1、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什么是互动课程什么是互动课程引例一探究三角形概念和引例一探究三角形概念和多边形特征多边形特征引例二探究物体碰撞的规律引例二探究物体碰撞的规律互动课程简介互动课程简介引例一探究三角形概念和
2、引例一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。 引例二探究物体碰撞的规律引例二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。
3、初始质量和初始速度。 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
4、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（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
5、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 俄罗斯心理学家俄罗斯心理学家 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
6、产生了重大影响。发展领域产生了重大影响。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（zon
7、e of proximal development 简称简称ZPD）。）。 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
8、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。 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
9、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。 互动课程与支架理论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互动课程通过互动的多媒体活动程序为学生提供学习活动的支架，使学习者能学生提供学习活动的支架，使学习者能够进行比较复杂的学习活动，投入到够进行比较复杂的学习活动，投入到高高级的思考和问题解决活动级的思考和问题解决活动中去
10、，这些活中去，这些活动在没有帮助的情况下是达不到如此高动在没有帮助的情况下是达不到如此高度的。在互动课程的实施中，教师正是度的。在互动课程的实施中，教师正是运用了认知的支架来促进复杂的运用了认知的支架来促进复杂的思考、思考、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（续）互动课程与支架理论（续） 经过精心设计的互动的活动程序与传统的课经过精心设计的互动的活动程序与传统的课件不一样，它不是教师教的工具，而是学生学件不一样，它不是教师教的工具，而是学生学的工具。它主要通过交互的活动，把关注的焦的工具。它主要通过交互的活动，把关注的焦点集中于科学和数学的概念
11、和关系上，使学生点集中于科学和数学的概念和关系上，使学生借助于可视化的模拟来探究概念和关系。因此，借助于可视化的模拟来探究概念和关系。因此，与单纯的与单纯的“做中学做中学”不一样，它强调的是在理不一样，它强调的是在理解的基础上的解的基础上的“做中学做中学”，最后使学生能达到，最后使学生能达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（续二）互动课程与支架理论（续二） 交互的活动程序在技术设计上也独具交互的活动程序在技术设计上也独具匠心，始终一致的、功能强大和易学的匠心，始终一致的、功能强大和易学的界面，使学生一旦掌握了一个活动的操界面
12、，使学生一旦掌握了一个活动的操作，就会很容易地举一反三地掌握其它作，就会很容易地举一反三地掌握其它活动操作。活动操作。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
13、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。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，
14、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。JAVAJAVA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 三二元一次方程组三二元一次方程组 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 案例五虚拟电路实验案例五虚拟电路实验案例一案例一 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 动 赛 跑移 动 赛 跑者 可 改 变者 可 改 变初始位置初始位置运动轨迹
15、运动轨迹上下箭上下箭头控制头控制赛跑速赛跑速度度案例二案例二 桌球游戏程序桌球游戏程序 纸上台球游戏活动为纸上台球游戏活动为学生提供了进一步理解学生提供了进一步理解比、比例和最小公倍数比、比例和最小公倍数的机会，学生通过不断的机会，学生通过不断改变球台的长度和宽度，改变球台的长度和宽度，反复模拟球击落口袋的反复模拟球击落口袋的运动轨迹，总结球台长运动轨迹，总结球台长度、宽度与小球弹回次度、宽度与小球弹回次数之间的函数关系，进数之间的函数关系，进而可探究球经过的路线而可探究球经过的路线长度与球台长和宽之间长度与球台长和宽之间的函数关系的函数关系。 案例案例 三二元一次方程组三二元一次方程组 通过
16、观察相应的直通过观察相应的直线和它们的交点理解线和它们的交点理解二元一次方程组的概二元一次方程组的概念。通过调整参数，念。通过调整参数，可模拟直线间的各种可模拟直线间的各种位置关系，并把图形位置关系，并把图形与方程组的解决方法与方程组的解决方法紧密结合，使学生能紧密结合，使学生能更深入地理解数与形更深入地理解数与形的关系。的关系。 案例四通过变换理解重合、案例四通过变换理解重合、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
17、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
18、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
19、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情境设计情境设计 互动课程采用实验
20、互动课程采用实验情境设计，应用情境设计，应用java互动活动软件，让学互动活动软件，让学生通过观察和动手操生通过观察和动手操作，在实验的情境中作，在实验的情境中探素规律、提出猜想，探素规律、提出猜想，理解数学概念与原理，理解数学概念与原理，提高分析和解决问题提高分析和解决问题的能力的能力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案例六相遇问题案例六相遇问题 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
21、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。 案例七认识图形认识图形 通过动手操作，通过动手操作，使学生感知长方使学生感知长方形、正方形、三形、正方形、三角形、的特征，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。福州市麦顶小学 江龙强 鼓楼第一中心小学 林 莹仓山小学 赵清清马尾实验小学 陈秀钦案例八二元一次线性方程组教案例八二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
22、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十汽车刹车以后案例十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
23、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。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。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）
24、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:/ 1.交互项目交互项目http:/www.shodor.org/interactivate/index.html美国美国SHODOR教育基金会网教育基金会网站开发的互动插件应用于教站开发的互动插件应用于教学包括四部分，活动（提供学包括四部分，活动（提供100余个，特色在于强调学生
25、余个，特色在于强调学生可自主学习）、课程、练习、可自主学习）、课程、练习、讨论（师生关于概念的对讨论（师生关于概念的对话）。话）。 2.日本日本IES网站网站（Manipula 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，主要是解题和着色问题，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
26、/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 几点启示几点启示 互动课程把建构主义的支架理论用于实践，互动课程把建构主义的支架理
27、论用于实践，就是通过互动的多媒体活动程序为学生提供学就是通过互动的多媒体活动程序为学生提供学习活动的支架，使学习者能够进行比较复杂的习活动的支架，使学习者能够进行比较复杂的学习活动，投入到高级的思考和问题解决活动学习活动，投入到高级的思考和问题解决活动中去，使学生认知水平达到新的高度。互动课中去，使学生认知水平达到新的高度。互动课程开发、实施与评价的实践证明，整合不是简程开发、实施与评价的实践证明，整合不是简单的单的“做中学做中学”，也不是理科教育的，也不是理科教育的“文科化文科化”（这和科学教育中弘扬人文精神完全不是一个（这和科学教育中弘扬人文精神完全不是一个概念），而是要使学生达到理解科学
28、和数学这概念），而是要使学生达到理解科学和数学这一课程的核心标准。一课程的核心标准。几点启示（续一）几点启示（续一） 互动课程的实质是改变学生学习方式，互动课程的实质是改变学生学习方式，模拟指的是学生模拟，充分应用数字化模拟指的是学生模拟，充分应用数字化技术，使学生的探究活动无论在深度和技术，使学生的探究活动无论在深度和广度上都能超越局限于具体实验的水平。广度上都能超越局限于具体实验的水平。从辅助教学到学生自主学习，互动课程从辅助教学到学生自主学习，互动课程为我国中小学教学课件设计的转型和发为我国中小学教学课件设计的转型和发展提供了范例。展提供了范例。几点启示（续二）几点启示（续二） 探究是学习方式，并非局限于综合实践探究是学习方式，并非局限于综合实践课程。互动课程的独特的成功之处不在课程。互动课程的独特的成功之处不在于基于项目的研究性课程，而恰恰在于于基于项目的研究性课程，而恰恰在于把探究方式引入日常的课堂教学，这无把探究方式引入日常的课堂教学，这无疑为提高中小学理科教育质量开辟了新疑为提高中小学理科教育质量开辟了新的途径。的途径。结束结束
