江苏中小学教学研究课题2013第十期.DOC

1、 基 于 IMVT 框架 的高 中理 科 深度 学习 研究 课题 研究 报告 1 江苏省中小学教学研究课题（ 2013）年度第（ 十 ）期 基于 IMVT 框架的高中理科深度学习研究 课题研究报告 江苏省镇江中学 基于 IMVT 框架的高中理科深度学习研究 课题是 江苏省镇江中学 承担、徐杰 老师主持的江苏省中小学教学研究课题 (2013)年度第 (十 )期课题。该课题于 2013 年 11 月立项，经过 3 年 多 的研究和实践探索，已基本完成课题研究的任务。现将课题结题报告如下： 一、课题研究的背景与动因 当前以课件播放为主流的多媒体辅助教学课堂，教师借助文本、图像、动画等形式对学生应该掌

2、握的知识进行编码、组织并包装于 课件之中，其实质是将信息技术仅仅充当教师向学生灌输知识的工具，实现了从人灌到电灌的转变。一些应用互联网构建的所谓开放式探究课堂，尽管从形式上告别了教师的一言堂和灌输，但学生忙碌于各种技术使用和放任的学习活动，对解决的问题往往停留在过程和步骤层面，对问题背后的知识并没有深刻的理解，尽管课堂气氛热闹活跃，但没有集聚反思的动手活动，没有聆听和对话的协作。显然，这种教学缺乏深度。 随着始于本世纪初的新一轮课程改革的不断推进，构建以学生为主体，为学生的学而教为目标的课堂教学模式逐渐成为共识。然而作为时代特征的信息技术 ，在融合于教学过程中，对这场深刻教育变革的贡献却很有限

3、。这主要表现在信息技术介入教学的方式机械、浅层。如何应用信息技术构建以学生为主体的课堂教学模式，促进学生深度学习，已经成为一项新的课题。 二、课题研究的目标 与 思路 1、课题界定 深度学习 ： 相对于对知识的机械记忆和被动接受的浅层学习，深度学习是江苏省中小学教学研究课题（ 2011）年度第（九）期 2 指学习者以复杂的、深层次的知识为学习对象，以沉浸、投入的心态，运用高阶思维和复杂问题解决的相关能力，实现分析、综合、评价等高层次学习目标的学习方式。人总是基于错综复杂的问题而去学习知识，只有学习者面对的知识内容沉浸在 非良构的复杂的问题域和真实的社会境脉中，学习者才可能有机会将多学科的概念和

4、方法应用到不同的情境和知识领域中，使知识条件化。在深度学习中，学习者在教师的支持下，实现“新老成员”交互、实质性参与相应的学习共同体，以适应、协商、交往、分享等方式，为共同体贡献个人的知识和经验，并在参与共同体的过程中参照和吸收他人的知识和经验。在“自反性”、“批判性反思”、“主体性卷入”、“自我理解”、“自我否定”等一系列的身份认同心理活动中，学习者从最初的旁观者逐渐触及学习共同体内核，从新手成为领域专家，实现了深度学习。 在高中教 学中，我们认为，深度学习涉及到学生的许习动机和态度等非智力因素，不仅需要一般思维能的提高，还需要信息技术应用能、合作探究能力以及综合复杂思维能力的同步提高，并在

5、分析处理真实问题的过程中得以实现。 iMVT模式 iMVT (Modeling and Visualization Technology Enhanced Inquiry-based Science Learning)，即“模型可视化技术探究融合”教育模式 ,其要点是学生要有机会通过自己创造的各种知识表象 (Representations)来揭示科学 现象内部各部分之间的有机联系以解释科学现象的行为，体现了现实问题的系统思维方式。 iMVT 科学教学模式的实质：采用合作性探究的学习组织形式，学习者通过设计调查、收集数据、分析数据做结论、提问、假设、反思等建立经验及培养过程技能，完成合作性学习和

6、文化适应。以建模的方法表达和构建了对复杂系统的科学现象的理解。用可视化来模拟抽象和无形的交互作用现象。加强信息技术的应用。 3. iMVT 模式与深度学习的关系 iMVT 模式可以为深度学习提供有力的支撑。应用信息技术可以为深度学习创设真实的复杂问题情境 ,合作性探究的学习组织形式学习者可以实现生生、师生交互，学生以适应、协商、交往、分享等方式，为学习共同体贡献个人的知识和经验，并在参与共同体的过程中参照和吸收他人的知识和经验，同时在“自反性”、“批判性反思”、“主体性卷入”、“自我理解”、“自我否定”等一系列的 基 于 IMVT 框架 的高 中理 科 深度 学习 研究 课题 研究 报告 3

7、心理活动实现身份认同。深度学习中对象是复杂的现象，描述和表征复杂现象的最有效工具是模型，构建模型不仅可以深化学生对于知识的理解，还能对于学习过程和结果进行科学的评价。可视化技术是在协作探究中增强表象，表达抽象规律的有效工具。信息技术的有效使用，可以将单 节的课堂教学延伸到课外，使学习对象的打破学科壁垒，将学习共同体拓展到家庭甚至社会，这样就为真实、复杂的问题解决提供了条件。 研究基于 iMVT 教学框架的课堂深度学习，可以探究出一条应用信息技术促进学生终生学习和创新能力提高的有效途径。还能促进学生形成正确的世界观、人生观，在不断认识世界、认识自我的身份认同中融入到社会中去。这样，我们的教育才能

8、真正完成如爱因斯坦所期望的“培养与社会相和谐的人”的伟大目标。 2、课题研究目标 探索 iMVT 教学模式应用于高中理科教学，促进学生深度学习的有效手段，进而促进学生学习能力 、合作 能力的进一步提升和正确的社会定位，为今后有效地融入社会奠定基础 。 3、课题研究思路 依据课程标准和教学需要，对全体教师进行深度学习理论和 iMVT 教学模式的相关培训，以促进广大教师更新教育观念；在此基础上，探索 iMVT教学模式应用于高中理科教学，促进学生深度学习的有效手段，以促进学生学习能力、合作能力的进一步提升和正确的社会定位，为今后有效地融入社会奠定基础；同时依据深度学习理论，制定出基于 iMVT 教学

9、模式的有效的评价机制，以促进研究的可持续发展；根据课堂教学的实践，应 用通用的网络群组平台搭建教学网 络环境，根据课堂使用状况不断改进 。 三、课题研究的内容与进展 1.iMVT 教学框架下高中理科深度学习的课堂教学设计研究 在深入研究高中 理科 各科核心思想和前沿发展等深层次问题的基础上， 探索出 创设有效的学习情境，充分唤起 学生的已有生活体验和知识建构，应用可视化工具等信息技术手段，指导学生有效协作探究、指导学生建模表达为核心江苏省中小学教学研究课题（ 2011）年度第（九）期 4 的常态课堂深入学习模式。 为此，学校 还 配备了用 于 学生自主 实践 探究 的可视化软件 ， 主要包括华

10、师京城系列网络版数学实验平台、物理仿真实验平台、生物虚拟实验室、化学仿真实验平台和化学虚拟实验平台、 数字 地球软件谷歌地球（ GoogleEarth） 、数字地球仪 Marble 等。 应用数学实验平台可将数学领域的基本原理集成为几个模型对象，为学生提供了广阔自由的数学空间，有利于在立体几何、解析几何和代数等数学领域的学习中自主深度探究。物理、化学和生物的虚拟实验室，能够帮助学生深入理解实验的规范步骤和仪器的使用。而仿真实验平台能够为学生提供深入研究现实问题的虚拟环境，最大限度地发挥学生的学生的创造力。GoogleEarth、数字地球仪 Marble 等本身就是可视化的虚拟地球系统，在地理教

11、学中，能够吸引学生在地理学习中将地 形、气候、水文、生物、土壤等自然条件和人口、城市、农业、交通等人文因素 综合探究，以深入落实地理学宏观、综合的学科核心理念 。 当前信息化、数字化是时代的特征，应用信息技术手段，收集有关数据、分析学习内容是提高学习深度的有效手段。如在地理教学中，董建勋老师指导学生应用 Excel 软件收集、整理和分析地理信息 ,并将得到的地理规律用形象化的地理图表模型表现出来再应用到学习过程中，运用这种可视化的手段有效地表达地理探究的见解和体会，这种将信息技术与地理探究活动的有效整合大大提高了学生对于地理规律的理解和应用水平 这种课 堂教学模式的改变和软硬件环境的构建 以及

12、信息技术的深度应用 ，改变了 以往以记忆、训练为核心的浅层次的学习模式，以探究、建模表达、预测为核心的深度学习范式正在形成。 2.iMVT 教学框架下高中理科的深度学习网络环境开发研究 以 Internet 为代表的网络技术是当代信息社会的核心。在深入剖析 iMVT模式下学生协作探究学习的特点和网络技术优势以及深度学习的要求的基础上，应用 QQ、 微信、 Blog 等群组交流平台构建有利于学生合作探究和教师指导的教学平台。应用该平台，学生可以持续性的进行自我表达和个人反思，教师可以安排活动 、与学生对话交互，为学生的学习提供脚手架等，师生之间、学 基 于 IMVT 框架 的高 中理 科 深度

13、学习 研究 课题 研究 报告 5 生之间可以有效组群（分组），对特定问题共同探究，相互评价，并对各种信息进行有效统计。 为此，学校投资 600 余万元升级了校园网系统，做到了无线有线校园全覆盖。 2015 年，学校建设了 24 个易教 HappyClass 智慧课堂教室， 为实验班配置了平板电脑，构建了 1:1 环境；在 教学楼 走廊、通道 ，还配置了大型触控屏，为学生随时借助网络进行深度探究学习创造了条件。 互联网应用于教育， 优化了课堂教学流程： 在课前 ,教师通过推送精心设计的微课视频、动画等资源，对学生进行有针 对性的预习指导，使得大多数学生达到了课程标准所规定的基本要求；在课中，教师

14、应用网络平台构筑了师生、生生之间便捷的交互平台，在学生高效预习的前提下，引导学生应用建模的方法，表达所学内容，并通过同学间的合作探究，在模型的完善中使得学习的深度不断 推进； 课后 ， 教师在通过精制的作业辅导微课 ， 对学生进行有针对性的个性化辅导 ， 不仅大大提高了教学的效率 ， 还使得不同 层次 学生学习的深度都得到了有效的提升 。 应用网络平台，不仅大大提升了教师对学生的个性化辅导，还拓展了课堂教学的时空范围 ， 特别是节假日和寒暑假期间， 网络不仅有效地维 持了师生、生生间的交流协作，还通过系列微课程的推送使得学生能够对已学知识能够查漏补缺，并对即将所学知识做到整体感知，为新学期的深

15、度学习做好了有效的铺垫。 3.iMVT 框架下的深度学习可视化数字课程资源库的构建 iMVT 框架下的深度学习可视化数字课程资源 ， 主要包括动画、微课视频、图片等 。 在资源开发和资源库构建方面，课题组组织了多次全员性的微课制作、媒体设计和应用、 HappyClass 智慧课堂应用 等 教师培训 ,初步形成了一支强有力的资源建设队伍。通过这支队伍，我校与 镇江市教育局教研室、镇江市教育信息中心、 华东师范 大学慕课联盟、北 京凤凰学易集团学科网等机构密切合作，开发了和购买了系列微课资源，并为镇江市的基础教育课程猫、镇江市教育云资源平台的建设做出了重大贡献。 目前，学校已经完成了覆盖数学、物理

16、、化学、生物、地理等理科学科的成套系列化微课资源体系，并在教学活动中针对江苏省中小学教学研究课题（ 2011）年度第（九）期 6 IMVT 范式的教学要求不断地优化组合。 4.跨学科 分阶段深度学习范式的探索 人总是基于错综复杂的问题而去学习知识，只有学习者面对的知识内容沉浸在非良构的复杂的问题域和真实的社会境脉中，学习者才可能有机会将多学科的概念和方法应用到不同的情境和知识领域中，使知 识条件化。 在深度学习中，必须做到有效地引导学生以多学科的知识和能力来探究真实的问题 。 然而，现在的课程体系，数学、物理、化学、生物和地理等学科的进度安排并不 协同。 这样，就有必要理清各学科在深度学习中的

17、相互关系，特别是数学、物理这两门 基础 学科在深度学习中往往扮演者构建数学模型和物理模型这两种较为抽象的较高认知的任务，从而以这两门学科为基础，规划相关学科阶段性深度学习目标就显得十分重要。 此外，在深度学习中，不同课程的目标和要求是有区别的。数学学科，主要侧重于 对事物和现象的 特征和变化进行 定量 的 描述，并在构建数学 模型中引导学生实现从感性认识到理性认识的飞越，并通过 可视化 数学模型中 相关 条件的变化分析预测所描述现象的发展，并对发展过程进行有效的调控。物理学科则通过建立物理模型从事物和现象的成因上进行机理和条件的分析 ,为数学模型的构建奠定基础。其他学科的 尽管具有鲜明的学科特

18、色， 但 多数情况下都直接面对现实世界的各种 真实的问题 ，在构筑相应认知模型的基础上， 往往 还 需要 其它 学科，从多个角度进行分析探究。 5.理科实验深入学习研究 实验是近代科学发展的基础，在试验中发现问题分析问题提出认知模型并用实验验证假设是近代科学发展的规律。作为江苏省物理学科基地，我校装备了现代化的近现代物理实验室。在应试教育的疯狂裹挟下 ,当下的物理课堂甚至大多数理科的课堂几乎都是“纸上谈兵” ,物理教学逐步背离其宏大的学科价值和基本的学科特征 ,正在走向危险的境地。 课题组 从构建科学文化环境 ,培养学生的动手实验能力 ,重视创新创业教育等方面进行改进和强化 ,提高学生的深度学

19、习和创新能力 ,努力为学生的未来奠基。学校节假日都安排教师在实验室值班，实验室对学生开放。鼓励学生应 用实验室 和专用教室等 深入探究物理、化 基 于 IMVT 框架 的高 中理 科 深度 学习 研究 课题 研究 报告 7 学、生物、地理等学科 真实问题 。 四、课题研究的成效与成果 开题前，课题组特地对 iMVT 教学模式的创立者 张宝辉教授进行了专题访谈，明确了 iMVT 教学模式的内涵和和应用范围。 开题以来，我们已完成课题二阶段的研究， 课题组老师 学习 了 国内、外先进的课程和教学理论，检索了大量文献资料，特别是关于 深度学习和 iMVT 的相关文 献 ，开展了有效的比较研究，收集了

20、近 30 多篇文章分成理论学习和经验学习两个部分，以电子稿的形式发送到课题组老师 邮箱里 ，供老师们平时学习 。 同时安排了多次的全员性的教师 教育教学技术和资源建设的培训。这些活动有效地转变了教师的教育教学观念，提升了课堂教学能力和资源开发的水平，收到了广大教师的欢迎。 课题组老师在研究过程中，不断学习，勤于实践，进行理性思考， 不断 反思总结，积累研究案例，撰写高质量科研论文 ，收到了广大同行的关注 。 部分发表论文列表如下： 作者 论文题目 发表刊物 发表日期 1 徐杰 物理教学 :应为学生的未来奠基 英国卡文迪许实验室考察感 物理教师 2014 年第 9 期 2 徐杰 高中物理分层拓展

21、实验教学研究 江苏凤凰教 育出版社 2015-05-01 3 徐杰 人文与科学并重 江苏教育报 2016 年 12 月 28 日 4 董建勋 徐杰 高中地理学科中物理问题分阶段深 度探究 以“地转偏向力”为例 物理教师 2016 年第 8 期 5 董建勋 基于 iMVT 模式的中学地理深度学习初探 新校长 2015 年第 2 期 6 董建勋 基于 EXCEL 的地理教学信息分析和可视化表达 地理教学 2014 年第 12 期 7 陆建根 数学阅读水平四层次分析达成的“问题链”教学设计 以“柯西不等式”的教学为例 数学通报 2013 年第 12 期 8 李榆容 提高学生地理位置 空间知觉能力的思

22、考与实践 中学地理教学参考 2014 年第 1 期 9 白云霞 在高中化学教学中激发学生问题意识， 中学课程辅导 化学教学 2015 年第 1 期 10 吴好 对 2014 年高考江苏物理卷第 7 题的深度思考 物理通报 2015 年第 2 期 11 董建勋 从虚拟地形实景到等高线地形图的数字教学资源创建 中学地理教学参考 2015 年第 5 期 江苏省中小学教学研究课题（ 2011）年度第（九）期 8 12 陆建根 高中数学探究式教与学的策略 中学数学 2013 年第 13 期 13 吴好 电阻网络 Y 变换恒等式 物理通报 2013 年第 4 期 14 陆建根 “圆与圆的位置关系” 课本习

23、题的探究推广 考试 (高中理科 ) 2014 年第 3 期 15 董建勋、 于蓉 CAI 模拟在地理探究学习中的应用 以“地球公转的地理意义”为例 中学地理教学参考 2015 年第 13 期 16 陆建根 三角恒等式在单位圆中的完美展现 数学教学 通讯 2014 年第 6 期 17 董建勋 孙小娟 探究式课件在地理探究学习中的应用 中学地理教学参考 2013 年第 11 期 18 丁玉莉 校本课程现代物理实验的开发 新课程学习 2014 年第 12 期 19 孙小娟 董建勋 Webquest 助推微课与地理课堂的融合 中学地理教学参考 2013 年第 8 期 20 江燕 教你如何理解“加速度”

24、 新高考 2014 年第 8 期 21 江燕 “探究加速度与力、质量的关系”实验的几个拓展应用 江苏教师 2014 年第 13 期 22 江燕 “用油膜法测分子直径”演示实验的教学设计与创新 物理之友 2014 年第 3 期 23 陆建根 平面向量基本定理的深度探究 新高考 2017 年第 1 期 理科 的 iMVT 框架下深度学习教学范式的推进，有效地提高了我校学生科研能力的提高。 同时 ， 深度学习改变了学生机械记忆和题海训练为主的简单学习方式 ， 应用信息技术通过可视化模型构建针对现实世界的真实问题合作探究正随着五步教学的 教学改革项目的推进 ， 不断调动学生的学习兴趣 ， 激发 起与生

25、俱来的探究热情。近几年热学、活学、学以致用逐步成为校园文化的主流。不仅高考成绩年年攀升，而且在中学生奥林匹克学科竞赛、全国希望英语大赛、全国中学生作文大赛等高层次竞赛中也不断取得突破。 课题研究过程中，在老教师 徐杰 、 陆建根 、 赵 宏远、董建勋、李榆荣、吴好等老师的精心指导，一批青年教师脱颖而出，分别获得 市教学比赛大奖。 近几年来 我校 高考 理科 成绩达 A 率、达 B 率 逐年上升 。 各学科 竞赛成绩年年 提高 ， 在 2016 年全国中学生生物学联赛中我校再创新高成绩喜人 ， 高二年级毛凌峰同学入围江苏省前 30 名，全国一等奖；高二年级陈凯等 13 人获省一等奖，一等奖以上人

26、数列镇江大市第一 。 2016 年江苏省高中“吉尔多肽杯”化学竞赛中 ， 高一年级赵俊杰等 13 人获省一等奖，一等奖人数列市区第一。 2016 基 于 IMVT 框架 的高 中理 科 深度 学习 研究 课题 研究 报告 9 年暑期，我校高三 10 班马睿涵、陈一鹤、常婧瑶、孙楚研组成的“策腾”队在第一届“登峰杯”数学建模竞赛中获得一等奖 。 作为 镇江地区的一所老牌重点中学，我校一直秉承着合作共赢的理念，积极推进教育教学研究的辐射带动。课题组骨干教师通过开设研究课、示范课、讲座等形式，在镇江及周边教育领域，分享研究成果，共同研究先关问题，得到了广泛的支持，使得课题的研究在更大的范围不断地深入

27、。 部分 相关讲座、公开课 一览表 序号 姓名 公开课、讲座 名称 推广应用形式 时间 主办单位 1 徐杰 深化综合改革 促进质量提升 扬州大学贵州中学物理教师国培班 2016.11 扬州大学 2 徐杰 高中核心价值观 解读 江西省高中校长提高培训班 2014.11 江苏省教育干训中心 3 徐杰 关注课程基地的顶层设计 浙江省学科基地培育学校物理骨干教师培训班 2013.11 浙江省教育厅 4 董建勋 信息技术 与地理深度学习的探索 扬州市暑期中学教研组长培训 2014.08 扬州市教育局教研室 5 董建勋 中国气候的主要特征及影响因素 地理名师课堂说课 2014.09 江苏省教研室 6 陆建

28、根 柯西不等式 地理名师课堂 2016.06 江苏省教研室 7 陆建根 最值问题的复习 镇江市数学评优课 2016.02 镇 江市教研室 8 陆建根 导数在研究函数中的应用 同课异构 教研活动 2014.12 江苏省中小学教师培训中心 9 吴好 自主招生物理学科应对策略 镇江市高中物理保健学生群体培养研讨会 2014.01 镇江市教研室 10 吴好 运用研究性学习 提升学生问题解决能力及奥赛水平 江苏省高中物理骨干教师培训 2015.10 江苏省教师培训中心 11 吴好 物理实验教学 设计与操作 镇江市骨干教师培训 2015.01 江苏大学教师教育学院 12 白云霞 天然气的利用 甲烷 江苏省

29、优秀教学录像课 评选二等奖 2015.06 江苏省中小学教师培训学会 13 白云霞 如何实施合作探究环节的过程性评价 周炳兴名师工作室教学研讨活动 2014.10 镇江市教研室 14 白云霞 化工流程的突破 江苏省初高中衔接自学教程修编 会议 2016.04 江苏省中小学教师培训学会 15 江燕 用油膜法测分子直径 江苏省高中物理优秀课评比 2013.10 江苏省教研室 江苏省中小学教学研究课题（ 2011）年度第（九）期 10 16 江燕 电势能和电势 第五届疆内外教师周活动观摩课 2016.05 新疆建设兵团四师教研室 17 江燕 高考改革中物理学科的应对 第五届疆内外教师周活动 2016

30、.05 新疆建设兵团四师教研室 课题组各 学科 子 课题组相互交流，明确 了 各学科各阶段的教学内容和学习要求，找出学科教学中最常见的案例和所涉及到的其他学科的相关知识，提出深度学习的可行性方案。初步作如下分工：数学学科主要负责建立各学科描述规律的数学模型，并运用数学知识对模型性质进行讨论，在此过程中让学生的深度学习得以实现。物理学科负责指导学生从能量、力、热、运动等方面深入理解学科知识；而化学则侧重于从原子、分子等微观结构使学生深入认知世界；生物学科则引导学生从生命体、细胞、生态等方面认识事物；而地理学则发挥其综 合、宏观的独到视野，指导学生从自然和社会以及学生生活中的体验入手，不断提出问题

31、，以不断激发学生沿着不同的道路探究下去而最终取得成功。 在课题研究的后期，我们 进一步推进案例教学法，在教学活动中力求为学生提供“真实”的问题情境，激发学生合作探究并用可视化的模型表达探究结果，并在交流展示中不断完善。 部分 可视化学科知识模型 一览表 序号 模型名称 学科 类型 学习阶段 1 轻弹簧模型 物理 物理模型 高一 2 子弹打木块模型 物理 物理模型 高一 3 传送带模型 物理 物理模型 高一 4 理想气体模型 物理 物理模型 高一 5 电磁感应模型 物理 数学模型 高二 6 原子模型 化学 物理模型 高一 7 晶体模型 化学 物理模型 高一 8 水分子模型 化学 化学模型 高一 9 细胞膜模型 生物 物理模型 高一 10 有丝分裂 生物 物理模型 高 二