數(shù)字教學方案
為確保事情或工作順利開展，時常需要預先開展方案準備工作，方案具有可操作性和可行性的特點。那么應當如何制定方案呢？以下是小編收集整理的數(shù)字教學方案，希望能夠幫助到大家。
“數(shù)字科學”是北京景山學校20xx年11月開始的一項校本課程，包括數(shù)字科學課和與之相關的科技小組。數(shù)字科學課在北京景山學校初一開設。目前，數(shù)字科學課程作為北京師范大學項華副教授主持的北京市“十一五”規(guī)劃課題《數(shù)字科學家計劃：基于數(shù)據(jù)探究的物理選修課程設計與嘗試》，已經(jīng)從實驗階段進入推廣階段，課題研究的范圍也從物理拓展到信息技術、通用技術、綜合實踐活動等多個學科。
數(shù)字科學是一門綜合課程，包含科學、技術、工程學和數(shù)學四個領域的內(nèi)容，這一領域在國際上被稱為STEM教育。數(shù)字科學課程通過一個具體的研究性學習案例，讓學生在掌握信息技術的基礎上，設計、開發(fā)和制作實驗裝置，應用其中的數(shù)學原理，得到一個科學的結論，并嘗試用多種不同的形式表達科學結論。數(shù)字科學期望培養(yǎng)“數(shù)字科學家”，即培養(yǎng)對任何一個感興趣的問題，都能用科學的方法獨立地開展研究的“自由研究者”。數(shù)字科學的教學模式是“數(shù)據(jù)探究”，即通過數(shù)據(jù)的“獲取、存儲、分析、表達”來實現(xiàn)結論的定量化、精確化和理論化。數(shù)字科學所用到的數(shù)學知識涉及初中學生能夠接受的基本數(shù)學概念，包括：
（1）計數(shù)、求和、平均值、頻數(shù)、百分比。
（2）比例式、正比例函數(shù)、正比例鏈。
（3）反比例函數(shù)。
（4）一般曲線的最大值、最小值、變化趨勢。
（5）隨機現(xiàn)象與概率問題。
數(shù)字科學所用到的軟件平臺有幾何畫板、Excel、Working Model、仿真物理實驗室、愛樂多，硬件平臺有Ledong板、Stargazer、Arduino板、酷樂宅、Makey Makey等。下面從課程建設、教材建設、教室建設三個角度談數(shù)字科學課程的實施細節(jié)。
初級必修課程：數(shù)字科學的建設
1、數(shù)字科學課程的教學目標
本課程的創(chuàng)新點在于，這是一個系統(tǒng)的基于科學方法的課程，學生通過設計實驗、完成實驗，提高科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學素養(yǎng)。我們對已實施了4年的數(shù)字科學必修課程的內(nèi)容作了更新和深化，并設計了高中選修課程，生成了初級版和高級版的兩套教材，以適用于不同學段和不同能力水平的學生。下面是初中的教學計劃。
雙基要求：
（1）要求學生能夠將信息技術作為學習工具，開展STEM學習。
（2）要求學生掌握以下基本量的計算機測量：次數(shù)、時間、長度、體積、質量和溫度。
（3）在技術層面，要求學生掌握幾何畫板、Excel、Scratch語言，進行數(shù)據(jù)的獲取、存儲、分析和表達。
（4）在工程學方面，要求學生可以利用身邊簡單的器材完成課本上的實驗，并具備一定的新實驗裝置開發(fā)能力。
（5）在數(shù)學方面，要求學生能夠理解并用計算機完成以下數(shù)據(jù)處理：平均值、百分比、正比例、反比例、繪制曲線和線性擬合。
能力培養(yǎng)：
（1）培養(yǎng)學生利用網(wǎng)絡搜索信息并確定研究題目的能力。
（2）培養(yǎng)學生設計一個研究性學習任務的能力。
（3）培養(yǎng)學生運用計算機輔助手段完成數(shù)據(jù)探究的能力。
思想教育：
（1）科學觀念：實驗的思想方法，通過實驗找到穩(wěn)定的定量關系。
（2）精確的概念：通過不斷改進的實驗裝置，提高測量工具的精度和速度，培養(yǎng)學生對準確性的追求。
（3）敢于提出問題：通過提高學生的數(shù)據(jù)探究能力（完成數(shù)據(jù)的獲取、存儲、分析、表達的能力），提高學生提出科學問題的能力和水平。
（4）讓學生認識到計算機是學習的有力工具。
2、單元教學計劃
3、教學案例：溫度傳感器的標定與應用
溫度傳感器的標定與應用是一個具體案例，它體現(xiàn)了數(shù)字科學課程的一般步驟：引入階段，用Scratch編制互動教學裝置，引起學生的興趣（圖1—a）；在數(shù)據(jù)獲取階段，用溫度實驗確定是溫度影響了溫敏電阻的阻值，進而控制了飛機的高度，并設計了溫敏電阻的標定實驗（圖1—b）；在數(shù)據(jù)存儲階段，用Scratch測電阻程序將電阻–溫度關系存儲在txt文件中，為了分析的需要，將txt文件導入Excel中，轉換了存儲的介質；在數(shù)據(jù)分析階段，用Excel擬合得到電阻–溫度曲線，并反解得到溫度–電阻曲線（圖1—c）；在數(shù)據(jù)表達階段，用Scratch程序應用溫度–電阻曲線制作數(shù)字式溫度計，并將其與酒精溫度計比較，驗證其準確性（圖1—d）。
在這個過程中，學生尋求要研究的數(shù)據(jù)、找到獲得數(shù)據(jù)的方法、用計算機分析大量數(shù)據(jù)、通過擬合求得數(shù)據(jù)的關系、挖掘數(shù)據(jù)背后關系的實際應用。教學圍繞數(shù)據(jù)展開，培養(yǎng)的是學生的數(shù)據(jù)分析能力，這是一種具有普遍意義的素養(yǎng)。
學生自學電子教材：數(shù)字科學教材的建設
數(shù)字科學的教材，采用大學科、大單元的教學設計方法。用電子學案代替課本，這樣可以提高效率，同時對于沒有教師授課的學校，學生可以使用電子學案自學。從移動學習的角度，這類教材非常適合于向平板電腦等移動平臺轉移。我們對同一個案例通過不同的難度設計，達到了跨學段的課程體系建設。比如，“血跡大小與下落高度的關系”這個案例在教材體系中，就分為初級版和高級版兩個版本。
1、初級版教材的學案材料
初級版課程的學案強調(diào)基礎的分析能力，給予學生充分的實驗材料和技術支持，為學生自學設計了豐富的學習資源，突出情境牽引和移動學習的課程設計思想。
高度的關系”實驗的學案設計
要培養(yǎng)自由的研究者，第一步就是要培養(yǎng)學生具有觀察和發(fā)現(xiàn)問題的能力。因此課程注重小組反思，比如在活動5中，提出了一系列需要進一步研究的問題：
題目：血跡直徑和滴落高度之間的關系
下面的這些角度哪些是可行的？我們下一步的實驗方向在哪里？
A、（反思角度：數(shù)據(jù)獲取更精確）如何提高測定高度的精度？滴管滴出的圓形血滴是否應該在刻度尺的刻線處？
B、（反思角度：數(shù)據(jù)獲取更精確）如何保證尺子豎直？有沒有必要在尺子旁邊放一個懸掛細線的重錘，讓尺子和細線平行？
C、（反思角度：數(shù)據(jù)獲取更精確）如何提高血滴直徑的測量精度？能不能用拍照的方法，利用比例來測量？
D、（反思角度：數(shù)據(jù)獲取范圍更廣）滴落高度在1m以上。
E、（反思角度：實驗的可重復性）我能不能用家中的工具，在家重復這個實驗？
……
這些反思的角度，實際上是一種課程支架引導學生從哪些領域思考。教材中設計的課程支架也方便了教師的使用。
2、高級版教材的學案資料
高級版教材的學案通過模塊設計，強調(diào)數(shù)理綜合能力的提高。兩個版本的教材，兼顧了不同水平實驗學校的教學需求。
高度的關系”實驗的學案設計
高級版課程主要涉及了更加專業(yè)的數(shù)據(jù)分析方法，結合學生數(shù)學和物理能力的提升設計教材。學案設計的初衷一是方便學生自學，二是方便教師講授。此外，未來這一套課程還會配合在線參考教學視頻，讓更多的學校和學生受益。
數(shù)字科學家實驗室建設
北京景山學校是中國大陸最早將Scratch引入到教學中的學校，還與北京師范大學物理學系、教育部教學儀器研究所和中國協(xié)同教育集團合作開發(fā)了基于Wi—Fi的移動學習平臺和Scratch科學探究套件。圖4為移動終端處理數(shù)據(jù)的過程。該筆記本支持Wi—Fi，在教室中使用無線網(wǎng)絡，可以提高課堂教學的靈活度和移動性，與此同時，通過遠程桌面連接的方法，使WinCE系統(tǒng)可以使用一些Windows XP系統(tǒng)才能使用的軟件，比如幾何畫板等。WinCE平臺又防止了學生沉迷于網(wǎng)絡游戲中，因為絕大部分網(wǎng)絡游戲不能在本系統(tǒng)上運行。因此，學生探究實驗PC對于數(shù)字科學家計劃是一種比較合適的設備選擇。每間教室配備20臺便攜移動PC，可以很好地完成數(shù)字科學課程的教學。此后，我們還會與更多的電子書包廠家合作，提供更加多元的解決方案，目前正在建設一個DELL移動學習數(shù)字科學實驗室。
Scratch科學探究套件
數(shù)字科學實驗室的建設得到了北京景山學校的大力支持，我們在和教育部教學儀器研究所共同研究各種層級和適合不同地區(qū)的配備方案。20xx年，國務委員劉延東同志參觀北京景山學校數(shù)據(jù)探究實驗室，并從教育均衡發(fā)展的角度勉勵我們將這種模式輻射出去，這給了我們很大的動力。教育要面向現(xiàn)代化、面向世界、面向未來，作為一種先進的嘗試，通過課程設計推進中國STEM教育的發(fā)展，促進更多STEM課程的百花齊放，促進教育的均衡發(fā)展和人力資源強國的建設，正是我們努力的方向。
數(shù)字科學課程指導下的研究性學習
研究性學習是提高學生學習能力和綜合素養(yǎng)的有效手段，可以將部分內(nèi)容深化為研究性學習的選題，也可以將課程培養(yǎng)出來的STEM素養(yǎng)轉換為學生自己實施研究性學習的能力。研究性學習的選題分為以下幾個方向。
1、數(shù)碼游戲的制作
Scratch教學是主要的科技活動指導形式。學生可以通過Scratch編制自己的游戲程序，圖5是初一年級學生數(shù)碼游戲設計大賽的部分作品。
2、信息技術實驗儀器的制作
通過Scratch語言，學生快速地掌握編程。本研究的重點是將Scratch作為傳感器開發(fā)工具，用于數(shù)據(jù)探究實驗中，用Scratch編制的顯示聲音強度的示波器，通過非常簡單的代碼，就可以實現(xiàn)波形顯示，數(shù)據(jù)采集和輸出。
3、用信息技術改良物理實驗
圖6是用Scratch編程研究單擺擺動過程的機械能守恒問題。用到了攝像頭和圖像識別等多種技術。
4、互動多媒體裝置的制作
將Ledong版、Arduino、酷樂宅、stargazer等傳感器引入到課程體系（圖7）后，具備研究能力的學生，可以自由地發(fā)揮想象，將編程滲透到游戲、娛樂和科學探究中來。其學習角色向科學家、交互設計師、工程師等多種STEM領域的職業(yè)角色轉換。在這個過程中，學生會明白自己適合做什么和喜歡做什么，以及完成一項工作自己需要找哪些人合作，這些能力將會使他們受益終生。
目前，項目培養(yǎng)的賈思博同學獲得“明天小小科學家”比賽二等獎，并順利地保送清華大學，每年都會涌現(xiàn)出一批“小小數(shù)字科學家”，期待著10年之后能夠形成一個數(shù)字科學家群體。我們還期待著能夠有更多的有識之士參與到數(shù)字科學家項目中來，期待數(shù)字科學家課程能夠成為中國STEM教育的一個品牌，為推動STEM教育做出貢獻，也期待著得到更多學校的支持與幫助，共同培養(yǎng)自由的研究者，畢竟——自由，雖然是一個奢侈的目標，卻是人類永恒的追求！
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