运用“数字科学家”新理念建构物理大课堂

摘要：“数字科学家”是在数字环境下以信息技术作为情感激励工具和探索工具。以有效地提高学生探索科学世界的意识、能力和素质为目标的课程与教学。借助“微元课堂”这一物理大课堂，其最大好处是，学生可以不受时间与空间的限制，把自己在课堂上还没弄懂的地方反复观看、学习、做题，直到弄懂为止，对于基础薄弱的同学也可以先学。

关键字：数字科学家；新理念；新课程；开发；微视频；微实验；微课件；大课堂

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）4（S）-0050-2

“数字科学家”是北京师范大学项华教授提出的现代科学教育理论。所谓“数字科学家”是在数字环境下以信息技术作为情感激励工具和探索工具，以有效地提高学生探索科学世界的意识、能力和素质为目标的课程与教学。笔者在项教授的指导下。申报了江苏省现代教育技术研究2013年度立项课题：《“数字科学家”校本特色课程的开发与实践研究》，并已经获得开题论证。下面笔者具体谈谈我校运用“数字科学家”新理念，构建物理大课堂的一些做法，共同行们参考。

1 建构构件式大课堂

高中物理学科的所有知识点，就相当于做菜的原材料，在数字环境下，如何对物理知识的理解、记忆、再现、判断变得更简单、更有效呢？我们课题组提出了“微元课堂”的构件式课程开发设想。

“微元课堂”就是将传统教学中教师讲授的内容制作成微视频、微实验、微课件，按人教版教材的顺序，将知识点分类、细化，将重点的讲解、难点的剖析制成微视频。微视频的特点是：“老师不出镜、内容为核心、生动且易懂、视频短而精”，通过“教育云平台”提供给学生预习、复习。也可给老师上课使用。将教材中的演示实验、学生实验进行分离、重组，制成微实验，实验目的更简洁，实验过程更简单；将知识点的汇总、知识点的提炼与只能模拟的实验制成微课件。

以人教版教材电容器的电容一节为例，可以制作成如下五个微视频：（1）各种常用电容器的用途介绍；（2）电容定义的实验分析与理论分析；（3）几个微实验的分析；（4）常见题型展示与分析；（5）易错点与创新点剖析。

制作成如下四个微实验：（1）探究电容器内部结构，提供几种电容器及拆装的微型工具；（2）研究电容器的充放电，提供灵敏电流计、电源、开关等器材；（3）用传感器观察电容器的充放电，提供电脑、传感器、电源等相关器材；（4）研究影响平行板电容器电容大小的因素，提供平板电器、静电计等相关器材。

制作成如下四个微课件：（1）介绍荷兰莱顿大学的物理教授马森布洛克发明的第一个电容器一莱顿瓶；（2）照相机闪光灯的原理；（3）介绍南通——全国最大的电容器生产地；（4）电容器在生产生活中的应用。

老师可以在课前发布预学习的微视频，开放实验室，通过教育云平台发布预习作业（包括在线编辑作业内容，推荐学生阅读资料以及发布语音作业）。学生可通过登陆平台看到发布预习的名称、所属科目、发布人、发布时间、状态，也可查看预习的详细内容，直接回复或者通过附件、语音文件进行回复。对于已经过期的预习亦可进行查看回顾，方便学生的课前预习以及与老师及时有效的沟通。

教师根据学生的反馈信息。课前聚焦学生预习中存在的问题，二次制作微视频反绩，课上教师组织学生讨论和交流，并在此基础上将教学引向深入，提高教学的针对性和有效性，有利于提高学生的认知能力和应用水平。

2 建构立体式大课堂

高中物理的学科知识总体上是系统的，但在具体的教学过程中，由于教情、学情、标准的不同，又有很多种不同的组合，如何在数字环境下，对物理学中的方法论知识：解释、推理、运用、操作、拓展变得更简单、更有效呢？我们课题组提出了“空中课堂”的立体式课程开发设想。

如果说，“微元课堂”主要是针对物理知识的深入理解，那么“空中课堂”主要是针对物理方法的应用与提高。教与学方法的改进与创新。通过云平台以及课内外的交流进行立体式组合。

老师通过一键式开启空中课堂，可以让课程进行全程直播。学生可通过多系统终端远程加入。利用电子书包进行课堂互动，不仅听到老师的讲解也能看到板书。还可实时跟老师进行互动。空中课堂可有效实现异地同步教学，促进教育资源的均衡发展、优质发展。

还以电容器的电容一节为例，涉及到类比法、比值法、控制变量法、面积法、科学抽象法等多种方法，对这些方法的运用拓展。也是本节教学的一个重点。借助云平台进行师生互动、生生互动、班内外互动、课内课外互动，能达到举一反

三、触类旁通的效果。

3 建构个性化大课堂

物理的学习者。由于各人的知识、能力基础不同，所处的硬件、软件环境不同，同样的知识、同样的方法接受的程度有差异，如何让学习者充分体验、反思、定向、创造，我们课题组提出了建构具有个性化的“私人课堂”的设想。

“私人课堂”即根据学习者的心智水平。通过系列性的设计，激励、唤醒学生的主动思维。下面以实验教学为例，谈谈“私人课堂”主要设想。

体验式即精心创设实验条件，促进学生亲身体验。开放实验室，让学生在实验室预习，完成自己设计的实验：让学生上台操作演示实验，使学生获得亲身体验：让学生通过数字化的仿真实验平台，进行各种想象性实验（或尝试性实验）。

系列式即开展学生系列实验，丰富学生情感体验。让学生连续几节课在实验室操作学习。例如，学习“稳恒电流”一章，主要实验有“测绘小灯泡的伏安特性曲线”、“电表的改装”、“探究电阻与其影响因素的定量关系”、“多用电表的使用”、“测量电池的电动势和内阻”等。我们的做法是，让学生在实验室里连续上10课时，每节课给予明确的目标，学生通过实验自己去摸索、去体会，每节课老师只是评价，讲话时间不超过10分钟。下面以第一个两课时为例详细谈谈具体操作：

第一、二课时，目标是熟悉各种电表、器材的使用方法、选择依据，完成相关任务，提出疑难问题：其中先用一课时的时间让每个孩子去把每个器材都摸一遍：差不多一课时结束。第二课开始时让学生观看预录好的一个个仪表使用的微视频、微实验，让孩子们自己感悟自己刚才的认识与标准之间的差距，教师尽量不说一句话；剩下的时间孩子进行纠错与反思形成基本仪器使用的正确方法。

第三、四课时，目标是根据实验目标，设计电路，连接电路；（操作同上）。

第五、六课时，目标是根据预设方案，连接电路，测量相关数据，制作记录表格，设计处理数据方案；（操作同上）。

第七、八课时，目标是进行数据处理，找出误差来源，提出改进措施；这两课时可以让学生自己处理数据并且要进行汇报。讨论交流，对误差情况进行讨论与分析，也可以采用汇报的形式：对汇报的过程我们准备进行录像，录像的内容肯定有成果也有不足甚至错误，但笔者觉得真实的就是最好的，可以让下一届再看。看看学长们的成果。

第九、十课时，目标是交流改进方案，创新实验方法，再次进行实验。这两课时的重点是学生自己去做实验，确保基本实验人人会做，鼓励创新实验能人去做。

这种系列实验的展开，把学生领进了为实验创设的特定氛围。点燃起了他们心灵的火花。使师生双方共同自主地沉浸在实验教学的美好情境之中。

扩展式即尽力扩展实验时空，深化学生情感体验。可以让学生走向社会，进行研究性实验；也可以给学生选择实验内容的自由、选择实验时间的自由、选择实验条件的自由、选择实验操作方式的自由和真实表达自己的实验思想的自由。“长时间的、不断的实验”，会使学生在实验学习领域里源泉不断，那就是深深的情感体验。

“数字科学家”的理念，应是我们将数据分析方法（或者科学方法）作为核心应用于物理课程的教学中，从而有效提高学生数据素养水平的动力。

参考文献：

[1]项华，吴俊杰，付雷，王颖川.数字科学家计划：基于数据探究的物理选修课程设计与试验[M].北京：现代教育出版社.2010.

[2]吴刚平.课程资源的开发与利用[J].全球教育展望，2001，（8）：24.

[3]张继斌.实验教学的拓展研究[J].物理教师，苏州大学出版社.2013.

（栏目编辑 陈洁）