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金角魚的應(yīng)用入選UNESCO“教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新案例”。

來源: 發(fā)布時間:2022-05-30

【編者按】

下文所呈現(xiàn)的案例被收錄到UNESCO“教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新案例”。


該案例所屬的創(chuàng)新領(lǐng)域是:

◇ 改善教學(增加學生的動力和參與度,促進知識和技能的獲取,優(yōu)化評估和評價系統(tǒng),改善學習成果)

◇ 創(chuàng)建有利的環(huán)境(教室,實驗室,健康、安全、趣味盎然、能夠滿足學習者個性化需求的在線學習平臺)


案例發(fā)起人和實施者是:

◇ 發(fā)起人:上海奉賢區(qū)教育學院教學研究中心,上海金角魚軟件有限公司

◇ 實施者:上海金角魚軟件有限公司,上海奉賢區(qū)教育學院教學研究中心,上海古華中學等


完整的案例材料,包括主報告和附件兩部分。編者對主報告做了形式上的改編。下文是主報告《Use numerical simulation and artificial intelligence to Change the mode of physics teaching in Junior high school》所對應(yīng)中文版的論文形式。



UNESCO“關(guān)于在教育中運用先進信息通訊技術(shù)和人工智能的數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新做法”案例

用數(shù)值仿真和人工智能

改變初中物理教學模式


1 案例概況

     對于初中物理教學,普遍存在情境創(chuàng)設(shè)乏力、學生動手操作機會較少的情況;諸多教學難點的解決呼喚新的技術(shù)手段,如二力平衡、電學故障、電學動態(tài)、分子動理論等。為提高學生學習興趣、提高學生參與度和學習效果,在物理教學的諸多環(huán)節(jié)需要創(chuàng)設(shè)更多生動、直觀、能激發(fā)學生思維的互動情境。為解決上述問題,需要把數(shù)值仿真和人工智能技術(shù)引入到初中物理教學中。

     在這樣的背景和目標驅(qū)動下,2020年2月上海奉賢區(qū)教育學院教學研究中心和上海金角魚軟件有限公司聯(lián)合發(fā)起《在線教學背景下初中物理課堂教學與金角魚初中物理軟件的有效整合教學研究》項目。該項目先是在上海古華中學等十余所奉賢區(qū)學校實施,后來擴展到上海的楊浦區(qū)、閔行區(qū)、浦東新區(qū)、嘉定區(qū),進而又延伸到江蘇省和浙江省的部分學校。據(jù)不完全統(tǒng)計,該項目累計涉及學校500所以上、教師1500名以上。隨著實踐的深入,本項目后來演變?yōu)椤度诤戏抡婕夹g(shù)學科素養(yǎng)導(dǎo)向的初中物理教學法實踐研究》。
     該項目目的是運用數(shù)值仿真和人工智能技術(shù)為初中物理教學注入新的活力,造就學生探究式學習的場景,激發(fā)學生動手、動腦、動心、動情,改變“教”和“學”的模式;探索基于學科素養(yǎng)融合仿真技術(shù)和人工智能的初中物理教學法,用新的方法和工具武裝新一代教師,培養(yǎng)學科素養(yǎng)達標的高素質(zhì)學生。


2 已解決的問題

     該項目突出學科素養(yǎng)培養(yǎng)目標,聚焦科學思維和科學探究,把傳統(tǒng)教學推進到數(shù)字化教學模式,改變了教和學的方式。它強調(diào)技術(shù)和教學深度融合,倡導(dǎo)探究式教學,打造出了一個個鮮活的新型高效課堂。

     (1)解決了教師情境創(chuàng)設(shè)難的問題:用仿真技術(shù)創(chuàng)設(shè)互動情境,實現(xiàn)了日常教學中的難點突破和探究式教學。

     (2)解決了學生學習積極性調(diào)動問題:用數(shù)值仿真/人工智能/互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)了“課堂四動(情境互動/問題拉動/數(shù)據(jù)聯(lián)動/平臺驅(qū)動)”,通過“課堂四動”引發(fā)“學生四動(動手/動腦/動心/動情)”。

     (3)解決了應(yīng)試教育和素質(zhì)教育相背的問題,緩解了教師復(fù)習課難以講授的問題:復(fù)習探究化是二者融通的橋梁,讓分數(shù)和學科素養(yǎng)俱增。


3 所采用的技術(shù)和方案

     所應(yīng)用的技術(shù)主要是數(shù)值仿真(CAE)和人工智能(AI)。具體而言,它們是:

     (1)建立物理對象的數(shù)學模型及其相應(yīng)的數(shù)值計算方案,形成高精度、高魯棒性的CAE技術(shù)。仿真對象有電路、分子、熱機、滑動、齒輪、聲波、音階、光路、柔性物體等。

     (2)構(gòu)建壓力/壓強等數(shù)字傳感器,形成直觀精密的探究環(huán)境。

     (3)對電路/滑輪組/光路等用戶設(shè)計進行智能評估。

   《金角魚初中物理》是探究式三維智能情境教學SAAS系統(tǒng)。它建立了200多個交互式仿真探究情境,支撐充滿感性感知和理性提升的學習過程和師生交互過程,還蘊含PBL教學思想和STEM手段。它解決了諸多教學難點,形成了生動完整的數(shù)字化線上物理教學平臺,支持教師使用、師生共用、學生初學、提升和和考前綜合能力提高。


4 運用技術(shù)帶來的成功、機會或好處

     課堂變得更活躍了。學生們興趣盎然、參與度極大提高,他們喜歡自己動手操作,動手引發(fā)了動腦。教師講解變少提問變多,學生思維被激發(fā)起來了。師生交互層次和強度提升,課堂的內(nèi)容得到了延展和深化。
     動手探究應(yīng)用到了復(fù)習課,繼續(xù)貫徹學科素養(yǎng)教學目標。有了基于應(yīng)用和深度學習的情境,難上的復(fù)習課變得生動和簡單,教學轉(zhuǎn)化率迅速提升。該項目持續(xù)開展的教研活動惠及了上海奉賢全區(qū)百余位物理老師,幫助奉賢區(qū)初中物理2020年中考杰出率提升 5.6%。
     技術(shù)為教研注入了活力。三十余節(jié)各級公開課,起到了教學創(chuàng)新示范的作用,加速IT和物理教學的深度融合,促進了教師成長,上海浙江江蘇等地數(shù)十位教師,在各級教學評比、論文評選中獲得優(yōu)異成績。


5 面臨的挑戰(zhàn)和局限性

     本項目面臨的挑戰(zhàn)主要是:

     (1)很多教師還沒有把發(fā)展學生的思維放到主要的課堂教學目標里,還沒有充分認識到“做”對激發(fā)思維的巨大價值。

     (2)一些老師們還存在對仿真技術(shù)的不信賴傾向,沒有認識到數(shù)值仿真的科學依據(jù)和對教學和科研的深刻價值。

     先進平臺的應(yīng)用受到如下的局限:電子設(shè)備在學校的配備和應(yīng)用上問題重重;學生在家使用電子設(shè)備也受到嚴格的管制。

     建議學校領(lǐng)導(dǎo)和教師盡可能地擴展“做中學”和探究式教學的內(nèi)容和范圍,鼓勵深度學習,并且真正把每個學生的動手操作放到更加重要的位置。

     電子設(shè)備在中國的個別學校有著很好的應(yīng)用,學校對電子設(shè)備做了很好的管控;既發(fā)揮了電子設(shè)備促進學生主動學習的作用,又避開了電子設(shè)備濫用的弊端。有些先進做法,值得學習和推廣。


6 后續(xù)行動

     該項目深受師生喜愛,得到領(lǐng)導(dǎo)的支持和肯定,激發(fā)了數(shù)百位杰出中青年教師積極投身教研,改進自己的教學,幫助了青年教師快速成長。它還有力地支撐了2020年以來線上教學和其后的線上線下混合式教學。通過幾十節(jié)公開課的示范和帶動,信息技術(shù)和人工智能對于物理教學的價值被接受。

     后續(xù)行動主要是:

     (1)堅定持續(xù)地進行“融合仿真技術(shù)學科素養(yǎng)導(dǎo)向的初中物理教學法”實踐研究,與更多學校和老師聯(lián)合教研,構(gòu)筑完整的PST(教學法-空間-技術(shù))框架體系。

     (2)繼續(xù)深度打造基于上述研究的常態(tài)化應(yīng)用案例,幫助更多教師特別是青年教師快速成長。

     (3)響應(yīng)教育信息化2.0的號召,突破試驗范圍,參與到90個“信息化教學實驗區(qū)”建設(shè)中去,通過模式/方法的總結(jié)提升和應(yīng)用示范的輻射帶動,使技術(shù)和教育/教學的深度融合落到實處。


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