數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用研究

馬淑平李 毅

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用研究

馬淑平1李 毅2

隨著科技的迅猛發(fā)展，學(xué)校信息化建設(shè)的要求也越來(lái)越高。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室伴隨著科技的發(fā)展及國(guó)家對(duì)科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，在校園里應(yīng)運(yùn)而生。如何將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室充分利用起來(lái)，推進(jìn)數(shù)字化校園的全面應(yīng)用是值得我們研究、探討的問(wèn)題。

一、什么是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室

所謂數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是用來(lái)完成采用傳感器或數(shù)字化平臺(tái)制作的軟件來(lái)完成一些只能定性無(wú)法定量的實(shí)驗(yàn)以及一些微小或瞬間數(shù)據(jù)的測(cè)量、演示實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所，配備標(biāo)準(zhǔn)包括初高中的理化生實(shí)驗(yàn)、通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)(智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室是通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的一部分)。虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)非常好的補(bǔ)充，能發(fā)揮出巨大的作用。

二、長(zhǎng)春市數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用研究

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著教育信息化的推進(jìn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室越來(lái)越得到廣泛應(yīng)用，但對(duì)其應(yīng)用模式的探索是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程。相信在國(guó)家及社會(huì)各界的廣泛支持下，它的發(fā)展會(huì)更加迅速。

2012-05-23

馬淑平，本科，中教一級(jí)。李毅，本科，中教高級(jí)。

1.長(zhǎng)春市電化教育館。2.長(zhǎng)春市第四十五中學(xué)。

1.初中理化生虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

長(zhǎng)春市目前所應(yīng)用的數(shù)字化平臺(tái)是由東北師大理想信息研究所開(kāi)發(fā)的初中理化生虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)針對(duì)目前理化生實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中常見(jiàn)的問(wèn)題，集合了眾多功能，同時(shí)能為中學(xué)教師、學(xué)生提供全方位的數(shù)字化支撐。實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)生探索欲望，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑。根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，初中理化生實(shí)驗(yàn)分為兩大類(lèi)：演示和分組實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)踐中，我們感到，當(dāng)學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材不能滿(mǎn)足現(xiàn)有教學(xué)需求時(shí)，該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是最好的補(bǔ)充，它能實(shí)現(xiàn)學(xué)生平時(shí)“看也看不到、想也想不到、做也做不到”的實(shí)驗(yàn)課程和內(nèi)容。它能調(diào)動(dòng)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、動(dòng)手等多種感官參與教學(xué)，學(xué)生更有積極性，更有熱情，對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣了自然就愿意學(xué)習(xí)理化生這三門(mén)學(xué)科了。理化生虛擬實(shí)驗(yàn)軟件具有如下特點(diǎn)：一是針對(duì)性強(qiáng)。如對(duì)有毒氣體的制取，演示微觀看不到的分子、離子，物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，宏觀地球，動(dòng)物解剖，植物成長(zhǎng)過(guò)程，危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)課程。通過(guò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的演示，可以把知識(shí)形象化，有利于學(xué)生對(duì)掌握的知識(shí)，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。二是有效性。它有助于規(guī)范操作，使實(shí)驗(yàn)更科學(xué)準(zhǔn)確。它可以重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)操作，使用效率高，尤其是對(duì)設(shè)備經(jīng)費(fèi)不足的學(xué)校更有益。應(yīng)用于復(fù)習(xí)課效果更明顯，即便條件好的學(xué)校也很少在復(fù)習(xí)課上重做實(shí)驗(yàn)，而軟件學(xué)習(xí)平臺(tái)可以隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，也可以把幾個(gè)實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來(lái)一起做。教師備課時(shí)，不用花費(fèi)很多時(shí)間準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，節(jié)約了時(shí)間，減少了藥品、器材、電等資源，減輕了教師的備課負(fù)擔(dān)，降低了能耗。可以說(shuō)它做到了“三省”，即省時(shí)、省力、省錢(qián)。三是智能性。利用動(dòng)畫(huà)可以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，能把教學(xué)過(guò)程與實(shí)驗(yàn)過(guò)程融合在一起，使二者成為不可分割的一部分。它是信息技術(shù)與學(xué)科課程有效整合的典范。四是便捷性。適合教師備課、演示、復(fù)習(xí)使用，課堂容量大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程方便快捷。

可以說(shuō)，初中理化生虛擬實(shí)驗(yàn)軟件是解決現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器械不足和教學(xué)資源匱乏的最好方式。它加快了農(nóng)村中學(xué)信息化建設(shè)和發(fā)展進(jìn)程，提高了教師、學(xué)生的信息素養(yǎng)及學(xué)生的感知認(rèn)識(shí)能力，促進(jìn)了教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，有利于農(nóng)村教學(xué)質(zhì)量的提高。當(dāng)然，初中理化生虛擬實(shí)驗(yàn)軟件也存在不足之處。例如：學(xué)生缺少親自動(dòng)手操作的體驗(yàn)，視頻格式單一，限于單機(jī)使用，應(yīng)用軟件不恰當(dāng)?shù)取ＯＭ踔欣砘摂M實(shí)驗(yàn)軟件不斷完善和提高，更好地應(yīng)用于教育教學(xué)中，成為理化生教師在教學(xué)中不可缺少的學(xué)習(xí)平臺(tái)。

2.通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用

通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)是將無(wú)法完成課程目標(biāo)要求的課堂教學(xué)變?yōu)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)、人工智能技術(shù)，主要涵蓋“技術(shù)設(shè)計(jì)、技術(shù)試驗(yàn)、技術(shù)制作、技術(shù)探究”等功能。其中技術(shù)設(shè)計(jì)的主要作用是讓學(xué)生針對(duì)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和問(wèn)題解決能力；技術(shù)試驗(yàn)的主要作用是讓學(xué)生親歷技術(shù)試驗(yàn)過(guò)程，初步掌握測(cè)量、加工、安裝、調(diào)試等簡(jiǎn)單的技術(shù)操作技能，形成初步的技術(shù)試驗(yàn)?zāi)芰Γ患夹g(shù)制作的主要作用是為學(xué)生提供動(dòng)手機(jī)會(huì)，經(jīng)歷技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)和物化的過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)作技能的發(fā)展；技術(shù)探究的主要作用是培養(yǎng)學(xué)生的探究精神，提高學(xué)生的技術(shù)探究能力。智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室是通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的一部分，虛擬機(jī)器人的教學(xué)工作已經(jīng)在長(zhǎng)春市中學(xué)全面展開(kāi)。

(1)什么是智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室

所謂智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，是在學(xué)校建立的對(duì)學(xué)生開(kāi)展機(jī)器人學(xué)習(xí)、活動(dòng)的場(chǎng)所。智能機(jī)器人教育是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑。智能機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用了信息技術(shù)中的感測(cè)技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)等，是信息技術(shù)課程和相關(guān)科技活動(dòng)的良好載體。智能機(jī)器人是信息技術(shù)教學(xué)的最佳載體，為實(shí)施探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力提供了良好的平臺(tái)和發(fā)展空間。

(2)智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用研究

目前，長(zhǎng)春市中小學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室所采用的設(shè)備分為教學(xué)用機(jī)器人和比賽用機(jī)器人。教學(xué)用機(jī)器人，使學(xué)生掌握單片機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)的基本知識(shí)，能設(shè)計(jì)與制作由單片機(jī)和傳動(dòng)機(jī)械等組成的簡(jiǎn)易自動(dòng)控制機(jī)器或簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制系統(tǒng)。課程設(shè)置一般分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)三個(gè)階段。長(zhǎng)春市教育局從2010年起，在全市幾個(gè)區(qū)選擇一些小學(xué)建起了智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，并裝備了機(jī)器人設(shè)備，學(xué)校利用科技活動(dòng)時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人的搭建、組裝培訓(xùn)。囿于小學(xué)生的認(rèn)知水平，長(zhǎng)春市目前開(kāi)展的機(jī)器人教育僅限于搭建。這種機(jī)器人配備標(biāo)準(zhǔn)只適用于學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，可以參加一些創(chuàng)意比賽，但不能參加更多的比賽項(xiàng)目。教學(xué)用智能機(jī)器人還包括虛擬機(jī)器人，虛擬機(jī)器人是打破傳統(tǒng)教育模式的教育平臺(tái)，它集虛擬機(jī)器人運(yùn)行平臺(tái)、機(jī)器人程序編輯平臺(tái)于一身，兼顧不同水平層次的需求。用戶(hù)通過(guò)機(jī)器人控制接口控制機(jī)器人的動(dòng)作，將編寫(xiě)好程序的機(jī)器人放到賽場(chǎng)上和其他用戶(hù)的機(jī)器人同臺(tái)競(jìng)技，在比賽的過(guò)程中感受學(xué)習(xí)帶來(lái)的快樂(lè)，并且在玩的過(guò)程中不斷學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)和機(jī)器人策略算法，在玩—學(xué)習(xí)—玩—學(xué)習(xí)的循環(huán)過(guò)程中不斷提高自己的素養(yǎng)。

比賽用機(jī)器人包括各種大賽允許參加的廠(chǎng)家設(shè)計(jì)的機(jī)器人配件。吉林省每年都舉辦全省青少年機(jī)器人大賽，大賽中成績(jī)優(yōu)秀的隊(duì)伍會(huì)推薦參加全國(guó)青少年機(jī)器人大賽。長(zhǎng)春市每年都有隊(duì)伍參賽，而且占吉林省參賽人數(shù)的40%以上。東北師大附中初中部、高中部，長(zhǎng)春市第二實(shí)驗(yàn)中學(xué)，東北師大附屬中學(xué)、第二附屬小學(xué)，長(zhǎng)春十一高中以及汽車(chē)區(qū)多所學(xué)校在全國(guó)青少年機(jī)器人競(jìng)賽中都取得過(guò)很好的成績(jī)。對(duì)虛擬機(jī)器人比賽，我們主要組織了NOC大賽，長(zhǎng)春市在歷屆大賽中成績(jī)斐然。

(本欄責(zé)任編輯/安健)