重构教学与学习方式

　　按语：尼葛洛庞蒂说道：“计算不再只和计算机有关，它决定我们的生存。”同样，信息技术用于科学课程的学习，也不仅仅因为它是科学学习的工具，而是在全方位地改变科学学习的形态。据此，吴向东老师在《质变与重构——信息时代的科学教育探索》中，从探究过程和技术表达两个方面提出了重构科学教学和学习方式的一些思考。后续我们还将选介利用虚拟实验进行定量研究的案例，企望给读者们一些启发。
　　
　　重构教学与学习方式的关键是科学探究活动的数字化，这应该形成一种习惯。
　　
　　我们先从探究的一些基本过程来探讨一些重构的思路
　　
　　提出问题
　　科学问题的提出一方面来源于儿童的现实生活，另一方面来源于对科学资料的分析及质疑。信息技术给儿童占有资料带来了极大的方便，儿童比以往任何时候都见多识广，他们提出的科学问题也越来越有真知灼见。
　　
　　猜想与假设
　　在数学解应用题的课上，我们往往可以看到教师在教授学生画线段图来解题。线段图，实际上就是对思维的可视化，在它的支撑下，学生可以更方便地在诸多条件中，对于稍复杂问题进行脉络清理，从而能够更快速地解决问题。在科学课上，我们完全可以借助被称为“概念图”或者“思维导图”的软件工具来快速记录下思维的点点滴滴，然后通过对这些点点滴滴之间关系的清理，选用个符号、连个箭头、写点简单的文字说明，就可以逐渐地让自己的思路清晰起来。这与纸笔记录相比，更容易整理和保存，效率更高。
　　
　　观察、实验与证据采集
　　对于时空跨越较大的观察实验，一方面要尽可能地引导学生坚持去做，另一方面可以借助计算机模拟去“高效”完成，前面介绍的虚拟实验、虚拟天文观察就是很好的例子。
　　观察与实验数据的获取手段还可以通过引入各种传感器（也被称为探头）来进行。传感器可以检测出人类感觉器官所感觉不到的外界信息，如红外线、紫外线、超声波；可以以极快的速度作记录，如高达百万分之一秒物体下落的速度；也可以记录长时间的观察，如每隔10分钟记录水温的变化，如此，等等，它可以说是人类观察器官的延伸，而且随着技术的进步，传感器的种类和性能还会得到丰富和提升。下页图是测量教室的照明是否达到国家标准的科学调查活动，目的是通过调查研究，提出教室照明的规范，预防近视眼。调查时，学生只要把光敏传感器连接到数据采集器上，按照一定的方法来操作就行了，非常简单。
　　数据采集后，接下来就是数据的分析和处理了。在电脑中生成数据统计图，如折线图、饼状图等，对数据表进行分析计算，得出最佳的照明值等。由于有了这样的数字化设备，原来我们无法让学生去探究的身边的科学问题，现在不仅能去探究了，而且是真正的定量的科学研究。
　　
　　表达与交流
　　(1)用白板深度交流。近年来，出现了一种极有应用价值的交互式电子白板（Interactive Whiteboard），极大地提升了师生与黑板交流的质量。在教室里，电子白板代替了黑板，感应笔代替了粉笔，配套的工具软件和资源库把原来静态的黑板变成了生动活泼的课件呈现场所和利于师生一起“圈点”交流的学习中心（丁兴富，李敬东．从黑板到交互白板的历史进程——对信息技术与课堂教学整合前景的展望．中国电化教育，2005，（2）：31-35．）。
　　交互式电子白板的出现，课堂教学不再仅仅是教师的黑板演讲和师生的“剧本式”口头交流了，学生可以非常方便地在白板上圈点、涂抹，操作课件，做练习，做个人作品的展示，教师即时批注修改，还可把白板上师生交互的图景作为笔记保存共享。交流的便利和功能的扩展使师生交流的深度得到了跃升。
　　(2)用统计图表说话。许多科学研究成果的表达离不开统计图表。记得10余年前曾经看过一本美国人写的被重印了30多次的《怎样利用统计撒谎》的书，介绍了许多用统计图来夸大事实的骗人把戏，微不足道的增长被漂亮鬼灵的统计图给夸大到难以置信的程度。看来，学会看统计图、分析统计图对公民的社会生活来说也是多么重要。这使我想到科学课程中关于研究人的身高、体重的成长规律的内容。在学习这个内容时，往往要求学生画统计图来看曲线的走势。但很大一部分学生由于绘制曲线时产生的误差较大，本来上升坡度很大的曲线却没有反映出来，甚至于相反，这就给后续的分析带来了麻烦。所以我们要思考这样一个问题，绘制统计图是数学课的内容还是科学课的内容？科学课是要训练绘制统计图还是要训练分析统计图？如果是后者，我们何不教学生把身高体重的数据输入电子表格，然后让电脑来绘制曲线图呢？这样，学生的学习就会集中在对统计图的分析上，这应该是信息时代我们要教给学生的最重要的东西。
　　在形成研究报告时，如果学生能习惯性地运用这些统计图表来说明问题，是不是更像科学家的科学研究呢？这是科学教育要追求的目标。
　　(3)用网络扩展言语空间。在我国这样一个大班级教学的课堂上，面对面的交流往往只能是少数人的事，大部分学生都是沉默的，而言语交流的缺乏会直接影响到儿童思维的发展。更要命的是，在课堂上发生的往往是像梅汉（1979）所发现的“剧本式”的交流：“老师提问—学生回答—老师对学生的回答作出评价”，这样的交流形式本身对儿童的思维发展是不利的。一方面，我们要改变这种交流方式，另一方面我们可以依靠信息技术来扩展学生会话交流的空间。就像“Blog在小学科学生物形态学研究中的应用”中所示例的那样，Blog中的回复功能使学生能充分表达自己的思考，把内部言语外化出来，这样的机会如果越来越多，学生的思维与语言能力都将得到显著提高。国内外的许多研究都证明了这一点。
　　网络交流与面对面交流的互补空间是很大的，我们要充分利用。
　　以上从科学探究过程的几个方面对如何重构教学和学习方式进行了一些思考，下面我们还可以从技术表达的层面来作一些思考
　　
　　重构呈现方式，提升课堂效益
　　借助Blog进行动物形态学的研究就是一个很好的例子。为学生提供许多图、文、声、像俱全的科学资料是非常有价值的，无论是地震火山的视频光盘，还是古生物化石的照片，以及河道的上中下游特征的示意图等，丰富的资料丰富了学生的头脑，不仅仅是给了有关科学现象比以往更加全面的资料，而且由于呈现方式的不同，相对于纯文字的描述，还间接锻炼了观察能力（看图、看视频也是一种观察），提高了学生学习的兴趣。
　　
　　重构交互方式，扩展探究领域
　　在以往，CAI课件的交互是指鼠标点到哪里就出现什么样的相应画面，这种交互基本上是单调的、直线式的。而这里的交互是指充分利用了计算机的智能或更易于灵活操控的界面来实现的交互，如前面介绍的各种虚拟实验、传感器，以及学习工具概念图、思维导图等。在虚拟实验方面，国外的explorelearning.com和fossweb.com网站提供了一些比较典型的试用资源。在概念图或思维导图软件方面，适合儿童用的主要是Kidspiration，适合稍大孩子用的有Inspiration、Mind-Manager和Star Tree，等等。随着计算机智能技术的发展，交互的复杂程度在日益
　　加深，使得孩子们可以借助它去更高效地学习，去探索原来想都不敢想的领域。
　　
　　重构交流方式，共享思维成果
　　技术承载思想。Blog（博客）、BBS或Forums（电子公告板或论坛）、IM（即时通讯软件）、e-mail（电子邮件）以及新型的交友社区等等，不仅仅给我们提供了交流、表达和建立网络人际关系的工具和场所，而且也承载着新的网络文化思想，构建着信息时代无限的交流时空，使每个人都可以成为“媒体”和进行自由的交流。运用到教育上，我们可以把这样的交流变为有组织的思维共享活动，通过充分的独立思考和互相激发，使学生思维发展的空间得以扩大。网络交流技术的应用潜力是巨大的，我们要巧于运用。