（课程与教学论专业论文）中学科学实验整合点及支撑软件研究.pdf

i 。 - i 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究 工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人 承担。 学位论文作者签名： 日期： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东：i l ! o 范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东- i l n 范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 日 期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：钍丝蕴 日 期：! 笙绛留 电话： 邮编： 扭平 一 一 ， l r i 夕 i i 摘要 中学科学实验教学是科学教学的重要内容，在现代科学教学中具有举足轻重的作用， 对于培养学生的发现问题、分析问题、解决问题具有重要意义。然而当前的实验教学普 遍存在许多不足，如学生实验的个性化需求与实验教学“一齐化 的矛盾、生实验操作 的渴望性和实验条件的局限性的矛盾、学生活动的局限性和科学研究内容的广泛性的矛 盾、学生直接经验的缺乏和科学实验原理抽象性的矛盾、学生记忆的短暂性和科学实验 现场的不可恢复性的矛盾、对实验分析的任意性要求与科学实验过程连续性的矛盾。 科学取之于物理、化学、生物的综合，又高于这三者的简单综合，是一门具有较强 实践性的综合性学科。传统的教学方法和手段并不能完全满足科学实验教学的要求，往 往会变成空洞、枯燥的说教，使学生容易疲劳，达不到应有的效果。为解决以上问题， 信息技术与科学实验课程整合成为教育工作者特别是一线教师关注的热点，并在实际科 学教学中取得了一定的成绩和经验。但目前信息技术与科学实验的整合基本上只考虑个 别实验，还处在经验阶段。大部分科学教师存在着对信息技术与课程整合的理解及操作 误区，信息技术与中学科学教学整合存在许多问题，主要表现在信息技术与科学实验 整合存在盲目性；信息技术与科学实验整合缺乏系统性；信息技术的优势没有得到 充分发挥；缺乏对整体科学实验类型系统的研究；缺乏对不同类型科学实验的整合 模式研究这几个方面。 本文主要包括如下内容： 1 首先对信息技术与课程整合，尤其是信息技术与科学实验整合的国内外现状进 行分析； 2 接着从整合理论、学习理论、学科本体论三方面探究信息技术与科学实验整合 的理论基础，并对基本概念进行了详细的界定和阐述； 3 根据科学实验的操作对象及功能对科学实验分类，并从概念本体、方法本体和 应用本体三个层次对科学实验的知识本体进行系统研究和概括； 4 在对科学实验的教学模式进行总体分析后，分别对科学实验的概念本体、方法本 体和应用本体归纳、总结其适宜的教学模式，并给出在理想状态下，科学实验的理想教 学设计以及相应的设计原则与策略； 5 对科学实验的共性整合点给出具体的诊断思路、诊断原则及分类方法，接着给 出了科学实验课程共性整合点的解决方法和策略； 6 直接利用信息技术进行虚拟仿真，使抽象的概念、原理、定理和变化的过程具 体化、形象化。本文在分析了科学实验支撑平台建设的必要性后，给出了虚拟仿真科学 实验平台的特征和设计原则。并以初中化学以及中学物理电学为例，详细说明了相应的 虚拟仿真科学实验室的设计方法、实现方法及应用实例。 词：信息技术；科学；实验；整合点；仿真平台 一 一 i a b s t r a c t m i d d l es c h o o ls c i e n c ee x p e r i m e n tt e a c h i n gi sa ni m p o r t a n ta s p e c to fs c i e n c et e a c h i n g i t p l a y sad e c i s i v e r o l ei nm o d e ms c i e n c et e a c h i n g ，a n di so fg r e a ts i g n i f i c a n c ei ns t u d e n t s t r a i n i n go fp r o b l e md i s c o v e r y ，a n a l y s i sa n ds o l u t i o n h o w e v e r ，t h e c u r r e n te x p e r i m e n t t e a c h i n gi su b i q u i t o u s l yo fm a n ys h o r t c o m i n g s ，s u c ha st h ec o n f l i c t sb e t w e e ns t u d e n t s p e r s o n a l i z e dd e m a n da n dt h eu n i f i c a t i o no fe x p e r i m e n tt e a c h i n g ，b e t w e e ns t u d e n t se a g e r n e s s o fe x p e r i m e n to p e r a t i o na n dt h e l i m i t a t i o no ft h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，b e t w e e nt h e l i m i t a t i o no fs t u d e n ta c t i v i t i e sa n de x t e n s i v e n e s so fs c i e n t i f i cr e s e a r c hc o n t e n t s ，b e t w e e n s t u d e n t sl a c ko fd i r e c te x p e r i e n c ea n dt h ea b s t r a c t n e s so fs c i e n t i f i ce x p e r i m e n tp r i n c i p l e ， b e t w e e nt h eb r e v i t yo fs t u d e n t sm e m o r ya n dn o n r e s u m p t i o no ft h es c i e n t i f i ce x p e r i m e n t s c e n e ，a sw e l la sb e t w e e nt h ea r b i t r a r yr e q u i r e m e n t so ft h ee x p e r i m e n t a la n a l y s i sa n dt h e c o n t i n u i t yo f s c i e n t i f i ce x p e r i m e n tp r o c e s s s c i e n c ei st a k e nf r o mt h ei n t e g r a t i o no fp h y s i c s ，c h e m i s t r ya n db i o l o g y ，b u ti sh i g h e r t h a nt h es i m p l es y n t h e s i so ft h et h r e e i ti sac o m p r e h e n s i v es u b j e c t 、析mm o r ep r a c t i c e t r a d i t i o n a lt e a c h i n gm e t h o d sa n dm e a n sc a nn o tc o m p l e t e l ym e e tt h er e q u i r e m e n t so f s c i e n t i f i ce x p e r i m e n tt e a c h i n g ，a n dt e n dt ob e c o m ee m p t y ，b o r i n gs e r m o n s ，e a s i l ym a k i n g s t u d e n t sf a t i g u eb u tc a nn o ta c h i e v et h ee x p e c t e de f f e c t t os o l v et h e s ep r o b l e m s ，t h e i n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n ds c i e n t i f i ce x p e r i m e n tc o u r s eb e c o m e st h ef o c u so f a t t e n t i o no fe d u c a t o r se s p e c i a l l yt h ef r o n tl i n et e a c h e r s ，a n dc e r t a i na c h i e v e m e n t sa n d e x p e r i e n c eh a sb e e nm a d ei nt h es c i e n c et e a c h i n gp r a c t i c e h o w e v e r , t h ei n t e g r a t i o no f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n ds c i e n t i f i ce x p e r i m e n ti s s t i l li nt h ee x p e r i e n c es t a g e ，谢t i lo n l y p a r t i c u l a re x p e r i m e n t s c o n s i d e r e d m o s ts c i e n c et e a c h e r sh a v em i s u n d e r s t a n d i n go r m i s o p e r a t i o ni ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dc u r r i c u l u mi n t e g r a t i o n t h e r e a r eal o to f p r o b l e m si nt h ei n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dm i d d l es c h o o ls c i e n c et e a c h i n g t h em a i ni sa sf o l l o w ：o t h eb l i n d n e s so fs c i e n t i f i ce x p e r i m e n t sa n ds c i e n t i f i ce x p e r i m e n t i n t e g r a t i o n ；t h el a c ko fs y s t e m a t i ci n t e g r a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n ds c i e n t i f i c e x p e r i m e n t s ；n of u l le x p l o i t a t i o no ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya d v a n t a g e s ；t h el a c ko f s y s t e m a t i cs t u d yo fs c i e n t i f i ce x p e r i m e n tt y p e s ；t h el a c ko fi n t e g r a t i o nm o d es t u d yf o r d i f f e r e n ts c i e n t i f i ce x p e r i m e n tt y p e s i nt h i sp a p e r , t h em a i nc o n t e n ti n c l u d e st h ef o l l o w i n g ： 1 f i r s to fa l l ，a n a l y z e di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dc u r r i c u l u mi n t e g r a t i o n ，e s p e c i a l l yt h e i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n ds c i e n t i f i ce x p e r i m e n ts t a t u sq u o sa th o m ea n da b r o a d ； f - j ， 厶lh e ne x p l o r e dt h et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o no fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ya n ds c i e n t i f i c e x 聊m e n tm t e 刚i o nf r o mt h r e ea r e a so fi n t e g r a t i o no ft h e o r y ，l e a m i n g t h e o r ya n dt h e 鲫叼e c to n t o l o g y d e f i n e da n d e x p l a i n e dt h eb a s i cc o n c e p t si nd 删j ： j u 8 8 s i f t e dt h es c i e n t i f i ce x p e r i m e n t sa c c o r d i n gt ot h e i ro p e r a t i o n o b j e c t 柚d 硒c t i o i l s ： s t u d l e da n ds u m m a r i z e dt h ek n o w l e d g e o n t o l o g yo fs c i e n t i f i ce x p e r i m e n tf r o mt h r e el e v e l so f 舭c o n c e p to n t o l o g y ，m e t h o do n t o l o g ya n da p p l i c a t i o no n t 0 1 0 9 ) r ； 龟触吁t h eo v e r a l la n a l y z i n go ft h es c i e n t i f i ce x p e r i m e n tt e a c h i n gm o d e ，s l 】m m 撕z e d t h ec o n c e p t ，m e t l l o da n da p p l i c a t i o no n t o l o g yo fs c i e n t i f i c e x p e r i m e n ta n ds u m m e du pt l l e m e l ra p p r o p n a t et e a c l l i n gm o d e s ；i n a d d i t i o n , p r e s e n t e dt h ei d e a li n s t r u c t i o n a l d e s i g no f s c i e n t i f i ce x p e r t m e i t sa n dt h ec o r r e s p o n d i n g d e s i g np r i n c i p l e sa n d 蛐r a t e 百e si i lt l l ei d e a j 蛐： 5 t i tf o r w a r dt h e s p e c i f i cd i a g n o s i sm e t h o d s ，p r i n c i p l e sa n dc l a s s i f i c a t i o n o ft l l e c o 脚 1 0 ni n t e g r a t i o np o i n t si ns c i e n t i f i ce x p e r i m e n t s ，a n dt h e n p r e s e n t e dt h es o l u t i o n sa n d s t r a t e g i e st ot h ec o m m o ni n t e g r a t i o np o i n t si nt h es c i e n t i f i ce x p 耐m e n tc o u r s e ： o u 1 r e c t l yu s e di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yi n v i r t u a ls i m u l a t i o n ，t om a k et l l e a b 鲫r a c t c o n c e p t s ，p r i n c i p l e s ，t h e o r e m sa n dv a r i a t i o n a lp r o c e s ss p e c i f i ca n dv i s 砌i z e d b a s e do nt h e 删y s l so ft h es c l e n t i t l ee x p e r i m e n ts u p p o r t i n gp l a t f o r m sc o n s t r u c t i o nn e c e s s 慨t h j sa r t i c l e b r o u 龇f o r w a r dt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dd e s i g np r i n c i p l e so ft h ev 硫i a ls i m u l a t i o ns c i e n t i f i c e x p e n m 哪p l a t f o r m i na d d i t i o n , i tt o o kj u n i o rm i d d l es c h o o l c h e m i s t 巧觚de l e c t r i c si i l m l d d l es c h 0 0 i p h y s i c sa sa ne x a m p l e ， e x p l a i n e dt h ec o r r e s p o n d e n t d e s i g n ， r e a l i z a t i o n m e t h o d sa n da p p l i c a t i o ne x a m p l e so f t h ev i r t u a ls i m u l a t i o ns c i 钮c ei a b o r a t o i i i e s k 呵w 。r d s ：i n f o r m a t i o n t e c h n 。l o g y ；s c i e n c e ；e x p e r i m e n t ；i n t e 鲥i o np o i n t ；s i n l u l a t i o n p l a t f o r m 主 一 p 、 i 目录 摘要 a b s t r a c t 目录 第一章研究背景 一、现状分析 ( 一) 信息技术与课程整合的起源 ( 二) 国内外研究现状 二、存在的问题 ( 一) 科学实验实施过程中存在的问题4 ( 二) 信息技术与科学实验整合中存在的问题5 三、发展趋势6 四、研究目标与内容7 五、研究意义8 六、研究方法9 第二章理论基础1 0 一、整合点理论1 0 ( 一) 整合定位1 0 ( 二) 整合课的设计方法1 0 ( 三) 整合点的诊断方法1 2 二、学习理论1 5 ( 一) 行为主义学习理论( b e h a v i o r i s m ) 1 5 ( 二) 认知主义学习理论( c o g n i t i v i s m ) 1 6 ( 三) 建构主义学习理论( c o n s t r u c t i v i s m ) 1 7 ( 四) 多元智能理论( m u l t i p l ei n t e l l i g e n c e ，m i ) 1 9 ( 五) 分布式认知理论( d i s t r i b u t e dc o g n i t i o n ) 1 9 三、学科本体论2 0 ( 一) 以往知识划分回顾2 0 ( 二) 学科本体论2 1 四、基本概念界定2 3 ( 一) 信息技术( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，i t ) 2 3 ( 二) 课程( c u r r i c u l u m ) 2 4 ( 三) 课程整合( i n t e g r a t i n gi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yi n t oc u r r i c u l u m ) 2 4 ( 四) 教学模式( i n s t r a c t i o n a lm o d e l ) 2 6 ( 五) 科学教育( s c i e n t i f i ce d u c a t i o n ) 2 6 第三章科学实验内容分类及学科本体建立2 8 一、科学实验的分类2 8 ( 一) 根据实验的操作对象分类2 8 ( 二) 按功能分类3 0 二、科学实验本体建立3 2 ( 一) 科学实验概念本体3 2 ( 二) 科学实验方法本体3 6 ( 三) 科学实验应用本体3 9 v 第四章科学的实验教学模式及整合课设计5 2 一、科学实验教学模式5 2 ( 一) 科学教育的知识和学生认识过程5 2 ( 二) 中学科学实验教学5 3 ( 三) 中学生学习科学实验的心理特点5 3 ( 四) 模式构建5 4 二、概念本体教学模式5 4 ( 一) 概念的形成5 4 ( 二) 概念的理解5 5 - ( 三) 概念的巩固5 6 三、方法本体教学模式6 0 ( 一) 培养“点一线一网”的学习方法6 0 ( 二) 掌握认识的方法6 0 ( 三) “思”源于“疑 方法6 0 ( 四) 比较、概括、综合方法6 l ( 五) “边教边实验 模式6 1 四、应用本体教学模式6 2 ( 一) “应用操作 模式6 3 ( 二) 基于问题的教学模式6 4 五、理想状态下科学实验教学设计6 6 ( 一) 设计的基本原则6 6 ( 二) 设计应考虑的基本要素7 1 ( 三) 设计的策略与方法7 4 第五章共性整合点诊断及解决方法研究7 7 一、共性整合点诊断7 7 ( 一) 诊断的基本思路7 7 ( 二) 诊断的基本原则7 7 ( 三) 科学实验教学共性整合点分类7 7 二、解决方法研究7 8 ( 一) 信息技术在解决共性整合点时具体作用7 8 ( 二) 整合点解决办法7 9 第六章虚拟仿真科学实验支撑平台设计8 5 一、虚拟仿真实验室的概述8 5 ( 一) 虚拟仿真实验室的定位8 5 ( 二) 虚拟仿真实验室在国内外的发展情况8 9 ( 三) 虚拟仿真实验室的特征9 2 ( 四) 虚拟仿真实验室的设计原则9 3 二、初中化学虚拟仿真科学实验支撑平台设计9 4 ( 一) 初中化学虚拟仿真实验室的设计9 4 ( 二) 知识库的建立1 0 4 ( 三) 应用实例1 0 7 结语1 1 3 参考文献1 1 4 附录1 2 2 后记1 2 8 在学期间公开发表论文及著作情况1 2 9 v l 一 - ， 一 东北师范大学博士学位 第一章研究背 信息技术的发展带来了教育的信息化，基础教育 革的深入，信息技术与科学教学整合是信息技术和科 有科学素养和创新能力的人才的必然要求。 一、现状分析 ( 一) 信息技术与课程整合的起源 自从1 9 4 6 年第一台电子计算机e n i a c 在美国宾西法尼亚大学诞生以来，计算机技 术的发展突飞猛进，体积越造越小，速度越来越快，功能越来越强，在现代科技和生产 中发挥着巨大作用。今天，计算机已渗透到各个领域，产生了越来越大的影响，教育领 域尤为突出。 1 9 5 8 年美国i b m 公司开发研制出来的计算机辅助教育系统，揭开了计算机辅助教 学的序幕。经过近4 0 年的努力，计算机辅助教育在教育领域得到了广泛的应用。计算 机辅助教育( c o m p u t e rb a s e de d u c a t i o n ) ，简称c b e ，是指以计算机为媒介所进行的教 育活动；而以计算机为媒介所进行的教学活动，则称为计算机辅助教学( c o m p u t e r a s s i s t e di n s t r u c t i o n ) ，简称c a i 。 就世界上计算机辅助教学的发展过程而言，主要经历了以字符模式为主的编程阶 段、多媒体c a i 课件和将教育与信息技术相结合的网络教学( 是广域网而非局域网) 阶 段。 随着以计算机、多媒体、通讯、网络、人工智能等为代表的信息收集、处理、加工、 传输等技术的飞速发展，信息技术不断渗透到社会生活的各个领域和各个方面，在全球 范围内改变着人们的生产方式、生活方式以及思维方式，人类跨入了一个崭新的时代一 信息化时代。2 0 世纪9 0 年代，以美国，加拿大，日本为首的一些发达国家提出“整 合 的概念即把现代信息技术整合到学生学习的各门课程中去。1 9 9 8 年，全国中小学计 算机研究中心的研究人员借鉴西方发达国家的提法，第一次提出了“课程整合课题组， 并将其列入“九五 重点课题的子课题进行立项。1 9 9 9 年1 月，全国中小学计算机研究 中心在北京师范大学组织召开了有数十所学校参加了“计算机与各学科课程整合 项目 开题会，“课程整合 项目开始走向有组织的研究阶段。 ( 二) 国内外研究现状 面对滚滚而来的信息化浪潮，世界上发达国家和地区高度重视信息技术对社会、对 教育的影响和作用，重新调整教育的培养目标，制定教育改革方案，采取相应措施，加 快推进教育信息化的建设，以全面提高公民特别是青少年的信息素养，培养适应信息化 - i 家或地区有英格兰、美国、日本、英国、法国、德国、新西兰、澳大利亚、香港、加拿 大、南非、埃及、以色列、韩国、瑞典等。 经过多年的发展，现在看来，国际上初中阶段科学课程设置的主要形式是综合科学 课程，只有极少数国家或地区仍然坚持设置分科科学课程。不过，许多国家在开设综合 科学课程的同时，还提供了物理科学课程、生物科学课程等分科科学课程，供学校和学 生选择，没有在科学课程的开设上实行“一刀切 ，而是采取比较灵活的形式。一些发 达国家，尤其是美国，近些年来对综合课的研究和开发有了新的进展。美国不但从学龄 前综合课( i n t e g r a t e dc u r r i c u l u mf o rp r e s c h o o l e r s ) 、小学和中学综合课程( i n t e g r a t e d c u r r i c u l 啪f o re l e m e n t a r ya n dm i d d l es c h 0 0 1 ) 进行着综合课程的研究和开发。还开展了 大学综合课的研究和建设。近几年美国出版和发表了大量有关综合课的专著和论文，建 设了许多有关综合课改革的网站。 美国在信息技术与生物实验教学整合方面做出了大量的研究，劳伦斯伯克利实验室 制作了一个名为“整体青蛙”( t h ew h o l ef r o gp r o j e c t ) 的虚拟实验室( h t t p ：w w w - i t g ， l b l g o v i t g h m p g d o e s w h o l e f r o g ) 。它包括演示实验录像、交互式青蛙解剖指导、虚拟 青蛙解剖工具包和虚拟青蛙组装游戏这几个部分。其中，演示实验录像能精确地再现过 去用真实动物所做的实验，可观察到解剖的每个阶段；交互式青蛙解剖指导是一个有用 。李长有中学理科综合课程的研究初探 d ：【硕士学位论文】长春：东北师范大学生命科学学院，2 0 0 4 2 一 产 、 东北师范大学博士学位论文 的解剖准备工具，它利用图片和动画引导学生逐步地完成实验过程，每一步实验学生都 可以参与交互练习；虚拟青蛙解剖工具包是整个实验室最有特色的部分，它利用核磁共 振成像技术制成数字青蛙模型，形成三维立体图像，并能让被解剖的青蛙在三维空间内 按指定方向旋转，使学生能从不同的角度观察青蛙的不同部位，甚至能看见真实实验中 很难看清的解剖结构。 数字化实验室中数据采集系统的研制，在国外比较著名的有：美国p a s c o 公司的 数据采集系统；英国p i c ot e c h n o l o g y 公司的数据采集系统；德国c o b r a 的数据采集系统； 澳大利亚d a v ah a r v e s t 公司的数据采集系统等；美国v e r n i e r 公司的数据采集系统。 2 国内研究现状 。 在我国，中学理科综合课程的开发是从上世纪八十年代开始的。首先搞开发的是东 北师范大学附属中学，他们组织编写了四年制初级中学自然科学基础教材，共1 2 册。1 9 8 7 年开始，这套教材在东北师范大学附属中学和其它几所学校进行了试验；其次， 上海教育局教研室在原国家教委基础教育司的授意下，于1 9 8 6 年成立了综合理科研究 小组，小组在调查研究的基础上试编了理科教材，从1 9 8 8 年起先后在上海市的市 区和郊县选择了4 所学校进行了三轮非滚动式教学试点，历时9 年送走了三届初中毕业 生。1 9 9 7 年秋，试点扩大到三区一县1 7 所学校进行滚动式试点，1 9 9 8 年，试点学校扩 大为2 7 所。北京市于1 9 9 8 年颁布了科学课程标准，海淀区自编了教材，于2 0 0 0 年开 始小范围实验。1 9 9 5 年，受原国家教委基础教育司的委托，广东省教育厅成立了“普通 高中综合课程研究与实验 课题组：上海师大学科教育研究所成立了“普通高中模块式 综合课程研究 课题组，上海师大教科所和上海市实验学校联合成立了“普通高中课程 综合化研究 课题组，开始对高中综合课程研究。1 9 9 6 年7 月、1 9 9 7 年7 月和1 9 9 8 年 8 月国家教委基础教育司和广东省教育厅联合在广州召开了三次“普通高中综合课程专 题研讨会 ，1 9 9 8 年秋至1 9 9 9 年夏，广东实验中学、广州师院附属中学、广州市2 l 中、 新会市一中等1 0 所学校进行了试验。2 0 0 1 年2 月，在广东召开第四次普通高中综合课 程研讨会，对试验工作进行了总结。1 9 8 8 年5 月，国家教委在山东泰安召开“全国九年 义务教育教材规划会议”，在这次会议上，确定浙江省参加编写义务教育教材。经过2 年，浙江省初中理科综合的“自然科学 教学指导纲要和教材于1 9 9 1 年秋开始试验， 1 9 9 3 年秋在全省范围内全面推开，大规模地推进了初中综合理科课程的试验。1 9 9 7 1 9 9 9 年浙江省又修订出版了新的自然科学教学指导纲要和新版教材，供全省学生使用。 1 9 9 9 年以后到现在全省一直使用的是修订后的自然科学新版教材 。 总的看来，综合课的建设和改革在世界范围内的各个教育层次上进行着，我国在这 方面发展比较慢，与发达国家还有相当的差距。 东吴大学快乐营( h t t p ：v s c h 0 0 1 s c u e d u t w h a p p y l i n d e x p h p ) 这个网站是台湾地区建 设良好的虚拟生物实验室。它主要面对中小学生，其中有我的桌面、主题乐园、小队办 公室、生物教室、生物实验室及交流园地。在生物教室下又分为线上课程、虚拟社区、 千新存信息技术i 初中生物实验教学整合的研究【d 】：【硕1 ：学位论文】北京：首都师范大学，2 0 0 7 曲李长宵中学理科综合课程的研究初探【d 】t 【硕上学位论文】长存t 东北师范人学，2 0 0 4 3 二、存在的问题 随着教学信息化的不断深入和新课程改革的不断进行，信息技术与课程整合在全国 搞得如火如荼，成为教育工作者特别是一线教师关注的热点。当然科学学科也不离外， 在实际科学教学中取得了一定的成绩和经验，但大部分科学教师存在着对信息技术与课 程整合的理解及操作误区，信息技术与中学科学教学整合存在许多问题，现分析如下： ( 一) 科学实验实施过程中存在的问题 实验是科学的基础，是科学发展的动力源泉，实验教学在现代教学中占有重要的位 置。实验教学的基本目的是让学习者学习实验的测量方法、学科基本研究方法和科学思 维。在中学实验教学中，学生是实验教学的主体，在实验教学中具有能动性，对实验加 以理解和体验；无论是课堂实验还是家庭实验，都成为实验教学资源开发的重要组成部 分。从这一角度上讲，学生也是实验教学的一种资源。但是目前中学实验课程中普遍存 在的问题是，学生学习兴趣低下，知识面窄，发现问题、分析问题与解决问题，以及动 手操作的能力下降等，具体如下： 1 学生实验的个性化需求与实验教学“一齐化”的矛盾 。莆晶，曹丽娟虚拟生物实验室实例 j 生物学杂志，2 0 0 4 ，2 1 ( 4 ) ：5 5 5 7 岱陈杰信息技术与物理实验整合的研究与实践【d 】：【硕士学位论文1 南京：南京师范人学，2 0 0 7 。王玉琼虚拟实验在中学物理教学中的应用研究l d 】：【硕士学位论文1 成都：四川师范大学，2 0 0 8 4 忒 ， ， 产 崎 东北师范大学博士学位论文 在实验教学中，学生的个性需求是多样的，而现行教材从实验目的、实验器材、实 验原理、实验过程等都是统一的。所以得出实验结论必然是一致的。因此，大部分学生 失去了对科学实验的兴趣，到实验室做实验变成了走过场。形成了“做实验不如讲实验， 讲实验不如看实验”的局面。 2 学生实验操作的渴望性和实验条件的局限性的矛盾 学生对实验操作普遍具有好奇性，都渴望进行自主操作。可是由于学校实验条件的 局限性和有些科学实验内容本身的限制性，不可能满足所有学生任意操作。 3 学生活动的局限性和科学研究内容的广泛性的矛盾 科学的研究内容是十分广泛的，大到天体物理，d , n 微观粒子。而学生的生活和活 动空间是有限的，因此导致了学生建构诸如天体运动、分子结构、生物运动、微观粒子 等科学内容时的缺乏直接经验。 4 学生直接经验的缺乏和科学实验原理抽象性的矛盾 许多科学实验的原理非常抽象，如波的干涉、波的衍射、波的叠加、光电效应等， 学生缺乏这方面的直接经验，因此，对这些实验原理的理解十分困难。 5 学生记忆的短暂性和科学实验现场的不可恢复性的矛盾 每一次科学实验操作完成后都无法再现同样的实验现场，而学生不可能完全记住实 验信息，而这些信息对整个实验是非常重要的，特别是当实验记录出现错误时，再恢复 实验现场是不可能的。 6 对实验分析的任意性要求与科学实验过程连续性的矛盾 为了便于学生理解，有时我们希望在分析实验时可以进行任意暂停，在任意位置和 角度观察实验，而真实的科学实验是连续的，是不可能实现上述要求的。 ( 二) 信息技术与科学实验整合中存在的问题 1 信息技术与科学实验整合存在盲目性 信息技术作为新型的教学手段具有其无穷的魅力，我们可以将之视为教师的教学工 具、作为促进学生自主学习的认知工具、研究工具与情感激励工具以及丰富教学环境的 创设工具。然而这并不等于我们可以利用信息技术替代传统的所有教学手段，但是在实 际教学中，确实存在着为使用技术而使用技术的现象，对于信息技术与科学实验的整合 存在盲目性。比如探究蜗牛有哪些感觉；模拟月相成因的实验；探究食盐的溶解速度与 哪些因素有关；液体的压强与液体的密度、液体的深度的关系这些实验在常规教学 中即可完成，无须再将信息技术引入教学当中来。 2 信息技术与科学实验整合缺乏系统性 目前信息技术与科学实验的整合，大多针对具体实验进行模拟，而没有系统研究整 个科学实验体系，缺乏对科学实验的本体研究、系统性不够。 传统的初中科学课程非常突出单因素进行考察的方法。事实上，这种方法只适应于 。钟永江用信息技术“点亮”物理实验信息技术与物理实验课程整合的方法研究【j 】中国信息技术教育，2 0 0 9 ( i ) t 4 6 - 4 8 5 东北师范大学博士学位论文 人工严密控制的简单系统，与我国过去实行的单一计划经济相适应。而在对大量的、随 处可见的自然事物或其他复杂系统进行研究时，不能只进行单因子分析，而要注意元素 之间的普遍联系和相互作用。这促联系和作用常常不是简单的某元素为因，某元素为界， 而是表现为随机、统计的关系。建立这样的观点，可以减少看问题的片面性，有利于克 服建立在近代科学基础上的自然观机械论和决定论的弊端。 3 信息技术的优势没有得到充分发挥 信息技术具有可交互性、可计算性、可控制性、可图示性、实时性、可复制性、可 共享性、可传递性、可存储性、可检索性、大容量性、可扩大性、可程序化、可模拟性、 可仿真性、可智能性、可组合性等。 实验教学过程中，有时学生对实验的结果或现象不能作出判断时，可以用信息技术 来指导学生。如在学生操作显微镜观察永久装片实验中，学生首先要会对光，实验手册 中告诉学生“当从目镜中看到一个光亮的光斑时，说明对光已对好了 ，可是在实验操 作过程中，很多学生都不知道怎么样才算调好光了，此时，如果在教师演示的显微镜的 目镜上安装一个摄相头，再把摄相头与电脑连接，就能够直接把显微镜的效果投影在屏 幕上，学生只需要把他自己的实验现象与屏幕上对照即可了。再如粗准焦螺旋与细准焦 螺旋的调节作用，很多学生都只认为粗准焦调节有变化，细准焦螺旋调节无变化，如果 还是用刚才的这个方法，让全班所有的学生一齐来观察教师演示时，屏幕中像的变化， 肯定会改变学生认为无变化的观点。 诸如此方面的信息技术的优势还有很多，但还没有得到充分发挥和利用。 三、发展趋势 。 1 学生学习自主化 能实现学习方式的多元化。允许学生挑战学习步调和学习进度，