基于設計的研究在小學科學教學中的應用

【摘要】基于設計的研究是一種在真實的自然情境下，綜合運用多種研究方法進行教學干預、迭代循環的形成性研究過程。采用這一研究范式對小學科學教學過程進行研究，構建了一個小學生自主探究的游戲化教學系統，并將其應用于具體的教學實踐。通過對系統應用效果的分析、評價和總結，認為利用設計研究的方法，將多媒體技術和科學教學整合，極大地提高了小學生的科學探究能力和學習效果。

【關鍵詞】基于設計的研究;自主探究;游戲化學習

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097(2010)08—0041—03

引言

國家教育部制定的《科學課程標準》中明確指出:“科學學習要以學生探究為核心，親身經歷以探究為主的學習活動是學生學習科學的主要途徑。”[1]那么，應該如何創設這種探究為主的學習活動呢?信息技術的出現，為上述問題的解決營造了有利的條件:其能為學生創設良好的課堂教學情境;能為學生建立虛擬的學習環境。然而，在利用信息技術進行科學教學過程中，怎樣有效設計和組織有利于學生自主探究的學習活動，讓學生充分體驗學習科學的樂趣，是許多科學課教師和研究者亟待解決的問題。基于設計的研究強調在具體教學情境中，分析具有普遍性的教學問題，設計具有教學理論特征的教學干預，并通過不斷應用、評估、修正的漸近過程來探索實際問題的解決方案和理論解釋[2];它從多元方法論的角度來促進信息技術與科學課程的整合，從而優化課堂教學過程，增強小學生的科學探究能力。筆者利用這種新的研究方法，對小學科學教學活動進行設計和實施，在不斷總結實驗結果的基礎上逐步完善了科學教學的理論與實踐。

一 教學系統的設計和分析

為了了解小學科學課中普遍存在的問題，我們對河南省某小學的科學課教師進行訪談和實地調研，并經過充分的分析之后，共同構建了提高學生科學探究能力的“自主探究游戲化教學系統”。該系統主要是針對河北人民出版社出版的《小學四年級科學》教學內容進行設計的教學軟件。

1 系統的理論支持

“自主探究游戲化教學系統”的理論基礎主要是建構主義和游戲化學習理論。建構主義學習理論認為，學生的學習應在真實的情景中進行，以進一步促進學習者所學知識在解決實際問題中的應用。在學習過程中，教師的主要任務是為學習者提供真實的學習情境和任務活動，并為學生提供實時的指導和幫助。游戲化學習理論強調以人為本，使學習者在輕松娛樂的游戲中獲得知識，達到寓教于樂的目的。

2 系統的具體設計

本設計研究主要從學習內容、學習支持和教學過程三方面對干預系統進行設計分析。

(1)學習內容設計

該研究選擇的學習內容主要是小學四年級科學課內容。基于上述系統設計理論的指導，我們和科學教師就學習內容的組織形式達成一致的觀點，即將學習內容滲透于游戲的任務和目標中或是以學習內容組織游戲的障礙，顯然，這種競爭機制的教學，與教師在課堂上的說教相比，更加有效。

(2)學習支持設計

學習支持主要指支持教學活動順利進行的各種工具和資源等。本研究中的學習支持主要是利用Flash技術設計與開發的一個教學游戲，它采用故事性和游戲性較強的RPG角色扮演形式，通過設計一定的故事情境，將科學教學內容融入豐富多彩的游戲中，使學習者在游戲中快速掌握科學知識。該游戲中沒有設計專門的信息交流模塊，學習者之間的溝通主要通過QQ來實現。該游戲的界面截圖，如圖1所示。

首先，學習者在登錄游戲主界面之后，要瀏覽游戲說明和幫助，明確教學游戲目標;接下來，學習者還需要注冊一個用戶，才可以進入游戲。學習者可以查看幫助模塊中的教學目標，了解該單元的知識難點和重點;在教學內容部分，以多媒體課件的形式，生動地展示五個單元的教學內容。同時，當學習者在學習中遇到困難時，可以使用提示信息，來完成游戲。

在游戲情境部分，我們分別為五個單元設計了相應的故事和任務(闖關游戲)，學習者以第一人稱的身份進入游戲，依據游戲提供的故事情節，展開自我探索學習。在設計游戲任務時，我們將問題內嵌于一些具有趣味性和教學性的小游戲中，充分調動學習者的學習積極性。

本游戲設計了動態題庫系統來實現練習題的更新。該系統采用了Flash與數據庫的交互技術，實現Flash動畫中數據的實時更新、維護和管理。在練習題部分，從題庫系統中隨機抽取與學習者所學單元對應的題目，學習者通過答題游戲，強化該單元所學知識。最后，系統會根據學習者答題的正確率給出相應的積分。

我們在游戲過程中設置了排行榜，實時列出游戲中學分值最高的前五名學習者，從而激發學習者完成任務的積極性。游戲軟件將依據每位學習者的分數及其在排行榜中的次序給予一定的獎勵。我們也可以把排行榜中的學分值作為一種評價依據，來考量學習者的學習效果。

(3)教學過程設計

為了保證系統教學過程的真實有效性，我們首先需要對教師和學生進行相應的培訓，讓他們熟悉多媒體游戲這種教學方式，掌握教學游戲的使用方法，同時對教師進行建構主義和游戲化學習理論的指導;其次，確定游戲的使用方式、頻率，并綜合游戲中的數據和教師、學生的實時反饋信息來及時改進完善教學游戲。

二 教學系統的實施與評價

本游戲軟件是針對小學生四年級科學課程設計，經過我們和代課教師對學生特點進行分析，最后選取實驗小學四年級三班作為實驗對象，人數43人。該班學生科學課成績偏低，學習的積極性不高。由于學校已經開設了計算機課程，學生都已具備一些基本的計算機操作技能，所以為該游戲系統的實施創造了有利的條件。本次教學測試分為三個階段，每階段歷時三周，分別從全班43人中抽取學號是雙號的21人作為樣本，這些被抽取的學生去微機室上課;另外的學生作為控制組，在教室按照傳統方式授課。該研究主要采用量的研究方法，通過成績測試收集被測試學生的分數，并進行數據分析，最后得出結論。系統的實施過程，如圖2所示。

1 第一階段

在系統設計完成之后，首先應用于實驗組。在進行使用之前，指導教師向學生簡要地介紹游戲的各個功能模塊和使用方法，然后讓學生利用該軟件進行自主學習，在學習的過程中指導教師進行輔導和觀察。學生既可以在有教師指導的課堂上利用軟件進行學習，也可以在課外時間學習。教師主要通過系統中的練習題模塊對學生進行測試，并利用積分排行榜中的數據對學生的學習效果做出鼓勵性的評價。控制組則按照課堂授課方式進行。

我們采用這種方式進行了三周的實驗，效果非常明顯。實驗組的學生很支持這種新型的學習方式，課堂氣氛活躍，有些對游戲比較陌生的學生，在教師的指導下，也很快掌握了游戲的方法。針對相應知識點我們設計了成績測試題，對全班學生進行測試;測試部分主要包括選擇題、填空題和分析題，總分為30分，分數為18分以上的學生為成績合格者。最后，我們對學生是否要求繼續探究進行了隨機訪問，在收集、綜合數據的基礎上，對兩個班進行對比分析，如下表1所示。

通過教學實驗，這種游戲化的學習方式得到了大部分學生的認可，尤其是可愛、逼真的游戲人物對學生具有很大的吸引性，提高了學生的參與性;但由于學生的自制能力不強，常常出現偏離學習內容的情況，這就需要教師在學生的學習過程中，進行及時的幫助、引導和監督。由于教師和學生沒有熟練掌握建構主義和游戲化學習理論，所以整個學習進度偏慢。此外，游戲軟件的界面設計上不夠簡潔，人物造型粗糙。針對測試中出現的問題，我們對系統進行了改進，具體措施為:安排兩名指導教師來監督教學過程;對教師和學生進行進一步的學習理論指導;利用Flash簡化軟件界面、美化人物造型;從而極大地促進了多媒體技術與課堂教學的整合。

2 第二階段

第一階段測試完成之后，繼續讓學生利用系統進行學習。經過三周的使用，我們又對全班做了一次全面的測試，并依據表1進行調查分析，結果發現:實驗組成績合格人數增加到12人，要求進行探究學習的人數增加到11人;控制組成績合格人數為9人，要求進行探究學習的人數為10人。

經過六周的學習之后，實驗組的教師和學生已經掌握了游戲軟件的使用，學生還能進行自主探究學習，學習科學的積極性得到了很大的提高。在兩名指導教師的監督下，學生對學習的專注度有所提高;教師和學生對于軟件的界面、功能很滿意。通過上面的數據分析，游戲化教學方式明顯提高了教學效果，教師和學生對于建構主義和游戲化學習理論有了更深入的理解。此外，基于教師的反饋，發現學生之間缺乏有效的交流合作，為此，我們將聊天工具QQ引入了系統，更能提高學生自主探究和解決問題的能力。

3 第三階段

這一階段，我們要求實驗組學生利用系統進行課外學習，教師通過QQ進行在線指導。經過三周的學習之后，測試結果為:實驗組成績合格人數為17人，要求進行探究學習的人數為17人;控制組成績合格人數為13人，要求進行探究學習的人數為15人。

通過分析發現，教師和學生已能熟練應用建構主義和游戲化學習理論。在教學過程中，教師已充分認識到其作為學習的組織者和引導者不可或缺的作用;學生在通過軟件進行課外學習和交流過程中，雖然有些學生容易“開小差”偏離學習目標，但自主探究學習的積極性很高，極大地激發了他們自主探究學習的興趣。基于以上的實踐與分析，我們的系統設計和干預基本上達到了預期效果。接下來，根據教師和學生的需要，我們會對系統進行功能的設計、添加和測試，逐漸完善系統功能，并將其繼續應用于教學實踐來檢驗測試的有效性。

三 結束語

通過三個月的教學實踐，利用基于設計的研究方法，通過構建游戲化學習系統來提高小學生的科學探究能力和學習效果的探索取得了一定的成效。基于設計研究的自主探究游戲化教學系統，采用教學游戲這種新型教學方式來設計和組織有利于學生自主探究的學習活動與環境，并將科學內容滲透于游戲的任務和目標中，使學生在輕松游戲的同時，體驗學習科學的樂趣，實現潛移默化地學習，進而提高學生的科學探究能力。雖然我們這階段的研究比較成功，但是在實施過程中還是存在許多問題，具體表現在:游戲化學習環境中學生的專注度不高、自我控制能力不強;如何對游戲化學習過程進行有效監管;如何對學生能力進行科學地考查。針對這些問題，我們和學科教師在以后的實踐中還需要進一步研究。

參考文獻

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