數字教學方案
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字教學方案，希望能夠幫助到大家。
“數字科學”是北京景山學校20xx年11月開始的一項校本課程，包括數字科學課和與之相關的科技小組。數字科學課在北京景山學校初一開設。目前，數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”規劃課題《數字科學家計劃：基于數據探究的物理選修課程設計與嘗試》，已經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。
數字科學是一門綜合課程，包含科學、技術、工程學和數學四個領域的內容，這一領域在國際上被稱為STEM教育。數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、開發和制作實驗裝置，應用其中的數學原理，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。數字科學期望培養“數字科學家”，即培養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”。數字科學的教學模式是“數據探究”，即通過數據的“獲取、存儲、分析、表達”來實現結論的定量化、精確化和理論化。數字科學所用到的數學知識涉及初中學生能夠接受的基本數學概念，包括：
（1）計數、求和、平均值、頻數、百分比。
（2）比例式、正比例函數、正比例鏈。
（3）反比例函數。
（4）一般曲線的最大值、最小值、變化趨勢。
（5）隨機現象與概率問題。
數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字科學課程的實施細節。
初級必修課程：數字科學的建設
1、數字科學課程的教學目標
本課程的創新點在于，這是一個系統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、技術素養、工程素養和數學素養。我們對已實施了4年的數字科學必修課程的內容作了更新和深化，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、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，進行數據的獲取、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能力。
（5）在數學方面，要求學生能夠理解并用計算機完成以下數據處理：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：
（1）培養學生利用網絡搜索信息并確定研究題目的能力。
（2）培養學生設計一個研究性學習任務的能力。
（3）培養學生運用計算機輔助手段完成數據探究的能力。
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，培養學生對準確性的追求。
（3）敢于提出問題：通過提高學生的數據探究能力（完成數據的獲取、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，它體現了數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）；在數據獲取階段，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）；在數據存儲階段，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；在數據分析階段，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）；在數據表達階段，用Scratch程序應用溫度–電阻曲線制作數字式溫度計，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據、找到獲得數據的方法、用計算機分析大量數據、通過擬合求得數據的關系、挖掘數據背后關系的實際應用。教學圍繞數據展開，培養的是學生的數據分析能力，這是一種具有普遍意義的素養。
學生自學電子教材：數字科學教材的建設
數字科學的教材，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
要培養自由的研究者，第一步就是要培養學生具有觀察和發現問題的能力。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：數據獲取更精確）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：數據獲取更精確）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：數據獲取更精確）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：數據獲取范圍更廣）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，強調數理綜合能力的提高。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的數據分析方法，結合學生數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同教育集團合作開發了基于Wi—Fi的移動學習平臺和Scratch科學探究套件。圖4為移動終端處理數據的過程。該筆記本支持Wi—Fi，在教室中使用無線網絡，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系統可以使用一些Windows XP系統才能使用的軟件，比如幾何畫板等。WinCE平臺又防止了學生沉迷于網絡游戲中，因為絕大部分網絡游戲不能在本系統上運行。因此，學生探究實驗PC對于數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移動學習數字科學實驗室。
Scratch科學探究套件
數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據探究實驗室，并從教育均衡發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教育的發展，促進更多STEM課程的百花齊放，促進教育的均衡發展和人力資源強國的建設，正是我們努力的方向。
數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的有效手段，可以將部分內容深化為研究性學習的選題，也可以將課程培養出來的STEM素養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作為傳感器開發工具，用于數據探究實驗中，用Scratch編制的顯示聲音強度的示波器，通過非常簡單的代碼，就可以實現波形顯示，數據采集和輸出。
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，每年都會涌現出一批“小小數字科學家”，期待著10年之后能夠形成一個數字科學家群體。我們還期待著能夠有更多的有識之士參與到數字科學家項目中來，期待數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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