重構教學與學習方式

　　按語：尼葛洛龐蒂說道：“計算不再只和計算機有關，它決定我們的生存。”同樣，信息技術用于科學課程的學習，也不僅僅因為它是科學學習的工具，而是在全方位地改變科學學習的形態。據此，吳向東老師在《質變與重構——信息時代的科學教育探索》中，從探究過程和技術表達兩個方面提出了重構科學教學和學習方式的一些思考。后續我們還將選介利用虛擬實驗進行定量研究的案例，企望給讀者們一些啟發。
　　
　　重構教學與學習方式的關鍵是科學探究活動的數字化，這應該形成一種習慣。
　　
　　我們先從探究的一些基本過程來探討一些重構的思路
　　
　　提出問題
　　科學問題的提出一方面來源于兒童的現實生活，另一方面來源于對科學資料的分析及質疑。信息技術給兒童占有資料帶來了極大的方便，兒童比以往任何時候都見多識廣，他們提出的科學問題也越來越有真知灼見。
　　
　　猜想與假設
　　在數學解應用題的課上，我們往往可以看到教師在教授學生畫線段圖來解題。線段圖，實際上就是對思維的可視化，在它的支撐下，學生可以更方便地在諸多條件中，對于稍復雜問題進行脈絡清理，從而能夠更快速地解決問題。在科學課上，我們完全可以借助被稱為“概念圖”或者“思維導圖”的軟件工具來快速記錄下思維的點點滴滴，然后通過對這些點點滴滴之間關系的清理，選用個符號、連個箭頭、寫點簡單的文字說明，就可以逐漸地讓自己的思路清晰起來。這與紙筆記錄相比，更容易整理和保存，效率更高。
　　
　　觀察、實驗與證據采集
　　對于時空跨越較大的觀察實驗，一方面要盡可能地引導學生堅持去做，另一方面可以借助計算機模擬去“高效”完成，前面介紹的虛擬實驗、虛擬天文觀察就是很好的例子。
　　觀察與實驗數據的獲取手段還可以通過引入各種傳感器（也被稱為探頭）來進行。傳感器可以檢測出人類感覺器官所感覺不到的外界信息，如紅外線、紫外線、超聲波；可以以極快的速度作記錄，如高達百萬分之一秒物體下落的速度；也可以記錄長時間的觀察，如每隔10分鐘記錄水溫的變化，如此，等等，它可以說是人類觀察器官的延伸，而且隨著技術的進步，傳感器的種類和性能還會得到豐富和提升。下頁圖是測量教室的照明是否達到國家標準的科學調查活動，目的是通過調查研究，提出教室照明的規范，預防近視眼。調查時，學生只要把光敏傳感器連接到數據采集器上，按照一定的方法來操作就行了，非常簡單。
　　數據采集后，接下來就是數據的分析和處理了。在電腦中生成數據統計圖，如折線圖、餅狀圖等，對數據表進行分析計算，得出最佳的照明值等。由于有了這樣的數字化設備，原來我們無法讓學生去探究的身邊的科學問題，現在不僅能去探究了，而且是真正的定量的科學研究。
　　
　　表達與交流
　　(1)用白板深度交流。近年來，出現了一種極有應用價值的交互式電子白板（Interactive Whiteboard），極大地提升了師生與黑板交流的質量。在教室里，電子白板代替了黑板，感應筆代替了粉筆，配套的工具軟件和資源庫把原來靜態的黑板變成了生動活潑的課件呈現場所和利于師生一起“圈點”交流的學習中心（丁興富，李敬東．從黑板到交互白板的歷史進程——對信息技術與課堂教學整合前景的展望．中國電化教育，2005，（2）：31-35．）。
　　交互式電子白板的出現，課堂教學不再僅僅是教師的黑板演講和師生的“劇本式”口頭交流了，學生可以非常方便地在白板上圈點、涂抹，操作課件，做練習，做個人作品的展示，教師即時批注修改，還可把白板上師生交互的圖景作為筆記保存共享。交流的便利和功能的擴展使師生交流的深度得到了躍升。
　　(2)用統計圖表說話。許多科學研究成果的表達離不開統計圖表。記得10余年前曾經看過一本美國人寫的被重印了30多次的《怎樣利用統計撒謊》的書，介紹了許多用統計圖來夸大事實的騙人把戲，微不足道的增長被漂亮鬼靈的統計圖給夸大到難以置信的程度。看來，學會看統計圖、分析統計圖對公民的社會生活來說也是多么重要。這使我想到科學課程中關于研究人的身高、體重的成長規律的內容。在學習這個內容時，往往要求學生畫統計圖來看曲線的走勢。但很大一部分學生由于繪制曲線時產生的誤差較大，本來上升坡度很大的曲線卻沒有反映出來，甚至于相反，這就給后續的分析帶來了麻煩。所以我們要思考這樣一個問題，繪制統計圖是數學課的內容還是科學課的內容？科學課是要訓練繪制統計圖還是要訓練分析統計圖？如果是后者，我們何不教學生把身高體重的數據輸入電子表格，然后讓電腦來繪制曲線圖呢？這樣，學生的學習就會集中在對統計圖的分析上，這應該是信息時代我們要教給學生的最重要的東西。
　　在形成研究報告時，如果學生能習慣性地運用這些統計圖表來說明問題，是不是更像科學家的科學研究呢？這是科學教育要追求的目標。
　　(3)用網絡擴展言語空間。在我國這樣一個大班級教學的課堂上，面對面的交流往往只能是少數人的事，大部分學生都是沉默的，而言語交流的缺乏會直接影響到兒童思維的發展。更要命的是，在課堂上發生的往往是像梅漢（1979）所發現的“劇本式”的交流：“老師提問—學生回答—老師對學生的回答作出評價”，這樣的交流形式本身對兒童的思維發展是不利的。一方面，我們要改變這種交流方式，另一方面我們可以依靠信息技術來擴展學生會話交流的空間。就像“Blog在小學科學生物形態學研究中的應用”中所示例的那樣，Blog中的回復功能使學生能充分表達自己的思考，把內部言語外化出來，這樣的機會如果越來越多，學生的思維與語言能力都將得到顯著提高。國內外的許多研究都證明了這一點。
　　網絡交流與面對面交流的互補空間是很大的，我們要充分利用。
　　以上從科學探究過程的幾個方面對如何重構教學和學習方式進行了一些思考，下面我們還可以從技術表達的層面來作一些思考
　　
　　重構呈現方式，提升課堂效益
　　借助Blog進行動物形態學的研究就是一個很好的例子。為學生提供許多圖、文、聲、像俱全的科學資料是非常有價值的，無論是地震火山的視頻光盤，還是古生物化石的照片，以及河道的上中下游特征的示意圖等，豐富的資料豐富了學生的頭腦，不僅僅是給了有關科學現象比以往更加全面的資料，而且由于呈現方式的不同，相對于純文字的描述，還間接鍛煉了觀察能力（看圖、看視頻也是一種觀察），提高了學生學習的興趣。
　　
　　重構交互方式，擴展探究領域
　　在以往，CAI課件的交互是指鼠標點到哪里就出現什么樣的相應畫面，這種交互基本上是單調的、直線式的。而這里的交互是指充分利用了計算機的智能或更易于靈活操控的界面來實現的交互，如前面介紹的各種虛擬實驗、傳感器，以及學習工具概念圖、思維導圖等。在虛擬實驗方面，國外的explorelearning.com和fossweb.com網站提供了一些比較典型的試用資源。在概念圖或思維導圖軟件方面，適合兒童用的主要是Kidspiration，適合稍大孩子用的有Inspiration、Mind-Manager和Star Tree，等等。隨著計算機智能技術的發展，交互的復雜程度在日益
　　加深，使得孩子們可以借助它去更高效地學習，去探索原來想都不敢想的領域。
　　
　　重構交流方式，共享思維成果
　　技術承載思想。Blog（博客）、BBS或Forums（電子公告板或論壇）、IM（即時通訊軟件）、e-mail（電子郵件）以及新型的交友社區等等，不僅僅給我們提供了交流、表達和建立網絡人際關系的工具和場所，而且也承載著新的網絡文化思想，構建著信息時代無限的交流時空，使每個人都可以成為“媒體”和進行自由的交流。運用到教育上，我們可以把這樣的交流變為有組織的思維共享活動，通過充分的獨立思考和互相激發，使學生思維發展的空間得以擴大。網絡交流技術的應用潛力是巨大的，我們要巧于運用。