式.2017年3月14日《吉林日报》(科教版)专门发表“数字化技术提升学生创新能力”的宣传报道,对本成果给予了充分肯定.北京师范大学李春密教授认为:该成果紧密结合当前教育改革实际,拓宽了高中物理课程资源开发的途径,凸显了课程资源开发的特色,对提高高中学生的实践与创新能力具有积极的作用.东北师范大学于海波教授认为:该研究系统、深入,实践效果好,影响广泛,是高中物理课程资源开发的成功案例.
  4.5 产生了较大的应用推广价值
  本成果曾在全国师范院校师范生教学技能竞赛、吉林省中小学教师教学竞赛中运用,获得了评委和专家的肯定与好评.先后有多所高中开展了实践研究,取得了令人满意的效果,吉林省抚松县第一中学、集安市第一中学、永吉实验高级中学、长春市第六中学、北京一五六中学、江苏省镇江第一中学、辽宁省丹东市第二中学、沈阳市第二中学、海南洋浦中学等10余所高中借鉴采用了本成果.数字化传感器是高新科技在物理教学中应用的典型代表,为物理课程资源开发提供了良好的开发平台.
  参考文献:
  [1]刘茂军,刘惠莲,肖利.基于数字化传感器开展物理实验教学的问题、方法与策略[J].物理教学探讨,2013,11(1):71-73.
  [2]刘茂军,张冰,陈胜男.运用PASCO传感器定量研究法拉第电磁感应定律[J].物理教师,2016,37(6):44-45.
  [3]刘茂军,刘惠莲,肖利.传感器与中学物理实验整合策略研究[J].教学与管理,2013(9):149-151.
  [4]刘茂军,肖利.动量定理的实验设计与研究[J].中学物理,2012(3):42.
其他文献
在我国的课堂教学育人目标指向学生核心素养的大背景下,学科教学的关键在于落实学科核心素养.学生的学科核心素养是在学习活动过程中形成和发展的.人教版高中物理课标教材《
利用项目学习这种具有优势的学习方式,针对《长度和时间的测量》这节课,阐述怎样以四个任务来驱动学生的积极学习,使得他们在物理课堂里获得更持续的兴趣,更深刻的认识和更广
编者按:为解决“三农”中面临的长期问题和突出的现实问题.近年来,国务院以及教育部、农业部、劳动和社会保障部等中央部委召开了多次会议,部署大力发展农村基础教育和职业教
摘 要:该系统包括课堂上的白板、黑板、投影儀、DIS系统等部分,与自制教具的多功能尺、新型橡皮条、铅锤等有效整合.它不仅解决了力的分解实验中形变的直观问题,同时使得测量直观和精确,操作更简便.该系统能使学生对知识点的理解和记忆更加深刻,对培养学生的实验思维能力,开拓创新能力,提供了丰富多彩的教育环境.  关键词:整合;课堂资源;力的分解效果;演示系统  作者简介:韩先煌(1971-),男,安徽广德
摘要:多年来教师都注重于对新授课的研究而忽略了对试卷讲评课的重视,笔者经过多年的研究、实践,整理出一套比较实用物的理试卷讲评课模式.  关键词:讲评课;教学流程  讲评试卷是物理教学中一个重要环节.成功的试卷讲评,在夯实学生基础知识的同时,能训练学生思维,培养学生的能力,充分调动学生思维的积极性,达到举一反三,触类旁通的目的,对纠正错误、扬优补缺、丰富体验、巩固双基、规范解题、熟练技巧、开拓思路、
摘 要:动能定理在高中阶段应用广泛,尤其是在变力做功和曲線运动当中,但是一般教学中很少涉及动能定理的适用范围的实验验证.本文通过两个DIS实验,验证动能定理适用于变力做功和曲线运动.  关键词:动能定理;适用范围;DIS实验;实验  作者简介:肖志红(1984-),男,湖北武汉,大学本科,硕士学位,中教一级,研究方向:教学方法、复习与考试、物理实验、现代教学技术.  1 动能定理适用范围的教师讲解
摘要:受应试教育的影响,大多数物理教师所关心的只是学生“学会”,而对学生是否“会学”重视度不够.而大多数学生只知道学,又不知道如何学.如何扭转这一局面?对于教师,笔者认为要做到以下几点:一、立足于激发兴趣,培养学习动机;二、立足于实验探究,培养自主学习习惯;三、立足于解决问题,培养思维能力;四、立足于科学复习,培养温故知新习惯.  关键词:学会;会学;物理  让学生“会学”就是让学生学会“怎样学习
摘 要:卢氏县是河南省深山区县,全县物理学科教研面临着交通不便、教师匮乏、教学资源奇缺等发展困境,全县的物理教研就一直处在百里奔波开大会的模式中.费时费力之外安全也难以得到保障,为此,县教研室物理教研组把目光投向了“互加网络教研”.通过实践探索出利用“网络办公平台、物理资源平台、视频会议平台、学生终端平台及CCtalk平台”等平台开展“互加物理教研”的新路子,使物理教研走上了“快车道”,从而使物理
摘要:在当前的小组合作学习中,学生往往不会发言,或者说在发言的过程中存在着许多问题.因此,在小组合作中如何让学生会“说”,想“说”,成了首先要解决的问题.在这里针对当前学生发言存在的问题提出了解决的方法,并对发言的类型进行了分类探索,研究出了提高学生发言能力的几种方法,使学生在课堂上做到会发言、爱发言.  关键词:合作;培养;发言  高效课堂是一个小组合作的课堂,不管是洋思中学的以学定教,先学后教
摘要:微课是信息时代的产物.微课可铺设预习,可击破易错点,可渗透情感态度价值观,可因材施教、落实分层教学.  关键词:微课;电功率;实施建议  “微课”是按照新课程标准及教学实践要求,以微视频为载体,反映教师在课堂教学过程中针对某一知识点或环节展开的[1],易于传播、适合学生移动学习,可以促进学生个性化的学习,实施分层教学,培养学生自主学习的能力,同时微课亦能调动学生理智与情感的主动性、积极性,激