在虚拟互动中落实探究.doc

I/Space S 宇宙Science在虚拟互动中落实探究宇宙Science网站的设计与应用容梅 广州市天河区教育局教研室 510640宇宙天文部分的教学一直是地理课程中的难点，在新课程改革理念的要求下，如果还是采用传统教学手段，要想落实探究更是难上加难。要解决这一课程难点，必须采用新的教学手段去尝试才行。宇宙Science网站的建设与应用就是在这样的思考中，逐渐成形的。一、建站缘起：问题1：课程设置与学生认知水平之间存在断层，地理的入门课程地球与地图、宇宙成了“拦路虎”。新课程实施以来，我们感到新课程标准对于普通中学的一般学生而言是比较难的，例如学生要在初中二年级才学坐标，而在初一地理就要学经纬网定位；高二数学才学球面几何，可是地理课在初一和高一就要接触极地地图了，并要求学生学会比较复杂的推导换算，如时差的推断，地图的判读等。这需要学生具有良好的空间思维能力并能灵活思考。另外，根据我们的调查问卷结果显示，大多数初一同学希望通过地理课能够学到更多的人文知识，对那些等高线、等温线感到惧怕和不感兴趣。学生相应学科知识的缺乏和兴趣的不足，地理的入门课程地球与地图、宇宙变成了 “拦路虎”、一块难啃的硬骨头。事实上，地理学要求学生在脑海中具有基本的地球模型：由经纬网构成的、易于定位和描述相互位置关系的模型。在自然地理的学习中，地球的自转、公转及姿态成为影响地球表面自然地理事物成因的关键，此时这一模型不再是孤立单独存在的，而是运行在一定的系统中的天体。海陆的分布和各个圈层的认识，促使同学们在脑海中将地球模型进一步完善，在经纬坐标的基础上，将地球表层的面貌覆叠上，经纬仪就变成了地球仪。所以，空间概念的形成从地理学习的一开始就是最基本的。不想办法解决这些难点，就会影响到其它内容的理解。问题2：人类在形成唯物的宇宙观过程中的痛楚与希望。北宋苏轼有诗曰：“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”而人类相对于宇宙来说，如白驹过隙，短暂而渺小，所以难怪人类在认识地球以及宇宙的过程中经历着这样或那样的坎坷，日心说与地心说的斗争，是人类宇宙观发展过程中的最大痛楚。尽管如此，浩瀚而璀璨的星空对于人类来说却又充满了神奇的魔力，我们渴望了解其中的奥秘，我们从未停止探索；在现代，航天科技的发展，信息技术的介入，遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）的广泛应用，数字地球概念的建立，给人类形成新的宇宙观带来了又一契机，同时也给地理课程注入了新的活力，传统的教学内容和手段已经很难满足当今学生的需求了。二、建站思想 1、在学习方式上借助理科的教学模式 地理是一个综合性很强的学科，在大学属于理科，在中学却属于文科，虽然这个现象让人啼笑皆非，但我们只能接受。在“最美丽”的十大物理实验评选中，地理学鼻祖埃拉托色尼测量地球圆周长，以及物理学家米歇尔傅科钟摆实验（说明地球是在围绕地轴自转）两项榜上有名。由此我们得到启示：对那些难以理解的天文地理教学内容应该借鉴理科的教学模式在实验中探究，这对于宇宙天文部分的内容来讲，是一种学科的回归。但由于是课堂教学，不可能做大时间跨度的实验，所以我们只能主要采用虚拟实验来解决，这就要用大量用到电脑和网络。 2、在教学设计思想上借鉴建构主义的支架理论 维果茨基主张学习的过程是由教师根据学习者背景知识安排提供一个暂时性的支持来协助学生发展学习能力，这个暂时性的支持可能是一种教学策略或教学工具，随着学习者能力的提升，教师会逐渐将学习的责任转移到学生身上，最后让学生能主导学习。针对课程设置与学生认知水平之间存在的断层，我们在实验中尽量设计详细的步骤，搭建学习的支架scaffolding，使学生能够顺利地达成学习目标。3、在教学手段上借助信息技术的新发展，实现虚拟仿真互动虚拟技术的大量运用，加之网络中Java applet、Flash、Shockwave等互动媒体的丰富资源，为我们建立一个地理的虚拟实验室提供了有力的支持，使基于网络的互动课程的实施得以实现。三、网站表达1、对传统教学内容实现了深度和广度上的拓展和超越。宇宙Science网站中的互动程序与互动课程的设计是以建构主义尤其是脚手架理论作为其理论基础的。教师通过电脑与网络来提供不同阶段的学习脚手架（互动程序），并模拟相关的学习情景（脚手架策略），让学生在理想的学习情景中与电脑进行互动，促成学习者的自我反思，逐步地建构出知识的意义与内涵，并能顺利完成不同阶段的学习任务。那些在传统教学中无法讲懂讲透的、“似是而非”的教学难点迎刃而解，学生在对学习内容产生浓厚兴趣之余可以进行更深层次的探究，而非仅仅是在被动的事实与规律的片段资讯中获取和记忆。可以说，它对传统教学内容实现了深度和广度上的拓展和超越。2、学习资源专题式呈现，按需取用。在这个网站中，我们建立了一个与新课程标准密切相关的课程学习资源中心，其中包括相应的学习活动区（互动实验区）、学习方法指导区和课外阅读区，还有随时可供查阅的课程标准、教学设计。并涵盖了小学科学、初中、高中地理的有关内容。在这个网站中的程序全部提供了下载连接，教师或学生根据需要下载安装后，进行虚拟实验。对于原来是英文的JAVA插件进行了翻译，并提供了详细的使用说明，教师可以根据需要设计符合自己学生的实验步骤，网站中提供了许多这方面的范例。3、仿真模拟，互动探究，以“短”见“长”，以“小”显“大”。这就是虚拟实验的优势，在本网站中，我们提供了这方面的教学范例。下面是这些范例的简单介绍。范例1：观察地球的自转方向实验玩转地球 传统教学手段：用地球仪来演示。往往遇到地球仪的地轴转动不灵，即使能顺利地在一直转动中让学生观察地球自转的方向，也因为周围复杂环境的影响，使学生怀疑或不能确认自己的观察所见。教师在演示时常有力不从心之感。但使用Winglobe进行观察，可以即刻帮助学生排除干扰，并在1分钟内对地球的自转方向有深刻的直观认识。虚拟实验手段：应用Winglobe三维地球仪软件。将地球仪拖动至如下图所示位置，点击右键，在“选项”中选择“旋转”，设置为每12秒旋转1度，点击应用，使地球仪旋转起来，观察并记录：记录： 从北极上空（左图）观察地球自转的方向是 时针方向记录： 从南极上空（右图）观察地球自转的方向是 时针方向范例2：观察晨昏线的位置（软件Winglobe；虚拟实验室为学生提供了多种学习途径） 方法1：启动Winglobe ，改变系统的时间设置为：3月21日、6月22日、9月23日、12月22日，仔细观察晨昏线的位置。操作方法：在电脑屏幕的右下角双击时间，出现下面的对话框，改变相应的时间即可。提示：特别注意观察南北两极地区白天黑夜情况。晨昏线：昼与夜的分界线,与太阳直射光相垂直. 思考并回答：造成这种现象的原因是什么?并随之产生什么其他的地理现象?方法2：用 Earth Viewer软件，观察3月21日、6月22日、9月23日、12月22日晨昏线的移动情况。步骤1：利用日期和时刻按钮改变为你需要的时间。按Reset to Current清除钮可以恢复当前日期和时间，也就是在你的电脑中被固定的当地时间。步骤2：当你点击Animate按键，影像将被激活。Daily展示每十五分钟地球晨昏线变化情况，Seasonal展示每7天地球晨昏线变化情况. 范例3：四季的形成（地球的运动Flash动画）四季的形成变化周期漫长，我们无法将其全过程在课堂上展示出来，运用电脑模拟可反复观察春分、夏至、秋分、冬至等四个季节时刻的瞬间特征，教学难点迎刃而解。学习活动设计如下：点击地球的运动，至画面仔细观察南北回归线之间各地每年被太阳直射 次。填写下表：春分日夏至日秋分日冬至日日期太阳直射点位置北半球昼夜长短提示：昼弧越长白昼时间越长，反之亦然。范例4、在宇宙中穿行，探索天体的奥秘（Starry Night pro 4）为了提高学生的兴趣，地理虚拟实验室还提供了Starry Night pro 4，这是一个很漂亮的虚拟天文软件，晨昏蒙影、斗转星移、日食月食、九星联珠、彗星回归、深空天体、宇宙穿行等等景象都可在这套天文专业软件中实时虚拟得到。我们把针对Starry Night 的应用而开发的MiniQuest学案放到网上，通过“真实的天文事件引入基本的软件操作学习模拟该事件的天象 扩展探索的模拟活动形成解释运用”这一探究模式，成套地开发了网络学案。如学习日食的过程设计：欣赏2001年6月21日在非洲赞比亚首都卢萨卡拍摄的日食影像；Flash动画指导学生学习Starry Night的操作；模拟当时的日全食过程和2008年即将在北京发生的日全食过程；日食时，将自己放到太阳或者月亮的位置，观察日食发生时3个星球的位置；得出结论，是月球挡住太阳的光形成日食；迁移前面的学习，模拟月食，探究月食的成因。通过这样的学习和辅导，学生能通过这样的虚拟软件自主探究天文奥秘，取得了良好的效果。四、网站应用效果1、培养了高级思维，为理解而学，为理解而教，把探究落到了实处。通过互动的多媒体活动程序为学生提供学习活动的脚手架，使学习者能够进行比较复杂的学习活动，投入到高级的思考和问题解决活动中去，这些活动在没有帮助的情况下是达不到如此高度的，也使“探究”真正成为学生的学习方式。经过精心设计的互动的活动程序与传统的课件不一样，它不是教师“教的工具”，而是学生“学的工具”。它主要通过交互的活动，把关注的焦点集中于地球与宇宙的空间概念和关系上，使学生借助于可视化的模拟来探究其内在规律。因此，与单纯的“做中学”不一样，它强调的是在理解的基础上的“做中学”，最后使学生能达到“理解地理规律”这一最重要的新课程标准的要求，真正实现“为理解而教，为理解而学”。2、