信息技术与小学科学课的整合探究.doc

信息技术与小学科学课的整合探究 马建坤 叶宝生 飞速发展的信息技术正在引起社会的深刻变革，已经到来的信息时代迫切要求教育进行改革，教育技术已成为教育改革的制高点和突破口。国家基础教育课程改革纲要(试行)(以下简称纲要)中明确提出，“要大力推进信息技术在教学中的普遍应用，促进信息技术与学科课程整合，逐步实现教学内容呈现方式、学生学习方式、教师教学方式和师生互动方式的改革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”小学科学课程标准也指出，“在一切有条件的地方，科学课程的教学应尽可能地运用现代教育技术。”这一系列的政策措施为信息技术在小学科学教学中的运用以及信息技术与小学科学课的整合指明了方向，信息技术与小学科学课整合已经成为社会与时代发展的必然趋势。 一、信息技术与小学科学课整合的依据 信息技术与小学科学课的整合不能脱离学科与学生。小学科学课是实施整合的载体，小学生是科学学习的主人。以下从小学科学学科的特点和小学生的身心发展特点谈信息技术与小学科学整合的依据。 1小学科学学科的特点 小学科学是纲要中规定的在小学中高年级开设的一门综合性课程，是“以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程”1，它的前身是小学自然。小学科学十分注重学生的亲身经历和主动探究能力，强调直接经验的获得。但是，在生命世界、物质世界、地球与宇宙三大领域的科学知识中，许多现象、原理、规律是我们看不见，凭借传统的教学方法难以讲清，利用信息技术却能达到较好的教学效果的。如：通过可视化的模拟学生就很容易理解雨、雪的形成过程。事实上，学生越是不知道、不理解，就越迫切地想探究明白。正如学记中指出的“当其可之谓时”，在学生想知道，而又不能直接地通过直观感知获得的时候，就可以运用信息技术帮助学生进行间接的“亲历”。这样的教学无论是在科学知识的获得、情感的体验以及态度与价值观的培养方面都是一个有益的探索。2小学生的身心发展特点 小学教育阶段是儿童心理发展的 个重大的转折时期，这个时期的儿童“开始进入学校从事正规的有系统的学习”，学习逐步成为他们的主导活动；他们“逐步掌握书面言语”，思维逐步由形象思维向抽象逻辑思维过渡；并开始“有意识地参加集体生活”2。他们的生理和心理发展具有不平衡性、顺序性、阶段性和差异性。心理学家皮亚杰在此基础上提出了认知发展阶段论，指出有效的学习必须考虑到儿童的身心发展特点，循序渐进。儿童“对周围世界有着强烈的好奇心和探究欲望，他们乐于动手操作具体形象的物体，这一时期是培养科学兴趣、体验科学过程、发展科学精神的重要时期。”3他们的思维“仍然是直接与感性经验相联系的，仍然具有很大成分的具体形象性”4。因而在教学方法上就应该以直观、形象的教学方法为主，同时也应注意教学要既符合儿童的接受能力，又要促进儿童的进步发展。 二、信息技术与小学科学课整合中存在的问题 1为“整合”而整合 为“整合”而整合是目前存在的最大的问题。如：在小学科学学科的评优课与公开课中，常常把是否使用了多媒体当作评分中非常重要的一项，用了就有分，没有使用就没分。这就导致一些教师为了“整合”而整合，信息技术手段根本没有在教学中发挥应有的作用。小学科学课程标准明确指出，“现代教育技术的运用不是为用而用，首先必须是为教学内容服务的，是教学过程与方式的有机成分，只能在必要的时候、采用恰当的形式进行，千万不要滥用。”另外，还有很多教师不清楚什么样的教学内容适合整合，为什么要整合，要怎样整合。 2对“整合”的理解走入误区 对“整合”的理解走入误区，也是当前小学科学课与信息技术整合中存在的一个非常明显的问题。如：有些教师认为只要在科学课中使用了多媒体计算机就是进行了与信息技术的整合。信息技术与小学科学整合是指：“信息技术主要作为一种工具、媒体和方法融入到教学的各个层面中，运用教学设计的方法将教师、学生、内容、媒体系统地加以考虑，使学习内容的组合更加合理、清晰，课堂教学结构的设计更加优化”5，整合的目的就是要实现小学科学教学的最优化。如果仅仅把使用了多媒体计算机当作信息技术与小学科学整合，而不对是否该用、在什么时机用、如何使用等一系列问题进行考虑，是不能达到优化教学目的的，当然也就算不上是与信息技术整合了。 3过分强调“亲历”的“不可替代性” 小学科学课十分注重学生的亲身经历与主动探究这是不争的事实。“探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。”6但是，“只强调亲历科学，而不去指导学生借助替代经验去学习、认识规律的极端行为，是对探究式教学的一种误解”7。小学生不可能像天文学家那样长期深更半夜地去观测天象；也不可能像地理学家那样跋山涉水地考察地质地貌。在科学课上不可能做到事事由学生亲自经历、体验和探究。况且，有些内容也是在现有条件下不可能让学生亲历的，也正是这些内容为小学科学课与信息技术的整合提供了一定的空间，比如：人体消化系统、眼睛的科学、光合作用等。再者，如果过于强调“亲历”的“不可替代性”，新技术的应用就必然会因为这个观点而被耽搁。所以在科技高速发展的今天，我们要时刻关注信息技术的发展，大胆地尝试使用，在先进的教学理论的指导下，真正地让信息技术去替代一些，拓展一些，以达到教学的最优化。 4教师整体的信息素养水平不高 教师整体信息素养水平不高，在实际教学中应用信息技术的意识不强，这也是当前小学科学课与信息技术整合中存在的一个很大的问题。教师是小学科学课的实施者，是课堂教学的组织者，是现代教育信息技术手段的使用者。聚焦小学科学教学，必然要聚焦小学科学教师。教师只有熟练地掌握现代信息技术，才能更好地驾驭信息技术进行课堂教学。小学科学教师的信息素养水平与应用信息技术的意识直接影响着小学科学课与信息技术整合的效果与进度。 三、信息技术与小学科学课整合的实施原则 针对当前在整合中出现的种种问题，教师要在教学中合理恰当地使用信息技术手段，需要一定的实施原则作为指导。 1以教学理论为指导 信息技术与小学科学的整合必须以教学理论为指导。教学理论的核心问题是“怎样教才是有效的”8，它是对实际教学的有效指导。教师在进行教学设计时要在理论的高度上，从教学思想到教学方法、教学媒体，从传授知识到发展技能、培养情感，进行认真的理论思考。正像卢梭在爱弥儿中指出的，教学的“问题不在于教他各种学问，而在于培养他有爱好各种学问的兴趣，而且在兴趣充分增长起来的时候，教他研究问题的方法”。只有在理论的指导下，信息技术与小学科学整合才能更加有效。 2以教学内容为依托 信息技术与小学科学的整合必须以教学内容为依托。教学内容是开展教学的物质载体，而学科教学与信息技术的整合时刻不可能脱离教学内容。教育内容“是构成教育活动的基本要素，是教育者和受教育者在教育、教学活动中进行交往沟通的中介，是实现教育目标的根本保障，也是选择教育途径、形式和方法的重要依据。”9在教学内容与学生发生关系之前，教师必须考虑教学内容的具体的实施方式。 3以学习预期为指向 信息技术与小学科学课的整合必须以学习预期为指向。学习预期是教学活动的出发点和最终归宿。学习预期一经确立，就会对教学活动产生影响。教学活动是为达到学习预期而开展的，因而，教学就要以学习预期为指向，根据学习预期进行教学设计，选择教学方法和适当的教学媒体。信息技术与小学科学学科的整合，更要以学习预期为指向，因为只有这样才能保证通过教学活动能够达到即定的学习预期。 4以学生特点为依据 信息技术与小学科学课的整合必须以学生特点为依据。“学生是科学学习的主体”10，这就要求我们必须考虑学生的身心特点。只有当学生具备了一定的心理结构，才具有学习一定知识的可能性。小学是儿童学习掌握各种科学文化知识、培养学习情趣的起始阶段。儿童在小学阶段的身心发展又具有不平衡性、顺序性、差异性等特点。教学活动开展、教学媒体选择、教学内容的呈现方式等必须符合儿童的身心发展特点、符合儿童的接受能力。 5以可行性实施为宗旨 信息技术与小学科学课的整合必须以可行性实施为宗旨。信息技术的作用只是“辅助”教学的手段之一，而不是惟一的手段，更不是最终的目的。在小学科学课堂上，信息技术不是万能的，它无法代替传统实验操作，既嗅不出气味，也摸不到手感。但是有些内容只有利用信息技术，学生才能更快地构建新的认知结构，获得最佳的教学效果。信息技术在教学中的应用又将耗费设计者、制作者一定的时间和精力。因此，在信息技术与小学科学教学的整合中，必须考虑实施的可行性问题。我们的目标是：用最小的代价，获得最大的收获，取得最佳的教学效果。 四、信息技术与小学科学课整合的实施途径 在一定的实施原则指导下，教师要恰当地运用信息技术手段进行教学，并且必须明确信息技术与小学科学课整合的具体途径。 1创设情境、激发兴趣 兴趣是推动学生学习的动力之源，信息技术手段能够创设生动的教学情境，从而激发学生学习科学的兴趣。夸美纽斯在大教学论中指出“应该用一切可能的方式把孩子们的求知与求学的欲望激发起来”。信息技术可以融视觉、听觉于一体，把文字、声音、图形、图像、影音、影像、音频、视频等信息以动态或静态的形式展现在学生面前。这些形式多样的信息对学生具有很强的吸引力，能使学生尽快进入教师所创设的学习情境中，在探究的情境中提出问题。迫切的探索欲望必然激发出学生浓厚的学习兴趣和强烈的学习动机，引导他们在接下来的假设、实验与交流中进一步探究。如：以食物链为例。由于食物链的内容不适合开展实验研究，动植物之间的食物链联系无法在课堂上通过实物观察得出，传统的教学方法很难激起学生探究的兴趣，运用信息技术手段就能很好地解决这一问题。在教学这一课日寸教师设计并利用了CAI教学课件，屏幕上出现一片金色的稻田，稻冥虫正在吞噬着绿油油的禾苗，一只青蛙眼看将把它作为一顿美餐，不远处却有一条黑蛇吐着红芯，在稻田里窜来窜去，很快将向青蛙发起攻击。突然，一只巨鹰从天空俯冲下来，以迅雷不及掩耳之势向蛇扑去。通过这样的情境创设，引导学生思考水稻、害虫、青蛙和蛇、鹰之间的食物关系，从而自然进行食物链的研究。11 2虚拟实验 虚拟实验即是运用信息技术手段来模拟自然实验，它是“对实验教学的有效补充”12。由于小学生的年龄比较小，好奇心强，敢于尝试，因此，教师在设计教学实验时，必须对学生的安全问题进行考虑。此外，小学生手的发展还不充分，对细微事物的感知性差，控制能力也差，为其动手实验造成了一定的困难。通过虚拟实验能够解决在小学科学课中进行实验的种种困难。教材中的许多活动与实验，都可以通过信息技术达到比较理想的教学效果，避免学生在实验中出现安全隐患，同时也能提高实验的效率与准确性。比如：在教学电学这部分内容时出现了这样一个难题：有的孩子电路图是画得成功的，理论上应该能够让灯泡亮起来，或者能让一个三线开关发挥作用，然而由于自己实际操作技能的欠缺，导致电路不能工作，孩子无法很快判断是自己的电路图出了问题，还是自己的实际连接出了问题。这时教师便应用虚拟实验室，让“孩子先把自己的电路图在虚拟环境内完成连接，看看是否是电路图的问题，之后，在检测电路图无误的情况下再进行自己实际连接，这样便可以直观地判断出是否是自己连接上的问题，从而进行下一步的探究。”13此外，对于避免在实验操作中因违规操作而导致的不良结果方面，运用信息技术的虚拟实验也可以获得到较好的教学效果。 3信息的收集与处理 在小学科学教学中，把信息技术作为收集信息、处理数据工具早已被接纳并使用。计算机具有运算速度快、数据呈现方式多样、呈现结果清晰等优势。同时，计算机与网络相连，又可以在内容丰富的互联网或者特定的资源网中畅游，信息技术作为学生的学习工具和教师的教学工具使这一特色在此得到充分体现。但在教学中也存在一些值得注意的问题：不少学生仅仅是对资源进行简单的收集、拷贝、粘贴，很少进行自己的分析、整合和加工，更不用说做出有创造性的作品。这样非常不利于学生高级思维能力的发展。教师不应引导学生收集大量的简单信息，或者只是对所收集的信息进行一些简单的处理；而要引导学生快速地收集可用的信息，并对信息进行加工处理，锻炼其运用自己的判断力和创造性来解决问题的能力。 4模拟仿真 随着信息技术的发展，计算机在教育教学中的运用越来越广泛，模拟仿真技术在小学科学教学中的应用就是一个新的发展。知识依赖于具体情景，脱离具体情景的抽象的枯燥的知识对学生来说是没有任何吸引力的，因此，建构主义的学习模式提出从现实情景中学习。在小学科学教学中，有些教学内容很难满足学生亲身经历的需要，运用信息技术模拟现实世界的真实环境，使得学生如同身临其境，这对知识的建构是很有好处的。模拟仿真的教学情境，既能使学生直观地感受、观察到事物的模拟图景，同时又能节省宝贵的教学时间和教学投入。例如：地球从形成至今已有近50亿年，一些地质事件发生、发展过程是漫长的，如：板块的运动、岩石及化石的形成等动辄百万年、千万年甚至上亿年。与漫长的地质历史相反，另一些地质现象的发生和岩矿的形成却是快速完成的，如：火山喷发、地陷、泥石流等现象的发生是迅速的，以往在短短的45分钟教学中让学生体验“漫长”和“瞬间”只有靠教师的表述、学生的想象。如果能通过模拟“快放”和“慢放”其发生过程，定能提供清晰的感性认识。再者，自然界地质现象具有惟一性和产物的不可再生性，因为其形成条件和环境一直不停地变化，没有完全相同的重复。但是通过模拟就可以“再现”这些地质现象和产物的形成。 5数字化教学实验系统 数字化教学实验系统是信息技术与小学科学教学整合的新兴的研究领域，具有很大的开发空间和应用前景。数字化教学实验系统一般包括三个组成部分：传感器(探头)、采集器和计算机软件。在使用中，传感器与采集器连接，采集器与计算机连接，传感器直接或间接地与被测的物体或物质接触，将获得的数据传到采集器，再从采集器传到计算机，计算机软件将数据生成数据表、图或者曲线。也有的设备不需要连接计算机，将传感器与采集器相连，在采集器中就可以呈现测量的数据。某教育科技有限公司开发的一套数字化教学实验系统中的传感器包括声音传感器、磁场传感器、温度传感器、速度传感器、压强传感器等十几个传感器。这些传感器的测量灵敏度高，并支持连续多次的数据采集。同时，它的操作又非常简便，小学生很容易掌握，在小学科学课的实验教学中可以发挥很好的作用。它将看不到的现象用精确的、可视化的图像、图表或曲线表示，使学生可以清晰地看到数据的变化。但是就目前而言，数字化教学实验系统的开发与应用还处于起步阶段。由于科研开发经费投入很大，实验设备的价格也比较昂贵，普通小学很难接受，从而影响了设备的投入与使用。一些小学科学教师也注意到了