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探究新技术装备 服务于课程改革来源：浙江省教育技术中心 日期：2009-08-27浙江省教育技术中心 蒋辉 张仲华 一、科学技术与教育装备发展的关系 作为基础教育课程实施的重要物质基础，教育技术装备的作用越来越显突出，随着基础教育新课程改革的深入推进，人们已经不再仅仅满足于借助技术帮助，而是转向根据课程改革自身需要主动地、更加积极地开发新技术装备，不断挖掘和拓展课程资源，新技术装备备受教育界的关注。 从教育技术装备发展历史看，科学技术与学校教育装备的关系是非常密切的。自中世纪欧洲文艺复兴开始，科学技术发展突飞猛进，极大地推动了社会经济发展，科学研究和技术创新得到了欧洲各主要国家的高度重视，为了培养科技后备人才，各国纷纷将科学研究的实验方法、实验仪器设备引入到大学常规教学中来，科学实验演变成为学校重要的教学内容和方法教学实验。因为教学实验的内容、方法及形式基本上保留科学实验主要属性，因而教学实验所使用的实验仪器设备与当时的技术水平基本是同步的，新技术、新装备被不断地引入到大学的实验室。 教学实验在培养科技后备人才的过程中，人们发现实验在训练学生科学实验基本技能、基本规范和素养的同时，对促进学生理解知识概念、科学原理，突破教学难点，激发兴趣和培养创新意识有着不可替代的独特作用，这种教学方法又慢慢延伸到中学、小学。现代科技发展中，信息通讯、生物、航天、材料技术不断取得突破，一方面这些领域的科技成果不断充实到学校教学实验中，给传统的经典实验改进、优化整合提供了更好的条件，教学内容的呈现方式、学生学习方式、师生互动方式持续得到改进或突破。另一方面，新技术装备对学校的教学管理、环境优化、安全保障产生了全新的革命性的深刻变化。 新课程标准提出要提高学生科学素养，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系。比如生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平，以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。新课程标准还要求应注意帮助学生了解相关的职业和学习方向，为他们进一步学习和步入社会做准备。把生物科学技术新内容、成果和相关的技术装备及时纳入到教学中是生物新课程最主要特点之一，新课程标准倡导这些理念与特点如愿得以实现，需要怎样的教育装备与之相适应而备受关注。 浙江省教育装备“十一五”发展计划提出要逐步建立完善与基础教育和新课程改革相适应的教育装备标准体系，同时还提出建立以部门集中采购为主要形式的供配体系，形成教育装备基础管理制度体系和教学仪器设备产品质量评估监督体系。建立、完善这些体系，发挥应有功能的基础是开发、选择、引进和运用好新技术装备。 二、新技术装备的基本特点 2008年，我们提出的教育装备要逐步实现“从器物性装备向技术装备发展，从验证性装备向探究性装备发展，从单一离散装备向全寿命全系统装备发展”，已经比较清晰地描述了新技术装备的基本特点。 下面具体解释新技术装备的特点。 （一）器物性装备向技术装备发展 器物性装备强调是有形、固定，技术含量低，拓展性、灵活性较差，不能满足新课程实验的需要。新技术装备就是有效吸收利用新技术、采用新材料，通用适应性强，学生易喜欢，有利于探究性实验，有利于与传统实验方式的整合，有利于实现教学内容的呈现方式、学生学习方式、师生互动方式的不断有效改进。如数据实验采集系统，能够大量、快速、准确、实时地进行数据采集与处理，直观效果非常明显；再有数码显微镜，可以便于师生、同学之间交流与互动，实验现象、实验过程即时保存，好的实验再现与共享。 （二）验证性装备向探究性装备发展 教学实验具有两个功能，一是验证知识，加深理解；二是为以后从事科学研究进行必要的训练，比较注重的是验证性装备。验证性装备主要以器物性装备为主。 新课程倡导的是学生知识技能、情感态度价值观、过程与方法的培养，强调共同基础上的个性化发展和探究性学习。探究性实验需要相应的手段和方法来实现，技术突破使探究性活动需要的手段和方法得以实现，并且灵活多样，构成探究性装备的基本要素。如数据实验采集系统、数字星球等，可以根据教师、学生的探究要求进行相应的参数、环境变化，有效突破教学难点、拓展技能。探究性装备是新课程环境下新技术装备发展的主要方向。 （三）单一离散装备与全寿命全系统装备 现代系统论创始人贝朗塔菲是一个生物学家，他认为生命现象是不能用机械论观点来揭示其规律的，而只能把它看作一个整体或系统来加以考察。世界上任何事物都可以看成是一个系统，因此教育装备也是一个系统，具有整体性、关联性、等级结构性、动态平衡性、时序性等基本特征。系统的最大特点在于整体效应大大优于各个体部分效应之和。教育装备全寿命提出了实事求是的科学概念，教育装备必须合理考虑装备采购、使用、养护、维修、报废、更新等等，新技术装备是一个不断改进、不断提高、有周期的动态过程。我们提出的基础教育装备十室四大系统，比较强调的是各自的独立性，单一完整性。全寿命全系统装备作为先进的理念完全是与教育装备科学、可持续发展的客观规律相吻合的。 三、新技术装备介绍 （一）数码显微镜 数码显微镜是以摄像头作为接收元件的显微镜，在显微镜的实像面处装入摄像头，通过这种光学图像转换成电信号的图像，然后对之进行尺寸检测、颗粒计数等工作，数码显微镜可以与计算机联用。 数码显微镜与传统的显微镜相比，具有以下优点： 1、改变了传统光学显微镜的局限 便于师生、同学之间交流与互动；功能增强，教学内容得到扩展；实验现象、实验过程即时保存；好的实验再现与共享。 2、实现探究性学习 数码显微镜通过实时存储、联网、投影等手段，帮助学生发现问题、分析问题、解决问题；体验知识产生和发展的过程；实现自主、探究、合作。 目前数码生物显微镜配置包括：教师用数码显微镜、教师用数码体视镜、学生用数码显微镜、教师用电脑、学生用电脑、投影、耳机、网络加速器；系统控制软件、教师端图像处理软件、学生端独立图像处理软件，以及必要的环境设施和配套设备。 （二）数字星球仪 传统地理教学仅仅依靠教师的讲解、配合平面而单调的挂图、地理模型来完成对学生地理、天文等相关知识的传授，不易被学生接受，不易启发学生兴趣。进入新世纪以来，中国航天事业突飞猛进，嫦娥一号探月的成功，神州七号宇宙飞船圆满完成太空行走等激起了中小学生越来越浓的探究宇宙兴趣，数字星球仪可以满足学生探究宇宙的欲望。 “数字星球系统”是以计算机技术为核心，通过软件控制平台、数字化资源和球形投影技术，生动立体展示天文、地理等科学知识。它能让使用者从全球、整体和区域多角度探索研究，配合声音、图像、动画、视频等多媒体信息，营造出全息互动的数字化环境，充分激发学生探究科学与技术、过去与未来、自然与社会的兴趣。为学校地理、历史、天文、人文等学科教学带来了实质性的变化。 （三）数据实验采集系统 物理课程标准提出信息技术要进入物理实验室，加快中学物理实验软件的开发和应用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据，分析实验结果。 数字实验采集系统就是将计算机技术和传统的实验方法结合起来，利用传感器把各种物理、化学、生物等的待测量转换为数字化的量输入计算机，经计算机处理得到结果，突破了传统实验的局限。数据实验采集系统有以下突出特点： 1、强大的数据采集能力 利用计算机，既可以对传感器在快速变化的瞬态过程中获得大量实验数据进行实时采集，也可以长时间地跟踪收集极缓慢过程的各种实验数据。 2、灵活的数据处理能力 通过计算机，可以对实验过程进行控制，对大量的数据进行各种复杂的、快速的处理，如数据转换、曲线拟合、误差计算等等。 3、为探究教学创造条件 可以方便地实现数据共享。大大节省传统科学实验数据的记录、计算、分析的时间，使实验的重心落在问题的假设及探究活动上变传统的定性实验为定量实验，验证型实验为探究性实验。 另外还可以实现难以完成的实验，如热传递、光合作用、波义尔定律等。 （四）录播系统 录播系统是集视音频摄录系统、电脑数字信号采集系统、板书定位系统和录播服务器系统为一体，实现对教学活动过程的多路视频、音频和计算机屏幕信号一体化的同步录制、存储和现场直播。全面记录教学实况，即时生成多媒体教学课件，可以上传到流媒体服务器上或刻录成光盘，还可以轻松发布到Internet、局域网。 录播系统从整体上解决学校教学、教研实况的录播需求，满足新课程形势下教师对自身发展、资源积累和交流的需求。典型应用有： 1、多媒体教学。录播系统可以多媒体教室内教学进行的录制和直播，极大丰富校园网及多媒体教室的应用，高效率低成本地实现教育资源的积累。 2、精品课程建设。精品课程建设中重要的一个环节就是教学过程的录像，录播系统可实现教学现场视音频信号和课件信息的同步一体化录制，也可以在网络上进行实时直播或事后点播，让优质师资资源得到共享。 3、教师评优示范课。通常的录像方式常常不能全面记录授课的各个细节，尤其是精彩的电子课件和板书内容。录播系统可将示范课现场的教师图像声音、学生图像声音以及电子课件进行同步的录制，可全面记录示范课各方面的细节信息，更便于专家在评课时做到准确客观。 4、微格教学。录播系统可以对教师和学生的行为及课件内容进行记录，教学评价人员可以通过多媒体录播系统的点评功能对教学活动进行实时点评，回放录像时可调阅点评内容，能及时准确地获取反馈信息，尽快达到教学目的。 5、校园讲座。优秀的校园讲座是学生获得书本以外知识的很好方式，由于场地的限制，很多同学不能进入讲座现场聆听。录播系统可以将讲座现场的图像、声音及报告内容在校园网上进行实时直播。 （五）交互式电子白板 交互式电子白板融合了大屏幕投影技术、嵌入式软件技术、精确定位技术和通讯传输技术，配合投影机、电脑等工具使用时，白板便成为书写板和投影银幕，白板笔具有和鼠标一样的功能，可以与电脑交互控制操作，构成一个大屏幕、交换式的协作教学环境。 使用交互式电子白板进行教学的优势： 1、由于与计算机相连，教师可以预存大量板书、教学演示软件和音视频资料，使用是快速引用，随时修改、批注和展开详细的讲解，实现无尘书写，随意书写，保护教师免受粉尘的危害。 2、交互式电子白板可以通过软件设置交互活动，提高学生注意力，增强课堂的参与性，活跃课堂气氛，促进学生理解，引发了师生互动教学方式的变革。交互式电子白板可以方便地进行教学过程的实录，便于教师课后的反思、研讨和观摩，便于教学经验的总结和整理，并且可以共享，给教师提高教育教学水平提供了最直接的帮助。 3、交互式电子白板使用促进了多媒体交互课件和教学资源库在学校的普遍使用，同时利用电子白板实录的课件也是很好的数字资源。交互式电子白板弥补黑板和投影银幕各自的不足。数字化的板书资料可以解决使用黑板教学板书耗时多，学生忙于笔记而无暇思考的矛盾；交互式的功能可以解决使用投影银幕时，教师只能按照事先准备好的PPT讲课，无法根据课堂变化作相应调整。 4、交互式电子白板以一种简单的方式快速全面地将信息技术与各学科课程进行有效整合。电子白板因具备上述优点已成为最近几年最受学校欢迎的新技术装备。 （六）数字化校园 在计算机和网络技术上建立起来的对教学、科研、管理、技术服务、生活服务等校园信息的收集、处理、整合、存储、传输和应用。通过实现从环境（包括设备，教室等）、资源（如图书、讲义、课件等）到应用（包括教、学、管理、服务、办公等）的全部数字化，以拓展现实校园的时间和空间维度，提升传统校园的运行效率，实现教育过程的全面信息化，达到提高教学水平、管理水平和效率的目的。 （七）分子生物实验装备（以PCR为例） 1995年，美国科学家mulis因成功发明PCR技术获得诺贝尔化学奖。多聚酶链式反应-PCR（Polymerase Clain Reaction）一种快速体外扩增DNA的方法。PCR使用一种耐热的多聚酶，以及两个含有20个碱基的单链引物。可以在3小时将特定的DNA量提高1000万倍。 PCR技术在日常生活中的使用越来越广泛，比如检测禽流感病毒，临床病毒诊断，用PCR技术可以非常快速、有效、准确地判定。PCR技术还广泛应用于亲子、刑侦等司法鉴定。普通高中生物课程选修内容列出了许多探究性实验，其中PCR扩增实验引人关注，高中阶段引入最新生物技术内容，配置相应的实验装备和环境设施，让学生通过实验能够比较早地了解生物科技发展的现状，或产生学习生物科学的兴趣，进而确定学习专业的倾向。开设这样的实验课很好地体现了新课程倡导的基本理念。 四、推进新技术装备的几点思考 新技术装备的发展将随着整个社会科技应用不断加速，科技全面嵌入，科技应用种类越来越多而越来越快，范围越来越广。新课程的全面实施是推进新技术装备发展的强劲动力。如何确保新技术装备的健康发展，我们认为可从以下几方面着手： （一）为新技术装备提供咨询和帮助 1、围绕建立与基础教育和新课程改革相适应的教育装备标准体系，部门集中采购为主要形式的供配体系，形成教育装备基础管理制度体系和教学仪器设备产品质量评估监督体系等的要求，组织专家进行研究论证，提供与体系要求相关新技术装备的技术咨询和解决方案建议。 2、根据新课程要求，对照十室四大系统的新技术装备及环境设