数学和科学教学中的互动课程课件

数学和科学教学中的互动课程数学和科学教学中的互动课程 上海市教科院现代教育实验室上海市教科院现代教育实验室蒋鸣和蒋鸣和数学和科学教学中的互动课程 上海市教科院现代教育实验室1数学和科学教学中的互动课程课件2数学和科学教学中的互动课程数学和科学教学中的互动课程什么是互动课程什么是互动课程互动课程的理论基础与基本特点互动课程的理论基础与基本特点 JAVA互动活动程序案例互动活动程序案例 互动课程教学方案的设计互动课程教学方案的设计构建数学和理科数字化学习中心构建数学和理科数字化学习中心几点启示几点启示数学和科学教学中的互动课程什么是互动课程3什么是互动课程什么是互动课程引例一引例一探究三角形概念和探究三角形概念和多边形特征多边形特征引例二引例二探究物体碰撞的规律探究物体碰撞的规律互动课程简介互动课程简介什么是互动课程引例一探究三角形概念和多边形特征4引例一引例一探究三角形概念和探究三角形概念和多边形特征多边形特征探究三角形概念和探究三角形概念和多边形特征多边形特征 这个由两部分组成的这个由两部分组成的 电子范例电子范例 ，所描述的活，所描述的活动是使用交互的几何板动是使用交互的几何板来帮助学生辨认简单的来帮助学生辨认简单的几何形状几何形状,描述其特性描述其特性,并培养空间感。这个虚并培养空间感。这个虚拟的几何板可以用来构拟的几何板可以用来构建三角形和多边形。建三角形和多边形。引例一探究三角形概念和多边形特征探究三角形概念和 5引例二引例二探究物体碰撞的规律探究物体碰撞的规律 这个活动用两个木这个活动用两个木块模拟空气轨迹。你块模拟空气轨迹。你可以改变还原的系数、可以改变还原的系数、初始质量和初始速度。初始质量和初始速度。引例二探究物体碰撞的规律 这个活动用两个木块模6互动课程简介互动课程简介 围绕围绕JAVAJAVA互动活动程序（互动活动程序（Math and Math and Science AppletsScience Applets）构建的数学和科学互）构建的数学和科学互动课程（动课程（Interactive LessonsInteractive Lessons），是以），是以问题为导向，应用计算机模型的模拟开问题为导向，应用计算机模型的模拟开展自主探究和学习的新型课程。它具有展自主探究和学习的新型课程。它具有在线、交互、多媒体的特点，既用于基在线、交互、多媒体的特点，既用于基于项目的研究性学习活动，也作为学习于项目的研究性学习活动，也作为学习支架和工具广泛用于日常的数学和科学支架和工具广泛用于日常的数学和科学教学中。教学中。互动课程简介 围绕JAVA互动活动程序（M7互动课程简介（续）互动课程简介（续）模拟和计算机模型是发展数学和科学模拟和计算机模型是发展数学和科学以及应用这些学科的有力的资源。有了以及应用这些学科的有力的资源。有了可视化的分析的工具，数学和科学模型可视化的分析的工具，数学和科学模型从静态的图表发展到用互动的媒体制作从静态的图表发展到用互动的媒体制作的动态的模型，从根本上改变了数学和的动态的模型，从根本上改变了数学和科学探究的性质。科学探究的性质。互动课程简介（续）模拟和计算机模型是发展数学和8互动课程的理论基础与基本特点互动课程的理论基础与基本特点维果茨基的认知理论与教学策略维果茨基的认知理论与教学策略维果茨基简介维果茨基简介邻近发展区理论邻近发展区理论支架理论支架理论交互教学理论交互教学理论 深层次学习方式与浅表层次学习方式深层次学习方式与浅表层次学习方式互动课程与支架理论互动课程与支架理论互动课程的特点互动课程的特点互动课程的理论基础与基本特点维果茨基的认知理论与教学策略9维果茨基简介维果茨基简介 维果茨基（维果茨基（Lev Vygotsky）1896-1934 俄俄罗斯心理学家斯心理学家 代表著作代表著作思维和语言思维和语言（1962），社会智力），社会智力（1978），两本著作均是在逝），两本著作均是在逝世后由西方出版，对俄罗斯和世后由西方出版，对俄罗斯和西方心理学发展，特别是儿童西方心理学发展，特别是儿童发展领域产生了重大影响。发展领域产生了重大影响。维果茨基简介 维果茨基（Lev Vygotsky）10邻近发展区理论邻近发展区理论 认知的发展分成实际的发展层次（认知的发展分成实际的发展层次（real level of development）以及潛在的发展层次）以及潛在的发展层次（potential level of development），前者是指），前者是指个体能够独立解決問題的层次，后者則是需要个体能够独立解決問題的层次，后者則是需要在他人（教師、同伴中较优秀者）引导或合作在他人（教師、同伴中较优秀者）引导或合作下才能解決問題的层次。在這两個层次之間的下才能解決問題的层次。在這两個层次之間的差距，称之为邻近发展区（差距，称之为邻近发展区（zone of proximal development 简称简称ZPD）。）。邻近发展区理论 认知的发展分成实际的发展层次（re11支架理论支架理论 所谓支架就是主張学习的过程中由教师提供一個暂时所谓支架就是主張学习的过程中由教师提供一個暂时性的支持來协助学生发展学习能力，這個暂时性的支性的支持來协助学生发展学习能力，這個暂时性的支持（支架）可能是一種教学策略或教学工具，隨著学持（支架）可能是一種教学策略或教学工具，隨著学习者能力的提升，便逐漸将学习責任转移到学生的身习者能力的提升，便逐漸将学习責任转移到学生的身上，最后让学生能主动学习，並通过学习建构出属于上，最后让学生能主动学习，並通过学习建构出属于自己的知识。自己的知识。支架最主要目的支架最主要目的，就是使学习者保持在，就是使学习者保持在他們的邻近发展区活动。這可以通过两种方式达到目他們的邻近发展区活动。這可以通过两种方式达到目的，一是建构学习者的活动和周围环境；二是針对学的，一是建构学习者的活动和周围环境；二是針对学习者目前的需要與能力，不断調整成人介入的程度。习者目前的需要與能力，不断調整成人介入的程度。支架理论 所谓支架就是主張学习的过程中由教师提供一個12交互教学理论交互教学理论 社会交互在认知发展中起到基础性的社会交互在认知发展中起到基础性的作用。维果茨基坚信学习任何事物都经作用。维果茨基坚信学习任何事物都经过两个阶段，首先是通过和其它人交互，过两个阶段，首先是通过和其它人交互，然后再整合到自己个体智力结构中。因然后再整合到自己个体智力结构中。因此，可以通過特殊的社会語言来发展学此，可以通過特殊的社会語言来发展学生的认知能力，在学校环境中师生之间生的认知能力，在学校环境中师生之间和学生之间的对话相当重要，交互教学和学生之间的对话相当重要，交互教学就是根据他的观点而发展起来的一种教就是根据他的观点而发展起来的一种教学模式。学模式。交互教学理论 社会交互在认知发展中起到基础性的作13互动课程与支架理论互动课程与支架理论 互互动动课课程程通通过过互互动动的的多多媒媒体体活活动动程程序序为为学学生生提提供供学学习习活活动动的的支支架架，使使学学习习者者能能够够进进行行比比较较复复杂杂的的学学习习活活动动，投投入入到到高高级级的的思思考考和和问问题题解解决决活活动动中中去去，这这些些活活动动在在没没有有帮帮助助的的情情况况下下是是达达不不到到如如此此高高度度的的。在在互互动动课课程程的的实实施施中中，教教师师正正是是运运用用了了认认知知的的支支架架来来促促进进复复杂杂的的思思考考、设计、科学和数学原理和概念的学习。设计、科学和数学原理和概念的学习。互动课程与支架理论 互动课程通过互动的多媒体活动程序为学14互动课程与支架理论（续）互动课程与支架理论（续）经经过过精精心心设设计计的的互互动动的的活活动动程程序序与与传传统统的的课课件件不不一一样样，它它不不是是教教师师教教的的工工具具，而而是是学学生生学学的的工工具具。它它主主要要通通过过交交互互的的活活动动，把把关关注注的的焦焦点点集集中中于于科科学学和和数数学学的的概概念念和和关关系系上上，使使学学生生借借助助于于可可视视化化的的模模拟拟来来探探究究概概念念和和关关系系。因因此此，与与单单纯纯的的“做做中中学学”不不一一样样，它它强强调调的的是是在在理理解解的的基基础础上上的的“做做中中学学”，最最后后使使学学生生能能达达到到理解科学和数学这一最重要的课程标准的要求。理解科学和数学这一最重要的课程标准的要求。互动课程与支架理论（续）经过精心设计的互动的活15互动课程与支架理论（续二）互动课程与支架理论（续二）交交互互的的活活动动程程序序在在技技术术设设计计上上也也独独具具匠匠心心，始始终终一一致致的的、功功能能强强大大和和易易学学的的界界面面，使使学学生生一一旦旦掌掌握握了了一一个个活活动动的的操操作作，就就会会很很容容易易地地举举一一反反三三地地掌掌握握其其它它活动操作。活动操作。互动课程与支架理论（续二）交互的活动程序在技术16深层次学习方式与浅表层次深层次学习方式与浅表层次学习方式学习方式课程改革倡导的学生主动学习、探究学习和合课程改革倡导的学生主动学习、探究学习和合作学习方式，是旨在培养学生高级思维能力和作学习方式，是旨在培养学生高级思维能力和实践能力的深层次学习方式，高级思维能力指实践能力的深层次学习方式，高级思维能力指的是比较、解释、综合能力和解决实际问题能的是比较、解释、综合能力和解决实际问题能力。力。深层次学习方式与以记忆、复制为特点的浅表深层次学习方式与以记忆、复制为特点的浅表层次学习方式有机地结合起来，形成称之为层次学习方式有机地结合起来，形成称之为“策略学习策略学习”的新的学习方式。的新的学习方式。深层次学习方式与浅表层次学习方式课程改革倡导的学生主动学习17互动课程的特点互动课程的特点以问题为中心，和真实世界紧密关联以问题为中心，和真实世界紧密关联整合多门学科知识和面向真实世界的理论和实整合多门学科知识和面向真实世界的理论和实践践在激发学生学习兴趣的基础上扩展科学和数学在激发学生学习兴趣的基础上扩展科学和数学的学习内容的学习内容庞大的互动活动程序库和应用互联网上传发布庞大的互动活动程序库和应用互联网上传发布的广大教师开发的互动课程大大地增加了选择的广大教师开发的互动课程大大地增加了选择机会，因而能面向不同环境的学校和不同学习机会，因而能面向不同环境的学校和不同学习背景的学生。背景的学生。互动课程的特点以问题为中心，和真实世界紧密关联18JAVAJAVA互动活动程序案例互动活动程序案例案例二案例二 桌球游戏程序桌球游戏程序 案例案例 三三二元一次方程组二元一次方程组 案例四案例四通过变换理解重合、相似和对通过变换理解重合、相似和对称称 案例五案例五虚拟电路实验虚拟电路实验JAVA互动活动程序案例案例二 桌球游戏程序 19案例一案例一 应用模拟理解距离、应用模拟理解距离、速度与时间的关系速度与时间的关系 帮助小学高年帮助小学高年级学生理解关于随级学生理解关于随时间变化，路程、时间变化，路程、速度与时间之间的速度与时间之间的函数关系。函数关系。移移 动动 赛赛 跑跑者者 可可 改改 变变初始位置初始位置运动轨迹运动轨迹上上下下箭箭头头控控制制赛赛跑跑速速度度案例一 应用模拟理解距离、速度与时间的关系 移动20案例二案例二 桌球游戏程序桌球游戏程序 纸纸上上台台球球游游戏戏活活动动为为学学生生提提供供了了进进一一步步理理解解比比、比比例例和和最最小小公公倍倍数数的的机机会会，学学生生通通过过不不断断改改变变球球台台的的长长度度和和宽宽度度，反反复复模模拟拟球球击击落落口口袋袋的的运运动动轨轨迹迹，总总结结球球台台长长度度、宽宽度度与与小小球球弹弹回回次次数数之之间间的的函函数数关关系系，进进而而可可探探究究球球经经过过的的路路线线长长度度与与球球台台长长和和宽宽之之间间的函数关系。的函数关系。案例二 桌球游戏程序 纸上台球游戏活动为学生21案例案例 三三二元一次方程组二元一次方程组 通通过过观观察察相相应应的的直直线线和和它它们们的的交交点点理理解解二二元元一一次次方方程程组组的的概概念念。通通过过调调整整参参数数，可可模模拟拟直直线线间间的的各各种种位位置置关关系系，并并把把图图形形与与方方程程组组的的解解决决方方法法紧紧密密结结合合，使使学学生生能能更更深深入入地地理理解解数数与与形形的关系。的关系。案例 三二元一次方程组 通过观察相应的直线和它们22案例四案例四通过变换理解重合、通过变换理解重合、相似和对称相似和对称 在这四部分的在这四部分的 电子电子范例范例 中使用了交互中使用了交互性的图形，使使用者性的图形，使使用者能够通过操作改变图能够通过操作改变图形的形状，以及在一形的形状，以及在一种特殊的变换或对变种特殊的变换或对变换的比较中观察图形换的比较中观察图形的变化。的变化。案例四通过变换理解重合、相似和对称 在这四部分23案例五虚拟电路实验 虚拟电路实验通虚拟电路实验通过变动电压、电阻过变动电压、电阻模拟电路各要素之模拟电路各要素之间关系，在学生实间关系，在学生实践体验中理解欧姆践体验中理解欧姆定理定理案例五虚拟电路实验 虚拟电路实验通过变动电压、24互动课程教学方案的设汁互动课程教学方案的设汁互动课程教学方案的组成互动课程教学方案的组成互动课程教学方案的前期设计互动课程教学方案的前期设计互动课程教学方案的正课设计互动课程教学方案的正课设计互动数学课程案例互动数学课程案例互动物理课程案例互动物理课程案例互动课程教学方案的设汁互动课程教学方案的组成25互动课程教学方案的组成互动课程教学方案的组成 以以java互动活动程序为核心的互动课互动活动程序为核心的互动课程教学方案分为三个部分程教学方案分为三个部分教学方案网络实验室版，适用于学生能上教学方案网络实验室版，适用于学生能上网的计算机配置教学环境网的计算机配置教学环境教学方案演示版教学方案演示版，适用于教师能演示的计，适用于教师能演示的计算机配置教学环境算机配置教学环境学生练习纸学生练习纸互动课程教学方案的组成 以java互动活动程序为26互动课程教学方案的前期设计互动课程教学方案的前期设计教学目标设计教学目标设计学生前需知识和技能学生前需知识和技能分析分析课程资源设计课程资源设计课的准备设计课的准备设计互动课程教学方案的前期设计教学目标设计27数学课程标准教学目标设计数学课程标准教学目标设计 教育目标分类教育目标分类知识与技能知识与技能数学思考数学思考解决问题解决问题情感与态度情感与态度教育内容分类教育内容分类数与代数数与代数空间与图形空间与图形统计与概率统计与概率实践与综合应用实践与综合应用数学课程标准教学目标设计 教育目标分类教育内容分类28互动课程教学方案的正课设计互动课程教学方案的正课设计导入设计导入设计情境设计情境设计提问设计提问设计例题设计例题设计练习设计练习设计讨论设计讨论设计小结设计小结设计互动课程教学方案的正课设计导入设计29导入设计导入设计 功能功能引起学生注意引起学生注意激发学习兴趣和动机激发学习兴趣和动机明确目的，调动学生明确目的，调动学生学习积极性学习积极性建立知识之间相互联建立知识之间相互联系系 方法方法实例导入实例导入直观导入直观导入实验导入实验导入旧知识导入旧知识导入悬念导入悬念导入导入设计 功能 方法30情境设计情境设计 互互动动课课程程采采用用实实验验情情境境设设计计，应应用用java互互动动活活动动软软件件，让让学学生生通通过过观观察察和和动动手手操操作作，在在实实验验的的情情境境中中探探素素规规律律、提提出出猜猜想想，理理解解数数学学概概念念与与原原理理，提提高高分分析析和和解解决决问问题题的的能能力力情境设计 互动课程采用实验情境设计，应用java互31练习设计练习设计准备性练习准备性练习理解性练习理解性练习巩固性练习巩固性练习运用性练习运用性练习练习设计准备性练习32案例六案例六相遇问题相遇问题 行程问题行程问题java互动软互动软件是美国数学课程标淮件是美国数学课程标淮提供的经典软件，这份提供的经典软件，这份教学设计的设计者对该教学设计的设计者对该软件的本质理解较深刻，软件的本质理解较深刻，同时在设计中展示了一同时在设计中展示了一线教师的创造力，无论线教师的创造力，无论情境设计，还是例题设情境设计，还是例题设计都有可圈可点之处，计都有可圈可点之处，真正做到了从学生出发真正做到了从学生出发设计课程。设计课程。案例六相遇问题 行程问题java互动软件是33案例七认识图形认识图形 通过动手操通过动手操作，使学生感知作，使学生感知长方形、正方形、长方形、正方形、三角形、的特征，三角形、的特征，初步运用这些图初步运用这些图形进行拼图。形进行拼图。案例七认识图形 通过动手操作，使学生感知长方形、正方34案例八案例八二元一次线性方程组教二元一次线性方程组教学设计学设计 用图形法解二元一次用图形法解二元一次方程组方程组 用代数法解二元一用代数法解二元一次方程组次方程组探究平行线组探究平行线组应用二元一次方程组应用二元一次方程组解决应用问题解决应用问题解决应解决应用问题用问题案例八二元一次线性方程组教学设计 35案例九案例九抛物线教学设计抛物线教学设计导入导入 抛物线活动抛物线活动抛物线的变化抛物线的变化 定义抛物线及其性质定义抛物线及其性质一个真实世界的问题一个真实世界的问题案例九抛物线教学设计导入 36案例十案例十汽车刹车以后汽车刹车以后探究影响汽车制动距离探究影响汽车制动距离的主要因素是什么的主要因素是什么探究影响汽车的停车总探究影响汽车的停车总距离的主要因素是什么距离的主要因素是什么在雨雪天这个总距离将在雨雪天这个总距离将怎样变化，这为我们带怎样变化，这为我们带来什么启示来什么启示培养控制变量以探究变培养控制变量以探究变量关系的思维能力。量关系的思维能力。案例十汽车刹车以后探究影响汽车制动距离的主要因素是什么37构建数学和理科数字化学习中心构建数学和理科数字化学习中心收集和开发并重，建设基于网络的数学收集和开发并重，建设基于网络的数学和理科互动程序库和理科互动程序库依据课程标准，把程序库按学习主题重依据课程标准，把程序库按学习主题重组，在程序库基础上建设课程库组，在程序库基础上建设课程库在教学实验基础上逐步构建数学和理科在教学实验基础上逐步构建数学和理科数字化学习中心。数字化学习中心。构建数学和理科数字化学习中心收集和开发并重，建设基于网络的数38我们已收集整理的互动程序我们已收集整理的互动程序376个个（本机资源）（本机资源）数学（数学（204个个）美国数学教师联合会开发的美国数学教师联合会开发的i-math学前教育至高三的互动学前教育至高三的互动程序库（程序库（36个个）http:/illuminations.nctm.org/imath/index.htmlHarcount学校出版社开发的学校出版社开发的数学电子实验室（数学电子实验室（168个个）http:/ Math Applets）http:/www.ies.co.jp/math/java/，共收共收279个中学数学用插件，包个中学数学用插件，包括初中全套，高中的三角函数、括初中全套，高中的三角函数、复数、二次曲线、向量、微积分复数、二次曲线、向量、微积分和着色问题和着色问题，主要是解题，主要是解题 3.概率统计的概率统计的JAVE插件插件http:/www.math.csusb.edu/faculty/stanton/m262/相当于虚似实验室，有的内容已相当于虚似实验室，有的内容已超越高中范围超越高中范围 我们网上搜索到的数学优秀互动程序（在线资源）1.交互项目ht40我们网上搜索到的物理优秀互动我们网上搜索到的物理优秀互动程序（在线资源）程序（在线资源）物理实验室物理实验室http:/physicsweb.org/resources/Education/Interactive_experiments/，这是以索引，这是以索引目录形式展现的门户网站，收集的各个目录形式展现的门户网站，收集的各个网站高质量的网站高质量的JAVA插件，有的内容为普插件，有的内容为普通物理实验通物理实验 我们网上搜索到的物理优秀互动程序（在线资源）物理实验室h41几点启示几点启示 互互动动课课程程把把建建构构主主义义的的支支架架理理论论用用于于实实践践，就就是是通通过过互互动动的的多多媒媒体体活活动动程程序序为为学学生生提提供供学学习习活活动动的的支支架架，使使学学习习者者能能够够进进行行比比较较复复杂杂的的学学习习活活动动，投投入入到到高高级级的的思思考考和和问问题题解解决决活活动动中中去去，使使学学生生认认知知水水平平达达到到新新的的高高度度。互互动动课课程程开开发发、实实施施与与评评价价的的实实践践证证明明，整整合合不不是是简简单单的的“做做中中学学”，也也不不是是理理科科教教育育的的“文文科科化化”（这这和和科科学学教教育育中中弘弘扬扬人人文文精精神神完完全全不不是是一一个个概概念念），而而是是要要使使学学生生达达到到理理解解科科学学和和数数学学这一课程的核心标准。这一课程的核心标准。几点启示 互动课程把建构主义的支架理论用于实践42几点启示（续一）几点启示（续一）互互动动课课程程的的实实质质是是改改变变学学生生学学习习方方式式，模模拟拟指指的的是是学学生生模模拟拟，充充分分应应用用数数字字化化技技术术，使使学学生生的的探探究究活活动动无无论论在在深深度度和和广广度度上上都都能能超超越越局局限限于于具具体体实实验验的的水水平平。从从辅辅助助教教学学到到学学生生自自主主学学习习，互互动动课课程程为为我我国国中中小小学学教教学学课课件件设设计计的的转转型型和和发发展提供了范例。展提供了范例。几点启示（续一）互动课程的实质是改变学生学习方式，模43几点启示（续二）几点启示（续二）探探究究是是学学习习方方式式，并并非非局局限限于于综综合合实实践践课课程程。互互动动课课程程的的独独特特的的成成功功之之处处不不在在于于基基于于项项目目的的研研究究性性课课程程，而而恰恰恰恰在在于于把把探探究究方方式式引引入入日日常常的的课课堂堂教教学学，这这无无疑疑为为提提高高中中小小学学理理科科教教育育质质量量开开辟辟了了新新的途径。的途径。几点启示（续二）探究是学习方式，并非局限于综合实践课程44结束结束结束45