小學科學精品資源建設解決方案

2019-10-08

第1章 項目背景

1.1 政策背景

當今世界,科學發現與技術創新不斷涌現,為人類在更大范圍、更深層次上認識并合理利用自然提供了可能??茖W技術推動了生產力的發展、經濟的繁榮和社會的進步,促進了人們的生產方式、生活方式和思維方式的變革??茖W技術的快速發展對每一位公民的科學素養提出了新的要求。提高公民的科學素養,對于公民改善生活質量,增強參與社會和經濟發展的能力,建設創新型國家,實現經濟社會全面、協調、可持續發展都具有十分重要的意義。加強小學科學教學對一個人的科學素養的形成具有十分重要的作用。

教育部關于印發<義務教育小學科學課程標準>的通知》中明確指出,“小學科學教育對從小激發和保護孩子的好奇心和求知欲,培養學生的科學精神和實踐創新能力具有重要意義”,印發《義務教育小學科學課程標準》以下簡稱《標準》)規定從2017年秋季起,小學科學課程起始年級調整為一年級,成為與語文、數學同等重要的“基礎性課程”,而非此前的“啟蒙課程”。標準把探究活動作為小學科學課程實施的主要形式,新增技術與工程科學,讓學生體會到“做”的成功和樂趣,養成通過“動手做”解決問題的習慣,明確了STEM中的“T”和E的重要性。除了科學技術在現實上的應用,還新增了科學技術對倫理、環境、生活影響的思考。讓學生關注周圍技術世界的發展,體驗科學技術對個人生活、對社會發展的影響。

1.2 現狀問題

2001年啟動新一輪基礎教育課程改革以來,經過十余年的實踐探索,小學科學課程對培養學生科學素養發揮了重要作用。但在實踐中也存在課程適宜性、可操作性、時代性和整體性有待增強等問題,具體表現為:

1.2.1 對科學教育的認識不到位

部分小學對于小學科學的教學很不重視,甚至在部分學校沒有為小學科學課程安排時間,小學科學課程成了一個擺設的科目,沒有實際的意義;部分學??茖W課的評價體系不合理,無法培養孩子的科學素養。科學素養的核心是一種理性精神,理性精神必須從小孩抓起,讓他們從小在科學教育中學習科學、熱愛科學、利用科學解決身邊的問題。

1.2.2 教學設施,教學教室嚴重不足

操作性和科學性作為科學課程主要特點,學生通常也對觀察和動手操作這兩個部分感興趣??茖W教學對于教學環境具有一定的要求,一般科學教學都在實驗室開展,需要相應的學具材料和教學設備。但目前許多學校都缺乏實驗室,即使部分學校設置的有實驗室,也往往規模很小,缺乏實驗器材,在科學課程中教師也很少使用實驗室。在進行科學教學時,教師需要自己動手進行教具的制作,有時候根本沒有教具。在學校的圖書館,很少有科學期刊和電子音像教學材料??茖W教師所擁有的只有教學參考書和教材這兩種教學資源。

1.2.3 課程資源以及實驗器材、設備等不足

大部分學校沒有充足的實驗器材,導致科學實驗課無法進行。孩子的各項能力得不到鍛煉,大大降低了孩子對科學的學習興趣。少部分課程內容和學生的生活實際不夠貼近,危險性和周期過長實驗無法進行課堂演示和操作。

1.2.4 缺乏相關教學經驗、缺乏科學實驗操作

教師缺乏相關教學經驗,在教學過程中,許多科學教師只是沿用過去傳統的教學模式,即“教師講學生記”。甚至有個別教師認定科學實驗過于繁瑣,并沒有將其納入教學活動。此種教學問題,會極大消學生的科學學習興趣,無法切實提高課堂教學質量,也在某種程度上脫離科學教學的初衷和教學要求。

1.2.5 專業師資缺乏

小科缺乏專業教師,甚至有其他學科教師代課的情況,專業科學教師少,兼職教師多。課程規范管理缺失,課時無法保證、課堂照本宣科。

大部分學校小科師教學壓力較重,平均一個科學師帶兩個年級,平均每周18個課時、工作壓力大。普通1000的學校配備3科學師已達到上限,并且小科教學資源稀缺,導致教師備課難度大。

1.2.6 教師專業水平無法提升

針對小科教師的基礎培訓組織太少,缺乏必要的學科教研活動,學科師資隊伍渙散,教師自我向上晉升驅動較弱,無法提升學科師資隊伍專業水平。

1.2.7 體制內科技教育研發水平不足

優質的內容是教育的靈魂,但目前小科教學包括課程研發以及實驗器材、設備等很不充足,1~2年級新開設的小科課程資源素材屬于完全空白狀態,網上幾乎找不到合適的課件素材,小科教師的備課壓力變的尤為沉重。

針對當前學校對小學科學精品資源和師生互動式教學的需求,我們提供了融合小科虛擬互動實驗、小科精品課件等技術的學科學精品資源建設解決方案。面向小學學校推出的小學科學垂直領域開放平臺,通過提供一系列小學科學信息化核心應用,并整合產業鏈上合作方的內容、硬件、應用和小學科學資源,實現科學共育、優質教學、以及提高小科教研能力,推進素質教育的信息化和現代化;面向學校,提供優質小學科學課件及其實驗資源,充分提高學校小學科學教學水平。輔助學校全力推進素質教育;面向家庭,提供個性化STEAM服務,推薦精品優質資源,以培養孩子科學興趣為目標,幫助孩子課內課外全面發展。

第2章 方案設計

2.1 系統概述

小學科學教學平臺是移動互聯網環境下誕生的一款集備授課于一身的互動教學系統。主要服務于基礎教育階段教師,在擁有電子白板或一體機等多媒體設備的教室中直接訪問瀏覽器進行高質量互動教學,同時滿足普通教室的常規教學任務。小學科學教學平臺以課堂教學使用場景為核心,提供豐富的課堂互動教學工具,學生提供更多在授課過程中參與和展示的機會,真正實現課前、課中、課后學生為主體的教學創新,完美實現教師與學生互動,減輕教師和學生的負擔,提高教學質量。

2.2 建設原則

實用性原則

緊扣小學教學課程大綱要求,深挖一線教師課堂實驗教學環節各個痛點,提供具有最優實驗器材和資源以及性價比的產品。

經濟性原則

在滿足實驗教學功能及體驗度的前提下,盡量降低升級和維護成本。

針對性原則

小科教學平臺的開發與利用是為了課程目標的有效達成,針對不同的學科目標提供與之相應的實驗制作工具和資源。

安全性原則

小科教學平臺采取必要的安全保護措施,具有高度的安全性。

可維護性原則

產品簡單、實用、易操作、易維護,支持本地部署與私有云部署。

兼容性原則

產品由H5技術打造,多終端、跨平臺、易整合,適配windows、android和ios,適用于投影、電子白板、一體機、微機室、平板教室。

2.3 架構設計

本解決方案以小科教學平臺+配套實物器材套件為核心,融合小科虛擬互動實驗、數據收集反饋功能、安全可靠且配套的實驗材料包以及小科專屬應用開放平臺接口)等,寓教于樂,實現科學共育、優質教學,提高小科教師教學教研能力,推進素質教育的信息化和現代化。

本項目建設滿足離線教學環境需求,常規教室、多媒體教室、微機室等直接安裝客戶端,在線離線環境均可使用,滿足常規教學需求;同步的小科教學平臺滿足隨時隨地使用需求,無需安裝任何插件,直接瀏覽使用,簡單方便。當軟件版本更新時,系統將自動檢測、用戶可自行選擇是否更新至最新版本。

2.1 總體系統架構及部署

2.3.1 學科教學應用與資源架構

小學科學教學應用及資源在底層技術選型上采用HTML5,以自動適應手機、平板電腦、PC、以及觸控一體機等各種智能終端,支持Windows、Android、IOS、macOSX等主流操作系統以及在各種主流瀏覽器流暢運行。

平臺有效解決課前、課中、課后的教學問題,課前主要幫助教師高效備課,提供了小科專屬課件資源庫、專屬H5課件編輯器、專屬實驗資源庫、學科資源以及實驗器材等;課中主要解決師生互動問題,提供了豐富的教學互動工具,如同屏互動、異屏互動、內容推送、搶答、投票、學生端數據收集、習題互動等;課后主要解決內容拓展的問題,教師可將課內內容進行分享,方便學生再次鞏固和拓展學習。

在平臺層上,構建了六大平臺系統:開放平臺標準接口方便第三方資源對接)、資源管理平臺(精品課程資源管理系統)、整合平臺、業務支撐平臺(用戶管理系統)、運營平臺以及能力平臺,該學科應用系統底層提供穩定的保障。小科教學應用及資源架構圖如下:

2.2 小學科學資源系統應用架構圖

1.1.1 數據儲存同步方式

本項目建設的學科教學應用及資源,資源同步和數據儲存全部采用云端和多終端自動同步的方式進行,方便教師在任何地方任何設備上均能使用到最新的資源和自己保存的數據,對于教師不需要關注資源或數據保存在本機還是云端,也不需要感知線下還是線上,只需要打開應用程序使用即可,更換設備或地點以及臨時使用,教師均不需要做資源或數據遷移,系統自動確保教師每次看到的資源或數據都是其最近一次使用之后和官方更新之后的最新狀態。本項目所有資源和數據都采用MongoDB數據庫分步式儲存,為應對后期數據量較大作好充分的準備。數據同步架構圖如下:

2.3 數據同步架構圖

2.3.2 系統更新架構設計

本次項目建設的學科教學應用及資源,會不斷聯網自動更新軟件和增加資源,以保持功能和資源的實時優化。本項目建設采用增量更新和完全更新兩個方式,小版本修改或增加部分內容后,系統自動推送教師終端,教師在進行更新操作時,只更新已經改變的部分,無需更新的內容則不會重復更新;當進行大量修改或涉及底層引擎調整時(如界面、交互等),系統通過提示教師進行完全更新,執行一次安裝過程。更新的架構圖如下:

2.4 自動增加更新架構圖

2.4 建設內容

小學科學教學平臺(以下簡稱“小科平臺”)作為整個解決方案的基礎,提供了面向小學科學創客領域的開放平臺,具備開放性、整合性和高可用性等多方面的特點,能夠靈活的支持第三方應用、內容、硬件和服務的整合和承載,包括基礎服務、應用產品、平臺產品、內容資源、硬件整合,是專門為一至六年級小學科學教學量身打造的多角色、深交互的智能備授課平臺。

小科平臺我司結合“新課標”所制定的一款專門針對小科師的備授課教學軟件,滿足教師備授課所需的所有場景,小科平臺配備H5課件編輯工具、小科備課專屬資源庫、小科精品課件及其仿真交互實驗。使教師們在輕松歡快的環境下讓每一節小科課程能夠呈現的生動立體。

教師可直接使用平臺內置資源,也可自主制作課程或對內置資源進行個性化修改,平臺提供大量3D教學資源、互動實驗資源、精品課程資源等。小科平臺軟件操作簡單,使用方便,備授課文件云端自動同步,只需登錄帳號,即可隨時隨地使用同步資源。小科平臺為教師提供課件編輯器、互動授課系統、互動實驗教學系統、資源管理系統、云端文件同步管理系統以及配套課程等專業優質的學科工具與應用,其主要組成部分如下

課件編輯器

含文字處理、圖片處理、圖形編輯、圖表制作、表格設計、動畫制作、多媒體資源導入等功能。

互動實驗授課系統

包括多點觸控、人機互動、多屏同步互動、多屏異步互動、板書同屏互動、局域網模式互動、廣域網模式互動、內容分享等功能。

互動實驗教學系統

包含一至六年級觀察類和動手類資源,支持快速搜索

資源管理系統

包含一至六年級互動課件資源,支持快速搜索與個性化修改

云端同步管理系統

提供教師云端文件管理系統、本地文件云端自動同步功能、支持文件導出功能以及支持無網環境離線授課

 

小科平臺支持幾乎所有終端訪問,教師專屬備授課工具即選即用,支持優質資源共享,平臺內容以最新的課標為主體,提供大量互動實驗及3D觀察資源,包含16年級小學科學所需精品課程資源300,互動實驗資源超過340,學科專用高清圖片資源超過1000張,有效解決學校師資力量不足、教研水平參差不齊、實驗室供不應求、教學資源短缺等問題。

 

第3章 功能特點

“小學科學”具備課件編輯中常用的圖文處理、圖形編輯、動畫制作、多媒體資源嵌入等功能,滿足常規課件編輯需求的同時,整合了專業的學科功能,如:小科專有多媒體資源庫,且都支持即時編輯。大幅度降低教師查找備課資源所帶來的不便,是一款小科老師專屬的備課神器。

3.1 云端文件智能同步管理

平臺采用先進的文件云端智能存儲技術,教師可打造自己專屬的課件資源庫,隨時隨地進行文件管理。同時支持終端瀏覽使用(支持設備:手機、平板電腦、PC電腦等)。

3.1 云端文件智能同步

3.2 豐富的教學資源體系

1~6年級所有的教學課件資源290余個,教師可自由編輯或進行一鍵授課;教學資源包含日常上課教學的課件資源外,包含互動虛擬實驗資源、虛擬教學游戲、3D仿真模型等340余個,大大減輕教師備課壓力,讓扁平無味的課件通過互動實驗、趣味視頻變的生動立體,使得教師沒有充足的教研理論也可以輕松的出一趟精彩的小科課件。

3.2 豐富的小科教學資源

3.3 精品課件-互動虛擬實驗資源

傳統小學科學課程分組實驗,實驗流程繁瑣,往往一節課快結束了,沒得出實驗結論,從而不得不草草收場,而互動虛擬實驗資源充分解決這一問題,虛擬實驗將抽象的實驗現象變的具象生動,周期較長可以快速濃縮到幾分鐘時間內,讓教學更簡單,知識更形象,學習更有趣,從而有效提升學習效率,改善教學質量。

3.3 互動虛擬實驗

3.4 精品課件-教學游戲

教中玩,玩中學,體驗學習的樂趣,激發學習的興趣。

3.4 教學游戲

3.5 授課模式-3D仿真模型

逼真的3D仿真模型,充分降低教師的教學難度,提高學生的學習興趣。

  

3.5 3D仿真模型--觀察

 

3.6 3D仿真模型--觀察蝸牛

3.6 小學科學課件編輯器

具備課件編輯中常用的圖文處理、圖形編輯、動畫制作、多媒體資源嵌入等功能,滿足常規課件編輯需求的同時,整合了專業的學科功能,如:小學科學專有多媒體資源庫。

 

3.7 課件編輯器

3.7 授課模式-互動教學

平臺具備強大的多屏實時互動、學生可通過平板電腦或手機完成實驗操作。同時具備板書及答題、投票等多種互動教學功能。

 



3.8 互動教學

3.8 板書功能

板書功能主要是教師在授課過程中進行重點畫、標注等使用場景。用戶可根據使用需求調整畫筆粗細與顏色??墒褂孟鹌げ凉δ苤鸩讲脸鍟圹E,也可使用一鍵清除功能清除所有板書痕跡。翻頁后,板書數據會自動保存至上一頁,板書數據不會丟失。

3.9 板書功能

 

 

第4章 方案優勢

4.1 有效節約成本

小科教學平臺系統具備完美的系統兼容性,windows、ios、Android、macOS、Web全平臺適應。

4.1 全系統兼容

平臺深度適配電子白板、一體機、臺式電腦、筆記本、平板電腦等各種硬件終端,充分利用學?,F有硬件,減少不必要的成本和資源浪費。用戶可獨立學習,不受教室、講師等條件約束,可根據自身實際安排學習時間,具有極大的靈活性。

4.2 全硬件終端適配

4.2 安全高效的教學環境

課件資源支持一鍵分享,具有極強的傳播性和互動性,無需特定軟件或插件支持,即時預覽即時互動,課件數據實時跟蹤統計。教師進行課件資源分享后,學生無需下載、無需安裝,可直接打開被分享資源,方便教師快速進行教學。

圖4.3 課件資源一鍵分享

4.3 精品課件資源

引用國際先進的教學設計思路,結合當前國內新版的課程標準所定制的互動虛擬實驗資源、教學游戲、3D仿真模型等上千種精品課件資源,能夠有效提升學習效率,改善教學質量,激發學生的學習興趣。

4.4 核心課程設計理念

4.4 云端文件智能同步管理

平臺采用先進的文件云端智能存儲技術,無論身在何處,都能隨時隨地進行文件管理。同時支持終端瀏覽使用(支持設備:手機、平板電腦、PC電腦等)

圖4.5 云端智能存儲

第5章 方案價值

5.1 小科資源稀缺得到有效解決

常態化教學中,教師往往為準備課件及其進行備課教研花費大量的時間,小科師的課時大,備課壓力變的尤為沉重。素材制作課件成了小科教師耗時最大的工作,1~2年級新開設的小科課程資源素材屬于完全空白狀態,網上幾乎找不到合適的課件素材,針對這一需求,該方案專門打造了包含1~6年級所有教師上課所需的精品資源課件,大大降低教師搜索素材制作課件的時間成本,每個精品課件都將匹配一個仿真互動實驗3D虛擬實驗。提高課堂教學質量的同時,提高小學課程教學的互動性和趣味性。

5.2 小科教師教研水平得到有效提升

多數地區小科教師并非科班出身,大多小科師由其他學科師代課,教研水平參差不齊,對小學科學的理解也及到位,部分課程多照本宣科,課件質量偏低。方案提供的精品課件由多名一線專家指導數位著多年一線教學經驗的高級教師制作完成,不僅完全符合“新課標”標準,并且在原有基礎上對知識點進行了提煉加工,使得教師在授課過程中,知識表達更加清晰,知識結構更加清晰,從而有效提高小科師的教學水平,打造區域化專業教師隊伍。

5.3 打造區域學校課程改革新亮點

本方案的豐富小科教學資源體系生動、形象、立體,能夠有效提升課堂教學效率,增強課堂效果,節約備課、上課時間成本。以點帶面,探索信息化與學科深度融合示范應用,引領區域教學改革新模式,打造區域課程改革的新亮點。

5.4 降低資源采購成本

軟件支持多終端跨平臺訪問,支持學?,F有硬件設備,無需擔心硬件系統不統一而出現重復采購的問題,同時,提升硬件設備的使用率。器材齊全豐富,反復使用,無需維護,零損耗。

第6章 配置要求

本項目包含軟件和應用支持服務,軟件可以在教室的現有電子白板、投影或一體機等多媒體設備上常態化進行實驗教學演示,學校端不需要購買新的硬件設備。軟件可安裝單機運行版本,也可在瀏覽器內web環境使用,本項目支持跨平臺訪問,對windows、IOS、Android全平臺均適用。

6.1 硬件要求

為保證本項目流暢運行,單機安裝版本對電腦配置要求:

CPU

i3處理器及以上

內存

4G及以上

顯卡

集顯(Intel HD Graphics 3000)以上,推薦使用獨立顯卡

性能滿足如下指標:

單機安裝版學科應用每次啟動時長不超過15秒,學科應用使用延遲不超過3秒;

平均CPU利用率不超過30%,忙時CPU利用率不超過80%;

平均內存使用率不超過60%,忙時內存使用率不超過90%;

使用時長2小時內內存增長不超過30%。

6.2 瀏覽器要求

為保證本項目流暢運行,Web版本對瀏覽器要求:

瀏覽器

版本

2D

3D

Chrome(谷歌瀏覽器)

47以上

Firefox(火狐瀏覽器)

42以上

Safari

8以上

Edge

任何版本

IE

11

10

×

9

×

×

8

×

×

7

×

×

6

×

×

360安全瀏覽器

兼容模式

×

×

極速模式7以上

360極速瀏覽器

8以上

QQ瀏覽器


×

×

搜狗瀏覽器


×

×

性能滿足如下指標:

web在線使用,10M帶寬條件下,系統加載時長不超過10秒鐘;

web在線使用,10M帶寬條件下,單個器材加載不超過3秒鐘;

    整套系統可用性達到99.5%以上。