关于《信息技术与高中生物实验教学整合的研究》的研究报告

关于《信息技术与高中生物实验教学整合的研究》的研究报告修水县第一中学吴干文一、课题提出生物学是一门以实验为基础的自然科学，生物学的形成源于实验而其发展则更依赖于实验。实验对于巩固基础知识，培养学生科学素质，开发创新能力具有重要意义。通过实验不仅可以培养学生的观察、思维、创造、动手等能力有着重要作用，而且通过实验还可以让学生记住某些相关结论、实验步骤，更重要的是能够使学生理解并掌握产生实验结论的过程。实验教学是中学生物不可或缺的组成部分，它对于学生验证所学的知识，了解知识的发生过程，锻炼学生动手操作能力等方面具有无可替代的作用。 在高中生物实验教学实践中，会有很多客观的因素影响了实验教学的效果。比如有的实验耗时而缓慢，在课堂上无法完成；有的实验过程太快，只能看到实验结果而无法观察到中间的过程；有的因场景太大或有危险性而无法进行，所有这些制约了中学生物实验的开展，影响实验教学的效果。如何利用现代信息技术弥补实验教学中的不足。随着现代技术的高速发展，信息技术已经广泛应用于各个学科，作为生物学内容之一的生物实验教学的改革也势在必行。我们将把信息技术引入到生物实验教学中，通过研究、探讨它在教学中的应用，寻求一条提高生物实验效果的有效途径。合理的运用现代信息技术与传统教学手段的有机结合，提高实验教学的效果。从而提高学生动手实验的能力、正确观察和判断实验现象的能力，充分发挥学生的创新思维和创新精神。二、课题研究意义1、运用信息技术进行高中生物实验教学，是教育改革的需要生物学是一门以实验为基础的自然科学。高中生物实验教学强调的是情景与协作，重视的是直观和操作，提倡的是学生学习的自主性。将现代信息技术引入生物实验课堂，能很好地解决了时空性、微观性、宏观性、运动性等诸多方面的困难，使生物学实验教学的整个真实情景直观地展现在学生面前。通过信息技术，不仅能化静为动，动感知识的形成；还能化远为近，亲近知识的形成；并且可以化快为慢，定格知识的形成。2、运用信息技术进行高中生物实验教学，符合素质教育的要求素质教育的主要目标要求之一是：培养学生的创新精神和实践能力。传统的生物实验教学其核心仍停留在基础知识的学习和基本技能的培养上，追求反复记忆和重复训练的次数，不能完全适应当今以培养学生实验创新能力为核心的素质教育的需要。面向素质教育的基础教育改革以现代信息技术为基础，可以从三个方面概括：⑴信息素养是渗透素质教育的核心要素；⑵信息技术引发学习的革命；⑶教育信息化是中国教育实现跨越式发展的必经之路。可见在生物实验教学改革中，借助现代信息技术是符合素质教育要求的。3、信息技术在高中生物实验教学过程中，发挥着重要的作用 高中生物的教学内容有一些抽象的概念比较难于理解，可以通过实验对一些抽象的知识进行了解，但有些实验受条件的局限性，使得有些较为抽象的实验步骤还是不能有利于学生的理解，这样就容易阻碍学生对实验知识的理解。如果我们结合多媒体课件演示实验来讲这些较为抽象的知识，学生就很容易理解和掌握有关知识。还可以通过播放实验，使学生对各种实验仪器的认识并正确、规范的使用，在以后的学生实验中，能够独立、高质量地完成各个实验。信息技术在实验教学中的应用，可以充分调动学生学习兴趣，活跃课堂气氛，有利于突破实验教学的重点和难点，有利于提高实验教学的质量和效益。4、在高中生物实验教学中运用信息技术，是实验教学的需要在高中生物实验教学中运用信息技术，可以为学生提供宽松的实验空间，节省实验时间。我们在真实的实验过程中，有些实验发生得太快，以至于我们还没有反应过来，实验就已经结束；而有些实验过程又需要很长的时间，但在这段时间当中，我们只能等待，如果我们采用了现代信息技术，可以根据需要，调整实验的时间，而且不会对实验的说明及结果产生影响。从这几个大的内容上细致分析，基础教育改革应该借助现代信息技术的渗透，而实现这一目标的基本策略就是实验现代信息技术与生物实验教学的整合。三、课题研究理论依据1、行为主义学习理论行为主义理论又称刺激——反应(S— R)理论，是当今学习理论的主要流派之一。行为主义学习理论认为，人类的思维是与外界环境相互作用的结果，即“刺激——反应”，刺激和反应之间的联结叫做强化。在行为主义教育理论体系中，教师的职责是设置情境，诱发达到教育目的所要求的行为，并且制止有悖于教育目的实现的行为。教师是教学的组织者，环境的控制者，由他们创造情境，促发学生的学习行为。信息技术与高中生物教学研究的一个重要内容是要观察在信息技术环境下学生行为的变化，因此选择行为主义学习理论作为本课题的理论支持。2、建构主义学习理论20世纪70年来，建构主义思想得到重视并有了迅速的发展。前苏联心理学家维果茨基认为:人的认知发展主要可以归结为“行为模式的重建”，是生物因素起着重要的作用。认知的发展事实上就是“社会经验的内化”，指明了社会环境在认知发展过程中的重要作用，突出了“内化”概念的重要地位，并且他还深入地研究了认知过程中学习者所处的社会文化历史背景作用，以及“活动”和“社会交往”在人的高级心理机能发展中的重要作用，提出了“智力最近发展区”这一重要概念，维果茨基的思想对建构主义的发展起到极大的推动作用 。在皮亚杰的上述论的基础上，科尔伯格在认知结构的性质与认知结构的发展条件等方面作了进一步的研究;斯腾伯格和卡茨等人则强调了个体的主动性在建构认知结构过程中的关键作用，并对认知过程中如何发挥个体的主动性作了认真的探索。现代建构主义主要是在整合了皮亚杰、维果茨基等认知主义理论的核心思想，借鉴哲学的成果，并且在总结美国60年代以来各种教学改革的经验基础上构建发展起来的。建构主义学习理论和建构主义学习环境强调，以学生为中心，不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体，知识意义的主动建构者，而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。在建构主义学习环境下，教师和学生的地位、作用和传统教学相比已发生很大变化。教师在教学过程中必须采用全新的实验教学模式，教学方法和教学设计思想。教师必须向学生提供更多的机会让学生亲自参与和实践。教师在引导和组织学生进行探究性学习。3、认知主义学习理论认知主义学习理论认为学习过程就是一个对信息的接受和使用的信息加工过程，即学习者对来自环境刺激的信息进行内在的认知加工的过程，学习是主体与环境相互作用的结果；强调学习过程是一个主动地接受信息和创造性的思维过程，强调学生知识表征的方式的重要性，一种良好的认知结构比获得零散知识更重要；关注的是学生如何以认知模式选择和处理信息并做出适当的反应，偏重信息的选择、记忆和操作以解决问题，重视个人的知识过程，因此在学习方法上，主张给学生以最充分的学习指导，使学习沿着仔细规定的学习程序进行学习。这些思想影响着信息技术支持下的作业方式创建，也正是新课标关于“ 教师应激发学生的学习积极性，向学生提供充分从事数学活动的机会，帮助他们在自主探索和合作交流的过程中真正理解和掌握基本的数学知识与技能、数学思想和方法，获得广泛的数学活动经验。学生是数学学习的主人，教师是数学学习的组织者、引导者与合作者”的思想体现。四、课题研究目标本课题组由我校信息技术中心与生物教研组联合开展研究。力争为我校生物教学服务，营造良好的研究氛围，切实提高我校的生物教学水平服务。结合自身实际，制订本课题的研究目标，内容如下：1、整合信息技术与高中生物实验教学内容，探索、汇聚成校本资源库，发挥资源共建共享功能；2、提升本校生物教师信息技术环境下实验教学的能力，促进学生探究能力的发展；3、以生物实验教学改进为突破口，推动本学科其他教学内容和其他学科教学信息化教学，提升学校的整体教学质量。4、培养学生科学探索兴趣，以及坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神，树立振兴中华，将科学服务于人类的社会责任感。五、课题研究内容 本课题研究的内容是，首先对国内外信息技术与课程整合的现象分析，国内的信息技术在各科已经普遍运用，但在生物实验教学中应用信息技术极少，所以本课题将在生物实验教学中运用信息技术进行实践研究，探讨信息技术在高中生物实验教学中的应用，及其对高中生物实验教学的影响，具体研究内容主要分为以后三方面：1、探讨、汇聚信息技术与高中生物实验教学整合的案例；2、研究信息技术与高中生物实验教学的整合策略等；3、探索信息技术环境下生物实验中学生自主学习、自主探究的教学方式等。六、课题研究方法本课题研究，遵循理论研究与实践探索相结合的研究思路，并以其为主要原则，以教育实验法为主要研究策略，以高中生物实验教学方法为载体的研究进程。1、文献法：检索、整理现今国内外与本课题相关的信息技术环境下中学生物实验教学理论，在分析、比较和筛选的基础上，为课题研究提供充实可靠的理论依据。2、调查法：采用问卷、访谈、测评、统计等方法进行现状与效果的调查，研究不同教学环境下学生生物实验效果。3、教育实验法教育实验是实验性的教育实践活动，又是教育性的实验研究活动，是实验性和教育性的统一。4、行动研究法：是在教学中开展研究，在研究中深化教学。（1）在研究前，教师要研究教学模式和教学方法，准备教学资源，提出研究问题，设计教学方案。（2）在研究中，教师要进行实证研究，在实证中要注重学生的亲身体验，对某些不合理的内容和环节及时进行反思、修改、调整。 （3）在研究后，教师要听取学生意见，认真进行总结，并且与课题研究组的其他教师进行交流和研讨，最后写出研究总结。本课题采用轮组实验，通过在特定的班轮流采用不同的教学方法，研究信息技术在中学生物实验教学中的应用对实验教学的影响和作用。七、研究的思路本课题采用轮组实验研究方法，在我校选择高一、高二两个年级各2个班作为研究对象，研究时间为三个学期。实验所使用的材料：生物实验课件、生物实验多媒体资料、学习资料（可以到网上下载），问卷（自编），测试试题。在四个班的生物实验教学中先后作为实验班和对照班进行实验。将实验因素（信息技术环境下的生物实验教学）施加于两个情况基本相同的班级的其中一个，其他条件不变，然后比较实验因子所产生的效果（学生生物实验学习成绩的提高，学生学习生物兴趣的加强，学生实验创新能力的提高）。通过前测和后测，运用实验法和调查研究法研究时收集到的资料以文字和数字形式，总体分析，文字形式的进行定性研究，数字形式的进行定量研究。八、研究步骤1、准备阶段（2013年4月至2013年8月）⑴课题组深入实际调查研究，掌握第一手资料；⑵研究课题的总体方向，结合本校的实际情况，制定具体研究方案； ⑶进行课题研究可形性分析，完成课题申报立项的前期准备工作。2、研究阶段（2013年11月至2015年3月）⑴收集我校生物实验教学的各种信息，及时对收集的信息进行处理。组织实验教师参与实验研究工作，按预定的设计日程进行工作，开展课题的研究；⑵对课题研究过程中所获得的资料进行分析与整理，并在研究作进一步的修正与完善；⑶对课题组课题研究进行阶段性评估，形成初步的研究成果。3、总结阶段（2015年3月至2015年8月）⑴课题组各实验研究人员形成结题报告并上交课题负责人，比较整理优秀成果，物化优秀成果，撰写实验研究报告（2015年4月）；⑵评价，总结实验研究报告；⑶成果整理、推广，资料归档，最终写入课题终结性报告（2015年4月至2015年5月）；⑷申请结题（2015年6月至2015年8月）。九、阶段性研究主要过程：1、成立课题研究的组织：课题研究聘请修水县教研室资深教研员何千军主任主任、王剑副主任和省特级教师胡勇健校长为课题研究顾问，同时建立了课题研究组织机构。成立了以周红元校长为组长的课题研究领导小组，对课题研究工作实施全程管理。成立了以冷文思主任为组长的课题管理小组，对对课题研究工作全程指导。成立了以吴干文 为组长的课题组，对课题进行专题研究。2.精选人员队伍：课题研究指导专家：何千军修水县教研室主任王剑修水县教研室副主任胡勇健修水县散原中学校长省特级教师领导组：组长：周红元(副校长)副组长：冷文思、吴干文、樊洪波、黄海峰课题管理小组：组长：冷文思副组长：吴干文、樊洪波、课题组：课题负责人：吴干文课题团队主要成员：黄海峰、卢明、李海燕3.落实经费：学校自筹经费，立项200元，开题1000元，学习交流3500元，中期评估200元，结题700元，其它个人自费（400元）。订阅相关书籍，聘请专家指导讲座，外出交流学习，结合多媒体教学保证试验顺利进行。根据课题研究的需要，学校在2013年春季教学软件征订中，耗资1.6 万元征订康德科技有限公司开发的中学生物仿真实验系统一套，安装在学校实验楼第三微机室，且于2013年9月25日安装调试成功，建立修水县教育史上第一个数字化探究实验室。探究实验室能为学生提供了必要的探究工具，是课程改革非常重要的组成部分，也是进一步深化改革，切实提高生物教学有效性的关键。有新课程标准理念的指引，有实验室“硬件”的支持，保证了中学实验教学从传统模式迈入数字化信息技术化，真正实现课程标准倡导的“培养学生科学素养，倡导探究性学习”。探究实验室使实验过程的智能化，一体化，图象化，趣味化，学生在操作实验时更加简单易懂，有更多的时间分析实验过程和理解实验原理，大大提高了学生的独立思考能力。在生物实验过程中，学生自己设计实验步骤，进行实验，得出结论。体现学生主体性，增加学生的参与度，既有利于学生基本知识技能的形成，又有利于培养学生的科学方法和精神，是提高学习有效性的最佳途径。4.开展各项研究活动：⑴.2013年11月6日至7日课题组负责人吴干文老师参加江西省中小学、幼儿园教育信息技术研究“十二五”立项课题研究经验交流会，学习和交流课题研究工作经验，在专家的指导下，修改了课题研究方案，学校聘请修水县教研室资深教研员何千军主任主任、王剑副主任和省特级教师胡勇健校长为课题研究顾问，在2013年12月13日星期五在修水一中阶梯教室举行开题仪式，由课题研究指导专家县教研室何千军主任和散原中学校长、特级教师胡勇健 老师指导和审定实验研究方案，指导教师制定实验实施计划，进行实验前期检测和开展初步的实验工作，探索信息技术环境下实验教学的典型课例，初步构建实验模式，并针对研究中的问题及时调整和改进研究的方案、计划。⑵：为课题研究的顺利进行，聘请校信息技术中心教师为生物教研组的组织两个培训：①多媒体教学内容及数字化实验室使用的培训，提高教师自主开发、设计多媒体课件、引导学生探究的能力；②组织网络知识和网络运用技术的培训，使教师能更好地利用开发网络资源。积极派老师参加省、市各级组织的各类课题研究活动，为学校教育现代化的发展作好保障。⑶：确定明确的的实验目标，抓好备课、上课、评课各环节，强化实验教师的研讨意识，提高研究能力。备课中主要确定如何利用现代教育理论为指导，找准信息技术在学生学习过程中的最佳作用点和作用时机，尽可能在课堂教学中运用信息技术来培养学生的实验创新思维。⑷：根据各学期的教学内容，确定研究内容和研究主题，进行实验教学实践研究，开展一课二评一总教研教研活动，2013-2014学年度上学期共上了5节研究探讨课或示范课，实验课的形式以探究性学习为主线，并全部记录以便进行后期的点评和借鉴。多媒体课堂学生实验能力培养实验模式。 ⑸：教师引导学生科学地利用信息技术处理和分析实验数据，锻炼学生学习应用信息技术方面的能力，进一步培养学生的信息技术和生物实验素养。构建良好的信息利用环境，提高生物学科实验的教学有效性。⑹：为主要的研究实施阶段。实验班：在生物课上，利用多媒体信息技术进行辅助实验教学，尽量多的利用课件、探究室、网络等。对照班：按课堂传统实验教学方式，只按照教材要求在实验室进行实验操作，不使用多媒体信息技术支持。为了更能说明问题，两个月后再进行实验班与对照班的对调，让实验班转换为对照班。⑺：测试分析过程，在每次实验后通过实验知识和操作技能的练习测试、实验技能的操作演示等进行测试统计，得出实验数据。十、课题的中期研究成果在课题组全体成员的努力下，经过近一年的研究实践，课题研究达到了预期的目的，取得了较好的成果，主要表现在：⑴、变“学生被动”为“学生主动”这种教学过程真正成了学生主动探究、主动创造的过程，充分发挥学生的主动性，使学生产生一种通过探索得以发现的强烈求知欲，提高学习的兴趣，驱动学生学习的内在动机，使学生感到实验是自己的需求，是一种学习乐趣。⑵、变“教师主宰”为“教师主导” 学生做实验的过程是在教师的精心设计下进行的，这种设计遵循从感性到理性认识的规律。通过创设情景、提出问题、探索研究、讨论辨析、巩固练习，充分发挥了教师的主导作用，锻炼了教师驾驭教学的能力。教师的信息技术应用能力、实验创新和设计能力明显提高，教学的理念得到不断更新。⑶、变“学会知识”到“会学知识”特别强调培养学生的多种能力，如观察能力、思维能力、自学能力、合作能力等，从而开发了智力。同时，注重对学生进行科学方法的训练，提高学生的科学素质，夯实了学生“终身学习”基础。⑷、教育教学质量得到了提升教学成绩传捷报，在13-14学年度上学期第二、三次段考中，高二年级四个课题实验班级生物平均分比其他班级高出10.7分。纵向对比成绩提升幅度大；⑸、课题组积累了大量的高中生物教学用的课件，建立了一个较好的教学素材库，为以后的发展奠定了基础。其中一部分教师自做的课件还参加了省市优秀教学资源评比，且获得良好的成绩。⑹、带动了其他学科的教学方式的转变，为学校整体信息技术教学水平的发展起到了推动和示范作用。十一、研究存在的问题及该研究的未来展望通过研究，发现如下问题：1、信息技术在中学生物实验中的应用非常广泛，如果应用的好，便有利于激发学生的学习兴趣，使微观的实验世界以宏观的形式展现，使抽象的实验直观化，使复杂的问题简单化，在提高实验教学效率方面必会产生很好的效果。但少数部分教师没有从教学实际出发，整堂课像电影放映员一样生般硬套。 用不用、如何用应从课堂教学需要出发。但凡事均要掌握一个度，现代信息技术只是一种辅助教学的工具,它应当为实验教学的目标和内容服务，特别要注意不能在应用现代教育技术手段的过程中逐步消磨自己的教学特色，摒弃自己的教学风格和特长，削弱教师应有的主导地位，进入“物驾驭人，人服务于物”的使用误区。2、要根据教学内容认真选择，并不是所有的实验均适合使用数字化探究实验室来实现，只要难实现、不易容易、不易发现规律的实验才适合通过探究实验室来完成，有些培养学生动手能力的实验必须在常规实验室中由学生自己操作完成。杜绝用视频代替课程明确要求完成的学生实验，否则就会严重影响学生的动手操作能力，不利于学生实验素质的提高。3、在现代教育技术的使用中应加强对教学技能、学习心理的研究。因为这个实验课题对我们特别是对某些计算机技术不熟的教师来说是一个不熟悉的环境，不同的课型运用它可能会耗费很多的精力。有时我们教师会使忽视对教材、教法、学法等作必要程度的研究和探讨。本课题的研究已过半，接下来的工作，我们继往开来，踏实认真做好本课题的研究工作，信息技术环境更好地服务于生物实现教学，让让生物学科实验更加生动、形象、逼真，准确，充分吸引学生，全方位刺激学生各种感官，大大提高学生的学习兴趣和学习的有效性。