項華：小小數字科學家的播種者

盧秋紅

“給小小數字科學家們有模有樣的探究活動點個贊”，這是我國當代教育家顧明遠先生看了首屆北京市東城區青少年科學技術學院“數碼探科學”大賽學生優秀作品后親筆寫下的一行字。

“數碼探科學”大賽至今已經舉辦過兩屆，面向北京市東城區青少年科學技術學院的六年級全體學生。作為數字科學家計劃的實踐檢驗，給項華教授帶來更多的認可和肯定。他多年來的探索終于結出了豐碩的果實。

項華，畢業于北京師范大學，曾師從我國著名教育家顧明遠先生和物理科學教育家閻金鐸先生，現在是北京師范大學物理系教授。他長期從事中學物理教學概論的教學與研究工作，主持過國家級中學物理教學與信息技術整合課題，也主持過國家級新課程中學物理骨干教師培訓工作。他很早就意識到將中學物理教學與信息技術整合的必要性。

信息時代的科學思考

身處信息時代，項華教授對科學技術進行了深刻的思考，他在自己的一部專著中寫到：“21世紀的科學與技術正在面臨著一場全新的、激動人心的轉折。這場轉折以整合或者聚合信息技術、納米技術、生物技術和認知科學的整體科學技術觀為特征，旨在全面提升人類能力和生命質量。它將關注點聚焦于人。”他意識到，首先，現代科學之形態在實物實驗和數學理論之后出現了基于計算機的第三種形態——計算，在現代物理課程和教學之中必須考慮這種形態；其次，傳統的物理課程、教學與評價存在著一些缺失，比如缺少采用工程法解決問題的訓練，又比如缺少三維運動圖景的想象與訓練等等，而這些缺失只有通過深度整合來解決；再次，隨著寬帶互聯網、交互式電子白板等設備進入課堂，傳統的課堂教學形式將會發生改變，協同教學備受關注，而創新教學模式需要在深度整合理論引領下完成。

數據探究理論就是在這樣的背景下被提出來的一種深度整合理論。一些基本概念與教學原理構成了所謂的數據探究理論。

信息是數據探究理論的邏輯起點。數據是數據探究理論的另一個重要概念。探究式教學是一種以科學探究為基本特征的教學模式，其實質是引導學生通過類似科學家的探究過程理解科學概念和科學本質。依據科學的三種形態，將探究式教學分成實物探究、數學推理探究和數據探究。數據探究是一種基于計算機的探究式教學，是提高學生科學信息素養水平的必要途徑。數據探究在教師觀、學生觀、學習觀和評價觀上均具有新的內涵。首先，教師是數據探究的促進者與合作者。其次，學生是具有創造能力的學習主體。數據探究應該把學生置于一個有社會意義的團體中，培養“共生性”與“交互性”，體驗創造的意義和價值。還應該體現STS教育，強調人對自然、社會、人生的責任和義務。再次，數據探究是一個建構的、社會化的綜合體驗過程。學習者總是依據已有經驗、心理結構和信念來選擇一些信息或數據，從中經過數據挖掘得到推論，并根據推論來構建關于世界的認識。最后，評價是開放、多元的反饋過程。數據探究評價認為學習是一種建構獨特意義的過程，注重對探究過程的評價，關注評價的開放性和多元性。

基于以上的理論探索，項華教授建構了自己的數據探究理論。理論是從實踐中摸索出來的，還要再經過實踐的檢驗。項華教授在自己的教學實踐中意識到，“數據探究作為一種出現在大數據時代并逐漸興起的探究方式，不應該只是具有深厚技術基礎的人的專利，也不應該因為儀器設備不夠頂級、專業而遠離普通人的視線。數據探究可以存在于生活中的各個細節中。由于數碼工具愈發多樣、智能，可探究的事情會更加多樣化和生活化，而探究過程也會更簡便。”于是，在他心里醞釀已久的數字科學家計劃便誕生了。可以說，數據探究理論是數字科學家計劃的基石。

數字科學家計劃

所謂數字科學家計劃，是一種大數據環境下培養學生用數碼相機、計算機編程、互聯網等手段解決科學問題的潛能的行動計劃。

項華教授向記者介紹到：數字科學家計劃主要有兩方面特征：一是數字科學家是一種科學教育模式符號，以“科學家”符號將抽象的科學教育理念人物化和直觀化，既準確地表述了現代的科學教育理念，也便于師生理解和實施。榜樣的力量是無窮的，雖然科學不能解決人類所有的問題，但是科學家們為我們積累的知識、思想、方法、科學精神過去是將來也是破解社會難題的重要途徑。二是強調發揮大數據環境下第三種科學形態的育人功能，這是當今科技與科學教育創新的重要切入點。

“數字科學家”的核心思想在于以學生發展為基礎，通過簡單、操作性強的科學分析方法，激發學生進行數據探究的興趣；通過設定實驗計劃-進行實驗-處理實驗數據-分析實驗數據-得到科學結論的過程，使學生形成科學的思維方式，提高學生的數據素養水平乃至科學素養水平，從而更好地并獨立地進行一系列科學探究活動。

數字科學家的數據探究教學模式是在WebQuest（基于網絡的主題探究）模式的基礎上改造而成的，主要有5個模塊。

核心問題：WebQuest的核心是設置一個開放性的問題。這個問題設定了WebQuest的清晰目標，鼓勵學生回顧原先掌握的知識，激發學習者進一步探索的動機。

任務指南：提供一個“腳手架”，引導學生設計、經歷和體驗專家的思維過程。“腳手架”將令人望而生畏的探究項目打碎成若干個片段，引導學生研究較為復雜的科學問題。

海量資源：創建一些到其他互聯網站點的鏈接來共享網絡資源。通過運用多樣化的互聯網資源，可以為不同學習水平或不同學習方式的學生提供信息資源。

實施“做中學”：要提供高層次的思維指南，體現“做中學”的教學理念，保證動腦和動手的教學方式落到實處。

交流與評價：WebQuest一般用量規提供自我評估的標準，提示學生已經學到了什么，并鼓勵把這種探究的經驗擴展到其他領域。評價人員可以是教師，也可以是家長和同學。

培養小小數字科學家

基于以上的數字科學家的數據探究教學模式，項華教授帶領團隊在北京市東城區連續三年開設了“數字科學家課程”，并組織舉辦了兩屆“數碼探科學”大賽活動。受到了東城區授課教師、學生和家長的普遍歡迎。

北京市東城區史家胡同小學王紅老師說：“‘數碼探科學大賽活動給這些即將升入中學的孩子們搭建了實現夢想的平臺，激發了孩子們的學習熱情。參賽的每個項目的探究都需要經過一個較長的過程。在這個過程中，每一步都有一定的原則、方法和技巧。學生從中學會了一些科學探究的基本方法和技巧，體驗了探究過程。探究需要學生綜合運用所學知識，需要進一步學習相關領域的專業知識，需要學習科學探究的方法和技巧。這些內容的學習，將極大地提高學生自主學習、探究學習的能力。”北京市東城區府學胡同小學軒宇飛同學說：“探究過程也不是我想象的那么簡單，選哪種樹木、怎么觀察、怎么記錄數據，都需要我去實踐。到了后期，我漸漸地喜愛上這種探究了，當我沉浸于這些數據的分析時，感到奇妙無窮，這可能就是科學探究的魅力吧！”

目前，數字科學家計劃已經從最初的課題研究轉向項目推廣的階段。建設了“數字科學家”網站，形成了一種大數據環境下的科學教育模式，形成了“數字科學家”課程的教師培訓經驗，還形成了低、中、高端數字環境裝備的課程實施經驗，已經具備了在更大范圍實驗和推廣的條件。

項華教授的努力和實踐將科學探究的種子播撒在青少年的心中，讓孩子們從小就有了科學探究的意識，并將身邊的現象作為自己的研究對象。他希望有更多的教育者關注數字科學家計劃，在數據探究教學模式的啟發下，摸索出更多教育信息化的新途徑和新方法。

作為小小數字科學家的播種者，項華教授正在全國推廣自己的數字科學家計劃。相信不久的將來，會有更多的孩子愛上科學，愛上利用數碼設備以及常見的軟件探究身邊的科學問題。