基于信息技术的科学探究学习

基于信息技术的科学探究学习江苏 陈 建内容摘要信息技术的最大教育价值在于使学生获得学习上的自由，为学生的探究和体验提供更为便利的条件。有意识地利用相关的信息技术手段来支持学习，是构造信息时代科学教育方式的必然选择。本文分析了信息技术在科学探究学习中的探索资源、工具软件和交流平台作用，并探讨了基于信息技术的科学探究学习的一些基本模式。20世纪80年代以来，科学探究学习受到世界各国的普遍重视。现代信息技术的迅猛发展则为学生的探究和体验提供了更为便利的条件，网上资源是科学探究学习的重要研究探索材料，工具软件构成了探究学习的辅助研究工具，网络平台提供了探究学习过程中的交流管理工具。在信息时代探究学习的发展必须要得到以计算机和网络技术为代表的信息技术的支持。一、信息技术促进学生探究学习的意义1.倡导探究学习是科学教育改革的必然趋势发展学生的科学素养离不开科学的学习过程。倡导科学探究学习是当前国际科学教育的发展趋势，它要求通过设置有利于学生主动探究学习的环境，并提供适当的指导与帮助，让学生从提出问题出发，依靠设计实验，系统观察，搜集、分析、解释信息，做出结论，表达与交流等过程，进行学习。我国基础教育新课程标准明确提出了“科学探究是科学学习的核心”， 科学学习必须以“科学探究”为主要方式。学生在积极地从事科学探究的过程中逐渐对自然界有所认识、对从所亲历事物中产生的一些实际问题进行探究，是科学教育所要采取的主要做法，应该尽可能地提供机会让学生在他们力所能及的范围内从事科学探究。这顺应了国际科学教育的潮流。2信息技术促进了科学课程资源的统整和优化信息技术包括多媒体计算机、网络及各种工具软件。在现代信息技术支撑的学习环境中，学生面对的是一个汇集了大量数据、资料、教学软件等构成的学习资源。信息技术促进了科学课程资源的统整和优化，它对科学课程资源呈现方式的影响是根本性的，表现在：(1)超文本技术突破了传统教学内容的学科逻辑结构，便于学生自主搜寻、检索、分析、组合与探究，为知识的获取和保存提供了极大的便利；(2)网络技术极大地丰富了科学信息资源，课程资源更开放、与实际问题及现代科技发展联系更密切；(3)多媒体技术优化了科学知识的呈现方式，能满足学习者视觉、听觉等多种感官的需要，最大限度地调动学生非智力因素和感知活动。(4)信息技术所具有的高度交互性，更便于学生自主学习、交流合作，能适合学生个性发展的需要、形成民主和谐的师生关系。科学探究学习的开展正需要这种具有网状结构及超文本性和多路径的随机交互性的课程资源来支持。3信息技术为探究学习的实施提供了物质基础信息技术为探究学习的实施提供了更易于实现和操作的物质基础，主要表现在：首先，因特网上的关于自然、生活以及各学科信息资源丰富，学生可以十分方便且相对独立地查询和获取知识；其次，基于网络的搜索引擎、相关的计算机软件工具(如几何画板等)及虚拟功能等，构筑了数字化探究实验平台，为学生提供了知识构建和创作实践的辅助工具；再次，基于网络的教学支撑平台，特别是基于Web的协作学习平台，为探究学习提供了协商学习和交流讨论的通讯工具、自评互评的学习反馈工具。信息技术作为学生学习、探究问题的工具，潜移默化地改变着学生的学习习惯与学习方法。二、信息技术在科学探究学习各环节的运用信息技术作为学生获取信息、探索问题、协作解决问题的认知工具，其作用表现在探究学习的各个环节：(1)创设情境的手段运用多媒体技术对视频、图像、录音、图片等多种媒体信息的集成和再现功能，结合传统媒体的现场展示，能优化科学教育问题情境的呈现方式。例如，开展“电磁感应”教学活动时，可通过充分、合理地运用多媒体技术来展示现代生活与电能的实景(火力、水力、风能、核能等各类电厂，现代生活对电能的依赖等)及运用手摇发电机产生出电能的实验情景，以此引发学生对情景中隐含问题的思考。(2)发现问题的桥梁问题发现是科学探究的关键。在科学探究中，问题的发现与再发现贯穿整个科学探究的学习活动，它是探究得以持续进行的最活跃的因素，在不同的探究阶段，信息技术对于“探究中的发现”起到了宝贵的支持作用。海量的信息，充分的交互，可以帮助学生进行头脑风暴、发散思维，帮助他们从不同的角度发现问题，形成多重假设，形成认知冲突与多重解释，并进行较为充分的质疑与批判，同时在此基础上作出判断与分析，对问题进行优化选择。信息技术还有助于学生的视野从教材转向广阔的社会现实问题，如：中国科普城()、中国科普 （）等均含有丰富的资源，学生在有关网站上看到酸雨的资料时，会在学习二氧化硫性质、硫酸工业制法等化学课上提出有关问题，尤其是酸雨的成因、化学成分及化学反应原理等，从而产生探究的欲望。(3)探索材料的源泉科学探究学习中，学生利用各类搜索引擎，搜集众多资料后，通过初步筛选，积累与研究主题相关的信息，能有效地帮助他们解决问题。网络资源为探究学习提供了研究、探索、实践的材料，是探索知识的信息源泉。例如，学生对“酸雨”、“家用电器的电磁辐射污染”等STS类课题的学习过程中，通过从科普网站搜集到的资料为基础，进行探究，真正成了学习的主人。网络拓宽了学生获取信息的渠道和范围，其无穷无尽的信息海洋为学生提供了一个充分广阔和自由的空间，为个性化、自主及交互式的学习提供了实施的舞台，使生动、活泼、主动地学习得以进行。为使探究更有效地开展，教师必须适度组织信息资源。(4)问题解决的工具一些工具软件能直接辅助学生进行探索、研究，如“几何画板”可以辅助学生对力学、光学等问题进行研究与探索，电子表格软件可以帮助学生从大量的数据中发现问题、研究问题并寻找结论；此外，网络虚拟实验环境也可以提供一些学生在现实中无法体验的情景，可以帮助学生就一些需要进行实验而缺少实验条件和实验环境的探究学习内容提供帮助。(5)学习讨论的平台学生在探究学习的过程中尤其需要相互交流，如探究学习中经常采用小组合作研究组织形式，各小组间可利用网络技术的BBS和电子邮件实现网上交流。(6)成果展示的窗口表达与交流是整个探究学习中的一个不可缺少的组成部分，是学生形成正确概念、得出科学结论的阶段。信息技术有助于学生提高科学学习效率并提高学生表达探究成果的质量。学生可使用Email形式将自己的成果发送给自己的师长、友人；可以用Word将成果打印出来形成小论文；也可以将其做成主页的形式，进行广泛的网上交流；还可以用Powerpoint制作成电子投影片在课堂中与班级同学深入交流。三、信息技术环境下的探究学习的基本模式1 基于资源的自主学习模式信息技术能提供多样化的学习资源。学生在信息技术的带动下，自主地参与学习，通过对资源进行发现、分析、思考、探究，在解决问题的过程中，掌握分析和解决问题的步骤。他们可以根据各种不同的知识需要，利用信息网络所提供的与学科知识内容相关的信息去获取必要的知识，而教师则通过网络技术把相关学科知识在各种信息窗口中展示，供不同能力层次的学生获取与收集各自所需的拓展性和延伸性的学习资源，一些触及现代科技的问题如“纳米技术”、“克隆技术”等都可采用这一模式。如围绕“磁悬浮列车探秘”这一主题，学生可以就“磁悬浮列车构造、原理”、“磁悬浮列车的历史现在未来”、“磁悬浮列车的经济文化价值”等不同角度发现问题、开展探究，并以电子作品的方式表达探究结果，表达自己对知识的理解。这种学习模式的核心不仅仅是让学生学会知识，更重要的是使学生掌握学习与研究的方法、手段与工具，真正成为学习的主人,使学习活动成为一种兴致勃勃的知识探究过程。2.基于工具软件的问题探究模式借助于多媒体技术和工具软件，创设虚拟仿真环境，可为学生探究和体验提供条件，学生能在动态情景中观察现象、读取数据、探索和发现研究对象之间的数量变化关系。我们可以在物理教学过程中尝试让学生利用“几何画板”、“仿真物理实验室”等软件，在教师指导下研究问题。如面镜(平面镜、球面镜)成像规律、光线通过玻璃砖与三棱镜的传播特点、观察水中物体（视位置及轨迹）、光学元件成像观察范围、与折射(全反射、色散)相关的光学小实验等，都可以让学生利用工具软件在探索中学，从而对所学内容有更深层次的理解。信息技术还可以让学生进入原子、基因等微观世界以及海洋、宇宙等宏观世界，如学生可以通过模拟的扫描隧道显微镜，观察原子的存在，使他们有可能像科学家那样进行科学研究，从而使学生获得进行科学技术活动的经验。又如，通过传感器、数据采集器，可将各种物理特性如运动速度、距离、温度和压力等传输到计算机，并借助数据处理软件对数据进行处理、分析，获得结论。学生通过运用信息技术来思考、来学习、来创造，主动发现、探索，使学习过程呈现一种新景象。3.基于网络通讯的协作学习模式基于网络通讯的协作学习就是利用网络环境的沟通工具，如BBS、电子白板、可视化会议室，共同去完成某项学习任务，它可以是问题解决，也可是专题研究，还可以是个案设计。对于学习者来说，协作学习使他们拥有弹性更大的自由时空，学生可打破班级建制，他们既可获得身边人的合作与帮助，也能得到更大范围内志同道合的朋友与导师。协作学习既在学生与学生之间进行，也在教师与学生之间进行。学习过程中，学习者必须将其探索、发现的信息进行合作、探讨，甚至竞争、辩论，在交流对话中完成学习任务，这对于培养学生的创造能力、创新能力、探索精神、合作精神非常重要。但要发挥协作学习在教学中的作用，必须充分体现建构主义学习理论：教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终有效地实现意义建构。如以“从电冰箱到臭氧层”为主题开展课题探究，它涉及到电冰箱的工作原理、氟利昂的物理性质与化学成分，氟利昂中某些物质与臭氧的作用，臭氧层与人类的关系，人类应采取的对策，无氟冰箱的制冷机理等。这些涉及到物理学、化学以及环保科学知识的研究，采用探究学习与网络技术结合起来的协作方式进行能取得更好的效果。四、运用信息技术促进科学探究学习的注意点1 具体模式与学习内容相结合应用信息技术进行探究学习只是众多教学模式的一种，教学媒体、学习方式的选择必须与具体教学内容相结合、以改善学生的学习为目的，切忌为使用技术而使用技术，只有让信息技术服务于课程，将“虚拟”体验感与真实体验感相结合，学生才能在多元的学习情景中有效地实现信息交流与认知方式的多元化。2探究能力与信息能力相结合科学探究学习以转变学生的学习方式为目的，强调培养学生主动探究的能力和创新能力，着眼于学生终生的发展。信息能力（信息的获取、分析、加工的能力）则是当今社会人才所必须具备的基本素质。信息技术与探究学习的整合，可使学生获得学习上的自由，通过利用各种学习资源，去主动建构知识。教学中要让学生掌握“如何学”的能力，即不仅学会探究的方法，而且要掌握获得知识的工具和根据认识的需要处理信息的方法。3自主性与引导性相结合现代信息技术的开放性和丰富性，给予学生以选择信息的自由、选择学习时间的自由，为学生的自主学习创造了极为有利的条件。探究学习中强调由学习者自主发现、探索、分析和处理信息，但考虑到学生实际情况和探究学习内容，在科学教育尤其科学课堂中，教师应及时向学生提供使用信息技术的指导，向他们提供“航标”或采用相对有限的资源库（如光盘数据库、局域网），使之能够有效地围绕某一专题或某一项目进行探究学习活动，从而“学会学习”。4信息技术与传统手段相结合信息技术进入科学教育领域，扩大了学生思维和探索的空间。但传统与现代，各有所长。科学探究学习中，传统手段仍然大有用武之地，挂图、模型、标本、实验能够以直观、具体的形象给学生以较强的感性认识，应鼓励学生亲自调查、实验、制作，善于用简单的工具测量、实验、记录数据、绘制图表、制作简单的模型，这对培养学生严肃认真的工作态度和正确规范的操作技能是必不可少的。所以，科学探究学习中要把传统技术与现代技术进行科学的优化组合使用，过分依赖一种技术是不可取的。五、结语基于信息技术的科学探究学习是以学生为主体的教学模式，它重视探究过程中学生的体验。学生的学习过程不再是被动的，而是转变为主动参与，积极探索，不断建构和不断整合自己的认知结构；教师的作用在于指导、点拨，在于“导”；各种教学媒体也掌握在学习者手中，成为学生获取知识信息、掌握技能的认知工具和交流讨论共同进步的沟通工具。学生在探究活动中获得的不仅仅是知识，更重要的是学会了学习与研究的方法、过程与手段，这是一种终身学习能力，能为他们的长远发展奠定坚实的基础。在信息技术与学科课程进一步整合并且信息技术日益变得易用的今天，相信这一学习模式将受到越来越多的有识之士的关注。参考文献：1. 黄荣怀，网络环境下的研究性学习（上），中国电化教育2001，(1)2. 黄荣怀，网络环境下的研究性学习（下），中国电化教育2001，(2)3.