论文灵活运用数字探究提升学生科学素养，该文是科学素养类有关研究生毕业论文范文和科学素养和灵活运用和数字有关硕士论文范文.
课程改革的核心理念,就是要强化学生通过自主探究性学习,掌握新的知识,获得新技能,培养科学探究的能力.在中学理科教学中,很多知识、规律需要学生通过探究性实验来获得,但是在传统的实验教学中,由于传统实验仪器的分辨率不高、传统实验室中实验数据的记录只能采用手工记录,数据采样率不高,加上中学生分析处理数据的能力不强,导致学生参与实验的热情不高、兴趣不浓,学生的科学素养无法得到有效的提升.
随着信息技术不断渗透到教学的全过程,数字化探究实验室近年来得到了推广与运用.由于数字化探究实验是用传感器和数据采集器获取原始实验数据,将数据采集器与电脑连接,利用电脑上相应的软件对数据进行系统分析,并以数字图表和曲线等方式呈现分析结果,因此相比传统实验更精确、更科学、更容易操作、更有说服力.“数字化实验能实时记录实验数据并及时进行处理和分析,呈现物理动态变化的过程,在探索物理规律方面,有着一些传统实验无法比拟的优势.”将数字探究运用于课堂教学,不仅能弥补传统实验教学中很难完成的实验探究,还能让学生参与科学探究的全过程,激活学生科学探究的热情,让学生体验到科学探究的魅力,这对提升学生探究能力,培养学生科学素养起到很重要作用.“数字化物理实验恰恰为学生的自主探索提供了有利的条件.学生通过能看得见、听得着,还能动手操作的实验,手脑并用,积极主动获取信息,并在互动中整合学习知识.”下面,笔者谈谈数字化实验在提高课堂教学效率、提升学生科学素养方面的点滴认识.
1 激发学生探究兴趣,促进学生科学素养提高
在义务教育8年级物理“汽化1”的课堂教学中,教师将温度传感器与数据采集器连接电脑,再连接多媒体.按如图1所示组装器件,开启电脑,打开Addestation5．0软件,设置每秒钟采集10个样本,时长设置为10min.给烧杯倒一定量的热水(高于80 ℃),点燃酒精灯,给水加热,当水温接近90℃时开始采集数据,观察给水加热至沸腾后一段时间的水温随时间变化的曲线,学生目不转睛地盯上大屏幕,大屏幕上的温度曲线随时间的推移稳步上升,水沸腾时,温度就不变了.教师盖上盖子,温度又开始上升,一段时间后,温度又不变了,如图2所示.我们发现学生在惊叹实验魅力之余,注意力也很集中.这些高科技元素融入课堂给学生注入了一支兴奋剂,学生热情高了,兴趣浓厚了,课堂教学效率自然也就高了.
2 简化实验操作,提高课堂教学效率
课堂是教学的主阵地,因此课堂内的40 min显得十分珍贵,在“汽化1”教学中许多教师因水沸腾耗时长,而省去水沸腾实验的探究,这种做法笔者虽能理解,但不赞成.水沸腾的数字实验探究,为我们的课堂教学开辟了一个新思路.该数字探究实验由于省去了学生卡表计时、设计表格、每分钟记录一个数据以及绘制图像等多个环节,学生有更多的精力投入到数据采集过程的观察上,避免了因计时不准或因温度读数有误,导致数据记录的偏差,从而影响数据分析.由于采集水沸腾数据的时间不足10min,但有了采集到水沸腾温度变化的图像,水沸腾的归纳也水到渠成、顺理成章,节省的时间则用于沸点讲解和习题巩固上,确保了物理课堂教学的效果.
3 数字实验采集的图像,有利于学生分析数据、总结规律
实验为课堂教学提供佐证,为学生认知构建提供事实依据,实验效果越直观,越容易引发学生共鸣,学生理解掌握知识的效果越好.传统测量工具测出的数据是静态的,而数字传感器采集的数据是随时间变化的动态数据图像,从动态的图像中,我们不仅可以捕捉到某一时刻的数据,还可以直接观察到数据随时间的变化规律,这更方便学生总结规律和教师课堂授课.若实验探究有需要,一个采集器还可连接多个传感器,同时采集多组数据,更有利于数据的对比,省时省力,大大提高了实验教学的效率.
在练习和测试中常常会出现图像分析的题目,但学生体会不到图像的来源.实行数字探究实验教学让学生见证了图像的采集过程,由于采集的数据随时间变化,直观引领学生总结物理规律.比如,在比较不同物质吸收热本领的探究中,将质量相同的食用油和水放在同一酒精灯加热,采集器采集到油和水吸收热量后温度升高的图像,如图3所示,很容易得出油升温快,水吸热的本领强.因此,数字探究采集到的动态图像,有利于学生分析图像和总结物理规律.
4 数字实验探究精确度高,可实现传统实验不可能完成的探究
实验室测量器材的精度一般不高,致使一些高精度实验探究无法达到预期效果.而数字探究实验中的高精度传感器,可以探测到数据的细微变化,使一些传统实验不可能完成的科学探究变成可能.同样在“汽化1”的实验中,在采集器捕捉到的水温变化图像中,盖上盖子,温度立即上升,如图2中的CD段,但过一会儿后温度又不变了,这是传统实验很难实现的.温度传感器不仅精度高,还可以通过点击最佳比例工具,将图像上下大幅度拉动,让我们清晰看到:盖上盖子后,水的沸点随气压的增大而升高.
数字探究实验为我们的实验教学提供了许多新思路.比如在探究电磁感应的实验中,因为有灵敏的微电流传感器,就可以实现单根导线在磁场中切割磁感应线运动便可以产生感应电流.又如在探知声波特性的实验中,可以利用声波传感器将声波的波形图录下来,通过点击工具,再点图像,则可将图像放大,很方便计算声波的频率和振幅.数字实验的精度高,可以实现传统实验不可能完成的探究,是实验教学的有力补充.
5 数字实验演示可连接多媒体,提高学生实验参与率
传统实验数据常需要人工读取和记录,实验的交流主要靠实验者的汇报,然而汇报时不尊重实验事实,臆造实验数据的情况屡见不鲜.数字实验探究的实验数据直接由电脑采集,将采集器连接电脑和多媒体,实验采集的数据可以直接输送到电脑和多媒体大屏幕上,让全班学生都能很好观察到实验采集数据的全过程,为师生分析实验数据和交流评估提供更直观更有力的证据,大大提高了实验教学效果.在传统实验教学中,探究水随温度的变化规律时,教师安排一个学生卡表计时,安排一个学生读温度计,安排一个学生观察水沸腾时气泡的变化情况,参与实验的学生只是少数,大多数学生在看热闹,时间长了,课堂混乱,甚至难以把控,教学效果大打折扣.这也是许多教师不愿组织学生探究水沸腾温度变化规律的原因.数字探究走进课堂,数据采集直接进入电脑和多媒体,每个学生通过多媒体大屏幕观察水温随加热时间变化的规律,学生虽没有动手操作实验,但参与了观察、体验和总结,教学效果较好.
6 数字实验探究多测量,少转换,有利于学生设计实验
传统实验测量工具的种类和精度有限,要度量某些量的变化时,常需要借用转换法,这无形给学生的实验设计和操作带来难度,不利于学生的自主探究.然而数字探究实验中增添了许多传感器,除了温度传感器外,还有磁场强弱传感器、气压计传感器、微电流传感器、声波传感器、湿度传感器等,只要学生熟知各类传感器的功能,就可以挑选需要的传感器来测量自己所需要的数据,从而达到自己实验探究物理规律的目的.如探究通电螺线管周围磁场分布是否与条型磁体相同,只需要一个磁场传感器,就能随意测出相应位置的磁场强弱,就可以从测量的数据中分析通电螺线周围的磁场和条形磁体相似;若探究大气压与高度的关系,只需要一个气压计传感器连接采集器,从一楼步行到五楼,就可观察到大气压随高度的增大而减小.
数字化时代,数字技术除了呈现大量的科学信息之外,还能实现对探究数据的收集、整理和分析,从而培养学生的科学素养,这是时代赋予科学教育的新内涵,也是这个新时代赋予我们广大教育工作者的使命与担当.
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参考文献：
1、 灵活运用教学思想促进学生能力探究 教学思想支配着教学行为,教学行为决定着教学效果 为了提高语文课堂教学质量,教师应务必以课程改革纲要和全日制义务教育语文课程标准为指南,以科学、实用的思想指导课堂设计,以增强教学实效,促进学生能力的发展.
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