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摘 要:在探究式科学教育中,儿童对科学概念的学习不仅是重要的,而且是困难的。那么如何利用ICT技术将抽象的科学概念具体化,加深儿童对科学概念的理解和学习,是推动探究式科学教育发展的关键。本文从探究式科学教育的现状出发,探讨如何在探究式科学教育中运用ICT技术,来推动探究式科学教育的发展。
关键词:探究式科学教育 ICT技术 科学概念
中图分类号:G62文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 03-153-02
1引言
1.1探究式科学教育
探究式科学教育(Inquiry-Based Science Education)是国际科学教育中的热点,它起源于美国,由美国自然科学基金会(NSF)、美国科学院(NAP)、美国科学促进会联合会(AAAS)共同推进。1994年,诺贝尔物理奖获得者萨帕克教授将动手做项目引进法国,建立了法国科学教学改革项目,取名La Main a la Pate(LAMAP)。在借鉴了美国和法国成功经验的基础上,2001年由教育部和中国科协共同倡导了探究式科学教育在中国的项目——“‘做中学’(Learning by Doing)探究式科学教育改革实验项目”。项目实施至今,已从最初的4个试验区发展到目前的22个城市2000多所学校,近20万儿童受益。
1.2ICT(Information and Communication Technology)技术
ICT 是信息技术与通信技术融合形成的新的技术领域,不仅极大的影响着人们的生活,也对教育产生了重要影响,使教育信息的创造、储存、传递等功能获得了前所未有的充分发挥,尤其是互联网的应用。据统计数据显示,截止2005年世界上有246个国家和地区的九亿三千万人,通过三亿五千万部电脑连接到互联网。2006年中国互联网的用户增长率达到18.9%。
ICT技术的迅速发展对探究式科学教育也产生了巨大影响。如何利用ICT技术来推动探究式科学教育的实施和发展,已得到众多人的关注,为此国际科学院联合组织(IAP)在2003年发布了联合宣言。现在参与IAP探究式科学教育改革实验网络的国家已经超过30个,包括中国。
1.3在探究式科学教育中应用ICT技术的现实需求
韦钰院士曾经强调科学课程要围绕重要的科学概念和模型组织教学,因为儿童对科学概念的学习不仅是重要的,而且是困难的。在实际教学中,抽象的科学概念光靠讲解,是很难建立的。例如在“2009年国培计划小学科学学科培训者培训“中,在讲授地球与空间科学领域主题四季形成时,来自全国各地的科学教师普遍反映,学生难以建立四季形成的科学概念,主要原因有:(1)无法亲身经历或察到四季形成;(2)空间思维能力的限制;(3)不同年龄段学生推理能力发展的制约;面对这种情况,如何让学生建立此领域的科学概念呢?那就需要借助ICT技术,利用计算机模拟四季形成过程,将抽象的科学概念具体化,从而帮助学生建立四季形成的科学概念。除四季形成主题外,在声音主题中,学生也很难建立“声音是由物体振动产生的”这一科学概念;在宏观与微观主题中,物质的原子分子结构以及溶解等科学概念学生也很难把握。所以说在探究式科学教育中运用ICT技术具有必然性。
2ICT技术在探究式科学教育中的应用形式
2.1数字图像和视频
在探究式科学教育中,观察是探究过程中很重要的一个步骤。我们都知道,如果儿童能够看到所学习的科学概念的有关现象,将会促进他们对复杂科学概念的理解,所以利用现代信息技术,拍摄或制作相关的图片和视频,并在课堂中加以展示,或者让儿童亲自将科学概念可视化,会促进儿童对科学概念的理解。相关的研究表明,有图片和文本交互的内容产生的理解和记忆效果要好于只有文本的内容。我们也可以利用图片引出要探究的问题,让学生去想像图片现象前后发生了什么,用视频记录实验过程来发现自己在实验过程中的错误,或者比较自己的实验设计与别人的实验设计之间的区别,并进行总结等,总之不需要很大的设备预算就可以实现良好的学习效果。
2.2计算机模拟
实验是探究式科学教育的重要部分,在现实生活中有些实验是无法操作的,例如四季形成、原子分子结构等,然而利用计算机可以模拟现实生活中比较复杂、耗时、危险或者现实中无法实现的现象和过程,通过模拟可以将抽象的概念具体化、可视化,模拟过程的时间由学生控制改变,以三维立体动画的形式展现,能够吸引学生的兴趣,模拟结束后学生能够得到及时的反馈,可以说计算机模拟极大的推动了探究式科学教育的发展。相关研究表明,计算机模拟的灵活性使得概念学习的正确与否变得不再那么重要,重要的是解决问题的策略和决定。通过计算机模拟能够实现与传统方式等价的成效,甚至会更好。如果考虑时间、花费、学生兴趣等因素的话,计算机模拟会更胜一筹。例如可以模拟老鼠繁殖实验、虚拟光学台实验等。
2.3WBI项目
WBI(web-based inquiry)是探究式科学教育的支持网站。它是基于网络的探究学习活动,能够支持学生作为积极的学习者,在学习过程中不必等老师给出正确答案,而是怀着问题自主实施探究活动,在探究过程中,严格评价证据以寻求问题解决方案,并提出新的问题,使学生在进行科学实践的过程中学习。WBI要求学生能够熟练运用科学家在现实生活中所使用的实验和证据。交流也是WBI一个重要特征,学生可以利用交流来共享结论和解释。研究表明,WBI活动在促进学生理解方面起了重要作用,这些活动能够加强学生对科学概念的理解。比较成功的WBI项目有GLOBE(Global learning and observations to benefit the environment ,WISE(web-based inquiry science environment)等。
2.4科学教育网站
基于网络的科学课程活动设计始于20世纪90年代,到90年代末,科学教育网站开发者开始逐步建立包括网络资源和课程活动等内容的大型网站。网络教育的优势除了打破时空限制,实现了学习时间和学习地点不再整齐划一之外,还有:
2.4.1共享学习资源
网络解放了人们获取信息的能力,使学生和教师可以便捷地获取他们所需要的信息,共享全球学习资源。从教师的角度讲,在探究式科学教育中,教师不再是灌输知识的角色,而是扮演着类似资源库的角色,教师自身必须具备丰富的科学知识,所以教师要不断充实自己的专业知识。网络中不仅资源丰富、内容全面,而且没有时间、空间限制,是教师繁忙时间表下的最佳选择。从学生的角度讲,以网络资源辅助课堂学习,可以加深儿童对科学概念的理解,使儿童的探究学习更加有效。
2.4.2采用同步、异步交互模式,实现在线交流
以对话原则为核心的网络学习方法,能够为学习者带来较其它方式更深刻的学习体验。通过网络教师可以交流教学心得,探讨教学策略,共同推进科学教育的发展;学生可以交流学习心得,组成在线教室,同步进行探究活动,交流探究结果;学生与教师可以进行在线交流,教师倾听学生的心声,学生提出问题并得到及时反馈,研究表明:反馈对学习者有复杂的影响,不仅对他们的信息获取有益,而且对学习者的学习动机也有重要影响;教师也可以与科学家进行在线交流,使教师掌握学科前沿动态,结合自己的教学实践,提高教学水平。
2.4.3将自主学习与合作学习相结合
在网络课堂中,将教学内容以模块的形式呈现,便于学习者根据自己已有知识进行选择,做到因材施教,实现自主学习,加强了学习者与学习内容之间之间的交互;采取基于问题和任务的教学探究策略,使身处异地的学习者通过网络课堂,共同寻求解决问题的方法和措施,实现合作学习,加强了学习者与学习者之间的交互。
3结束语
在探究式科学教育中,利用计算机模拟技术可以将抽象的科学概念具体化,帮助儿童理解和建立科学概念;借助网络优势,实现自主学习与合作学习,提高学习效率和培养合作精神;利用网络科学课堂,扩大探究式科学教育的推广范围,推动探究式科学教育的普及和发展。总之,借助ICT技术,推动探究式科学教育教学实验改革项目的普及和发展,使更多的儿童从中受益,是信息技术高速发展的时代背景下,社会发展的新趋势。
参考文献:
[1]Randy l.Bell等.Technology in the Secondary Science Classroom[M].NSTApress.2008.
[2]Jorg Zumbach.Beyond Knowledge: the Legacy of Competence[M].Springer.2008.
[3]Lora Lee Smith Canter,Karen S.Voytecki等Increasing Online Interaction in Rural Special Education Teacher Preparation Programs[J].Rural Special Education Quarterly.2007.26(1).
[4]韦钰,[加]p.Rowell.探究式科学教育教学指导[M]. 北京:教育科学出版社.2005.
[5] 王松涛.基于对话的网络教学方法策略[J].远程教育杂志.2006.(3).
[6]秦瑞方,王涛.网络教学模式与传统教学模式优势互补研究[J].教育教学研究.2007(12).
[7]王美. 教师在线专业发展(OTPD):背景、研究、优势及挑战[J].教师教育研究.2008(6).
[8]邵威,李莉.ICT的技术经济特征分析.集体经济[J].学术探讨.2009(11).
[9]韦钰 .脑与教育学习札记:为什么我们要围绕科学概念来组织[J].科学教育,2008.7 .
关键词:探究式科学教育 ICT技术 科学概念
中图分类号:G62文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 03-153-02
1引言
1.1探究式科学教育
探究式科学教育(Inquiry-Based Science Education)是国际科学教育中的热点,它起源于美国,由美国自然科学基金会(NSF)、美国科学院(NAP)、美国科学促进会联合会(AAAS)共同推进。1994年,诺贝尔物理奖获得者萨帕克教授将动手做项目引进法国,建立了法国科学教学改革项目,取名La Main a la Pate(LAMAP)。在借鉴了美国和法国成功经验的基础上,2001年由教育部和中国科协共同倡导了探究式科学教育在中国的项目——“‘做中学’(Learning by Doing)探究式科学教育改革实验项目”。项目实施至今,已从最初的4个试验区发展到目前的22个城市2000多所学校,近20万儿童受益。
1.2ICT(Information and Communication Technology)技术
ICT 是信息技术与通信技术融合形成的新的技术领域,不仅极大的影响着人们的生活,也对教育产生了重要影响,使教育信息的创造、储存、传递等功能获得了前所未有的充分发挥,尤其是互联网的应用。据统计数据显示,截止2005年世界上有246个国家和地区的九亿三千万人,通过三亿五千万部电脑连接到互联网。2006年中国互联网的用户增长率达到18.9%。
ICT技术的迅速发展对探究式科学教育也产生了巨大影响。如何利用ICT技术来推动探究式科学教育的实施和发展,已得到众多人的关注,为此国际科学院联合组织(IAP)在2003年发布了联合宣言。现在参与IAP探究式科学教育改革实验网络的国家已经超过30个,包括中国。
1.3在探究式科学教育中应用ICT技术的现实需求
韦钰院士曾经强调科学课程要围绕重要的科学概念和模型组织教学,因为儿童对科学概念的学习不仅是重要的,而且是困难的。在实际教学中,抽象的科学概念光靠讲解,是很难建立的。例如在“2009年国培计划小学科学学科培训者培训“中,在讲授地球与空间科学领域主题四季形成时,来自全国各地的科学教师普遍反映,学生难以建立四季形成的科学概念,主要原因有:(1)无法亲身经历或察到四季形成;(2)空间思维能力的限制;(3)不同年龄段学生推理能力发展的制约;面对这种情况,如何让学生建立此领域的科学概念呢?那就需要借助ICT技术,利用计算机模拟四季形成过程,将抽象的科学概念具体化,从而帮助学生建立四季形成的科学概念。除四季形成主题外,在声音主题中,学生也很难建立“声音是由物体振动产生的”这一科学概念;在宏观与微观主题中,物质的原子分子结构以及溶解等科学概念学生也很难把握。所以说在探究式科学教育中运用ICT技术具有必然性。
2ICT技术在探究式科学教育中的应用形式
2.1数字图像和视频
在探究式科学教育中,观察是探究过程中很重要的一个步骤。我们都知道,如果儿童能够看到所学习的科学概念的有关现象,将会促进他们对复杂科学概念的理解,所以利用现代信息技术,拍摄或制作相关的图片和视频,并在课堂中加以展示,或者让儿童亲自将科学概念可视化,会促进儿童对科学概念的理解。相关的研究表明,有图片和文本交互的内容产生的理解和记忆效果要好于只有文本的内容。我们也可以利用图片引出要探究的问题,让学生去想像图片现象前后发生了什么,用视频记录实验过程来发现自己在实验过程中的错误,或者比较自己的实验设计与别人的实验设计之间的区别,并进行总结等,总之不需要很大的设备预算就可以实现良好的学习效果。
2.2计算机模拟
实验是探究式科学教育的重要部分,在现实生活中有些实验是无法操作的,例如四季形成、原子分子结构等,然而利用计算机可以模拟现实生活中比较复杂、耗时、危险或者现实中无法实现的现象和过程,通过模拟可以将抽象的概念具体化、可视化,模拟过程的时间由学生控制改变,以三维立体动画的形式展现,能够吸引学生的兴趣,模拟结束后学生能够得到及时的反馈,可以说计算机模拟极大的推动了探究式科学教育的发展。相关研究表明,计算机模拟的灵活性使得概念学习的正确与否变得不再那么重要,重要的是解决问题的策略和决定。通过计算机模拟能够实现与传统方式等价的成效,甚至会更好。如果考虑时间、花费、学生兴趣等因素的话,计算机模拟会更胜一筹。例如可以模拟老鼠繁殖实验、虚拟光学台实验等。
2.3WBI项目
WBI(web-based inquiry)是探究式科学教育的支持网站。它是基于网络的探究学习活动,能够支持学生作为积极的学习者,在学习过程中不必等老师给出正确答案,而是怀着问题自主实施探究活动,在探究过程中,严格评价证据以寻求问题解决方案,并提出新的问题,使学生在进行科学实践的过程中学习。WBI要求学生能够熟练运用科学家在现实生活中所使用的实验和证据。交流也是WBI一个重要特征,学生可以利用交流来共享结论和解释。研究表明,WBI活动在促进学生理解方面起了重要作用,这些活动能够加强学生对科学概念的理解。比较成功的WBI项目有GLOBE(Global learning and observations to benefit the environment ,WISE(web-based inquiry science environment)等。
2.4科学教育网站
基于网络的科学课程活动设计始于20世纪90年代,到90年代末,科学教育网站开发者开始逐步建立包括网络资源和课程活动等内容的大型网站。网络教育的优势除了打破时空限制,实现了学习时间和学习地点不再整齐划一之外,还有:
2.4.1共享学习资源
网络解放了人们获取信息的能力,使学生和教师可以便捷地获取他们所需要的信息,共享全球学习资源。从教师的角度讲,在探究式科学教育中,教师不再是灌输知识的角色,而是扮演着类似资源库的角色,教师自身必须具备丰富的科学知识,所以教师要不断充实自己的专业知识。网络中不仅资源丰富、内容全面,而且没有时间、空间限制,是教师繁忙时间表下的最佳选择。从学生的角度讲,以网络资源辅助课堂学习,可以加深儿童对科学概念的理解,使儿童的探究学习更加有效。
2.4.2采用同步、异步交互模式,实现在线交流
以对话原则为核心的网络学习方法,能够为学习者带来较其它方式更深刻的学习体验。通过网络教师可以交流教学心得,探讨教学策略,共同推进科学教育的发展;学生可以交流学习心得,组成在线教室,同步进行探究活动,交流探究结果;学生与教师可以进行在线交流,教师倾听学生的心声,学生提出问题并得到及时反馈,研究表明:反馈对学习者有复杂的影响,不仅对他们的信息获取有益,而且对学习者的学习动机也有重要影响;教师也可以与科学家进行在线交流,使教师掌握学科前沿动态,结合自己的教学实践,提高教学水平。
2.4.3将自主学习与合作学习相结合
在网络课堂中,将教学内容以模块的形式呈现,便于学习者根据自己已有知识进行选择,做到因材施教,实现自主学习,加强了学习者与学习内容之间之间的交互;采取基于问题和任务的教学探究策略,使身处异地的学习者通过网络课堂,共同寻求解决问题的方法和措施,实现合作学习,加强了学习者与学习者之间的交互。
3结束语
在探究式科学教育中,利用计算机模拟技术可以将抽象的科学概念具体化,帮助儿童理解和建立科学概念;借助网络优势,实现自主学习与合作学习,提高学习效率和培养合作精神;利用网络科学课堂,扩大探究式科学教育的推广范围,推动探究式科学教育的普及和发展。总之,借助ICT技术,推动探究式科学教育教学实验改革项目的普及和发展,使更多的儿童从中受益,是信息技术高速发展的时代背景下,社会发展的新趋势。
参考文献:
[1]Randy l.Bell等.Technology in the Secondary Science Classroom[M].NSTApress.2008.
[2]Jorg Zumbach.Beyond Knowledge: the Legacy of Competence[M].Springer.2008.
[3]Lora Lee Smith Canter,Karen S.Voytecki等Increasing Online Interaction in Rural Special Education Teacher Preparation Programs[J].Rural Special Education Quarterly.2007.26(1).
[4]韦钰,[加]p.Rowell.探究式科学教育教学指导[M]. 北京:教育科学出版社.2005.
[5] 王松涛.基于对话的网络教学方法策略[J].远程教育杂志.2006.(3).
[6]秦瑞方,王涛.网络教学模式与传统教学模式优势互补研究[J].教育教学研究.2007(12).
[7]王美. 教师在线专业发展(OTPD):背景、研究、优势及挑战[J].教师教育研究.2008(6).
[8]邵威,李莉.ICT的技术经济特征分析.集体经济[J].学术探讨.2009(11).
[9]韦钰 .脑与教育学习札记:为什么我们要围绕科学概念来组织[J].科学教育,2008.7 .