虛擬化探究式教學方法及其實踐

邵宇+賈曉東

[摘 要]隨著探究式教學模式在我國的廣泛推行，如何積極有效地在教學實踐中應用探究式教學的核心思想來提高教學質量是擺在教育工作者面前的一道難題。該研究所提出的虛擬化探究式教學模式具有成本低、周期短、可操作性強的優點，同時又能很好地和科研工作相銜接，是一種值得推廣的教學方法。

[關鍵詞]探究式教學；科學研究；信息科學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）01-0077-03

一、探究式教學的基本含義

所謂探究式教學（Inquiry Instruction或Inquiry Learning）又稱探索研究教學法，是指教師在給學生講解知識內容時，首先選擇和確定一個研究主題，在教學中通過學生自主、獨立地發現問題、提出問題，并通過查閱資料、收集信息、獨立思考和學生之間的討論等一系列探究活動，從而發現基本原理和自然規律的一種教學方法。它摒棄以教師為主體、學生被動聽講的傳統填鴨式教學方法，改為以學生為主體， 充分發揮學生的主觀能動性，讓學生自主學習和探索，研究事物的屬性，發現其內部聯系，從而找出規律、形成結論，最后通過教師的指導和點評，形成正確的認識。簡單來說，它就是將被動學習變為主動獲取的學習方式。

探究式教學最早出現于美國，早在1910年美國教育哲學家約翰·杜威就在《科學》雜志撰文指出，科學知識僅靠傳統講授式教學遠遠無法滿足實際教學的需要，只有積極地將學生納入到知識的形成過程中，通過學生自主的探究方式，發現問題，收集信息，才能將想法和猜測轉變為可靠的信念，從而獲得知識與技能、情感與態度的發展，從而真正掌握科學知識內在的奧秘。經過眾多教育學家、心理學家深入、細致的研究和教學實踐，探究式教學逐漸被教育界所接受和推廣，并成為一種流行的教學模式。

二、探究式教學實踐的現狀與困境

20世紀80年代以后，探究式教學理念逐漸得到我國教育界的重視和推行，成為最為流行的一種教學理念。隨著探究式教學在我國基礎教育中的推行，探究式教學目前仍然是基礎教育界探索的熱點課題。與探究式教學相關的理論和實踐探索很多，其中既有理論研究， 也不乏眾多教育工作者的經驗之談等。但在探究式教學的具體實施過程中，依然存在著諸多困難和誤區。調查顯示，盡管學校教師對探究式教學大體上持支持態度，但是在實踐中開展探究式教學的積極性不高。這主要是由于探究活動耗時耗力、教學效果難于把握、學校缺乏相關配套資源等。目前大部分的探究式教學局限于項目型的設計，教師通常在特定的教學內容中，設計一些相關的探究項目，讓學生通過查閱資料、實驗探索等手段來完成教學任務，很多時候會結合一些大學生創新創業活動來實施探究式項目。這種方式當然對培養學生的創新能力、自主學習能力有很多益處，但不可否認它需要教師和學生投入較多的時間和精力，也會增加教學資源的成本，這就大大限制了探究式教學的大范圍推廣。更為重要的是，不是所有的教學內容都適合開展合理的探究式項目設計。例如，偏重于基礎理論知識的基礎學科，由于涉及抽象的、概念化的內容就很難順利開展這種類型的探究式教學。特別是在大學教學中，因受教學學時的限制而要求教師在有限的時間內給學生足夠的信息輸出，這就大大限制了探究式教學的推行范圍。這是造成現今大學教師主觀上希望引進先進的教學理念，但客觀上卻無法真正將其付諸實踐的主要原因。

有關探究式教學的論文可謂汗牛充棟。這些研究要么集中在理論研究層面，雖然它們為教育工作者提供了諸多教學思路，但卻缺乏可操作性；要么是一些基于具體實例的經驗之談，雖然可操作性強，但局限在個案上，缺乏具有推廣價值的原則和手段。這說明到目前為止，我們還沒有真正搭建起連接探究式教學理論和教學實踐活動的橋梁，還停留在零敲碎打的探索和摸著石頭過河的實驗階段。本文試圖通過科學研究過程中的思路和方法，有效結合探究式教學理論和實踐，建立具有普適性的橋梁。

三、科研活動與虛擬化探究

隨著我國科學技術實力的穩步增強，近年來對科研創新人才的培養和科研的投入與日俱增。大多數高校教師不僅需要承擔基礎學科的教學任務，也必須進行相關領域的科研工作。對基礎學科而言，科研工作主要是進行基礎理論的創新性探索，是獲取新知識的過程，而教學工作的主要任務是傳授已有知識，為學生構筑本學科的基本思維方法和知識框架。由于科研和教學工作的目標和方法存在差異性，如何協調科研和教學的關系，尤其是如何以科研促進教學一直是擺在大學教師面前的重要課題。很多學校出現了教得好的教師其科研工作卻開展得并不多，而科研做得好的教師其教學水平并不一定高的情況。這既是由于工作重心和投入的精力不同造成的，也是由于沒有合適的方法有效銜接科研工作和教學工作造成的。畢竟大部分科研工作僅聚焦于某一個狹窄的領域，屬于高精尖的探索，而教學內容往往追求大而全，更重視拓寬學生知識的廣度。

然而，如果擯棄具體的科研內容，僅從科研過程的宏觀層面去思考，我們會發現科學研究本質上是對自然界的探究過程。一般來說，科學探究包括以下過程：（1）發現并明確提出要探究的問題；（2）猜想與假設；（3）通過觀測、調查、實驗等方法收集各種科學證據；（4）分析、論證；（5）得出結論、解釋、模型建構及預測；（6）合作評估與交流。這不恰恰是與我們一直所倡導的探究式教學的基本過程存在一致的地方嗎？其不同之處主要在于科研將目光投向了未知的世界，而探究式教學主要在于對已有知識體系的自主性建構（當然，并不排斥部分創新性探索）。我們甚至可以說，探究式教學就是在教學中創設一種類似于學術（或科學）研究的情境，將已有的知識、理論假設為未知世界，讓學生自主、獨立地發現問題，調查、收集與處理信息， 開展交流與合作等探究活動， 從而獲得知識與技能、情感與態度的發展，這樣既培養了學生的探索精神和求知欲，又促進其創新能力的發展。如果站在這個角度去理解探究式教學，我們可以獲得一種實施探究式教學的途徑，那就是“重走長征路”，讓學生在學習過程中站在科研工作者的角度去重溫科學知識、科學理論的發現過程。我們可以將每一個需要學生掌握的重要知識點當作一個個科學研究，讓學生自己提出假設，設計方案去驗證或論證自己的觀點，并得出自己的結論。教師再給出科學家們所采用的論證方法，讓學生自己去比對雙方的異同，通過糾錯和修正，激發學生主動思考和獲取知識的積極性，使學生更深刻地理解科學結論的發現過程和背后的故事。通過這種方式獲取的知識會被內化為學生自己的思維方式，是真正好用的“活的知識”。這種教學方式實際上是一種“虛擬化探究”，更多的是屬于“開腦洞”型的思維訓練。endprint

“虛擬化探究”的好處在于：首先，由于它屬于思維訓練，所需資料不多，并不需要太多教學資源的成本投入，簡單易行。其次，根據知識點的難易程度以及在所屬學科中重要性的不同，教師容易控制探究過程的時間投入。如果是重要知識點可以將課題設計得復雜一些，探究過程可以逐步深入，而對簡單知識點僅需進行簡單的論證即可，這樣既可以在有限的教學時間中激發學生的探究興趣，培養其探究能力，又便于把控時間，不至于造成教學任務無法完成的困擾。最重要的是，這種探究式教學所需素材和選題可謂俯拾皆是，教師僅需對知識點相關的科學研究歷史加以整理和凝練，提煉出其中的科學問題和核心的解決方案即可得心應手地運用于教學實踐中。對于自然科學基礎學科的學習，教師和學生普遍的感受都是枯燥、刻板、冷冰冰的，這是由于自然科學的學習需要學生站在客觀和理性的視角。而一旦通過具體問題的設計，告訴學生科學知識背后的故事和隱含的問題，將冷冰冰的科學變為有內容、有情節的場景，不僅能使學生獲得知識與技能，也可以使其獲得情感與態度的發展。除此以外，也可以通過這種教學方式讓學生了解到科學家思考問題的思維方式，如何將實際案例凝練為科學問題，如何將一個復雜的問題簡化為一系列簡單問題的組合，并找到具體的實施方案。經過這樣的不斷訓練，學生不僅獲取了知識，更學會了獲取知識的方法，建立科學的思考模式，提高了處理實際問題的能力。

四、虛擬化探究案例分析

由于筆者長期從事電子信息的科研教學工作，在這里我們試圖通過一個具體實例來說明這種虛擬化探究的實施過程。由于涉及專業內容，請讀者略去具體知識點，僅看教學設計的基本思路和方法。

人類社會傳播的一切內容都稱為信息，人們通過不同的信息比如圖片、語言、文字、指令、手勢等來認識和改造世界。由于信息具有普遍性、客觀性、共享性及時效性，人們需要對這些獲得的信息進行加工處理并加以利用。例如，在通信原理的教學中有一個重要的知識點即信息及其度量。在講解這一知識點時，教師可以進行虛擬化探究的課題設計。

教師先提出課題：針對不同信息，我們如何進行加工處理，或者說如何區分信息及衡量信息量的大小？根據筆者的教學經驗，學生通常會使用消息出現的時間、出現的次數、描述的文字多少、聲音的強弱等來描述信息量的大小。比如某一消息的出現時間早一些，則認為該信息的信息量大一些：在兩人通話中，出現“吃飯”二字的次數多，則該通話信息中“吃飯”的信息量相對較大；同時談話中聲音大的一方信息量大；等等。

針對學生給出的方案，教師可以進行可行性分析：如何測定消息出現時間的早晚、聲音大小以及描述文字的字數多少？學生會根據已有知識給出方法，即測定聲音的幅值強度或能量大小，描述文字的字數占總字數的百分比，等等。

教師接著提問：如果成千上萬個消息可能只闡述一個共同的內容呢？如果在描述中文字再多卻全是廢話呢？收音機里唱著同一首歌，開得聲音大些或是小些，你得到的信息就會增加或減少嗎？由于大部分的學生僅從書本獲取相關知識，尚未進行真正意義上的實驗工作，無法給出具體而實際的衡量方法，課堂通常會陷入沉寂。

接著教師繼續對學生的方案進行深度分析。全是廢話的描述沒有任何意義，其中的主要內容才是信息量，它出現的概率相對大些。一首歌的音量大小不能決定歌中內容的重要性，而只有不斷出現的重要字眼才能反映這首歌的主要內容。數據資料中包含的數據類型的多少、準確資料的多少以及人們注意力的程度等，都不足以衡量數據資料中信息量的多少，而只有消除人們對數據資料認知的“不確定性”才能衡量。“今年冬天和去年夏天一樣熱”和“今年夏天和去年夏天一樣熱”，到底哪句的信息量大？ 在一系列問題的提示下，學生會在頭腦中快速搜索已有知識，試圖脫離困境。

在學生進行短暫的思考和討論后，會有部分學生提出是否可以通過不可能發生或出現的概率來衡量信息量的大小。提出這一方案的學生已經初步學會了應用統計概率來解決信息衡量的科學方法。教師應對這一解決方案給予積極、正面的評價。

在經過充分的討論和思考后，教師給出科研工作者的解決方案：在通信系統中，當收信者接收到信源發出的信息時，可以消除對于某一個事件的不確定性。信源中某一個消息發生的可能性越小（不確定性越大），一旦它發生并被收信者收到后，其消除的不確定性就越大，收信者獲得的信息量也就越大；反之亦然。因此，收信者獲得信息量的多少與信源的不確定性的消除有關，由此可以直觀地把信息量定義為：

收到某消息獲得的信息量

=收到該消息前關于某事件發生的不確定性

=信源輸出的某消息中所含有的信息量

用概率論可以進行數學概述，一個隨機事件xi所含有的信息量I的大小被定義為：

這時候，學生通常會恍然大悟，對科學家提出的巧妙的解決方案贊嘆不已。

教師還可以根據學生對該公式的理解進行現場的講解，重點比較學生所提出方案和科學家的結論之間的異同點，讓學生明白二者的優缺點。同時，教師還可以根據具體情況為后面將要提出的“信息熵”等概念做鋪墊，讓學生不僅知道理論知識，也對具體科研問題的解決方法有所了解。

通過這一簡單實例，學生可以深刻理解研究者在面對科學問題、提出實驗方案以及得出結論過程中嚴密的邏輯，了解科研實踐過程中所要面對的實際問題（實驗誤差、結論的唯一性等）以及相關的解決方法。特別是通過設計虛擬化探究方案，讓學生在面對所學書本知識時能站在研究者的角度，不僅充分理解已有的研究思路，活躍創造性思維，提出自己的研究方案，使死的知識變成活的能力。

總之，虛擬化探究是一種利用科研實踐的思維方式來進行教學設計的方法，實質上是通過將知識點轉變成研究課題的方法，讓學生從學習者轉換為研究者的角色來看待所學知識。這種角色的轉化不僅能有效提高學生的學習積極性，激發學生的創新性思維能力，更能提高學生凝練科學課題、解決實際問題的能力。從教師的角度來說，它降低了以往探究式教學方法的實施難度，具有成本低、周期短、可操作性強的特點。同時，也能很好地促進科研工作和教學工作的有效銜接，是一種值得推廣的探究式教學方法。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李維剛，隋曉冰.探究式教學模式在高校教學中的應用[J].科技創業月刊，2017（6）：86-88.

[2] 張潤，史立英.美國探究式教學實施歷程及啟示[J].教學與管理，2017（3）：122-124.

[3] 劉桂云.科研引導下的探究式教學模式改革與實踐[J].物流技術，2015（17）：281-282+294.

[4] 杜金萍，李慧民，高術振.開展問題探究式教學，加強創新能力培養[J].職大學報，2007（4）：129-130+47.

[5] 王林雪，路靜文.國內外探究式教學的研究述評[J].教育教學論壇，2015（44）：1-4.

[6] 鄭淵方，廖伯琴，王姍.探究式教學的模型建構探討[J].學科教育，2001（5）：1-4+18.

[7] 許云鳳.探究式教學與傳授式教學辨析[J].教育探索，2006（7）：22-24.

[責任編輯：龐丹丹]endprint