（教育技术学专业论文）探究性物理教学软件的设计与开发.pdf

独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他需要特别声 明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：漩积木 导师签字：歹笃豸孓葭 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权堂 圭奠可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：汤移寻林 导师签字： 场豸c i 趴 签字日期：2 0 # ：4 - 月巧日签字日期：2 0 0 r 年华月站同 山东师范大学顺士学位论文 探究性物理教学软件的设计与开发 中文摘要 本论文研究的主要目的是分析开发探究性物理教学软件的理论基础，在此基 础之上，选择物理知识点进行探究教学设计，进而构建基于多媒体环境的探究性 物理教学软件模型，开发体现探究教学思想的物理教学软件，对指导和辅助一线 师生开展探究教学，学习科学知识以及突破教学软件在教学中应用的固有模式， 具有重要意义。 论文第一部分分析了多媒体教学软件的发展阶段以及当阿多媒体物理教学 软件的开发、应用现状，对开发探究性物理教学软件的必要性和可行性进行了综 述。 论文第二部分对开发探究性物理教学软件的理论基础进行了论述，以探究教 学理论和情境学习理论作为软件开发的主要理论基础。 论文第三部分是对所选物理知识点进行探究性物理教学软件的设计。主要包 括探究性物理教学软件的教学设计、探究性物理教学软件的系统设计和开发教学 软件所必需的脚本设计三大部分。 探究性物理教学软件的教学设计包括对所选物理知识点的教学案例设计和 探究性物理教学软件的模块设计。教学案例设计主要针对知识点电磁感应， 进行探究教学设计，案例的设计是对教学软件进行模块设计的依据，因此将教学 设计过程设计为具有探究教学特点的五个阶段：创设情境，展示问题逐步引 导，提出假设自主探究，实验论证意义建构，得出结论分析评价， 及时反馈拓展迁移，应用创新。 探究性物理教学软件的模块设计以案例设计为基础，将知识点的教学划分为 两大模块：学习模块和教学模块，分别针对学生的学习和教师的教学准备使用。 论文以学习模块为重点进行了详细的二级模块设计，主要包括：学习指导模块、 学习进程模块、拓展学习模块、学习资源模块。学习指导模块主要是指导学生使 用教学软件进行探究学习，为学生选择学习进度、学习策略、评价方法等提供参 考建议：学习进程模块是教学软件中学习模块的主要组成部分，包含教学的整个 过程，论文中关于探究教学软件的教学案例设计主要便是针对这一模块所进行的 设计：拓展学习模块创设创新应用的多媒体情境，开拓学生的视野，深化所学知 山东师范大学硕士学位论文 识，进行创新思维；学习资源模块相当于教学软件的资源库，丰富的信息资源是 进性探究学习的必备条件，本模块中所包含的信息资源形式多样、涉猎广泛，有 助于学生从多个角度切入学习，进行探究。这四大模块的有机组合，最大限度的 以多媒体教学软件为平台实现了物理知识点的探究教学思想。 探究性物理教学软件的系统设计和脚本设计主要包括进行教学软件具体制 作时所需要的超媒体结构设计、导航设计以及软件界面的设计，并为文字稿本设 计和制作稿本设计提供制作模板。 第四章和第五章主要论述了软件制作工具及教学软件的发展前景，提出两个 较有特色的参考案例，为教学软件的进一步发展开拓思路。 探究性物理教学软件的设计与开发旨在分析物理教学软件的发展历史与研 究现状，以此为基础，借鉴其成功失败的经验，借助先进的多媒体技术，融入现 代教学思想，开发出具有实践意义的多媒体教学软件。 2 【关键词】探究教学多媒体教学软件情境学习 【分类号】g 4 3 4 生奎竖蔓查兰堡主兰些堡兰 t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e r - - s u p p o r t e d i n q u i r yl e a r n i n gs o f t w a r eo np h y s i c s a b s t r a c t t h em a i np u r p o s eo ft h i st h e s i si st oa n a l y z et h et h e o r i e sa b o u td e s i g na n d d e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e r - - s u p p o r t e di n q u i r yl e a r n i n gs o f t w a r e b a s e do nt h i s t h e o r yw ep r o m o t ea ni n q u i r y i n s t r u c t i o n a ld e s i g no fp h y s i c s ，e s t a b l i s ht h em o d e lo f p h y s i c a ls o f t w a r et h a ts u p p o r t si n q u i r y l e a r n i n g ，d e v e l o pp h y s i c a lc o u r s e w a r eu n d e r t h em u l t i m e d i at e c h n o l o g y - b a s e di n s t r u c t i o n a le n v k o n m e n t i ti sv e r yi m p o r t a n tf o r d e v e l o p m e n to ft h ei n q u i r yi n s t r u c t i o n ，i n i t i a t i n gt h en e wa p p l i c a t i o no fs o f t w a r ei n e d u c a t i o n i nc h a p t e ro n e ，w ed i s c u s s e dt h er e s e a r c hb a c k g r o u n do fc o u r e w a r e ，a n da n a l y s e d t h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u so fm u l t i m e d i at e c h n o l o g y b a s e di n q u i r yi n s t r u c t i o n t h e n s u m m a r i z e dt h en e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yt od e v e l o pt h ep h y s i c a li n q u i r y l e a r n i n g c o u r s e w a r e i n c h a p t e rt w o ，w ed i s c u s s e dt h ed e v e l o p m e n tf o u n d a t i o n o ft h i s p h y s i c a l c o u r s e w a r ei nt h e o r y , p u tf o r w a r dt h ei n q u i r yl e a r n i n ga n dt h es i t u a t e dl e a r n i n g i nc h a p t e rt h r e e w et r e a t e de l e c t r o m a g n e t i ci n d u c t i o na so b rs u b j e c ta n d d e s i g n e dt h ec o m p u t e r - - s u p p o r t e di n q u i r yl e a m i n gs o f t w a r eo nt h i ss u b j e c t i tw a s m a i n l yi n c l u d et h r e ee l e m e n t s ：i n s t r u c t i o n a ld e s i g n ，s y s t e md e s i g na n ds c r i p t i n gd e s i g n w h i c hi sn e c e s s a r yf o rt h ed e v e l o p m e n to f t h ec o u r s e w a r e i n s t r u c t i o n a ld e s i g no ft h i ss u b j e c ti n c l u d e st w oc o m p o n e n t s ：d e s i g no nt h e e l e c t e dl e a r n i n gc a s e sa n dd e s i g no nt h em o d u l e so ft h i sp h y s i c a lc s i l s i n s t r u c t i o n d e s i g ni sm o s t l yf o re l e c t r o m a g n e t i ci n d u c t i o nt h a tw e h a v ee l e c t e d 。i ti st h eb a s i so f t h en e x tp a r tw eh a v em e t i o n e da b o v e i ts h o u l dr e p r e s e n tt h ec h a r a c t e ro ft h ei n q u i r y l e a r n i n g , s ow ed e s i g nt h i sa sf i v ep a r t s ：s e tu pt h ep r o b l e m a t i cs i t u a t i o n - - i n s p i r et h e i n t e r e s to fi n q u i r y - - p r o v et h eh y p o t h e s i sb ye x p e r i m e n t - - r e c e i v ec o n c l u s i o n - - a n a l y s ea n de v a l u a t et h i sp r o c e s st h e nf e e d b a c k - - t a n s f e rt oan e w a r e aa n di n n o v a t e n e w a p p l i c a t i o n b a s e do nt h ei n s t r u c t i o n a ld e s i g n ，m o d u l ed e s i g ni n c l u d e st w oe l e m e n t s ：l e a r n i n g 3 山东师范大学硕士学位论文 m o d u l ea n dt e a c h i n gm o d u l et h a ti ss e p a r a t e l yf o rs t u d e n t sa n dt e a c h e r s w ep u t e m p h a s i so nt h el e a r n i n gm o d u l ea n dd e s i g n e di t w i t hp a r t i c u l a rd e s c r i p t i o n i tw a s m a d eu po ff o u rm o d u l e s ：l e a r n i n gt u t o r , l e a r n i n gc o u r s e ，l e a m i n gd e v e l o p m e n ta n d l e a r n i n gr e s o u r c e l e a r n i n gt u t o ra i m e da th e l p i n gu s e r st ol e a r nk n o w l e d g ew i t l lt h i s c o u r s e w a r e i tm e a n ss u g g e s t i n gu s e r st om a k ef i tl e a r n i n gp l a n ，c h o o s e l e a r n i n g s t r a t e g ya n de v a l u a t ei tc o r r e c t l y l e a r n i n gc o u r s em o d u l ei st h em a i nc o m p o n e n tt h a t c o m p o s e dl e a r n i n gm o d u l ea n dt h ec a s e sd e s i g na b o v ei sf o rt h i sm o d u l e i t sj u s tt h e m o d u l et h a tt h eu s e r st a k et h e i rs t u d i e s a n dt h et h i r dp a r t - - l e a r n i n gd e v e l o p m e n ti s p r o j e c t e dt os e tu pn e wm u l t i m e d i a - b a s e ds i t u a t i o nf o rt h eu s eo ft h ek n o w l e d g ea t t h es a l n et i m ei tm e a n st ob r o a d e dt h es t u d e n t s o u t l o o k ，d e e p e nt h e i rk n o w l e d g ea n d c a r r yo na ni n n o v a t i o n a lt h i n k i n g a n dl a s t ，l e a r n i n gr e s o u r c em o d u l ei sn e c e s s a r yf o r t h em u l t i m e d i ai n q u i r y l e a r n i n gs o f t w a r ew h i c hs u p p l i e sl e a m i n ga l lt h et i m e t h i s f o u rp a r tj o i n te a c ho t h e ro r g a n i c a l l y , p e r f e c t l ys e r v e st h ei n q u i r yl e a r n i n gb a s e do nt h e m u l t i m e d i ac o u r s e w a r ea b o u tp h y s i c s s y s t e md e s i g na n ds c r i p r i n gd e s i g nm a i n l yi n c l u d et h ed e s i g no fh y p e r - m e d i a s t r u c t u r e ，c o u r s e w a r en a v i g a t i o na n di n t e r f a c ew h i c hi sr e q u i r e dw h e nw et a k ei ti n t o p r a c t i c e i ta l s oa f f o r dt h es c r i p t i n gt e m p l a t e i nc h a p t e rf o u ra n dc h a p t e rf i v ew el o o k e df o r w a r dt h ed e v e l o p m e n to ft h i s s u b j e c ta n dt a k eo u to t h e rt w or e f e r e n c e sf o ra d v a n c e dr e s e a r c h c o m p u t e r - - s u p p o r t e di n q u i r yl e a r n i n g s o f t w a r eo np h y s i c sb a s e do nt h e d e v e l o p m e n to ft h et r a d i t i o n a lc o u r s e w a r e ，u s ei t se x p e r i m e n tf o rr e f e r e n c et oe x p l o r e t h ee x c e l l e n ts o f t w a r ef o ri n s t r u c t i o n a lp r a c t i s ew i t ht h ed e v e l o po fm o d e r na d v a n c e d c o m p u t e r - t e c h n o l o g ya n dv a r i o u sm o d e me d u c a t i o nt h e o r y i ta i m sa tt h eo r g a n i c i n t e g r a t i o no ft h ea d v a n c em u l t i m e d i a - t e c h n o l o g ya n da l ls o r t so fi n s t r u c t i o n a lt h e o r y t h a td i dn o te f f e c ta b s o l u t e l yi nt h et r a d i t i o n a lt e a c h i n gm o d e 4 【k e yw o r d s l 【c l a s s i f i c a t i o n 】 i n q u i r y l e a r n i n g m u l t i m e d i a - b a s e dc o u r s e w a r e s i t u a t e dl e a r n i n g g 4 3 4 山东师范大学硕士学位论文 第一章探究性教学软件的发展、应用及其变革 1 1 多媒体教学软件的发展 教学软件是在教育教学中对一个或几个知识点实施相对完整教学的软件。根 据运行平台划分，可分为网络版的软件和单机运行的软件，网络版的软件需要在 标准浏览器中运行，并且能通过网络教学环境被大家共享：单机运行的软件可通 过网络下载，在独立的计算机上运行。教学软件可以采取多种信息表现手段，按 照传播教学信息的基本材料单元，可分为文本、图形( 图像) 、音频、视频、动 画等五类，在这些基本材料资源的基础上根据教学需要，组织、丰富和更新教学 内容，采用超文本的设计方式，多媒体的表现形式，设计适合自己教学方式的教 学软件。 随着学习理论的不断发展完善，以学习理论为基础的教学软件的发展经历了 由发展走向成熟的三个阶段。 一、行为主义学习理论初级阶段 早期的多媒体教学软件是由“程序教学”发展而来，其创始人是行为主义心 理学家斯金纳，这种基于行为主义学习理论的教学软件，体现了程序教学的特点： 小步骤分支程序设计、信息的及时反馈、自定步调等。 二、认知主义学习理论发展阶段 2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初，认知心理学逐渐占据了统治地位，在教学软 件的设计中也逐渐取代了行为主义成为其主要的理论基础。在以认知学习理论为 基础的教学软件的设计中，人们开始关注学习者的心理过程，不再把学习仅仅看 作被动的外部刺激的适应性反应，而是从学习者自身出发，根据自己的态度、需 要、兴趣、爱好，利用原有的认知结构，对信息进行选择加工。 三、建构主义学习理论与教学理论成熟阶段 建构主义的最早提出者是瑞士的教育学家、心理学家皮亚杰，建构主义学习 理论的基本观点认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情景中， 借助其他人( 教师和学习伙伴) 的帮助，通过与环境的交互作用而自行建构的。 以建构主义学习理论为基础的教学软件设计，强调以学习者为中心，充分发挥学 生的主动性，给学习者创设多种不同的情境来构建知识、应用知识，教学软件将 “情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”作为学习环境的四大要素。 山东师范入学硕士学位论文 1 2 多媒体物理教学软件的应用现状 信息技术在教育领域中的应用已经日益广泛，使得多种形式的多媒体技术在 教学中得以应用，物理学科是一门实验学科，通过大量的实验得出结论，学习知 识，其中物理教学软件，成为教学过程中广大师生应用最为普遍的工具。目前大 部分多媒体技术在课堂教学中的应用仍处于初级阶段封闭式的、以知识为中 心，将信息技术作为演示工具，教师进行说教式讲授，施与知识，学生集体听讲， 接受灌输知识。因此无论是教学软件的开发还是教学软件的应用，都未能充分发 挥教学软件辅助各种教学模式的优势。 目前已开发的教学软件( 课件) ，大都是对实验的模拟，或者是实验器件及 实验过程的原版复制，用多媒体软件来表示，或者是将一些理论上存在而肉眼无 法观察的、超微的、高速的现象用多媒体进行模拟来形象的展示出来，其表现形 式及制作模式为： 1 课件即是实验的模拟。这种教学软件其实只能是一种单纯的实验演示， 一个教学的片段，可供教师讲授时使用，像进行课堂上的实验演示一样，这类教 学软件只有简单的操作提示性说明，学生也可以自己观看，结合相关知识进行学 习。 2 物理现象的抽象模拟。有些物理现象虽然可以用实验来说明，但观察点 不够突出，学生在观察实验时不易精确的、详细的获得实验所要传达的信息。这 种课件便是将不易观察的实验抽象化，抽象出实验的要素，突出展示，配以各种 数据显示和数据设黄，使实验所表达的物理知识明晰化。这种教学课件可以被教 师采用，用来准确的展示信息，也可以学生使用。 3 完整的教学软件。与前两种教学软件相比，这一类教学软件更具有整体 性，包括实验展示、结论分析、知识引入、知识讲授、巩固练习等。与课堂教学 相似，可供教师课堂使用，也可供学生自学。 这些教学软件主要的来源有两个：一是计算机程序人员制作的课件，技术水 平较高，但往往由于缺乏学科教师的指导而使得教学性大大降低，抓不住教学的 重点、难点，成为了书本的翻版；二是物理教师自己制作的课件，由于教师熟悉 教学的方法和教学的过程，因此其教学功能比较好，但由于技术有限，制作往往 流于简单，且教师制作的课件积件功能不强，很难适合其他教师使用。 6 山东师范大学硕士学位论文 1 3 探究性物理教学软件开发的必要性和可行性 物理课程标准中提出“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、 乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知 识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神”。 一、知识观的转变为探究性物理教学软件的开发提出了潜在要求 伴随着信息时代的飞速发展，社会对人才要求的标准也发生了巨大地变化， 后现代知识观认为，知识具有网络性、情境性、理解性和创造性，知识不是绝对 客观普遍适用的纯粹知识，知识的价值并不在于给人现成的东西，而是要促使学 习者从情境中思考答案，寻找知识，给人不断创造的起点。新的知识观下产生的 人才不仅需要具有丰富的书本知识，还要具有较高的信息素养，具有一定的适应 能力、创新精神和创造能力、集体协作能力、人际交往能力、高白控能力、高成 就动机、尊重和信任等人格方面的特质。传统的教学模式再也不能满足社会全方 位的需求，建构主义理论支持下的探究性学习便是在这种形势下应运而生的多种 教学模式中的一种。探究性学习要求学生在一个基于真实问题的情景之下进行自 主地探索，通过对问题的分析和把握，有目的的获取资源，与他人进行合作，解 决问题。它涉及多种领域的知识，强调各种知识的整体性，学习过程中学生不断 发掘已有的知识，与新知识建立联系，实现知识的意义建构。这种学习方式是一 种在开放的环境下探索性的学习，而过于开放的环境对身心发育仍不成熟的学生 容易产生误导作用，特别是一些不健康的信息，会腐蚀学生的思想，影响学习效 果。因此只有开发专门的教学软件资源，进行有效的知识引导，才能保证学生在 安全、健康的环境中自由探索，自主学习。 二、教育改革的深入推广促进了探究性物理教学软件的开发 在新的知识观的影响下，课程观也发生了相应的转变，普通高中物理课程标 准中提出，课程的基本理念包括：( 1 ) 在课程目标上注重提高全体学生的科学 素养。( 2 ) 在课程结构上重视基础，体现课程的选择性。( 3 ) 在课程内容上体现 时代性、基础性、选择性。( 4 ) 在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样 化。( 5 ) 在课程评价上强调更新观念，促进学生发展。高中物理进一步强调学生 的科学素养培养，针对学生的兴趣、发展潜能和今后的职业需求，精选学生终身 学习必备的基础知识和技能，加强与生活、社会及科技的联系，设计供学生选择 山东师范大学硕士学位论文 的物理课程模块，促进学生自主学习，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学 态度与科学精神。课程发展的过程具有开放性和灵活性。课程目标不再是完全预 定、不可更改的，在探究过程中可以根据实际情况不断地予以调整。课程的组织 不再囿于学科界限，而向跨学科和综合化的方向发展。从强调积累知识走向发现 和创造知识，承认和尊重人们的意见和价值观的多元性，不以权威的观点和观念 控制课程，试图在各种观点、观念相互冲撞、融合的过程中寻求一致或理解。 当前的大多数物理教学软件在设计时，只是简单的将多媒体技术用于物理实 验的模拟和物理教学，没有体现教学思想和教学策略的应用，没用充分分析所涉 及的知识点是否适于多媒体展示，而只是将教材中的实验、知识点以多媒体的形 式呈现出来，通过一定的刺激响应，给学生既定的结论，没有以学生为主体，创 设学习情境，设计特定的学习任务，引导学生通过探究来发现知识，探究知识体 系，同样也没有重视知识获得后的迁移和升华。这种教学过程中虽然使用了现代 信息技术，但由于其整合层次的限制，学生习得的知识仍然是惰性的，对知识的 掌握限制在理解的层面，无法进行实际应用来解决生活中的问题。 三、计算机技术为实现多种形式的探究性物理教学软件提供了技术支持 计算机技术的迅速发展，使得社会进入了信息飞速发展时代，多媒体技术成 为管理和处理2 1 世纪所有类型信息的基础，信息技术本身也正在对教育的改革 产生深远的影响，并且已成为教育现代化的核心和成功的关键。中国教育改革 与发展纲要指出：“综合国力的竞争实际上是科学技术的竞争和民族素质的竞 争。从这个意义上说，谁掌握了面向2 l 世纪的教育，谁就能在2 1 世纪的国际竞 争中处于战略主动地位”。掌握2 l 世纪教育的关键是加强素质教育，有效地培养 出跨世纪的高素质创造型人才。这不仅对传统教育提出了更高的要求，而且，也 促使教育必须面向改革，面向现代化。 计算机技术的目益成熟与普及，使其在教育教学中应用也越来越普遍，利用 多媒体技术，综合处理文字、图形、图像、声音等多种信息，使它们建立逻辑连 接，集成为一个系统，服务于教育教学，也成为未来教育发展的趋势。以建构主 义为理论基础的探究教学，在得到多媒体计算机技术的支持下，利用其超文本、 超链接、情景模拟等特点，更有利的实现了建构主义教学思想，使探究教学不再 囿于传统教学模式，突破了探究教学所需的繁杂的教学准备，使其无论在课堂教 山东师范大学硕：卜学位论文 学还是自主学习、远程教学中均得到了更为广阔的发展空间。 多媒体教学软件的开发，还可以进行图、文、声并茂的多媒体教学，也可以 取代语言教室进行更生动的语言教学，越来越逼真的二维、三维的电脑模拟技术， 还可以为学习者提供一个良好的学习环境，这些都是以往任何教学手段所不能达 到的。 四、网络技术为多媒体物理教学软件提供了广阔的发展空间 网络，给我们的生活带来不可思议的变化，使我们广阔的世界在小小的鼠标 点击中成为一个地球村。网络技术使教学课件由单机版的在小范围使用的独立课 件发展成为为所有教学者所共享的网络教学软件。 探究教学软件在培养学生学习知识的基础上，更为主要的是培养学生的创新 精神和实践能力，加强学生的信息处理能力和创造能力，探究教学强调以学习者 为中心，学生在学习过程中利用丰富的教学资源主动探索、自主建构，丰富的教 学资源包括丰富的信息资源和丰富的导师资源。网络技术与探究学习的整合，无 疑最大限度的发挥了学生学习的主体性和创造性，网络资源具有共享性、丰富性 和广泛的传播性。网络学习的平台中，教师和学生一样是资源的探索者，教师作 为学生学习的指导者，不再是教学中的专家，而是学习的伙伴和熟练的学习者， 师生共同建立起平等、民主、和谐的教学相长教学环境，有效提高学生分析、解 决问题的能力。网络技术本身就是进行探究学习的基本手段之一，它要求师生在 学习过程中，对学习信息进行搜索、整理、分析，以利于自身学习活动的顺利进 行，提高学习效率。 以多媒体网络技术为基础的教学软件并不自然而然的优于其他媒体，有效的 教学软件必须与科学的教学方法和理论指导相结合，只有应用系统方法对教育系 统各部分、各要素进行综合的、整体的考虑，对教学的全过程进行系统的设计， 才能实现教育最优化的目标。先进的教学媒体只有与完善的教学理论相结合，才 能真正实现现代教育技术的目的。 9 山东师范大学硕士学位论文 第二章探究性物理教学软件开发的理论基础 2 1 探究教学理论 一、探究教学的含义 探究教学即从学科领域或现实社会中选择和确定研究主题，在教学中创设一 种类似于科学研究的情境，通过学生自主独立地发现问题、实际操作、调查搜集 与处理信息等探索活动，获得知识、技能、情感和态度的发展，特别是探索精神 与创新能力的发展的教学方式和教学过程。是学生以类似或模拟科学研究的方式 所进行的学习。 二、探究教学的类型及特点 探究是一种涉及广泛的复杂活动，学者们一般从两个维度来划分由这些活动 组织起来的探究教学，从师生所起作用的程度不同，将其分为定向探究与自由探 究；按学生思维方式的不同，将其分为归纳探究与演绎探究。对于各种不同类型 的探究教学，其基本特征及变式可以用表2 - 1 来表示： 三、萨其曼探究教学模式 探究教学模式大致可分为五种：学习环模式、5 e 教学模式、萨其曼探究训 练模式、施瓦布生物科学探究模式、社会探究模式。 学习环模式是由罗伯特卡普拉斯及其同事在“科学课程改善研究”中发展 起来的，以皮亚杰的发生认识论为基础，借鉴和运用奥苏伯尔等人的学习理论， 将教学过程划分为概念探讨、概念介绍、概念运用三个前后相连的阶段，以提高 学生的探究水平，促进学生的智力发展。 5 e 教学模式中的5 e 既是指探究教学过程的5 个紧密相连的阶段：吸引 ( e n g a g e m e n t ) 、探索( e x p l o r a t i o n ) 、解释( e x p l a n a t i o n ) 、加工( e l a b o r a t i o n ) 和评价( e v a l u a t i o n ) 。这一教学模式与科学探究过程相吻合。 萨其曼探究训练模式是本文所采用的主要教学模式，探究训练模式是理查 德萨其曼( j r s u c h m a n ) 通过观察、分析科学家的创造性探索活动之后，结 合教学法的因素概括而成的，基本上遵循“问题一假设一验证一结论一反思”这 一程序。萨其曼坚信课堂上要开展探究教学必须满足三个条件：第一，有一个集 中学生注意的焦点，最好是一个能引起学生探究好奇一t l , 的事件或现象；第二，学 生享有探索的自由：第三，有一个丰富的容易引起反应的环境。运用这种观点作 山东师范大学硕土学位论文 指导与建构主义学习理论相结合的探究教学模式，一般由创设一个形象的问题情 境开始教学，其核心是将学习者蚤身于一个完整、真实的问题情境之中，产生学 习的需要，在丰富的学习情境中自由探究，促进个体在学习情境中认知结构的迁 移和知识意义的建构。 表2 - 1 探究性学习的基本特征及其变式 基本特征探究的不同程度 1 、问题学习者自己提学习者在问题探究的问题来学习者探究直接来自 学生们投入到出问题中做出选择，自教师、学习教师、学习材料或其 情境所设置的 提出新问题材料或其他途他途径的问题 问题中径，但问题不 那么直接，需 要有所改变或 自己体会其含 义 2 、资料学习者自己确学习者在他人给出学习者学给出资料并给出资料 学习者根据问定所需资料并指导下收集某习资料让他们分析方法 题收集资料收集资料些资料 分析 3 、解释学习者分析总学习者在总结给出学习者分给学习者提供实证资 学习者根据事结实证资料，资料形成解释析资料形成解料 实形成解释 作出解释的过程中得到释的方法 指导 4 、评价学习者独立的 教师糟导学生给出学习者科 学习者将解释 收集其他相关寻找与解释相学知识与解释 与科学知识相知识并建立科关的学科知识之间可能的联 学知识与解释的途径 系 之间的联系 5 、发表学习者通过自学习者在阐为学习者提供为学习者提供具体的 学习者阐述和己的分析总结述、验证的过提纲来深化他操作步骤和程序 论证自己的解 得出合理的结程中得到教师 们的解释，帮 释，得到个人论来解释交的指导助他们进行阐 意义上的新发流、验证假设 迕 现 多学习者的自主探究的程度少 少从教师或其他方面获得的指导程度多 施瓦布生物科学探究模式是由施瓦布所领导的生物科学课程研究会( g s c s ) 开发出的教学模式，主要针对高中生物的教学，通过“确定研究对象和方法重点、 学生构建问题、推测问题症结、解决问题”四个阶段让学生运用生物学家类似的 方法来获取知识。 社会探究模式把主要用于科学教育的探究活动引入人文社会学科之中，以学 山东师范大学硕七学位论文 生为中心，通过“定向、假说、定义、引申、求证、概括”六个阶段来建构课堂 教学，引导学生关注社会问题，参与社会事务，解决社会问题。 四、探究教学设计基本要素 探究教学是运用科学探究的方法来开展的教学活动。探究教学设计就是在对 教学环境中的探究活动所涉及的各种因素进行系统分析的基础上，对探究教学活 动进行合理规划的活动过程，也是一个把一般教学设计原理运用到探究教学中去 的过程。探究活动有两种过程：发现的过程和问题解决的过程。由于这两种不同 的探究过程，探究教学设计便有了两种不同的途径：一种是从事实出发，设计教 学事件，让学生进行创造和发展：另一种是从原理或规则出发，让学生进入一定 问题情境，综合解决一定的问题。这两种探究过程分别适合不同的教学内容和学 生学习特点，一般教学过程中将二者结合起来，分为两个阶段：第一个阶段学生 用观察、实验和概括，发现特定的原理、规则：第二个阶段，运用这些原理、规 则和其他知识解决相关问题。 探究教学设计是教学理论向教学实践转化的桥梁，主要包括六个基本要素： 探究教学目标的设计、探究教学内容的设计、探究教学策略的设计、探究教学情 境的设计、探究教学资源的设计、探究教学评价的设计。 探究教学目标是探究教学的出发点和归宿，目标的确定是进行探究教学设计 时首先要考虑的问题，决定着教学活动的走向，解决为什么教学的问题。探究教 学目标必须立足于对教学内容的系统分析之上，钻研课程标准，分析教材内容， 从整体上把握学科知识体系，结合对学生已有学习状态的分析确定目标。目标的 表述要清晰、明确、具体，具有较强的操作性和易评价性。 探究教学立足于教学，因此教学内容的选择首先应为实现学习目标服务，不 能只为探究而探究，所选取的知识点应该是物理领域中的核心内容，对提高学生 的知识能力和创造思维能力具有重要价值。选择教学内容时需要对学习内容作深 入分析，为探究问题的设计作好准备，知识内容既要有合适的难易度和复杂度， 又要具有探索性、挑战性和新奇性，能够激发学生的兴趣。 探究教学策略的设计主要是在探究的各个程序上通过教学事件的设计给学 生提供学习支持。包括探究教学的问题设计、猜想与假设、制定计划与设计实验、 进行实验收集资料、分析论证、评价、交流与合作。 山东师范大学硕士学位论文 探究教学情境的设计是探究教学尤其是探究教学软件最重要的设计环节，越 来越多的研究表明：知识的惰性化在学生中普遍存在，所获得知识的惰性程度受 到信息最初习得方式的强烈影响，在特定情境中获得的知识刁会更加的灵活，因 此，创建多样的学习环境帮助学生实现知识的情境化，以此为支撑启动教学，探 究教学情境的设计要根据不同的情境需要进行设计，对问题的设计要具体化，具 有引导性。探究教学情境包括真实性情境、问题性情境、虚拟性情境和潜在性情 境等。 探究教学的学习资源设计是教学开展的必备条件，学生的探究学习和意义建 构是在信息的基础之上进行的，在学习情境中嵌入大量的信息，创造丰富的学习 资源是探究学习的一个必不可少的条件。学习资源包括文字资源( 教科书、教辅 资料、图书图片、报刊等) 、多媒体资源( 幻灯投影、录像、光盘、多媒体教学 软件、广播电视、网络技术等) 、实验室资源和社区资源( 图书馆、自然博物馆、 科技馆、高等学校、科研机构、工厂等) 。本文中的资源设计主要是指多媒体资 源，可以提供三种多媒体资源：专题资源( 收集好相关资源，供学生参考) 、远 程资源( 利用超级链接的方式给出学生资源连接) 、泛资源( 给出学生搜索方法， 让学习者自己运用搜索引擎收集资源) 。 探究教学的学习评价设计区别于传统教学的评价方法，更注重评价的过程 性，强调形成性评价、质性评价和自我评价。探究教学软件鼓励学生建立自己的 学习档案袋，记录学习过程、汇报学习结果，建立学习档案袋不仅有利于教师了 解学生的学习情况，也有助于学习者在建立档案袋的过程中整理学习思路和学习 心得，进行自我评价。 2 2 情境学习理论 一、情境学习的含义与特征 1 9 2 9 年，英国著名数学家、哲学家和教育理论家阿尔佛雷德诺斯怀特 海( a l f r e dn o r t hw h i t e h e a d ) 在其著作教育的目的( t h ea i m so fe d u c a t i o n ) 一书 中提出，学生在学校中学习知识的方式导致了m 隋性知识( i n e r t k n o w l e d g e ) 的 产生，惰性知识是指习得的无法反映真实生活的复杂环境，难以迁移或转换成有 效解决问题的知识。在学习过程中，学习者难以理解教师的问题解决方法与思维， 所学习的知识仅仅是为了考试做准备，不能解决实际中的问题。知识的惰性程度 山东师范大学硕士学位论文 受到信息最初习得方式的强烈影响，在无背景的情境下获得的知识，经常是惰性 的和不具备实践作用的。情境学习理论认为，真正的完整的知识( 即学什么、如 何学和如何用的结合) 是在真实的学习情境中获得的。 1 9 8 9 年，布朗、科林斯与杜吉穗( b r o w n 、c o l l i n s & d u g u i d ) 在情境认知与 学习文化( s i t u a t e dc o g n i t i o na n dt h ec u l t u r eo f l e a r n i n g ) 中比较系统完整地论述 了情境认知与学习理论。作者认为：知识是具有情境性的，知识是活动、背景和 文化产品的一部分，知识正是在活动中，在其丰富的情境中，在文化中不断被运 用和发展着。学习的知识、思考和情境是相互紧密联系的，知与行是相互的 知识是处在情境中并在行为中得到进步与发展的。 情境学习理论是建构主义的核心理论，是继行为主义“刺激一反应”学习理 论与认知心理学的“信息加工”学习理论后的又一个重要的研究取向。所谓情境 学习，就是由学习者主动与情境进行互动从而建构知识的学习。知识处于环境中， 并受到环境里的活动、背景和文化所影响( b r o w n ，c o l l i n s a n d d u g u i d ，1 9 8 9 ) ，因 此，学习也是环境中的一个过程，学习者在这个过程中不断互动、洽商，以建立 他们对事物的意义。 建构主义情景学习理论注重设计真实的学习情境，让学习者在情境中带着真 实任务进行学习，其核心特征是“合法的边缘参与( l e g i t i m a t ep e f i p h e r n p a r t i c i p a t i o n ) ”过程。在这一过程中教师或其他学习中的专家作为老成员为新加 入者( 即学习者) 提供指导，从情景学习的“知识是处于环境中的”这一原理出 发，为学习者提供和创设适宜的学习环境( 包括学习资源、学习档案、观察、参 与实践的机会等) ，整个学习过程的学习主要靠学习者主动进行，学习者通过与 环境相互作用不断从学习共同体的边缘向中心移动，完成个新手到熟练者的 转变。 学习情境中的学习任务整合了多重的知识技能，有助于学习者所学知识的情 境化。这里所说的学习的真实情境不一定是真正意义上的物理情景，可以是利用 计算机多媒体技术模拟的真实场景，包括：真实的工作场景；高度的真实，或真 实的工作环境的“虚拟”的替代品：一种可停留的环境，如：影像或多媒体程序。 这种利用多媒体模拟技术创设的学习情境既可以保留情境学习中的重要要素 一真实情境，又可以克服开展真实情境下的学习所具有的各种不便，利用模拟情 山东师范火学硕：学位论文 境来弥补实际实验的不足。但这种模拟情境应具有与实际情境相近的复杂度，使 学习者在学习结束后能够适应实际的