關于首屆“數字科學家計劃”實施的調查與分析

項華 毛澄潔 覃芳 國朝游

當今世界科技進步日新月異，互聯網、云計算、大數據等現代信息技術深刻地改變著人類的思維、生產和生活方式，也深刻地展示了人類的發展前景。各行各業的信息化步伐悄然提速。相對而言，教育領域的信息化相對遲緩，這反映了教育信息化的復雜性。面對信息技術與教育全面深度融合的形勢，理論認識相對不夠。“信息化不應該自上而下地推進，應該順其自然”“教學不應該強調信息化，應該返樸歸真，回歸大自然”“手機簡直是洪水猛獸，應該禁止青少年應用手機進行學習”……諸如此類論調一方面引起了教育信息化激進者的反思，另一方面也說明了教育者認識上的模糊不清。

筆者長期在高等師范院校從事信息技術與課程整合的研究與教學工作，并逐步形成了數據探究理論，并依此提出數字科學家計劃。數據探究理論以“素質”“探究”“數據”概念作為邏輯起點，根據素質教育實踐的需求，將“探究”分為基于實物實驗手段的探究、基于數學與學科專業符號的探究以及基于計算機技術手段的探究。依據數據探究理論，產生了數據探究的教學模式，該模式的示意圖如圖1所示。

圖1 數據探究教學模式

所謂數字科學家是一種大數據環境下培養學生運用手機、計算機或者互聯網等信息技術手段解決科學問題潛能的探究與活動類課程。所謂的數字科學家計劃是一種數字科學家的推廣方案，即采取“數碼探科學”的活動驅動數字科學家的實施與推廣方案。

數字科學家計劃的實施效果如何？這個問題是每一個關心與參與該計劃的人所關注的問題。該計劃首次是在北京市東城區青少年科學學院（以下簡稱“少科院”）舉辦的。隨后我們對其效果進行問卷調查與分析。

關于第一屆數字科學家計劃的設計、實施、調查與分析

1. 總體設計

2013年9月至12月，“少科院”開設了“數字科學家”課程，為了擴大影響和提高課程教學效率，同時舉辦了首屆東城區小學生“數碼探科學”比賽。參加課程與比賽的學生為500名東城區各學校選派上來的六年級學生。

比賽內容包括：（1）學生利用數碼相機、計算機、Internet、iPad、手機等數碼手段探究一個科學問題，其中包括：①探究與解決生活中的科學問題；②探究與解決課堂中的科學問題；③探究與解決生產中的科學問題。（2）探究成果以PPT或者DV的作品形式呈現。

2. 實施過程概況

2013年9月27日，筆者進行了數字科學家課程的綜述講座，指出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。在啟動“數碼探科學”比賽的同時，從2013年10月11日起，用連續10個周五的下午，在10個學校采用“競賽驅動課程”的方式開設了數字科學家課程。

為了解此次“數字科學家”實施的效果，采用問卷調查法，分別對東城安交學區少科院六年級學生以不記名問卷方式進行調查，其中第5題為測偽題。此次調查共發放問卷172份，回收有效卷 161份，無效問卷11份，有效率93.6%。并對結果加以統計分析。

（1）問卷設計

本問卷以教學的三維目標為設計原則，每一級維度之下依次分為二級指標和三級指標。

（2）數據分析與討論

①學生對計算機或數碼設備學習和探究的興趣（見表2）

選擇題一共5個選項，分別為：完全贊同、比較贊同、不太清楚、不太贊同、全不贊同。其對應的態度分值為5、4、3、2、1，最后每一個問題的加權分值就是學生對該稱述總的態度分值，滿分為5分。

②學生知識與技能的掌握情況（圖2）

圖2 學生知識與技能的掌握情況

本次數字科學家在東城區的系列課程主要涉及以上12個知識點和技能，從最后的結果來看，如何測反應時間、如何用幾何畫板進行屏幕測量、如何用Scratch進行簡單編程這三個技能學生明顯了解和掌握得更多，而其他的知識點則相對較少。這說明在課程中學生對于在如何使用軟件作為探究工具來進行測量活動的這些技能上印象深刻，并且掌握得不錯。因此，在傳授數碼探究工具這一方面是成功的。但是，在其他的科學知識點上，學生的了解和掌握情況就顯得沒有那么突出，這反映了在課程中，科學知識的傳授沒有做好。學生的關注點過多地集中在了使用工具的技能上，而沒有學習和理解這些科學知識。所以，對于課程活動的安排，教師應該做出相應的調整，在重視技能培養的同時，也必須重視教授科學知識，在兩者之間找到平衡。

③學生處理實際問題的掌握情況（屏幕測量和比例換算）

此題為填空題，有唯一的正確答案。有效的答案為160個，其中正確的141個，正確率為0.88。此題的目的是檢測學生對屏幕測量和比例換算這一知識與技能的掌握情況，這一點也是該系列課程的重點內容之一。從正確率來看，接近九成的學生已經掌握了利用屏幕測量和比例換算來計算實際物體長度的方法。因此，在重點內容的教學上是成功且有效的。

④對于課程改進的意見和建議

盡管學生對數字科學家課程已比較滿意，但通過調查可知，學生對我們的課程還有許多期望與建議。

A. 增加一些內容更加豐富且貼近生活的數字科學家課程。

B. 多介紹一些像Scratch、幾何畫板這樣的軟件工具。

C. 多讓小組進行交流，延長學生操作時間，增加讓學生體驗自己學習成果的時間。

D. 最好增加一些課外實踐。

E. 課間休息十分鐘，長時間看電腦對眼睛不好。

結論與建議

1.比賽理念新、有高度。比賽說明了“數據探究”與其說是一種能力，還不如說是一種生活態度。

2.參賽學生喜歡“數碼探科學”比賽。這可以從問卷調研結果中看到，90%的學生和家人、朋友談論過“數字科學家”課程；98%的學生喜歡用數碼攝像頭等器材獲取數碼信息來進行探究學習；94%的學生有利用Scratch編程工具設計游戲的意向；97%的學生今后還希望參加類似的課程。

3.參賽選題廣泛。這可以從一等獎作品的名稱上得到印證。

4. 數據探究、實物實驗探究、數學邏輯探究的手段有待拓展。有的選手能夠將數碼手段、實物模擬手段和數學推理結合起來，是個可喜現象，但是這樣的作品數量不夠多。

5. 有協同與交流。參賽作品有的是個人完成的，也有的是學生、教師或家長等人合作完成的，在作品完成過程中鍛煉了其數據探究的重要能力——協作與溝通能力。

此次調查表明，首屆“數碼探科學”的設計與實施達到了預期的目標。但也存在著需要改進的地方，比如探索未知世界的過程往往含有酸甜苦辣和曲折成分，那種愈挫愈勇的科學精神尤其可貴，但是能夠體現這種曲折過程的作品數量不夠多。總之，首屆“數碼探科學”比賽實現了比賽的預定目標——“在探究與快樂之中播種未來科學家的種子”。

（作者單位：北京師范大學物理系 北京景山學校 北京景山學校 北京師范大學天文系）