基于認(rèn)知工具的中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

1、2009年第2期基于認(rèn)知工具的西南大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)學(xué)院萬(wàn)菲摘要本文分析了中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)中存在的不足,介紹了認(rèn)知工具的概念及特點(diǎn),并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于認(rèn)知工具的中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式,以期為同類研究和實(shí)踐提供參考與借鑒。關(guān)鍵詞中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)認(rèn)知工具思維導(dǎo)圖我國(guó)中學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)離不開(kāi)科學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程。科學(xué)的核心是探究,教育的重要目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展,科學(xué)課程應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)這兩者的結(jié)合,突出科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方式。1這一新理念使得科學(xué)教師積極關(guān)注如何支持學(xué)生的探究學(xué)習(xí),使學(xué)生通過(guò)親自參與探究過(guò)程掌握科學(xué)探究的方法和技能。但是,經(jīng)筆者查閱文獻(xiàn)以及與師生訪談和課堂觀察發(fā)現(xiàn),常規(guī)教學(xué)方

2、式無(wú)法有效地支持科學(xué)探究的開(kāi)展。2當(dāng)前應(yīng)用認(rèn)知工具來(lái)支持科學(xué)探究也成為了信息技術(shù)與科學(xué)課程整合的研究焦點(diǎn),本文力圖構(gòu)建基于認(rèn)知工具的中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式,促進(jìn)科學(xué)探究在中學(xué)科學(xué)教育的開(kāi)展。一、初中科學(xué)探究1、什么是科學(xué)探究美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)科學(xué)探究是這樣表述的:“科學(xué)探究指的是科學(xué)家們用來(lái)研究自然界并根據(jù)研究所獲事實(shí)證據(jù)做出解釋的各種方式?？茖W(xué)探究也指的是學(xué)生構(gòu)建知識(shí)、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動(dòng)?！?中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)則是指中學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中構(gòu)建知識(shí)、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動(dòng),涉及提出問(wèn)題并進(jìn)行假設(shè),制定探究計(jì)劃,觀察并記錄數(shù)據(jù),分析并檢驗(yàn)數(shù)據(jù),表達(dá)探究成

3、果,評(píng)價(jià)與反思。2、中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)存在的不足探究學(xué)習(xí)已經(jīng)成為中學(xué)科學(xué)課堂的重要學(xué)習(xí)形式,但通過(guò)和一線教師的訪談和課堂觀察,我們發(fā)現(xiàn)探究學(xué)習(xí)還存在一些不足,具體體現(xiàn)在以下兩方面:(1無(wú)法追蹤學(xué)生的思考過(guò)程在探究學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)中,教師雖然可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境、提問(wèn)等教學(xué)技巧來(lái)啟迪學(xué)生思考問(wèn)題,但卻無(wú)法追蹤學(xué)生的思考過(guò)程,因此很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,也就難以給予恰當(dāng)?shù)闹С趾椭笇?dǎo)。(2缺乏正確科學(xué)的探究方法和工具由于缺乏正確科學(xué)的探究方法和工具,在部分探究活動(dòng)中,學(xué)生個(gè)個(gè)爭(zhēng)著探究,但不知從何處入手;還有諸如實(shí)驗(yàn)無(wú)計(jì)劃、觀察不到位、表達(dá)不清、不會(huì)傾聽(tīng)等現(xiàn)象,這些都表明學(xué)生對(duì)觀察、實(shí)驗(yàn)中各種信

4、息的搜集、整理和分析能力、通過(guò)已有事實(shí)和信息進(jìn)行推理、歸納和總結(jié)的能力、課堂交流和評(píng)議等能力的不足,缺乏良好的探究能力和科學(xué)素養(yǎng)。由此看來(lái),學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣沒(méi)有得到很好地激發(fā),課堂探究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方式還存在很多不足,學(xué)生的探究能力和科學(xué)素養(yǎng)并沒(méi)有得到較大地提高。如何更全面地關(guān)注學(xué)生的思考過(guò)程?如何利研究探索學(xué)習(xí)模式構(gòu)建中學(xué)科學(xué)探究112009年第2期用工具促進(jìn)學(xué)生的探究過(guò)程?隨著認(rèn)知工具的推廣應(yīng)用,為開(kāi)展初中科學(xué)探究學(xué)習(xí)提供了新的契機(jī)。二、什么是認(rèn)知工具認(rèn)知工具(Cognitive tools由美國(guó)著名教學(xué)設(shè)計(jì)專家喬納森(Jonassen,1996提出,是指可以幫助人們?nèi)ネ瓿烧J(rèn)知任務(wù),增強(qiáng)人

5、們?cè)谒伎紗?wèn)題、解決問(wèn)題以及學(xué)習(xí)過(guò)程中認(rèn)知能力的工具。認(rèn)知工具并不是某種新的產(chǎn)品,而是對(duì)某些計(jì)算機(jī)軟件的重新歸類,是指那些能讓使用者利用它們進(jìn)行積極思考的軟件工具,是一種促進(jìn)認(rèn)知的工具。認(rèn)知工具提供環(huán)境和設(shè)施,要求學(xué)生在所學(xué)課程領(lǐng)域主動(dòng)努力地思考,產(chǎn)生自己的想法,能促進(jìn)學(xué)習(xí)者思維、支持學(xué)生進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)。4喬納森提出了計(jì)算機(jī)化、用戶(在經(jīng)濟(jì)上可承擔(dān)、可用于表示知識(shí)、可支持批判性思維等9項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)用以鑒別一個(gè)軟件工具是否可作為認(rèn)知工具。5根據(jù)師生對(duì)認(rèn)知工具的實(shí)際需求和認(rèn)知工具的易獲得性等因素綜合考慮,本文主要涉及到:語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)工具、電子表格、計(jì)算機(jī)通訊工具、超媒體工具四種類型,其具體內(nèi)容如表1所示:表1:

6、本研究使用的認(rèn)知工具的類型及特點(diǎn)認(rèn)知工具有利于支持探究性學(xué)習(xí)的各個(gè)過(guò)程,在幫助學(xué)生收集和整理資料、觀察實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的記錄和分析、表達(dá)結(jié)果、交流合作等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。三、基于認(rèn)知工具的中學(xué)科學(xué)探究模式構(gòu)建進(jìn)行科學(xué)探究的方式是多種多樣的。一般來(lái)說(shuō),其基本過(guò)程具有六個(gè)要素:提出問(wèn)題并進(jìn)行假設(shè);制定探究計(jì)劃;觀察并記錄數(shù)據(jù);分析數(shù)據(jù)并檢驗(yàn);表達(dá)探究成果;評(píng)價(jià)與反思。科學(xué)探究的目的在于,通過(guò)教師的指引引導(dǎo),促進(jìn)學(xué)生開(kāi)展協(xié)作探究,最終達(dá)到學(xué)生的自主創(chuàng)新發(fā)展。根據(jù)師生的需求,本文設(shè)計(jì)基于認(rèn)知工具的科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式如圖1所示。依據(jù)該科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式,各種認(rèn)知工具對(duì)探究過(guò)程的支持體現(xiàn)如下:1、提出科學(xué)問(wèn)題

7、一般而言,科學(xué)問(wèn)題的來(lái)源主要是學(xué)生通過(guò)觀察、調(diào)查、閱讀等方式發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,嘗試提出可以通過(guò)科學(xué)探究來(lái)解決的問(wèn)題。但也可以由教師給出,或由師生共同討論得出。在該模式中,可以通過(guò)思維導(dǎo)圖和QQ、BBS等對(duì)問(wèn)題進(jìn)行探討,這個(gè)過(guò)程最好有教師的參與和指導(dǎo)。課堂上可以通過(guò)思維導(dǎo)圖,教師引導(dǎo)學(xué)生討論,開(kāi)展頭腦風(fēng)暴,了解學(xué)生已有的概念和知識(shí),并且通過(guò)討論得出問(wèn)題是否適于探究。課外可以利用QQ、BBS等通訊工具深入討論,教師可以給予個(gè)別指導(dǎo)。2、制定探究計(jì)劃運(yùn)用思維導(dǎo)圖,可以進(jìn)行個(gè)人思維導(dǎo)圖,畫出自己對(duì)該問(wèn)題的已有的認(rèn)識(shí)和知識(shí),或者集體圖1基于認(rèn)知工具的科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式研究探索122009年第2期思維導(dǎo)圖,相互討論

8、,得出對(duì)該科學(xué)問(wèn)題的假設(shè)。主要通過(guò)完成K-W-L-H表來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的清晰認(rèn)識(shí)。K-W-L-H表包含的內(nèi)容有:我們知道(Know什么、我們想(Want知道什么、我們已經(jīng)了解(Learn了什么以及我們?nèi)绾?How了解更多。這個(gè)表格可以學(xué)生在紙上自己畫,也可以使用思維導(dǎo)圖軟件(如:M indmanager,如圖2所示。圖2使用Mindmanager軟件的K-W-L-H表格學(xué)生通過(guò)K-W-L-H表總結(jié)自己已有的相關(guān)知識(shí),明確自己的探究目標(biāo),以及探究方法。通過(guò)思維導(dǎo)圖明晰認(rèn)識(shí),并提出自己對(duì)問(wèn)題答案的假設(shè),經(jīng)過(guò)教師與學(xué)生之間,學(xué)生與學(xué)生之間的討論,得出學(xué)生自己或是小組對(duì)問(wèn)題答案的假設(shè),并盡可能用不同方式(

9、如PPT、思維導(dǎo)圖等記錄下來(lái)。在觀察或?qū)嶒?yàn)之前,學(xué)生要清楚的三個(gè)問(wèn)題是:做關(guān)于什么的實(shí)驗(yàn)?實(shí)施實(shí)驗(yàn)的順序是什么?每個(gè)步驟又是如何細(xì)化的?利用流程圖、思維導(dǎo)圖等將實(shí)驗(yàn)步驟清晰記錄下來(lái),確定探究實(shí)驗(yàn)方案。3、收集事實(shí)和數(shù)據(jù)使用有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料進(jìn)行調(diào)查、檢索、觀察、測(cè)量和實(shí)驗(yàn),除了保證操作的安全外,學(xué)生的主要任務(wù)是記錄觀察和測(cè)量的結(jié)果。這里可以使用:思維導(dǎo)圖、電子表格(Excel,或者教師自己提供的表格對(duì)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行記錄。4、分析并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)這個(gè)過(guò)程主要運(yùn)用的工具是思維導(dǎo)圖和電子表格。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集后,可利用電子表格(Excel等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析,同時(shí)對(duì)得出的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證分析,并利用PP

10、T等軟件組織得出性質(zhì)、規(guī)律和特點(diǎn)。該過(guò)程的目的是,通過(guò)分析處理、觀察測(cè)量,與假設(shè)進(jìn)行比較,做出解釋,同時(shí),收集更多的證據(jù)支持解釋,檢查解釋及過(guò)程、方法上是否存在問(wèn)題,必要時(shí)提出改進(jìn)措施。5、表達(dá)探究成果該過(guò)程主要是書寫探究報(bào)告,撰寫探究日志,用思維導(dǎo)圖、PPT等形式通過(guò)BBS與大家共享探究成果,并進(jìn)行交流討論。6、評(píng)價(jià)與反思該過(guò)程主要查看學(xué)生各階段形成的探究成果,如探究計(jì)劃、個(gè)人/集體思維導(dǎo)圖、word/ppt形式的探究日志、Excel數(shù)據(jù)分析等,以學(xué)生的自評(píng)互評(píng)、教師評(píng)價(jià)多種形式相結(jié)合,對(duì)學(xué)生的整個(gè)探究過(guò)程進(jìn)行個(gè)性化評(píng)價(jià)和形成性評(píng)價(jià)。四、結(jié)束語(yǔ)利用信息技術(shù)開(kāi)展科學(xué)探究,促進(jìn)科學(xué)課程的改革,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),這是教育技術(shù)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域,本文在對(duì)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)支持科學(xué)探究的研究分析的基礎(chǔ)上,就如何利用認(rèn)知工具支持科學(xué)探究活動(dòng)做了探索性研究,今后的研究中將在此模式的基礎(chǔ)上構(gòu)建綜合性探究學(xué)習(xí)平臺(tái),以更好地支持中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn):1王紅柳.我國(guó)科