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基于Stellarium的初中物理教学与天文科普研究

时间:2020-08-21

小蛇散步故事续写

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课例研究240 2018年 第9期Scratch图形化的窗口界面,色块化的积木区域,拖拽式的脚本编写与丰富的素材资源,深受孩子们的喜爱,他们的用词是“玩小猫”,在他们看来,Scratch是一个亲近的玩伴。这节课,我将与孩子们继续开启Scratch故事创作之旅。一、教学设计(一)故事的开始播放《小蛇散步》故事的开头。故事讲述的是一条小蛇在草地上散步,它遇到了一个大水坑,它想了一个办法,把身体向上弓,脑袋伸到了水坑的另一端,刚要翘起尾巴越过水坑,后面传来了一个声音:“请等一下!”可爱的小蛇想了这么一个有趣的办法越过水坑,同学们笑得前俯后仰,感叹真是太神奇了。背后这个是什么声音呢?孩子带着好奇、兴奋的心情,融入到绘本的故事情境中。(二)故事的发展继续播放故事,原来是一只小蚂蚁呀,小蚂蚁说:“我能从你的背上爬过去吗?”小蛇说:“可以可以!”那么问题来了:在Scratch要怎样实现蚂蚁从小蛇的背上爬过去呢?师:蚂蚁直线方向的移动,大家能实现吗?生:可以,通过滑行指令就行啦。师:小蛇的背部是直线吗?生:不是的。是曲线。师:是的,我们可以把小蛇的背部看成一条曲线,蚂蚁爬过小蛇的背部,其实就是蚂蚁从位置1沿着曲线移动到位置2。(课件演示)师:同学们想一想,怎样将曲线转换为我们可以实现的直线行走呢?讨论:和同桌说说你的想法和思路,并打开老师给的Scratch文件,尝试操作。汇报交流:请同学们说说想法,演示操作。任务一:在Scratch中编写脚本实现“蚂蚁从小蛇的背上爬过去”。经过引导性地提问,启发学生对问题进行抽象建模,忽略具体细节,提炼出关键信息,使问题更具有普遍性和通用性,解决“蚂蚁从小蛇的背上爬过去”实质解决了“任意角色沿着任意曲线运动”这类问题。通过将曲线分解为若干直线,就将问题转化为Scratch可以处理的指令组合。五年级学生的思维正处于具象思维向抽象逻辑思维的过渡阶段,在“问题解决”过程中,教师不是直接给出解决方案,而是要通过有技巧的发问,进行认知引导,启发学生对问题进一步思考,将问题分解成能够进一步处理的片段,让学生自己找到问题解决的关键点,逐步解决问题。师:蚂蚁从小蛇背上爬过去后,大家觉得蚂蚁要对小蛇说什么呢?生:说谢谢。师:是的,我们对待别人的帮助要心怀感激。谁能先用语言来描述这个过程呢?生:蚂蚁爬过去后,是背对着小蛇,应该转过头,对小蛇说谢谢后,小蛇说不用谢,蚂蚁转身继续走。师:你的表述很清晰,大家能试着把这个过程用流程图表示出来吗?任务二:在Scratch中编写脚本实现“蚂蚁与小蛇道谢并离开”。引导学生先用自然语言描述故事片段,再将其转换为流程图,借助流程图,可以直观地看到各个角色的动作情况,要使角色完成特定的动作,需要操作哪些步骤呢?这些步骤的顺序是怎样的?从而快速找出角色各个具体行为对应的积木,搭建出实现故事片段的脚本。绘制流程图的过程也是学生整理思路,进行算法设计,将问题的解决方案表示为信息处理的流程,透过算法设计思维的训练,学生的思维模式更加结构化、程序化。(三)故事的继续1.展开想象续编故事故事情境描述:蚂蚁离开后,小狗也来了,小狗说:“我可以从你的背上爬过去吗?”大象也来了,大象也问小蛇说:“我可以从你的背上爬过去吗?”师:同学们,你们觉得小蛇会同意吗?讨论:同桌相互说一说,并把你的想法记录在故事板上。师:谁愿意来说说自己的想法呢?生1:我觉得小蛇不会同意,因为蚂蚁小,小蛇同意了,但是小狗和大象比小蛇都大,太重!生2:我觉得小蛇会同意,如果小蛇不同意,那故事还怎么编啊。生3:我不同意他的说法,就算回答不同意,故事还可以继续啊,小狗和大象也会想办法过去的嘛。生4:我觉得小蛇会同意,但是它最后会被小狗和大象踩扁,就死掉了。2.在Scratch创作故事任务三:结合故事情境,对接下来的故事情节展开联想和想象,对故事进行续编,并在Scratch中将你的想法和创意表达出来。故事创作要求:1.及时在故事板里记录下你的想法;2.在调试卡中记录下遇到的问题;3.在需要的时候使用学习卡。故事板展示了故事开始和发展的画面加文字简述,清晰地呈现了故事续编的前提内容。鼓励学生把对故事情节发展的想法用草图和文字的形式记录在故事板中,这个过程是发挥想象的过程,也是对后期故事创作的一个初步构思和计划,学习卡以最基本的学习内容为单位,比如“角色的行走”、“角色的对话”、“场景切换”等,用图文并茂的方式呈现问题解决的思路和提供脚本参考。从有一个想法到把这个想法用Scratch表达出来,这中间要考虑的问题有很多,因此故事创作环节要尽可能给与学生充足的时间和相对安静的环境去实现自己的创意!3.作品展示以下是展示的故事片段生1:蚂蚁从小蛇背上爬过去后发现,忘记带东西了,又爬回去,带上东西再爬过去。生2:小蛇让小狗爬过去,被踩扁了,大象也要过去,直接和小蛇一起掉进水坑。生3:大象把水坑里的水吸干了,让其他动物顺利过去了。生4:小蛇不让小狗过去,小狗自己搭座桥过去了。孩子们的想象力真的很丰富,不仅如此,他们还真正将想法用Scratch表达出来了,在轻松愉悦地氛围下,越来越多的同学举起手要分享自己的作品,从沉浸于创作自己的作品到乐于欣赏别人的作品,再到乐于分享自己的作品,在这个过程中,孩子们是快乐和自豪的。二、案例反思①前期的故事创作教学要尽量选择简短有趣、有启发性或认知冲突的小故事,我觉得绘本故事是一个不错的选择,绘本符合孩子们的思维特点,有利于激发他们的想象力和创造力;②借助故事板、流程图等工具引导孩子将看不见的思维过程可视化,帮助学生梳理故事创作的思路,将角色行为的转化为Scratch积木块,引导学生及时记录问题和问题的解决状态,总结学习经验;③学生故事作品需要充足的时间保障,本案例需要两个课时来完成。怎样让学生的故事创作在课后继续呢?是不是可以让孩子们将课堂作品分享到Scratch官网上,利用Scratch在线编辑器继续创作呢?在今后的故事创作教学中还需要更多的尝试和探索。Scratch故事创作教学案例《小蛇散步》■陆继珍 (福建省泉州师院附小 362000)中图分类号 G62.3 文献标识码 A 文章编号 2095 3089(2018)09 0240 01一、研究背景近年来,我国天文成就突出。世界最大单口径射电望远镜“Fast”的建成;我国首颗X射线天文卫星“慧眼”正式交付投入使用;目前世界上口径最大的大视场大型光纤光谱天文望远镜、光谱获取能力最强的望远镜拉莫斯特的建成;世界首颗量子科学实验卫星墨子号发射成功等等,一系列的成就让中国的天文事业更上层楼。日食月食等天文现象更是受到我国大量的民众的喜爱,每一次天文现象的发生都被视为天文盛宴。天文学是六大基础自然学科之一,历史悠久,中学生对天文知识的了解多是通过科普读物,仅仅是文字性的描述,缺少直观。天文科普是中学生了解天文、接触天文的最佳途径之一。中学天文科普的现状是普及方式种类多但效果不佳、中学生对天文的兴趣不浓、科普具有局限性且难度高[1] 。初中阶段没有单独的天文学科,天文知识的学习只有依附于其他学科,所有学科中物理与天文联系较多,初中阶段要抓住物理课的宝贵机会对学生进行天文科普。Stellarium是一款免费开源的GPL软件,它使用OpenGL图形接口对星空进行实时渲染。软件可以真实地表现通过肉眼、双筒望远镜和小型天文望远镜所看到的天空,画质精美,效果逼真,具有极大的视觉冲击力,它不仅被天文爱好者所喜爱,更被应用到天文馆中。基于Stellarium的初中物理教学与天文科普研究■麻斗波 (贵州师范大学 物理与电子科学学院 550025)摘 要 物理学与天文学联系紧密,本文基于Stellarium(虚拟天文馆)的强大功能和优秀品质,以初中生为对象,结合初中物理光学内容涉及的天文知识,研究了Stellarium的功能和应用。以期其能辅助初中物理教学,助力天文科普,培养学生的动手能力和探究精神,激发或提高学生对物理和天文的兴趣。关键词 Stellarium;初中物理教学;天文科普中图分类号 G64.32 文献标识码 A 文章编号 2095 3089(2018)09 0240 01课例研究241 2018年 第9期二、Stellarium功能介绍与分析Stellarium可以根据不同的时间和地点,计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置并显示,还可以绘制星座,虚拟流星雨等天文现象。作为一款开源软件,所有人都可以免费和使用,一般的家庭电脑或者笔记本电脑上皆可顺利安装运行。Stellarium主要功能键分布在界面的左侧和底端,主要功能介绍如下。相比于其他天文观测软件,Google Earth、SkyMap、万维天文望远镜、Starry night等。Stellarium动态性与实时性更强,内容更加丰富,自主创新空间更大。由此,选择Stellarium作为教学的辅助或者天文科普的辅助都是正确的选择。受益于手机技术的发展,目前,手机端也可以使用此软件。三、初中物理涉及的天文知识与初中学生特点分析初中物理中,与天文联系最直接的知识是光的直线传播,日食和月食是由光的直线传播引起的地球上能观测到的常见天文现象。在习题中,经常出现涉及日食月食的相关内容。如果学生没有对现象有直观的认识,只依靠老师的口头讲解,缺乏空间立体感,在解决此类题目时就会出现困难。人教版、沪科版均把光的知识安排在八年级上册。初中学生刚刚接触物理,处于需要激发学习兴趣的关键时期,此时学习兴趣的激发对以后的物理知识的学习起到奠基作用。初中是学习事物的关键期、黄金期,学生对新鲜事物的好奇心强烈,乐于接受新事物,容易接受新事物,初中学生以具体地位为主,习惯以直观的现象为基础进行认识活动,这能让他们更好地理解物理规律、掌握物理概念。学生有观察日食月食的需要,又受到城市环境、专业仪器等客观条件的限制,寻找直接观测的替代品就显得尤为重要,Stellarium就是一个很好的选择。四、软件应用演示双重日食。学生所了解的日食,多是以地球为观测地,如能改变视角,从其他星球上观测日食等现象,定会引起学生的认识冲突,提高学习兴趣,更深刻的理解光的直线传播。软件自带一些运行脚本供用户自行选择运行,如星座游览、其他太阳系天体上看到的地球等等。通过“设定”按钮,选择脚本,在脚本列表中用鼠标点击:phobos phun 2.ssc运行,演示2031年从火卫二观测到的双重日食。现象是火星掩食太阳之前,火卫一从火星后面赶上并先行遮挡太阳,此脚本演示的是发生与2031年7月23日的一次日食,位于金牛座与双子座之间。演示片段如下。 1 火星出现 2 火卫1即将食日3 火卫1食日 4 火星即将食日5 火星食日1 6 火星食日2图1 从火卫二观测到的双重日食可以看出,Stellarium模拟的现象明显、逼真,画质优秀,并且,可以配合录屏软件将动态过程录制下来,供教学使用。五、总结与展望利用Stellarium进行演示,让学生更加直观的接触天文现象,以现象为依据。相比于PPT演示、Flash演示,Stellarium具有更好的交互性。能回到过去,也能前进到未来,打破了时间的局限。也可以将观测地点移动到地球之外的天体,打破了空间的阻隔。且学生能够自由操作,能充分发挥学生的自主性,让每个人看到的结果和现象都不相同,结果的不同,又能引起学生的思考和讨论。软件能很好的满足教学演示的需要,不止在初中阶段,在高中阶段的天体物理内容教学时,也可以进行运用,为学生演示双星系统运行、行星的运动,帮助学生理解双星系统、开尔文三大定律等内容。除文中例子,Stellarium还有模拟流星雨、进行天文计算等很多功能可供使用,需要更多的人进行更深的挖掘。参考文献:[1]戈嘉璐,吴松,司源.基于Stellarium中学天文科普活动的探索[J].科技与企业,2016(03):248 250+252.一、引言数学思考就是对数学进行比较深刻的、周到的思维活动。根据《数学课程标准(2011版)》总目标对义务教育阶段数学思考的具体阐述,“发展形象思维与抽象思维、数据分析观念;发展合情推理和演绎推理能力;体会数学的基本思想和思维方式”。对于义务教育第三学段的学生来说,“数学思考”成为学生学习数学的重要目标,实现这一目标的基本途径,除了让学生理解数学的基本方法,还要学会数学地思考和解决问题。现以初中数学直观教学“旋转”一课,浅谈笔者的认识。二、“旋转”一课教学背景分析本节课是人教版《图形旋转》的第1课时,主要研究旋转的定义、性质以及应用。(一)目标设定依据课程标准设定本节课的目标为:了解生活中旋转性质的广泛存在、掌握旋转的有关概念,探索和发现旋转的性质;能通过观察、思考、分析概括等行为,从具体事物中抽象出几何图形,并用几何图形旋转的性质来解释事物中的变化;通过学生欣赏、观察、归纳、比较、抽象等数学活动,让学生感受数学的严谨性、规律性、趣味性,提高学习的热情和严谨客观的学习态度及勇于创新的精神。(二)教学重点与难点教学重点是旋转有关概念及其性质,难点是概念的形成过程和性质的探究过程。三、教学过程设计概要(一)直观感知,形成概念1.直观感知。原设计:播放上海复星艺术中心旋转帘幕的视频,感受科技的魅力,激发学习兴趣。继而欣赏动画,如:教室里飞速转动的电风扇叶片、时钟上的指针在不停的转动,转动的陀螺、摩天轮等等……接着教师引导学生归纳这些现象的共同特点是“转动”,由此引出课题。设计意图:从丰富的现实生活情境中体现教学的生活化,使学生切身感受到我们身边除了平移、轴对称变换等图形变换之外,还广泛存在着旋转现象,从而产生对这种变换进一步探究的强烈欲望。2.除了旋转运动,你还能举例说出物体的其他运动方式吗?3.形成概念旋转物体的共同特性:都绕一个定点旋转,有一个旋转方向,有一定的旋转角度,让学生总结旋转的特性后尝试给旋转下一个定义。反思:旋转现象平常且直观,与我们的生活密不可分。为了让学生形成概念,抓住概念的本质表述概念,教学遵循从具体到抽象的原则,通过多媒体演示图形的旋转,帮助学生摒除干扰,获得本质。4.剖析概念活动一:课件演示:在线段OA绕点O旋转的过程中,引导学生:问题1:在OA上取一中点C,对应点C’在哪?问题2:点C到点C’的运动路线是什么?问题3:任意在OA’上取一点P’,对应点P在哪?关于“让学生学会数学思考”的认识——从初中数学直观教学“旋转”一课的设计谈起■沈惠娟 李 珺 (南宁市第二十六中学 530000)中图分类号 G63.23 文献标识码 A 文章编号 2095 3089(2018)09 0241 01

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