好玩的数字科学家校本选修课程

梁婷 项华 杨双伟

【摘 要】建设数字科学家校本选修课程是数字科学家计划（ESP）的一项重要内容。本文借助北师大亚太实验学校的数字科学家选修课程实践，并通过其中一个典型案例——“金鱼吐泡”来展现数字科学家校本选修课程的价值。

【关键词】数字科学家；校本选修课程；金鱼吐泡

【中图分类号】G424 【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2014）03-0019-02

概 述

数字科学家计划（ESP）是北京师范大学项华副教授提出的一种大数据环境下以提高每一位学生科学素养水平为宗旨，以探究式教学为鲜明特征，以科学思想、科学方法和数据挖掘方法为核心，播种未来科学家种子的教学模式的推广方案。建设数字科学家校本选修课程是实施数字科学家计划的一项基础内容。自2013年3月起，北京师范大学亚太实验学校开始试验“数字科学家”校本选修课程。课程以八年级学生为教学对象，开展了两轮行动研究与实践。

1. 课程性质

（1）属于校本选修课程，不是正规课堂教学的简单延伸。

（2）课程具有特色，与科学课程或物理课程功能互补，协同提高学生的科学素养水平。

（3）体现科学魅力。

（4）体现科学思想与方法。

（5）基于计算机手段或方法。

2. 教学目标

（1）经历科学探究过程，同时体会科学思想和方法。

（2）知道科学的本质和STS，同时品味科学的魅力。

（3）理解数据探究的基本概念（包括典型的软件和网络）。

（4）掌握数据探究（包括典型的软件和网络）的基本技能。

（5）体验数据交流与传播的价值。

3. 课程内容与教学模式

选修课程以数据探究理念为指导，由浅入深，确定了由视频分析、仿真模拟和可视编程三个课题模块15个课题组成。其中，视频分析模块由诸如“Face to Face， Eye to Eye”、“月球环形山”、“出租车超速了吗”等课题组成。仿真模拟模块包括“初识Algodoo”、“暴走迷宫”、“探究：小车在斜面上的运动规律”等课题。可视编程模块包括“初识Scratch”、“投票计数”、“反应时间”等课题。

选修课程的模式是在WebQuest（基于网络的主题探究）模式基础之上改造而成。主要有五个模块：（1）核心问题；（2）任务指南；（3）海量资源；（4）实施“做中学”；（5）交流与评价。

选修课程配有专门的教学网站——数字科学家网站。网站设有“智慧乐园”、“工具乐园”、“数据探究”、“交流共享（BBS）”等栏目。

选修课的教学模式流程如图1所示。

图1 教学模式流程图

“数字科学家”课例—— 金鱼吐泡

“数字科学家”不仅提高学生的科学探究兴趣，同时提高学生数据素养和计算思维能力，从下面的集趣味、知识、方法、技能为一体的 “金鱼吐泡”案例，可以窥见数字科学家校本选修课程的特色。

1. 课例设计

（1）选题：液体的压强和浮力是初中物理的重点和难点，也是与生活中各种现象息息相关的内容。笔者针对这一部分知识，利用数码相机可以实现精细观察的特点，突出趣味性和有益性，通过模拟并测量金鱼吐泡，知道气泡在水中究竟是如何变化的，掌握数码相机高速摄像功能的使用，学会利用QQ影音和几何画板解决问题。

（2）材料仪器：网络搜索引擎、烧杯、水、胶头滴管、细吸管、数码相机、QQ影音或其他视频播放软件、几何画板软件、外加光源。

2. 课堂实施

本节课以亚太实验学校八年级15位学生为实验对象，以WebQuest模式展开教学。

（1）核心问题

通过播放金鱼吐泡网络视频（如图2），提出核心问题：小金鱼吐的气泡在水中经历了怎样的变化呢？气泡为什么会这么变化呢？

图2 小金鱼吐泡的网络视频（http：//v.youku.com/v_show/id_XMzg1OTgwMDQ4.html）

通过“数字科学家”网站中BBS论坛（如图3），回答“下列金鱼吐泡图中最科学的是：（ ）”。

图3

（2）猜想实验

学生思考：常规观察有何困难？如何解决？

气泡变化：逐渐变大

常规观察的困难：无法看清气泡体积和形态的变化

解决方案：利用数码相机的高速摄像功能

学生分组设计实验，并在教师帮助下改善实验设计。

教师在进行实验前首先点评一下学生实验方案，有助于学生改进完善方案，训练学生总结和语言表达的能力，帮助学生及时意识到自己方案的问题，提高实验正确率。实验时要注意小组合作的重要性，一个学生按实验设计模拟金鱼吐泡，另一个学生用数码相机高速摄像功能拍摄。

（3）分析数据

将获取视频在电脑上播放下来，会发现气泡摇晃上升，逐渐变扁，但不确定一直变大。使用几何画板分析视频截图中水平方向上气泡的截面积，发现气泡确实逐渐变大变扁。

（4）数据交流与评价

利用所学物理知识，学生思考交流气泡变化的原因，并反思本节课内容和个人及小组表现。（教师提示：结合液体压强和受力分析的知识；思考：①气泡为什么会上升？ ②气泡为什么会变扁？③气泡为什么不是直线上升，而会有晃动？）

在“金鱼吐泡”课例中，学生们兴致盎然，利用数码设备解决了常规实验难以观察的问题，一些学生还发挥创造性改进了实验方法，控制气泡，使得视频数据更加易于分析。由于借助数码设备和软件，所探究的范围一下子扩大起来，诸如“金鱼吐泡”的15个“数字科学家”课例，选题新颖而广泛，课堂教学倡导趣味性，教学形式不局限于传统形式，比如在利用数码相机测量树高的时候，将学生带出教室进行实地测量。课程受到了学生的喜爱，对于任何一个感兴趣的问题，他们都能借助现代数码软件与硬件工具进行科学探索。

注：本文系北京市教育科学“十一五”规划课题《数字科学家计划：基于数据探究理论的物理选修课程建设与研究》（课题编号：DBB10077）的研究成果。

（作者单位：北京师范大学 北京师范大学物理系

北京101中学）

参考文献

项华，罗乐. 视频分析方法运用于物理教学活动之简介与探讨[J].物理教师，2013（1）：13-14.

毛澄洁，王盈. “投票计数” 教学方案的设计、实践与反思[J].中小学信息技术教育，2013（7）：49-53.

罗乐，项华，梁婷，聂榕. 视频分析方法在物理教学中的应用——用数码相机实现精细观察[J]. 物理教师，2013（3）：10-14.