基于網絡環(huán)境的探究式教學模式的研究和實踐

1、高中物理探究學習教學設計的實踐研究李友興 摘要：以建構主義理論為依據，整合現代信息技術，從探究學習教學設計的內涵、硬件教學環(huán)境設計、軟件教學環(huán)境設計、探究學習教學過程設計、探究學習教學設計評價、探究學習的教育功能等方面對高中物理探究學習教學設計進行詳細的論述，并通過實例進行分析。 關鍵詞：現代信息技術 高中物理 探究學習 教學設計 一、問題的提出普通高中物理課程標準指出：高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識與技能，培養(yǎng)其科學探究能力，使其逐步形成科學態(tài)度與科學精神。新課程把這一理念作為實施教學的基本理念。為了更

2、好地實現物理學科教學新理念、適應普通高中物理課程標準和新課程的需要，幫助學生從被動的學習者轉變?yōu)橹鲃拥膶W習者，在探究物理規(guī)律的過程中培養(yǎng)獲取和處理信息的基本科學方法和思維模式，在參與解決問題、參與決策、參與小組討論、參與學習評價的過程中，將所掌握的科學知識同他們從多種渠道獲得的知識聯(lián)系起來，并將所學的科學知識應用到新的問題中去，在學習過程中逐步形成科學探究能力。因此，有必要對新課程、新理念背景下的探究學習教學設計進行研究。二、探究學習教學設計的內涵教學設計是教學理論向教學實踐轉化的橋梁。所謂教學設計，是以獲得優(yōu)化的教學過程為目的，以學習理論、教學理論和傳播理論為基礎，運用系統(tǒng)方法分析教學問題、

3、確定教學目標、建立解決教學問題的策略方案、試行解決方案、評價試行結果和修改方案的過程。它包含教學設計的前期分析（包括學習背景分析、學習任務分析、學生分析）、教學策略設計（含教學媒體的選擇）、教學設計的評價（含教后的反思）等方面。探究學習教學設計是指：運用系統(tǒng)方法分析教學問題、闡明教學目標，建立基于現代信息技術、網絡資源，同時運用科學探究的方法（即學生用以獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家研究自然界所用的方法而進行的各種活動，包括觀察、測量、制作、提出假設、進行實驗、提出模型和交流），以幫助學生主動獲取知識、發(fā)展科學探究能力、形成科學概念、養(yǎng)成探索未知世界的積極態(tài)度的策略方案，試行解決方案

4、、評價試行結果和修改方案的過程。探究學習教學設計實質上是基于現代信息技術、網絡資源，將科學問題的探究引人課堂，使學生通過類似科學家的探究過程理解科學概念和科學探究的本質，并培養(yǎng)科學探究能力的一種特殊的過程。實施探究學習的目的是：不但使學生知道知識的結果和結論，同時懂得獲取知識的過程和方法，養(yǎng)成探索未知世界的積極態(tài)度。三、 探究學習的教學環(huán)境設計教學環(huán)境是學生可以在其中進行自主探究學習的平臺，是一個支持和促進學生學習的場所。建構主義認為，學生在豐富的學習環(huán)境下，充分利用學習資源，借助老師、同學的幫助，通過意義建構的方式而獲取知識。傳統(tǒng)的教室是學習資源和認知工具相對貧乏的學習環(huán)境，這種學習環(huán)境使得

5、學生的探究學習極為困難。而基于現代信息技術的學習環(huán)境（數字化學習環(huán)境）有充裕的信息資源和促進探究學習的認知工具。 1、硬件教學環(huán)境設計學校校園網由網管中心、主干網和各樓內的局域網組成，覆蓋整個校園。數字化教室與中心交換機實現數百兆連接，供學生上因特網用；配有多媒體教學控制系統(tǒng)、教師機；學生每人（或合作小組）配一臺多媒體電腦作為學生工作站，所有電腦均連接在學校的校園網上，成為學生自主學習的工具。 2、軟件教學環(huán)境設計軟件教學環(huán)境包括網絡資源庫和討論區(qū)，核心是校園網上的網絡資源庫。 2.1網絡資源環(huán)境網絡資源庫虛擬實驗室校園網上的網絡資源庫是一種基于網絡技術搭建的智能化平臺所支撐的、“豐富”的教學

6、環(huán)境。該教學環(huán)境結構圖如下： 教師背景資料庫 交流與反饋網絡資源庫網絡課件庫學生探究學習探究討論平臺智能習題庫 教學素材庫 交流與反饋探究學習案例庫學生相關網站圖一 探究學習的教學環(huán)境結構圖校園網上的網絡資源是一種開放型的學習資源，它包括電子教材、錄像資料、音頻資料、視頻資料、文字材料、網絡信息資源等。 教學素材庫為學生提供自學素材；網絡課件庫為學生或教師提供網絡課件；背景資料庫提供與教材內容相關的多媒體資料和指導性自學資料，以擴大學生的知識面，提高學生自主學習能力。虛擬實驗室備有演示性實驗、輔助性實驗、拓展性實驗、設計性實驗，設計實驗系統(tǒng)為學生提供一個展示自己才華的平臺。智能習題庫備有智能題

7、庫系統(tǒng)、智能考試系統(tǒng)，學生可根據自己的需要，選用不同內容、不同層次的習題進行自我檢測。探究式學習案例庫提供了一些有關學生探究式學習的案例供學生參考，將課堂內的探究活動延伸到課外的實驗、調查及其它學習活動，并從相關網站向外延伸到因特網。2.2協(xié)作學習環(huán)境校園網上的討論區(qū)校園網上“討論區(qū)”的設立，從根本上沖破了傳統(tǒng)課堂教學中教學時間和教學空間的限制。討論區(qū)包括學科論壇和在線答疑。教師與學生、學生與學生之間的交流，可以通過基于網絡環(huán)境的討論區(qū)來實現，最常用的是BBS論壇方式。其次，可以采用在線答疑的方式進行討論和交流。例如采用E-mail、ICQ等方式來實現討論和交流，它更適合于個別化學習。 四、高

8、中物理探究學習教學過程設計在長期的教學實踐和教改實驗中，我們將現代信息技術與高中物理課程加以整合，以培養(yǎng)學生的物理創(chuàng)新意識和解決實際問題的能力為宗旨，以學生自主學習為核心，以誘導型探究為主要學習方式，以學生自我評價和他人對學生評價相結合為主要評價方式，形成了探究學習教學過程設計。該教學過程設計的流程圖如下所示：自主探究提出假設測試反饋小結交流創(chuàng)設情景提出問題驗證假設協(xié)作探究 問 題 探 究 評 價圖二 高中物理探究學習教學過程設計流程圖該教學過程設計分以下幾個環(huán)節(jié)： 1、提出問題，創(chuàng)設情景教師通過不同的途徑和方式（如教師引導、學生之間的討論、師生之間的討論）激發(fā)學生提出科學的問題。接著，利用現

9、代信息技術創(chuàng)設特定的學習情景（如觀察、實驗、案例分析、研究圖片等），引導學生進入學習，同時提供解決問題所需的信息資料、實驗儀器。 2、提出假設，科學驗證探究學習教學設計的核心要素，是要求學生提出假設、設計探究方案進行探究，直至得出結論。這階段是自主探究階段，具體包括：（1）根據已有的知識、經驗或收集的信息作出比較合理的猜想、假設和設計探究方案；（2）由學生通過網絡訪問教師放置在校園網網絡服務器上的網絡資源庫。學生帶著問題或實驗方案通過網絡的必要幫助獨立進入教師設置的學習環(huán)境進行探究；或者通過現代信息技術與多媒體實驗輔助系統(tǒng)進行實時實驗探究，收集實驗數據。3、分析討論，得出結論這階段是協(xié)作探究階

10、段，具體包括：（1）對收集到的信息進行分析、鑒別、處理，得出結論；（2）對得出的結論作出科學解釋。在分析討論過程中，必要時可通過網絡的輔助進行網上協(xié)作學習。學生通過網絡的輔助，將各自的猜想、假設、實驗方案或得出的結論帶入網絡討論區(qū)進行交流，比較各小組的探究過程和思維結論，從中獲取成功的經驗和失敗的教訓，使自己的思維過程更趨合理。 4、小結交流，測試反饋（1）學生對各自的探究過程進行小結，陳述各自的探究結論或實驗現象與結論，并對各自的探究過程和結論進行反思、評價；（2）學生對他人的探究過程和結論進行反思、評價，提出建設性的意見和建議；（3）教師對本課的學生小結進行適當的補充、總結和評價，并讓學生

11、瀏覽網頁“小結”；（4）小結后，引導學生進入網絡智能習題庫，完成自我測試，測試結果由計算機網絡當即反饋給學生。這種探究學習教學設計不僅關注學生“知道什么”，更關注學生“怎樣才能知道”，在“讓學生自己學會并進而會學”方面下功夫，通過學生的主動參與、親身體驗促進學生對科學知識的“動態(tài)建構”。五、探究學習教學設計的評價探究學習教學設計的評價是指：以現代科學的教育思想、教育理念、教學方法、教學手段、教學目標為依據，運用科學方法，對教學設計方案進行價值判斷，并為以后的教學設計提供信息反饋的過程。教學設計的評價既有一般教學評價的共性，也有其本身的特點。探究學習的課堂教學設計評價主要是形成性評價，目的是獲得

12、教學設計方案的成功或失敗的反饋信息，對教學設計方案作出進一步的修改，提高教學設計方案的質量，真正實現教學過程的優(yōu)化；就教學評價而言，是對學習過程及其結果的評價。這種評價有利于促進學生探究技能的發(fā)展和自主學習能力的提高。對學生學習的評價是以學生的探究活動過程為重點，主要體現以下幾個方面 ： （1）主動性原則：學生在探究活動過程中主動參與的程度。 （2）實踐性原則：學生參與探究活動的深入和拓展程度、探究方案的科學性和合理性，以及開展探究活動的效率。 （3）創(chuàng)造性原則：學生的發(fā)展性學力和創(chuàng)造性學力是否提高。 （4）建構性原則：學生對所學知識的意義建構。對學生學習評價的目的是將學生的學習重心從過分強調

13、知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化，從學生被動接受知識向主動獲取知識轉化，學生在科學探究活動中通過經歷與科學工作者進行科學探究時的相似過程，學習物理知識與技能，體驗科學探究的樂趣，學習科學家的科學探究方法，領悟科學的思想和精神。六、探究學習的課堂教學過程設計案例分析下面以高中物理原子的核式結構為例來分析探究學習課堂教學設計的思想。（一）教學目標設計1、知識與技能：了解電子發(fā)現的過程和重大意義；知道湯姆生原子模型；知道a粒子散射實驗，說出其設計思想；知道原子的核式結構模型的主要內容，理解模型提出的主要思想。 2、過程與方法：初步具備實驗設計能力和抽象思維能力；具有理解和概括實驗現象的能力，邏輯

14、推理實驗結果的能力；體驗科學探究過程。3、情感、態(tài)度和價值觀：通過原子核式結構發(fā)現的教學，初步養(yǎng)成科學的世界觀、頑強的意志品質和實事求是的科學態(tài)度。（二）教學過程設計1 、提出問題，創(chuàng)設情景（1）問題的提出上課前播放背景音樂；上課后引導學生通過校園網進入背景資料庫學習有關情景資料，激發(fā)學生質疑。如：三項重大物理發(fā)現是怎樣發(fā)現的？三項重大物理發(fā)現具有什么意義？原子的組成問題是怎樣被提出來的？原子的核式結構是怎樣被發(fā)現的？通過瀏覽網頁呈現遞進式的問題，引導學生進入學習情景。（2）問題情景的創(chuàng)設學生學習的情景資料有：19世紀的最后十年中三項重大物理發(fā)現（X射線、天然放射線、電子）的音頻、視頻資料；近

15、代物理發(fā)展史實的音頻、視頻資料；核能釋放（原子彈爆炸、核電站）的音頻、視頻資料。2 、 提出假設，科學驗證這一階段是學生自主探究階段，學生帶著疑問進入自主探究學習網頁。該網頁由電子的發(fā)現、湯姆生模型、粒子散射實驗等三大學習任務組成。各個學習任務的學習內容如下： （1）電子的發(fā)現該學習任務主要是探究湯姆生怎樣對陰極射線進行研究直至發(fā)現電子及電子發(fā)現的意義。學習內容有：電子的發(fā)現（點擊“實驗裝置”，出現陰極射線實驗裝置模擬圖；點擊實驗裝置中的“開始”，播放工作原理、物理過程動畫）；電子是怎樣被發(fā)現的？為什么說電子是原子的組成部分？電子的發(fā)現具有什么意義？電子與帶正電的物質怎樣構成原子呢？電子質量很

16、小，原子的質量集中在哪里？（2）提出假設湯姆生原子模型該學習任務主要是探究湯姆生對原子結構的研究。學習內容有：湯姆生模型的提出及其理論，包括：文字材料和模型模擬圖；實驗驗證；實驗結果與假設的矛盾；該模型的成功和不足之處。（3）設計新的探究方案粒子散射實驗該學習任務主要是探究粒子散射實驗現象。由于粒子散射實驗無法用真實的實驗演示給學生看，通過多媒體網絡技術，這一難點迎刃而解。該學習任務有：實驗設計思想；實驗裝置模擬圖；實驗過程模擬；實驗現象觀察；實驗結果及分析，其中設置了4個層層遞進的問題，并配以動畫模擬演示。3 、分析討論，得出結論這一階段是學生合作探究階段，學生對自主探究過程中遇到的問題與與

17、老師或學生進行討論、交流，可以是面對面的交流，也可以進入網絡交流。通過分析討論，尋找物理規(guī)律。（1）粒子散射實驗現象與湯姆生原子結構學說間矛盾的研究該學習任務主要是通過研究粒子散射實驗現象與湯姆生對原子結構學說的矛盾來探究新的學說。（2）盧瑟福核式結構模型的構建該學習任務主要是探究原子核式結構模型的建立過程。學習任務有：盧瑟福核式結構模型提出的背景、依據及其理論；盧瑟福原子核式結構模型對粒子散射實驗現象的解釋；原子核大小的估計。4 、小結交流，測試反饋（1）小結交流：該學習任務主要是由學生對本節(jié)課研究的主要內容、研究的思路、研究的方法進行歸納和總結，形成結論。教師指導學生學習網頁“小結”。（2

18、）網上測試：針對本課所學內容進行練習，以鞏固和延伸所學知識。此外，有疑問的學生可以進入“疑難導學”網頁進一步學習，學有余力的學生可進入教學資料庫瀏覽教學資料，如有關湯姆生的資料、有關盧瑟福的資料等，還可以進入與本課題相關的網站進行學習。七、探究學習教學設計的教育功能教學實踐表明，與以灌輸、記誦、被動接受為特征的傳統(tǒng)課堂教學相比，探究學習教學設計在教師現、學生觀、學習觀和評價觀上均體現了獨特的見解和主張，具有新穎而豐富的內涵，具有傳統(tǒng)課堂教學無法實現的教育功能。1、 有利于學生深入理解所學知識實施探究學習使學生由被動的學習者向主動的學習者轉變；探究學習教學設計強調學生的自主探索、思考、發(fā)現，在學

19、習過程中，讓每一位學生實時體驗知識的發(fā)現和“創(chuàng)造”過程；學生的學習結果是學生自己發(fā)現或探索出來的，學生不但知道知識的結果和結論，同時懂得獲取知識的過程和方法，有利于學生深入理解所學知識。2、 利于培養(yǎng)學生科學探究能力探究學習教學設計強調學生的自主探究實踐，要求學生關注自身生活和社會生活，親身參與探究實踐活動，從而發(fā)現問題和解決問題；強調學生的探究過程，關注學生在探究活動過程中主動參與的程度，學生通過確定課題、進行探究、表達交流、總結提高等具體的探究過程，獲得體驗、感悟，獲得知識的結果和結論，同時發(fā)展科學探究能力。3、 有利于學生養(yǎng)成科學態(tài)度和科學精神探究學習是一種使學生獨立探索、自行發(fā)現問題并

20、掌握知識的一種學習方式。它是學生在一定的問題情境中，借助現代信息技術和網絡環(huán)境、課本和教師等提供的學習支持資源，或獨立探索，或協(xié)作討論，通過自主探究、互相協(xié)作等方式最終找到解決問題的方式和方法，進而形成正確的結論與概念。在親身探究中，學生真切地感受到了要知此事要躬行的道理。這種親歷過程，使他們漸漸養(yǎng)成只有經過親身觀察和檢驗才真正相信的科學態(tài)度和科學精神。 4、 有利于提高學生的協(xié)作精神、信息處理能力和自我評價能力；探究學習過程中需要學生相互合作、協(xié)同，進行各種協(xié)調一致的嘗試，這些合作與交流的實踐和經驗，可以幫助學生學習按照一定規(guī)則開展討論（而不是爭吵）的藝術，學會準確地與他人交流：向別人解釋自己的想法，傾聽別人的想法，善待批評以審視自己的觀點、獲得更正確的認識，學會相互接納、贊賞、分享、互助，從而促進學生協(xié)作精神的提高。此外，探究學習教學設計注重學生在開放的知識背景中去發(fā)現問題，基于信息化網絡資源的支持進行探究，從網絡資源中收集對自己有用的信息、獲取自己所需要的資料，對