梁婷 項(xiàng)華 楊雙偉

【摘 要】建設(shè)數(shù)字科學(xué)家校本選修課程是數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃（ESP）的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文借助北師大亞太實(shí)驗(yàn)學(xué)校的數(shù)字科學(xué)家選修課程實(shí)踐，并通過(guò)其中一個(gè)典型案例——“金魚吐泡”來(lái)展現(xiàn)數(shù)字科學(xué)家校本選修課程的價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字科學(xué)家；校本選修課程；金魚吐泡

【中圖分類號(hào)】G424 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【論文編號(hào)】1671-7384（2014）03-0019-02

概 述

數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃（ESP）是北京師范大學(xué)項(xiàng)華副教授提出的一種大數(shù)據(jù)環(huán)境下以提高每一位學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)水平為宗旨，以探究式教學(xué)為鮮明特征，以科學(xué)思想、科學(xué)方法和數(shù)據(jù)挖掘方法為核心，播種未來(lái)科學(xué)家種子的教學(xué)模式的推廣方案。建設(shè)數(shù)字科學(xué)家校本選修課程是實(shí)施數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃的一項(xiàng)基礎(chǔ)內(nèi)容。自2013年3月起，北京師范大學(xué)亞太實(shí)驗(yàn)學(xué)校開始試驗(yàn)“數(shù)字科學(xué)家”校本選修課程。課程以八年級(jí)學(xué)生為教學(xué)對(duì)象，開展了兩輪行動(dòng)研究與實(shí)踐。

1. 課程性質(zhì)

（1）屬于校本選修課程，不是正規(guī)課堂教學(xué)的簡(jiǎn)單延伸。

（2）課程具有特色，與科學(xué)課程或物理課程功能互補(bǔ)，協(xié)同提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平。

（3）體現(xiàn)科學(xué)魅力。

（4）體現(xiàn)科學(xué)思想與方法。

（5）基于計(jì)算機(jī)手段或方法。

2. 教學(xué)目標(biāo)

（1）經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，同時(shí)體會(huì)科學(xué)思想和方法。

（2）知道科學(xué)的本質(zhì)和STS，同時(shí)品味科學(xué)的魅力。

（3）理解數(shù)據(jù)探究的基本概念（包括典型的軟件和網(wǎng)絡(luò)）。

（4）掌握數(shù)據(jù)探究（包括典型的軟件和網(wǎng)絡(luò)）的基本技能。

（5）體驗(yàn)數(shù)據(jù)交流與傳播的價(jià)值。

3. 課程內(nèi)容與教學(xué)模式

選修課程以數(shù)據(jù)探究理念為指導(dǎo)，由淺入深，確定了由視頻分析、仿真模擬和可視編程三個(gè)課題模塊15個(gè)課題組成。其中，視頻分析模塊由諸如“Face to Face， Eye to Eye”、“月球環(huán)形山”、“出租車超速了嗎”等課題組成。仿真模擬模塊包括“初識(shí)Algodoo”、“暴走迷宮”、“探究：小車在斜面上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律”等課題?？梢暰幊棠K包括“初識(shí)Scratch”、“投票計(jì)數(shù)”、“反應(yīng)時(shí)間”等課題。

選修課程的模式是在WebQuest（基于網(wǎng)絡(luò)的主題探究）模式基礎(chǔ)之上改造而成。主要有五個(gè)模塊：（1）核心問(wèn)題；（2）任務(wù)指南；（3）海量資源；（4）實(shí)施“做中學(xué)”；（5）交流與評(píng)價(jià)。

選修課程配有專門的教學(xué)網(wǎng)站——數(shù)字科學(xué)家網(wǎng)站。網(wǎng)站設(shè)有“智慧樂園”、“工具樂園”、“數(shù)據(jù)探究”、“交流共享（BBS）”等欄目。

選修課的教學(xué)模式流程如圖1所示。

圖1 教學(xué)模式流程圖

“數(shù)字科學(xué)家”課例—— 金魚吐泡

“數(shù)字科學(xué)家”不僅提高學(xué)生的科學(xué)探究興趣，同時(shí)提高學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)和計(jì)算思維能力，從下面的集趣味、知識(shí)、方法、技能為一體的 “金魚吐泡”案例，可以窺見數(shù)字科學(xué)家校本選修課程的特色。

1. 課例設(shè)計(jì)

（1）選題：液體的壓強(qiáng)和浮力是初中物理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是與生活中各種現(xiàn)象息息相關(guān)的內(nèi)容。筆者針對(duì)這一部分知識(shí)，利用數(shù)碼相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀察的特點(diǎn)，突出趣味性和有益性，通過(guò)模擬并測(cè)量金魚吐泡，知道氣泡在水中究竟是如何變化的，掌握數(shù)碼相機(jī)高速攝像功能的使用，學(xué)會(huì)利用QQ影音和幾何畫板解決問(wèn)題。

（2）材料儀器：網(wǎng)絡(luò)搜索引擎、燒杯、水、膠頭滴管、細(xì)吸管、數(shù)碼相機(jī)、QQ影音或其他視頻播放軟件、幾何畫板軟件、外加光源。

2. 課堂實(shí)施

本節(jié)課以亞太實(shí)驗(yàn)學(xué)校八年級(jí)15位學(xué)生為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以WebQuest模式展開教學(xué)。

（1）核心問(wèn)題

通過(guò)播放金魚吐泡網(wǎng)絡(luò)視頻（如圖2），提出核心問(wèn)題：小金魚吐的氣泡在水中經(jīng)歷了怎樣的變化呢？氣泡為什么會(huì)這么變化呢？

圖2 小金魚吐泡的網(wǎng)絡(luò)視頻（http：//v.youku.com/v_show/id_XMzg1OTgwMDQ4.html）

通過(guò)“數(shù)字科學(xué)家”網(wǎng)站中BBS論壇（如圖3），回答“下列金魚吐泡圖中最科學(xué)的是：（ ）”。

圖3

（2）猜想實(shí)驗(yàn)

學(xué)生思考：常規(guī)觀察有何困難？如何解決？

氣泡變化：逐漸變大

常規(guī)觀察的困難：無(wú)法看清氣泡體積和形態(tài)的變化

解決方案：利用數(shù)碼相機(jī)的高速攝像功能

學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并在教師幫助下改善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前首先點(diǎn)評(píng)一下學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案，有助于學(xué)生改進(jìn)完善方案，訓(xùn)練學(xué)生總結(jié)和語(yǔ)言表達(dá)的能力，幫助學(xué)生及時(shí)意識(shí)到自己方案的問(wèn)題，提高實(shí)驗(yàn)正確率。實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意小組合作的重要性，一個(gè)學(xué)生按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模擬金魚吐泡，另一個(gè)學(xué)生用數(shù)碼相機(jī)高速攝像功能拍攝。

（3）分析數(shù)據(jù)

將獲取視頻在電腦上播放下來(lái)，會(huì)發(fā)現(xiàn)氣泡搖晃上升，逐漸變扁，但不確定一直變大。使用幾何畫板分析視頻截圖中水平方向上氣泡的截面積，發(fā)現(xiàn)氣泡確實(shí)逐漸變大變扁。

（4）數(shù)據(jù)交流與評(píng)價(jià)

利用所學(xué)物理知識(shí)，學(xué)生思考交流氣泡變化的原因，并反思本節(jié)課內(nèi)容和個(gè)人及小組表現(xiàn)。（教師提示：結(jié)合液體壓強(qiáng)和受力分析的知識(shí)；思考：①氣泡為什么會(huì)上升？ ②氣泡為什么會(huì)變扁？③氣泡為什么不是直線上升，而會(huì)有晃動(dòng)？）

在“金魚吐泡”課例中，學(xué)生們興致盎然，利用數(shù)碼設(shè)備解決了常規(guī)實(shí)驗(yàn)難以觀察的問(wèn)題，一些學(xué)生還發(fā)揮創(chuàng)造性改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方法，控制氣泡，使得視頻數(shù)據(jù)更加易于分析。由于借助數(shù)碼設(shè)備和軟件，所探究的范圍一下子擴(kuò)大起來(lái)，諸如“金魚吐泡”的15個(gè)“數(shù)字科學(xué)家”課例，選題新穎而廣泛，課堂教學(xué)倡導(dǎo)趣味性，教學(xué)形式不局限于傳統(tǒng)形式，比如在利用數(shù)碼相機(jī)測(cè)量樹高的時(shí)候，將學(xué)生帶出教室進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。課程受到了學(xué)生的喜愛，對(duì)于任何一個(gè)感興趣的問(wèn)題，他們都能借助現(xiàn)代數(shù)碼軟件與硬件工具進(jìn)行科學(xué)探索。

注：本文系北京市教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃課題《數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃：基于數(shù)據(jù)探究理論的物理選修課程建設(shè)與研究》（課題編號(hào)：DBB10077）的研究成果。

（作者單位：北京師范大學(xué) 北京師范大學(xué)物理系

北京101中學(xué)）

參考文獻(xiàn)

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羅樂，項(xiàng)華，梁婷，聶榕. 視頻分析方法在物理教學(xué)中的應(yīng)用——用數(shù)碼相機(jī)實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀察[J]. 物理教師，2013（3）：10-14.