《模拟动画在高中理科课堂的应用现状 分析及提高策略的研究》

许昌市教育科研课题

研究报告

学  科  分  类           综合类            

课  题  名  称  模拟动画在高中理科课堂的应  

用现状分析及提高策略的研究    

立  项  编  号          L2019G235          

课 题 主 持 人           于培贞            

主持人所在单位         许昌实验中学        

联  系 电 话（固定）03742623174（移动）15803742266    

课  题  成  员冯金友 张培恋 赵志华 吴建岭 杨伟华  

成  果  形  式         研究报告        

完  成  日  期        2020年5月30日        

许 昌 市 教 育 局

二O二O年三月

《模拟动画在高中理科课堂的应用现状

分析及提高策略的研究》课题研究报告

                                        许昌实验中学

一、问题的提出

物理是一门以实验为基础的学科。物理教学课程标准中指明物理教学要让学生通过物理课学到初步的物理知识，培养科学探究精神，获得观察、实验的初步技能，逐步发展自己的能力，逐步形成科学的世界观。在教学中应注意问题的指出，要加强实验，物理教学要以观察、实验为基础。随着科学技术的不断进步，模拟动画技术在高中理科教学中应用较为广泛。目前，大部分教师依然采用普通的教学模式进行理科教学，传统教学模式下并不利于学生独自解决理论问题的能力培养。同时,由于课堂模式过于理论化,会使得学生觉得课堂枯燥乏味,没有了理科课程的学习兴趣。为了改变这种教学现状我们应该在教学模式进行改进，采取相应的措施,模拟动画教学在高中理科课堂中的应用就显得十分重要。本论文主要通过分析国内外模拟动画教学的研究现状,以及模拟动画在国内外教学中的应用,发现在国内的高中理科教学中应用的不够丰富,因此模拟动画在高中理科教学中的应用研究有实际的现实意义。通过一些具体的教学案例展示,可以发现模拟动画可以极大的提高学生的学习兴趣,提升课堂的教学效率。在对高中教师的调查中,发现教师能运用模拟动画结合教学的并不多,能够制作模拟动画更是少之又少,因此在高中理科教学中,模拟动画具有巨大应用潜力。

课题组在制定本课题方案时，透过对本校高中理科教学现状进行了一系列的调妍工作，并收集了大量国内外的关于模拟动画教育资源建设及应用现状的文献，在深入研究的基础上，对模拟动画在高中理科课堂的应用现状及提高策略，有了一个初步的认识。因此立项申报课题《模拟动画在高中理科课堂的应用现状分析及提高策略的研究》。

二、核心概念的界定

“创新是一个民族的灵魂，是一个国家兴旺发达的第一源动力，创新的关键是人才，人才的成长靠教育”。创新教育作为当代的一种教育理念，它要求我们教师在物理教育过程中转变传统的“模式”，更加注重物理教育人文价值的开发，注重培养具有创新能力的人才。

随着经济的发展与科技的进步，模拟动画应用技术在教学中被广泛使用，计算机为基础的多媒体应用技术，是我国教学领域一项重要的变革。我国教育部推出的《高中物理新课程标准》，也鼓励教学多样化和兴趣化，提倡发挥学生学习的主动性和积极性，旨在培养学生的科学素养和提高学生能力的全面发展，为我国经济发展输送优素质人才。如何激发高中生的物理学习兴趣，通过兴趣让学生深刻理解及掌握物理学新知识，是教学的关键。多媒体在高中物理教学中的使用，可以充分调动学生的视觉与听觉的参与，使复杂的物理学理论及物理学实验等通过多媒体技术，实现易学易懂的教学方式。模拟动画在高中物理教学应用中具有较多的优势，诸如能吸引学生的注意力，教学过程形象生动，一些动画的采用，让学生对这种教学手段十分感兴趣，对传统教学的不足有了一定的科学的补充。

三、课题研究的目标

通过课题《模拟动画在高中理科课堂的应用现状分析及提高策略的研究》的研究，开发和研究创新实验和创新实验活动，确立以创新为核心的教育思想，突破墨守成规的教育思想和教育模式，构建以培养人的创新精神和创新能力为基本价值取向的教育内容和方法体系，培养学生的创新意识和创新能力，培养具有科学发展观的新一代社会主义接班人。

四、国内外相关研究状况

美国是世界上教育信息化发展最快的国家，多年发展形成了丰富的网上教育资源，其教育资源的建设具有一定优越性，较具代表性的有美国教育资源信息中心和美国教育资源门户。在数字化资源应用方面，美国经历了很长的研究过程，大致分为四个阶段，视觉教学阶段、视听教学阶段、视听传播阶段、教育技术发展阶段、 美国为中小学教师和学生提供了大量的丰富的数字化资源，服务于教师的教和学生的学。资源搜索便捷，获取方面适用性强，并提供相应的应用指导。英国在世界教育信息化发展进程中也是位于前列的国家之一及资源管理体制，科学完善，建设了一系列优质的资源平台课程，政府出资，为用户提供了所有与国家、学校核心课程有关的多媒体资源，其中大多数是免费的资源，按课程排列，搜索简易。加拿大也是教育信息化发展处于领先地位的国家之一。从1993年开始到学校网工程，在近年内使加拿大17000所学校全部联网，为数字化资源的应用提供了便利的条件。

通过大量文献阅读不难发现各国的数字化资源建设和应用情况，其均建立以用户为中心的资源服务体系，大多数也都户网站的形式基于学习和教育培训的目的而建立的。获取便捷，共享程度高，并提供相应的应用工具和指导规范，为学习者自我学习研究，教学管理提供极大的便利，资源应用的有效性大大提高。

我国自“校校通”工程的实施至今，数字资源建设始终是教育信息化工作的重点，教育主管部门、各界学者、一线教师都纷纷开展了围绕数字化资源建设评价、应用等方面的研究。回首我国基础教育数字化资源建设十余年的探究与发展历程，我国数字化教育资源建设也取得了一定的成就，涌现出一大批优秀的网站，其中由国家出资并重点建设的网站有国家基础教育资源网、中央电教馆资源中心、中国知网、全国中小学教师继续教育网、各省教育资源中心等。纵观现有各类资源数字化，教育资源具有优化性、时效性、信息共享性、操作方便性及内容多样性等优点。但从总体来看，资源的应用现状并不理想，资源应用过程中还存在许多问题，如：资源应用意识薄弱、资源应用效果认识不足、资源使用不当、资源本身缺乏针对性，等等。

基于以上分析，本课题选取高中理科数字化资源作为研究对象，旨在通过对数字化资源在教师的教（备课、上课、课后反思和自身发展），以及学生的学（课堂和课后）中的应用现状的调查研究，了解目前高中理科数字化资源应用的真实情况，以其能够为数字化资源的建设和应用提供指导和借鉴。

五、课题研究的内容

1.改变教师验证实验结论的教学，激发教师潜在的能力，开阔教师自由发挥的空间，采用模拟动画激发学生的学习兴趣，培养学生的观察能力。

实验规律主要是指物理规律在实验的基础上进行，例如高中物理中的欧姆定律等。坚持模拟实验与真实实验课件相结合设置，某些实验无法在课堂上进行，需要通过多媒体技术建立课件模拟真实实验如核爆现象，磁极变化产生地震等，让学生观看地震后的景象，与模拟实验出的实验过程进行思维表象建立，不仅提高学生的观察能力也提高了学生的分析解决问题的能力。以布朗运动为例进行课件设置。

2.模拟动画应用对不同课型的课堂效果影响

在探究教学的过程中，教师要作为学生学习的引导者，除了要创设有趣味的情景，还要设计出充满智慧挑战的问题以激发学生的好奇心和兴趣，从而让他们积极地进行探究与发现。在探究释疑的过程中要注意使用“跳板”的技巧，精心设计有效的问题让学生产生新的思想，使知识之间产生新的联系得出结论。对每个课题组成员来说，这并不是适合每个人的教学策略。我们要在实践中不断尝试不同的教学策略，找出适合自己的，不断探索、矫正、提升、固化，使它成为自己的教学艺术。

合作教学是以学习小组为主体的一种学习活动，它有明确的目标导向，强调学习共同体中各因素的互动合作，注意对小组团体评价。合作学习也不等于一般的小组讨论，要成为真正的合作学习，小组成员必须彼此互相依赖、互相帮助、分享资源，而且彼此互相学习，每个成员都应负起学习的责任，都应有成功的学习表现和技巧，并能参与小组自我反省工作，进而改进小组学习工作。

3.模拟动画在不同层次学生群体中的反映及分析

每个班级的不同，学习策略就不同，我们将在研究的过程中寻找出适合的策略与方法。

六、成果研究的方法

1.行动研究：许昌实验中学课题组有关高中理科教师，通过教学实践和研究，根据课题研究重点，随时积累素材，探索有效措施，总结得失，寻找适合教学实际的、有效的教学理论和实施策略。

2.文献研究法：通过查找、研究相关文献对以下内容进行整理分析：现代教育技术中的信息技术与课程整合的相关理论和研究，奠定本课题的理论基础；模拟动画的概念、起源、发展现状以及模拟动画的设计、开发应用等方面的研究分析，奠定本课题的技术支撑；高中理科课堂教学对模拟动画的应用现状进行全面了解和分析，找出问题所在，寻找提高策略，也就是本课题的研究方向。    

3.实验研究法：本课题准备通过初测选出成绩学生人数等各方面都比较相近的两个班级，一个作为实验班，另一个作为对照班，由不同学科教师在两个班级完成进度一致的系统教学，实验班学生采取数量和频率适当的模拟动画配合传统教学方式，对照班采取传统教学方式。每个学科新课结束都对两个班级进行即时检测，14天后两个班级再进行一次延时检测，通过对两个班级的两次测试成绩分析，来研究模拟动画在高中理科课堂中的应用效果及分析，并寻找提高应用效果的有效策略研究。

4.案例研究法：本课题准备选取三个课例。然后运用SPSS软件对学生成绩进行分析，并进一步对不同层次的学生成绩进行分析。

5.问卷调查法：通过问卷调查的方式，首先了解本校乃至外校高中理科教师对模拟动画在课堂中应用的态度及实施情况，其次了解学生对模拟动画结合传统教学这种教学形式的接受度，对模拟动画的看法、对学习能力及课堂效率等方面产生的影响。

七、课题组成员的研究分工

课题组成员的分工

1.于培贞：河南省骨干教师，许昌市名师，中学一级物理教师，40岁。主笔立项申请、开题报告、实施方案、行动计划、阶段性报告、和结题报告；主持召开阶段性研讨会和汇报课。

2.冯金友：许昌实验中学优秀班主任，中学一级物理教师，46岁。一直担任一线物理教师，开发自制教具、引领学生活动，在研究过程中，反思成文，撰写论文。

3.张培恋：许昌实验中学优秀教师，中学二级生物教师，勤于思考，乐于钻研，一直担任高中生物教师，多次参加省市级赛课活动并获奖，在研究活动中，负责所在学校生物学科的课堂情况记录以及课后学生反馈的收集工作，并整理归纳，在阶段性研讨会上进行汇报和讨论。

4.赵志华：许昌实验中学优秀教师，中学二级物理教师，29岁。一直担任一线物理教师，并多次参加校级赛课及教学节能大赛，在研究活动中，负责所在学校教学情况以及学情的调查及分析，并在阶段性研讨会上进行汇报和讨论。

5.吴建岭：许昌实验中学优秀班主任，中学二级物理教师，30岁。一直担任一线物理教师，多次参加省市级赛课活动并获奖，在研究活动中，负责所在学校物理学科的课堂情况记录以及课后学生反馈的收集工作，并整理归纳，在阶段性研讨会上进行汇报和讨论。

6.杨伟华：许昌实验中学优秀教师，中学二级物理教师，28岁。一直在学校担任一线教师，并多次参加市级赛课活动。在研究活动中，负责所在学校的教学情况以及学情的调查及分析，并在阶段性研讨会上进行汇报和讨论。

本课题组成人员年龄都是青年力量，长期从事于教学一线工作，在教育教学中都取得了很好的成绩，对学生的学情教材的把握精准，拿捏到位，同时，各成员在计算机技术应用，多媒体教学方面也都非常娴熟，完全具备对数字模拟教学的能力，任教年级有梯度，使课题研究能兼顾横向性与纵向性。最后，作为年轻教师的优势是，本课题成员完全有时间和精力，也非常饱有热情能完成此课题，每位成员定于每周召开一次课题研讨会。

八、课题的实施阶段

课题的研究周期为一年，从2019年6月到2020年6月。

第一阶段、课题研究的准备阶段（2019年6月——2019年9月）

1.组建课题组成员并进行合理分工

2.确定课题的研究对象和研究内容

因为课题组成员所在学校的设施基础不同，学生的能力也不同，为使研究更加有效，依据各校的情况，以课题组成员所带班级的学生为研究对象

3.前测、分析和调研    

由课题组组织课题成员对校本情况和学生进行评比分析，以此为研究的参考点，确定正确的研究内容和研究方向。

第二阶段、课题研究的展开阶段（2019年9月1日——2020年4月1日）

1.填写课题立项申报书，进行课题立项申报，制定研究计划。由于培贞负责组织召开课题组成员参加的会议，商定详细的研究计划。制定课题的研究方案及实施细则,准备课题的开题论证,对参加课题研究人员进行组织协调，对相关人员进行子课题研究分工。

2.实施研究阶段

根据课题研究计划，有步骤的进行：

1) 对教材进行研读，对实验动画进行创新，并能书写教学设计。

2）通过问卷调查了解本校和外校高中理科教师对模拟动画在课堂中应用的态度及实施情况。

3）两个班级的两次测试成绩分析，确定模拟动画在高中理科课堂中的应用效果及分析，并提出提高应用效果的有效策略。

4）了解学生对模拟动画结合传统教学这种教学形式的接受度，对模拟动画的看法、对学习能力及课堂效率等方面产生的影响。

5）定期交流心得，分析、总结实验情况，寻找提高点，积累经验。

6）撰写中期报告。

第三阶段、结题验收阶段：

在2019年6月到2020年6月，整理课题研究过程中的各种材料，进行综合分析论证，从中总结经验，找寻规律，全面深化，拓展和完善课题并准备结题汇报活动,撰写结题报告。

九、研究的成果及影响

研究的成果有：

课题组成员依据课题实验过程中自己的收获撰写论文

于培贞的《浅谈PPT动画与物理教学的关系》

冯金友的《关于多媒体在物理教学中合理运用的思考》

张培恋的《模拟动画在高中生物课堂教学中的应用现状及提高策略》

赵志华的《浅谈模拟动画在“布朗运动”教学中的应用》

吴建岭的《动图在物理多媒体教学中的应用》

杨伟华的《浅谈MATLAB软件在中学物理教学中的应用》

成果的影响

本课题针对高中理科课堂部分演示实验教学的薄弱环节，在我国的高中理科课程中，实验的数量明显少于许多国家，课堂演示实验由于种种原因有所欠缺，可能会造成部分学生缺乏动手习惯、观察的习惯、归纳总结能力等，立题研究符合高中理科课堂实验教学的理念和教学模式，对现状更有一定的指导意义，优化高中理科课堂演示实验的组成具有重要的现实意义和理论价值。

1.为教师们在高中理科课堂中运用仿真模拟动画演示实验提供了指导

通过一年的实践与研究，老师们积极参与教科研工作，主动学习教育教学理论，整合了仿真模拟动画的资源，教师的教育观念有了很大转变，摒弃了以往“教师做，学生看；教师讲，学生记；教师考，学生答”的授课模式。以学生为主体，重视学生全面发展，培养学生创新精神和实践能力逐渐成为了教师主动的教学行为。研读教材和学生，提高了教师的理论水平和教学能力，树立学生发展为本的理念，真正让学生成为学习的主人。教师尊重学生，信任学生，注重学生的主体地位，以课堂教学为依托，借助于对仿真模拟动画演示实验具体课例的剖析研讨来进一步认识课例研究的意义，主动地吸取新理论、新理念，深入地开展课题研究，加速了由“经验型”向“科研型”的转变，同时也促进了教师自觉提高自身科技教育、实验研究、教具仪器的研制及开发能力。

2.促进了学生物理素养的全面提高

在课题研究过程中，实验教师深入挖掘教材，将教材的演示实验进行器材的改进和实验步骤的改变，使学生能清楚的观察实验现象，激发了学生血癌物理的兴趣，提高了学生的观察能力。通过实验活动课的开展，提高了学生对实验的辨析和评估的能力。通过引导学生进行创新小实验，培养了学生依据原理选择器材，设计实验的能力，培养了学生运用物理语言正确书写的能力。通过小制作、小发明培养了学生的合作交流的能力。经过一年的研究，提高了学生的创新意识，激发了学生的创新思维，提高了学生创新技能和自主学习的技能。有时实验不一定获得预期的效果，此时教师要引导学生分析失败的原因，找出影响实验效果的因素，从中吸取教训，重新进行实验，直到取得满意的效果为止。这样不仅提高学生的实践能力，而且还培养学生的耐挫能力。并且培养了学生的科学探索精神，增强了学生的创新意识和能力，形成小组合作学习策略，学生的学习兴趣、自信心得到有效培养，自主学习能力、合作探究能力、语言表达能力、团结协作能力等得到明显提升，学生成绩明显提高。

3.该课题研究在教学理论和实践方面有新的发展和突破

在实验教学模式的学科化研究方面达到了较高水平。根据实验教学的科学性、实用性、优效性、创新性原则，突出素质教育思想，注重认知、情感、技能目标统一，构建了以学生为主体、以实验为杠杆、以创新思维为基调的实验教学模式，且具有较强的针对性和可操作性。教师理论水平，师生的实验及实践能力和创新意识大有提高。

十、成果存在的不足或欠缺，尚需深入研究的问题

模拟动画在高中理科课堂中课堂的应用研究的尝试性的研究，课题组成员目前所掌握的、以及可利用的关于模拟动画的制作技巧和手段比较单一，学校可以利用的资源也有限，并且由于思路不够开阔，课题组成员的关于模拟动画与高中理科课堂的结合不够紧密，并且完全发挥出模拟动画的优点以及魅力，比较局限于模式化制作，这一点需要在之后不断学习研究。高中理科教师尤其是高三年级教师工作比较忙碌，空闲时间比较少，模拟动画的应用对于最初的课题组成员来说是一项比较花费时间和功夫的工作，所以导致模拟动画在课堂中的应用不够丰富，但是模拟动画在质量上是不断改善提高的。所以，课题时间投入不够，使模拟动画在高中理科课堂中的应用研究不够深入细致。高中学生学业负担繁重，同时面临高考压力，学习任务紧张，导致模拟动画在高三年级应用不多，因为课题组成员针对高考考纲和教学实践，将模拟动画内容的重点倾斜为高考常考的力学实验以及电学实验和近代物理学实验：例如：布朗运动的演示；光电效应；卢瑟福散射实验等，以及生物学科方面的一些应用，所以在高二年级运用较多。这就导致本课题对于三个年级的应用研究不够综合、细致。

尽管目前由于受科研水平限制，“模拟动画在高中理科课堂中课堂的应用”的研究举步维艰，但是只要有行动，就会有改变。随着教育教学改革的不断深入，知识误解研究会日渐引起研究者的重视，可供参考的资料会有更多积累，模拟动画在高中理科课堂中课堂的应用也会变得更加完善。因此，对本课题研究提出如下改进建议：建议高中理科教师尽力多关注有关模拟动画应用于高中理科课堂的期刊新文献和新研究，开阔思路，也随手做些摘抄、记录或者图片的资料收集，积极发表文章，为后续研究和教学工作积累素材。建议教师要提高教学以及科研效率，把教学和科研的内容和时间规划好，保障课题实践的投入量。另外，新手教师要学习成熟教师的经验取长补短，更要发扬自己的年轻、精力充沛、信息网络技术熟练的优势，形成教研年龄段的优势互补，把课题研究和教学工作都做好。建议高中理科教师参与模拟动画的资源整合，并把研究过程出现的问题以及课堂实际问题考虑其中，作为不断改进模拟动画应用的指导方向，促进模拟动画在高中理科课堂中的应用能够得到后续持久的研究应用，能够真正发挥其充分的优势，同时又不失教育的本质。

十一、参考的文献

主要参考文献：

[1]孙培晓. 玩转视频文件—四款常用视频工具软件介绍[J] .中国教育信息化,2007,(161) .

[2]李娟. Flash8 中的影片加载技巧[J] .中国教育信息化,2007,(161) .

[3]魏二有.如何利用 Director 的 Lingo 语言开发高质量课件[J].中国教育信息化,2007,(161) .

[4]刘秀丽，彭复员.MATLAB在激光水下图像处理中的应用[J]. 信息技术,2006(6)：7-9.

[5]程宏辉，刘红飞，王佳，等.基于Matlab的几种常用代码优化方法[J].信息技术,2011(12):13-16.

[6]王正林，刘明.精通MATLAB7.0[M].北京：电子工业出版社, 2007:132-140.

[7]陈至立.在中小学信息技术教育会议上的报告.中国教育信息化,2000.

[8]李光.PowerPoint2003中文版人门与提髙.清华大学出版社,2004.

[9] 安晶晶.高中生物课堂有效教学的几点思考[J].学周刊,2019(34):58

[10] 何柳苑.参与性教学在普通高中生物课堂中的研究[J].中学生物教学,2019(18):4-6.

[11]李继生，李远略.材料力学课程教学改革探讨[J].天中学刊，2011,26(5):98-99.

[12]李斌，闫琴.材料力学虚拟实验系统设计[J].中国西部科技，2011,10(12):36-37.

[13]刘辉兰.关于力学习题课教学的几点思考[J].科技信息,2009(4)"