模擬型課件支持小學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)的觀察與分析*

樊文芳

（山西大同大學(xué) 教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西 大同037009）

一、引言

《國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》在全面落實(shí)立德樹人根本任務(wù)中要求從中小學(xué)做起，注重激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、科學(xué)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，加強(qiáng)科學(xué)方法的訓(xùn)練，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017）指出：“小學(xué)科學(xué)課程是一門基礎(chǔ)性課程，早期的科學(xué)教育對(duì)一個(gè)人的科學(xué)素養(yǎng)的形成具有十分重要的作用”，“倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)”是一個(gè)重要的課程基本理念，明確了“小學(xué)科學(xué)課程實(shí)施的主要形式是探究活動(dòng)”[1]。

然而文獻(xiàn)研究和現(xiàn)狀調(diào)查表明，小學(xué)科學(xué)課堂目前未能有效地開展探究學(xué)習(xí)，主要有兩個(gè)方面的原因：一是教師不能適應(yīng)、甚至不能勝任科學(xué)探究教學(xué)；二是課程資源不足，教具、實(shí)驗(yàn)器材、多媒體設(shè)施等缺乏或落后。

科學(xué)探究的環(huán)境包括自然情境、實(shí)驗(yàn)室和模擬情境[2]。在自然情境和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中開展科學(xué)探究受校內(nèi)外環(huán)境和設(shè)施條件限制，而模擬型課件創(chuàng)設(shè)的探究情境具有安全可控、易于觀察、便于引入課堂等優(yōu)點(diǎn)，適合小學(xué)科學(xué)探究側(cè)重于定性觀察和簡(jiǎn)單的量化驗(yàn)證的要求，更為重要的是模擬探究情境在內(nèi)容組織、具體與抽象結(jié)合、觀察和控制、活動(dòng)引導(dǎo)等方面能夠彌補(bǔ)教師指導(dǎo)的不足。

本研究通過對(duì)學(xué)生獨(dú)立使用模擬型課件進(jìn)行科學(xué)探究學(xué)習(xí)的觀察，探討模擬型課件對(duì)科學(xué)探究學(xué)習(xí)過程的影響。

二、研究方案

1.觀察和訪談對(duì)象

觀察和訪談對(duì)象為某小學(xué)五、六年級(jí)學(xué)生。對(duì)于每個(gè)課件應(yīng)用，從相應(yīng)年級(jí)的一個(gè)班里隨機(jī)選取15名學(xué)生，每3人為一個(gè)學(xué)習(xí)小組，先后參與學(xué)生為6個(gè)班90人。該小學(xué)是位于大同市區(qū)的一般學(xué)校，教學(xué)水平和學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況具有一定的代表性。

2.模擬型課件的選擇和使用

結(jié)合該校本學(xué)期科學(xué)課程的教學(xué)進(jìn)度，從小學(xué)科學(xué)探究模擬課件系列中選擇分別適合于五年級(jí)和六年級(jí)學(xué)生的6個(gè)課件，包括能量轉(zhuǎn)換、血液循環(huán)、種子萌發(fā)的條件、生物的遺傳、凸透鏡成像、影響植物生長(zhǎng)的因素，如圖1所示。

圖1 小學(xué)科學(xué)探究模擬課件

課件的選擇要考慮以下幾個(gè)方面因素：①課件所涉及的知識(shí)點(diǎn)、觀察或?qū)嶒?yàn)原理、觀察或?qū)嶒?yàn)步驟、表現(xiàn)出的科學(xué)現(xiàn)象等符合課程標(biāo)準(zhǔn)；②課件體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)思想，蘊(yùn)含科學(xué)探究過程和教學(xué)策略；③課件結(jié)構(gòu)完整，包含導(dǎo)入情境、探究操作、檢測(cè)練習(xí)、操作幫助、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等模塊，如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)完整的模擬型課件

隨著五年級(jí)和六年級(jí)的教學(xué)進(jìn)度，選取相應(yīng)年級(jí)的學(xué)生運(yùn)用課件進(jìn)行學(xué)習(xí)，每個(gè)學(xué)習(xí)小組共享一臺(tái)電腦，進(jìn)行課件的學(xué)習(xí)和交流，課件學(xué)習(xí)的時(shí)間先于班級(jí)授課時(shí)間。6個(gè)課件分別由6個(gè)班的被試使用，以保證所有被試都是第一次接觸和運(yùn)用該系列課件，避免先前使用經(jīng)驗(yàn)的干擾。

3.研究方法

（1）結(jié)構(gòu)觀察法

觀察地點(diǎn)在計(jì)算機(jī)教室，在統(tǒng)一的時(shí)間，讓每個(gè)小組的學(xué)生運(yùn)用一個(gè)模擬型課件，不進(jìn)行任何教學(xué)指導(dǎo)。事先編制好觀察記錄表，采用直接觀察法和攝像機(jī)記錄的間接觀察法結(jié)合的方式，以小組為單位觀察學(xué)生使用模擬型課件中的語言行為和動(dòng)作行為。

（2）訪談法

用訪談法作為觀察法的補(bǔ)充。根據(jù)訪談提綱和觀察的疑點(diǎn)，在學(xué)生操作完課件后，仍然以學(xué)習(xí)小組為單位詢問他們的即時(shí)感受和思考過程，收集關(guān)于情感態(tài)度的信息。

（3）數(shù)據(jù)收集和處理方法

綜合觀察和訪談收集到的信息，參考課程標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)每個(gè)課件應(yīng)用的調(diào)查數(shù)據(jù)以學(xué)習(xí)小組為單位計(jì)算得分人數(shù)的百分比，計(jì)分等級(jí)為：A完全符合、B基本符合、C不符合。最后得出6個(gè)課件的百分比平均值。

三、調(diào)查結(jié)果

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，科學(xué)探究包括提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、搜集整理信息、思考與結(jié)論、表達(dá)交流等目標(biāo)要素[1]。結(jié)合模擬型課件的構(gòu)成模塊，參考這些要素觀察學(xué)生運(yùn)用課件的行為，可以了解課件對(duì)學(xué)生的探究過程的影響。

1.導(dǎo)入情境

模擬型課件的導(dǎo)入對(duì)于創(chuàng)設(shè)探究情境有重要作用，不僅要吸引學(xué)生的注意力，引發(fā)學(xué)生的探究欲望和學(xué)習(xí)興趣，還要引導(dǎo)學(xué)生提出問題。導(dǎo)入情境的觀察點(diǎn)為：學(xué)生專注于導(dǎo)入情境并提出探究問題。

調(diào)查結(jié)果為：學(xué)生在導(dǎo)入模塊平均停留時(shí)間占課件學(xué)習(xí)時(shí)間的10.7%。有40.0%的學(xué)生提出了探究問題，33.3%的學(xué)生對(duì)導(dǎo)入感興趣，能提取出有用的信息，26.7%的學(xué)生僅迅速瀏覽了導(dǎo)入部分。

結(jié)果表明，課件的導(dǎo)入情境對(duì)于引起探究學(xué)習(xí)興趣和激發(fā)探究問題是有積極作用的，但是一部分學(xué)生只關(guān)注導(dǎo)入的有趣內(nèi)容，而忽略了導(dǎo)入所提供的大量相關(guān)知識(shí)信息，更不能聯(lián)系導(dǎo)入情境提出自己感興趣的探究問題。

2.探究操作

模擬型課件的探究操作是科學(xué)探究活動(dòng)的核心部分，當(dāng)學(xué)生操作課件時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生做出假設(shè)、計(jì)劃、操作和觀察、搜集信息、得出結(jié)論。探究操作活動(dòng)的觀察點(diǎn)和觀察結(jié)果見表1。

表1 探究操作活動(dòng)的觀察結(jié)果

調(diào)查結(jié)果為，學(xué)生在探究操作模塊平均停留時(shí)間占課件學(xué)習(xí)時(shí)間的61.8%，包括偶爾查看指導(dǎo)或幫助。從表1得知，有30.0%的學(xué)生能與以往學(xué)習(xí)的知識(shí)聯(lián)系做出合理的假設(shè)，36.7%的學(xué)生對(duì)探究結(jié)果做出一定的猜想，33.3%的學(xué)生沒有提出假設(shè)。有33.3%的學(xué)生按照提示設(shè)計(jì)了探究方案，36.7%的學(xué)生考慮到了探究步驟，30.0%的學(xué)生沒有關(guān)注探究步驟，只是嘗試著操作。以上兩項(xiàng)觀察點(diǎn)有超出30%的學(xué)生沒有考慮假設(shè)和探究步驟，表明他們的探究過程存在著重要缺陷。

綜上所述，關(guān)于記錄數(shù)據(jù)、分析整理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論和驗(yàn)證這三個(gè)觀察點(diǎn)得分A和B的學(xué)生人數(shù)合計(jì)都超過70%，可以認(rèn)為這些學(xué)生基本上是有目的地進(jìn)行探究操作，通過收集和分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而得出結(jié)論，并驗(yàn)證假設(shè)的。

記錄數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和驗(yàn)證假設(shè)的學(xué)生人數(shù)有一定的相關(guān)性。在觀察中發(fā)現(xiàn)，那些具有認(rèn)真記錄數(shù)據(jù)、分類整理數(shù)據(jù)習(xí)慣的學(xué)生都能合理地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，針對(duì)不同現(xiàn)象或統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出相應(yīng)的結(jié)論。

3.檢測(cè)練習(xí)

模擬型課件設(shè)置檢測(cè)練習(xí)有兩方面的目的：一是讓學(xué)生檢驗(yàn)自己得到的結(jié)論是否正確，二是檢查學(xué)生是否按照課件的引導(dǎo)進(jìn)行了操作，因而檢測(cè)練習(xí)實(shí)際上是給學(xué)生提供有指導(dǎo)的反復(fù)探究和驗(yàn)證的模塊。

學(xué)生如果答題錯(cuò)誤，反饋信息提示重新進(jìn)行探究操作，依據(jù)操作結(jié)果再次做出回答。如果回答正確，反饋信息則強(qiáng)化相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)或者探究方法。檢測(cè)練習(xí)的觀察點(diǎn)：按照反饋信息逐項(xiàng)完成練習(xí)。

調(diào)查結(jié)果為：學(xué)生在檢測(cè)練習(xí)模塊平均停留時(shí)間占課件學(xué)習(xí)時(shí)間的27.5%，包括依據(jù)反饋提示重新探究和驗(yàn)證。有36.7%的學(xué)生能依據(jù)反饋信息完成練習(xí)，43.3%的學(xué)生會(huì)關(guān)注反饋信息，20.0%的學(xué)生只是做題和核對(duì)答案，不重視反饋信息。

4.表達(dá)與交流

科學(xué)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)對(duì)表達(dá)與交流的要求，是學(xué)生能基于所學(xué)的知識(shí)，采用口頭或文字的表述方式，正確講述自己的探究過程與結(jié)論，能傾聽別人的意見，并與之交流。表達(dá)與交流的觀察點(diǎn)：在探究過程中主動(dòng)表達(dá)意見和愿意聽取同學(xué)的意見。

調(diào)查結(jié)果為：有43.3%的學(xué)生能夠用自己擅長(zhǎng)的方式表達(dá)意見和樂于聽取意見，40.0%的學(xué)生能夠表達(dá)清楚自己的觀點(diǎn)和聽取同學(xué)意見，16.7%的學(xué)生在探究過程沒有表現(xiàn)出主動(dòng)交流的意愿。

5.探究學(xué)習(xí)態(tài)度

積極的探究學(xué)習(xí)態(tài)度表現(xiàn)為在探究活動(dòng)中始終保持好奇心和主動(dòng)性，能持續(xù)努力完成預(yù)定的探究任務(wù)。探究學(xué)習(xí)態(tài)度的觀察點(diǎn)：對(duì)探究活動(dòng)有持續(xù)的興趣，主動(dòng)參與小組活動(dòng)，認(rèn)真對(duì)待每個(gè)步驟的任務(wù)。

調(diào)查結(jié)果為：學(xué)生基本都對(duì)科學(xué)探究活動(dòng)表現(xiàn)出興趣，36.7%的學(xué)生明顯表現(xiàn)出活躍、積極和主動(dòng)的態(tài)度，36.7%的學(xué)生對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的活動(dòng)都表現(xiàn)出參與的熱情，26.7%的學(xué)生參與活動(dòng)的熱情不夠穩(wěn)定，在小組中處于旁觀者的時(shí)間較多。

四、分析與討論

1.模擬型課件能夠有效支持科學(xué)探究學(xué)習(xí)

綜合以上5個(gè)方面9個(gè)觀察點(diǎn)的調(diào)查結(jié)果，可得出各等級(jí)百分比的平均值，在探究活動(dòng)中學(xué)生行為表現(xiàn)達(dá)到等級(jí)A的為38.1%，達(dá)到等級(jí)B的為38.5%，達(dá)到等級(jí)C的為23.4%。其中等級(jí)A和等級(jí)B的學(xué)生人數(shù)比例合計(jì)超過了70%。總的來說，模擬型課件能夠有效地支持科學(xué)探究學(xué)習(xí)。

（1）模擬型課件創(chuàng)設(shè)了既接近真實(shí)又重點(diǎn)突出，充滿趣味性的探究情境，讓學(xué)生充分投入探究活動(dòng)中，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

（2）課件所蘊(yùn)含的指導(dǎo)策略發(fā)揮了積極的作用，引導(dǎo)學(xué)生按照合理的步驟經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，減少了盲目嘗試。課件的多分支結(jié)構(gòu)，允許學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)想選擇不同的探究路徑。課件提供給學(xué)生可以設(shè)置的參數(shù)，提供多個(gè)可以操縱的變量，學(xué)生可以根據(jù)自己的設(shè)想有更多的選擇，探究的程度也不一樣。

（3）課件適當(dāng)提供的反饋信息，讓學(xué)生在探究過程中得到積極的評(píng)價(jià)和認(rèn)可，同時(shí)還提示學(xué)生學(xué)會(huì)通過自我反思來修正探究過程中的偏差。

2.模擬型課件的應(yīng)用要與教師的指導(dǎo)相結(jié)合

本次研究是讓學(xué)生完全獨(dú)立運(yùn)用課件學(xué)習(xí)。學(xué)生在探究活動(dòng)中的行為表現(xiàn)為等級(jí)C的有23.4%。同時(shí)，9個(gè)觀察點(diǎn)的等級(jí)A百分比的差異幅度為30.0%-43.3%，等級(jí)B的差異幅度為33.3%-43.3%，等級(jí)C的差異幅度為16.7%-33.3%。

這些數(shù)據(jù)表明各個(gè)學(xué)習(xí)小組在探究活動(dòng)中的行為表現(xiàn)是不夠穩(wěn)定的，主要有以下三方面的原因：①模擬型課件對(duì)有的探究環(huán)節(jié)指導(dǎo)不充分，對(duì)個(gè)別化學(xué)習(xí)的適應(yīng)性不夠；②學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)風(fēng)格等個(gè)體差異；③小組的人員構(gòu)成、內(nèi)部協(xié)調(diào)和活動(dòng)開展的差異。

在學(xué)生應(yīng)用模擬型課件進(jìn)行科學(xué)探究學(xué)習(xí)的過程中，加強(qiáng)教師的指導(dǎo)，可以解決或減輕學(xué)生探究活動(dòng)行為表現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，從而使學(xué)生做得更好[3]。課程標(biāo)準(zhǔn)指出，探究式學(xué)習(xí)是在教師的指導(dǎo)、組織和支持下，讓學(xué)生主動(dòng)參與、經(jīng)歷科學(xué)探究的過程[1]，即做類似于科學(xué)家們?cè)诳茖W(xué)研究中所進(jìn)行的那種真實(shí)的科學(xué)探究[4]。

因此模擬型課件要融合于課堂情境，教師要充分利用課件在提供學(xué)習(xí)內(nèi)容的同時(shí)引導(dǎo)探究過程的特點(diǎn)，把課件的科學(xué)探究引導(dǎo)與教師的組織和指導(dǎo)相結(jié)合，構(gòu)建與模擬情境相容的教學(xué)方式。這樣不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決學(xué)生在探究活動(dòng)中的問題，使學(xué)生在探究過程中保持興趣，愿意持續(xù)努力追尋結(jié)果，而且更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變和科學(xué)探究學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。

3.提高模擬型課件的智能化水平

本研究所使用的模擬型課件雖然預(yù)設(shè)了多種學(xué)習(xí)途徑和多樣化的反饋與提示，但都是在程序與學(xué)生交互控制下實(shí)現(xiàn)的，而不是由系統(tǒng)通過智能化判斷提供的，因而不能很好地適應(yīng)學(xué)生的個(gè)體差異，這是導(dǎo)致學(xué)生在探究活動(dòng)中的行為表現(xiàn)未能完全符合課程標(biāo)準(zhǔn)要求的一個(gè)重要原因。

模擬型課件的改進(jìn)可以在兩個(gè)層次上進(jìn)行，一個(gè)層次是把智能代理融入到課件中，根據(jù)學(xué)生探究學(xué)習(xí)進(jìn)程和操作的實(shí)際情況，給出人性化的提示信息；另一個(gè)層次是引入人工智能技術(shù)，由模擬教練對(duì)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)路徑、探究步驟及方法提供即時(shí)指導(dǎo)。

綜上所述，本文基于小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)探究學(xué)習(xí)目標(biāo)要求，對(duì)學(xué)生運(yùn)用模擬型課件進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的情況進(jìn)行了觀察和分析，得出一些初步的結(jié)論，確認(rèn)了模擬型課件對(duì)科學(xué)探究學(xué)習(xí)的積極作用，對(duì)模擬型課件與課堂教學(xué)融合以及課件開發(fā)的改進(jìn)提出了建議。由于應(yīng)用的課件數(shù)量少，取樣范圍小，研究結(jié)論的普遍性不足，有待于繼續(xù)深入探討。