基于S-WebQuest的主题探究模式教学实践研究*——例谈信息技术与物理学科教学深度融合

翟小铭，项 华① ，穆 明

(1.北京师范大学 物理学系，北京 100875；2.山东省淄博市教育局，山东 淄博 255200)

基于S-WebQuest的主题探究模式教学实践研究*
——例谈信息技术与物理学科教学深度融合

翟小铭1，项 华1①，穆 明2

(1.北京师范大学 物理学系，北京 100875；2.山东省淄博市教育局，山东 淄博 255200)

信息技术与学科教学深度融合是全面实现教育信息化的基础。深度融合建立在对学科特点深入分析的基础上，是学科特点与信息技术特点互相渗透的结果，更是课堂教学结构的变革。该文以目前物理科学研究重要形式——计算物理为背景，提出了S-WebQuest主题探究的模式，并结合教学实践进行总结分析后认为：S-WebQuest能较好实践信息技术与物理学科教学的深度融合，为探究活动提供真实的感官体验，改变了传统课程内容组织结构及其教学形态。

S-WebQuest；WebQuest；信息技术与物理；深度融合；数据探究

一、S-WebQuest 主题探究模式的提出

(一)背景

1995年，美国圣地亚哥州立大学伯尼·道奇和汤姆·马奇提出了WebQuest网页主题探究教学模式，并创建了自己的网站[1]。20年来，全世界数以万计的教师建立了自己的网站，借助于WebQuest开展有意义的教学活动。我国从2001年开始，在“惟存教育”网站的推动下系统地将这一教学模式引入国内，并一度被有些学者奉为信息化教学的新利器[2]。然而，一项调查显示[3]，应用案例在学科和学段分布差异明显，中学阶段物理、化学、数学等学科应用偏少。分析表明，学科体系内在特点、对逻辑和条理性的追求差异、学科对探究本身的需求和理解的差异等是造成这些学科应用偏少的重要原因。

以高中物理学科为例，单纯借助主题学习会遭遇原始问题向物理模型转化的问题、散见物理知识向系统物理知识学习转化等一系列问题。而在缺乏以“大概念”为主要组织形式的课程背景下，螺旋状的课程组织形式制约了学生对学科知识的系统构建，影响了学生试图将现实问题与物理模型建立联系的努力，从而使其很难解决实际的、与生活相关的复杂课题。同时，由于物理学科是以观察、实验为基础的学科，脱离学科基础的主题探究必然使得探究的意义和价值受到质疑。因此，在“整合与发展”[4]的国际物理教育背景下，要想在应用上有所突破，需要研究WebQuest与相关学科的深度融合，并期盼有学科相关元素的融入以改变其应用现状。

(二)S-WebQuest主题探究

在数据环境下，依赖于计算机多媒体技术和网络技术开展的探究活动是20世纪出现的新的科学探究形态——数据探究[5]。在物理科学研究中，计算物理的发展是数据探究产生的直接原因之一，而它的基本特征是虚拟仿真。传统意义上的仿真包括外形仿真、操作仿真、视觉感受仿真等。虚拟仿真在科学研究中发挥着越来越大的作用：美国的“撞慧”工程以及“登月”工程事前通过虚拟仿真实验；波音777通过虚拟仿真技术，没有生产样机就开始销售了；我国“神州”及“登月”借助于虚拟仿真而没有做生物试验；宇宙大爆炸理论，先有计算机虚拟仿真，后被观察所证明等等。

笔者在深入分析数据探究特点及WebQuest应用特点后认为，基于虚拟仿真技术的网页主题探究能很好地融合两者，并在数据探究的理论基础上提出了S-WebQuest主题探究的概念。S-WebQuest是基于虚拟仿真技术的网页主题探究教学，它以主题学习为主要的学习方式，借助于虚拟仿真技术为学生实践科学探究活动提供完整、真实的探究活动框架。

二、S-WebQuest 主题探究模式介绍

S-WebQuest主题探究模式通过整合生活、科技和教材等构建探究主题，以探究为核心学习环节，促进学生数据素养的发展。在主题整合过程中，该模式以生活事实或科技发展为主题框架，以教材中知识单元为内容，构建知识主题(如图1所示)。探究学习的关键是为假设寻找证据的过程，而S-WebQuest通过虚拟仿真来实现这一目的。因此，虚拟仿真是探究环节的核心，也是其典型特征。在借助计算机探究科学问题时，学生之间形成合作关系，其科学素养、信息素养和人文素养均得到发展，最终提高学生的数据素养[6]。S-WebQuest主题探究，实现了从整合主题，到虚拟仿真探究，最终使学生的数据素养得到提升。

图1 S-WebQuest主题探究模式结构图

为了更好地说明S-WebQuest主题探究教学模式的构成及特点，我们将其与WebQuest主题探究做一对比(如表1所示)。WebQuest主要利用的是网络资源，学生作为活动参与者通过网站提供的分类资源查找自己需要的信息，并最终完成任务报告。其缺点是学生虽然经历了信息查找的过程，但是这种为“假设”寻找证据的过程与真实的、复杂的科学探究过程相距甚远。尤其是在复杂的物理过程中，学生缺乏亲身观察，没有感官体验，“使学生的网络探究行为演变为对资源的简单搜集、粘贴和转载”[7]。例如，在一个WebQuest案例中，作者为了让学生了解“第一宇宙速度”的概念，给学生提供了多条关于“第一宇宙速度”的信息，学生在查找信息后仍然对第一宇宙速度的概念缺乏体验性认识。与之相比，S-WebQuest更注重学生的体验和感受，在“过程”环节增加了虚拟仿真的内容，而借助于虚拟仿真技术的探究既满足了体验需求，又与提高数据素养的要求相吻合。

表1 S-WebQuest与WebQuest的异同比较

S-WebQuest不是非常关注探究过程的开放程度，相对于WebQuest，为学生提供的网外资源要少，这主要是考虑到过多的网外资源信息会影响探究的效率。因此，教师的预设(如虚拟仿真实验室等)要更多一些，开放性相对较弱。另外，两者在模块构成、活动形式等方面也存在差异[8]。

三、S-WebQuest课例研究——《追寻嫦娥一号的踪迹》

笔者以我国发射的“嫦娥一号”为背景，按照S-WebQuest的理念构建了一个网页主题探究课例——《追寻嫦娥一号的踪迹》，现介绍如下。

(一)选题依据

S-WebQuest的主题应该是一个亟待解决的问题或项目。何克抗[9]等认为，主题的选取应该满足四个条件：要与课程标准一致、能取代原来令人不满意的课、能有效地利用网络、能促进学生更深层次的理解。本主题《追寻嫦娥一号的踪迹》取自嫦娥一号发射的背景，将发射实际过程与人教版高中物理教科书必修二《宇宙航天》一章的学习内容相融合，这样的选题既照顾了课程标准中对教学内容知识目标的界定，又体现了从原始问题到物理模型建立的过程，对于训练学生灵活运用物理科学方法及建立科学、技术、社会之间的联系有重要意义。

(二)探究网页构成

1.首页

第一版显著位置用一个简短的故事引入了本探究主题。第二版显著位置则进一步提出问题，引发学生的思考：“飞天的梦想人类能够实现吗?美丽的月宫真的有嫦娥吗?这一节课我们将了解人类奔月的梦想是如何实现的。”在此基础上，提供了探究开始的链接，本链接直接指向一个动画故事《嫦娥奔月》。这样的引入方式，充分考虑到学生的年龄和兴趣特点，通过通俗易懂的民俗故事引入，既简洁流畅，又不失艺术美感。故事的教学价值体现在：激发学生对浩淼太空的向往，对宇宙航天的好奇。

2.探究任务

探究任务是教学目标的可行性分解，应结合学科教学特点，针对学生的高级认知发展需求有层次展开，如表2所示。三级任务类型分别对应解决谜团、研究性学习和定量计算，其中第一级对应学生的学习理解能力，第二级对应学生的推理解释、想象创意等能力，第三级则对应学生的综合应用能力。任务描述是对学生探究活动的表现期望，能让学生更清楚知道学习和掌握的内容及需达到的水平。

表2 探究任务

3.探究过程

探究过程包含了五个环节，如图2所示，其中在发射、运行、变轨等三个环节中都嵌入了虚拟仿真技术。下面举例说明其中的虚拟仿真。

图2 探究过程的五个环节

发射环节：在地球表面设置高耸的尖塔，从塔顶水平抛出物体。学生可手动设置抛出物体的速度大小，并观察物体平抛出时的运动轨迹。此虚拟仿真实验可以使学生直观感受物体分别以低于、等于和高于第一宇宙速度抛出时的运动情况，理解第一宇宙速度对发射卫星的意义。

运行环节：某地球卫星围绕地球做圆周运动。学生可手动操控操纵杆，调节地球卫星的高度，并观察其运行规律的变化情况。在该操作过程中，可实时显示卫星的轨道半径、周期和线速度。

变轨环节：通过动画模拟嫦娥一号变轨的过程，学生可以对变轨过程建立更直观的心理图景，有利于其理解变轨的过程。

学生活动形式包括分组协作、虚拟仿真体验、交互练习、综合应用解决问题等，在每一个虚拟仿真探究活动之后都有配套的交互练习，以启发学生对观察和体验做进一步思考。主体化、多样化、线性的探究活动使学生在探究活动过程中有充分的时间和机会体验探究的乐趣，联系真实的科学活动。探究环节的设计注意了以下三个方面：第一，探究活动的可操作性、交互性和体验性；第二，探究内容的科学性、层次性和趣味性；第三，探究形式的多样性和连贯性等。

4.评价

探究活动为学生提供一个自评价量规，学生根据学习活动实际完成量规。教师根据学生在探究活动中的表现、学生自评情况及探究报告综合给予评价学生自评量表包括：积极主动承担组内任务、完成预习作业、探究中与同学积极讨论协作、探究时能正确操作仿真实验、能感受到仿真实验带来的探究乐趣、探究学习过程精力集中、能较顺利完成互动练习任务、对探究内容的掌握程度。

5.结论与交流

探究结束后，要求学生撰写探究报告，发到公共邮箱中。同时，鼓励学生与教师或相互之间交流在探究过程中及报告撰写过程中产生的问题。交流的方式还包括在网页的公共留言区留言、QQ在线讨论等。

(三)教学组织过程及实践反馈

1.教学组织过程

本教学案例笔者用4年时间共进行了两轮的教学尝试，两届学生参与了教学实践。第一轮教学，笔者采用了课堂教学的方式。因为是主题教学，教学内容已经整合了教材中《宇宙航天》整章的内容，在课堂实际学习中就完全抛开了教材，只在预习环节鼓励学生阅读教材等相关资料。学生学习地点在学校机房进行，整个探究任务完成共用了1节预习，2节探究，1节评价展示交流。具体安排如下：

第1节预习课：学生在机房，读教材，并利用搜索引擎对疑问和感兴趣的话题进行搜索释疑。第2-3节探究课：学生在机房，借助探究网页进行探究，体会探究过程，并做好记录。课后完成报告和自评价量表。第4节课：教师在阅读完学生的报告后，组织学生交流报告。

第二轮教学是在三年以后，笔者重新教新一届高一学生时。采用了课下学习与课堂学习相结合的方式。笔者首先布置学生在假期利用S-WebQuest网页的框架自主完成探究，并撰写报告及自评价量表。教师在批阅学生报告和自评价量表后根据学生学习情况设计课程。因学生反馈情况不佳，笔者只能又设计了这样四节课：

第1节：针对学生反馈的报告情况进行了总结、点拨。因为学生自学效果非常不理想，有的学生没有完成报告，有的学生抄袭、复制报告等，造成了教学起点的参差不齐。因此，本节课基本上是对本章内容的一个概述介绍。第2-4节：分别结合本章知识点进行了重点讲解和训练。

2.实践反馈

通过教学实践和学生访谈发现，S-WebQuest探究方式比传统课堂能更有效地提高学生探究的参与度，提高探究效果。首先，学生感觉以前一些虚拟仿真实验都是老师给大家演示一下，现在是自己做了，这个变化非常令人兴奋。第二，学生感觉原来课本上的知识支离破碎，跟生活联系不大。这种主题探究将知识与生活中的科技事件联系起来，激发了自己的好奇心。第三，网页探究提供了各种网络探究资源，这是学生以前没有尝试过的。例如探究过程中有动画故事、虚拟仿真实验、各种图片等，还可以借助搜索引擎释疑解惑，学习的开放性比以前学习更高了，自主性也更强了。然而，也有学生反映虚拟仿真实验的可信度问题，这反映出学生对虚拟仿真实验在科学上的应用仍然是不了解的，数据素养有待提高。

尽管，S-WebQuest探究方式能更有效地促进学生学习。但在教学实践过程中，教师要注意S-WebQuest探究方式的教学组织形式，教学组织不同，S-WebQuest的教学效果也不尽相同。第一轮教学时，采用了统一课堂探究的形式，在教师的组织监督下，学生都进行了不同程度的有意义探究。同时借助于网络资源对各种疑惑也进行了自解自答，学生比较喜欢这种形式。第二轮教学时，笔者有意进行了课外与课堂相结合的方式，教学效果却不如第一轮。笔者分析原因认为：前期探究造成了学生课堂起点差异的扩大，提高了课堂教学驾驭的难度。对于已经认真做了探究的同学，课堂上很多时间属于浪费，这无形中会打击他们课外探究的积极性；对于没有认真做探究或根本没有做探究的同学，课堂教学过程又显得过快。因此，统一的、开放式探究更易于课堂教学的组织和驾驭，在教师的督促下更容易缩小学生间的差距；自解自答的方式有利于调动学生的积极性，发挥网络资源优势，从而有利于提高探究效果。

四、结论

S-WebQuest能较好地实践信息技术与学科教学的深度融合。数10年来“计算机改变了几乎所有领域，却唯独对学校教育的影响小得令人吃惊。”美国教育部2009年的一项评估报告显示，在计算机介入教育的情况下学生的学习能力(包括阅读能力、计算能力等)与30年前并未发生明显差异。我国2012年颁布的《教育信息化十年发展规划(2011-2020 年)》指出“深度融合”是解决这一问题的有效途径。何克抗等分析认为“深度融合的本质和落脚点”是“改变教师主宰的、以教师为中心的传统课堂教学结构”“进一步去实现教育系统的结构性变革”[10]。笔者以为，S-WebQuest在两个方面实现了“深度融合”的目标：第一，它改变了“技术围着教师转”的现状，而转向为学生学习、探究服务。传统的信息技术与课程整合主要实现的是让技术成为教师“教”的助手，帮助教师突破教学难点；S-WebQuest则实现的是让技术成为学生“学”的助手，帮助学生探究科学问题。第二，它实现了基于学科特征的信息技术与学科课程的深度融合。物理学科的“探究”特征以及计算物理的发展，催生出了数据探究形态，它深层次融合了信息技术和物理的基本特征。S-WebQuest正是从科学研究的数据探究形态出发来设计的，因此这种探究模式是“有源之水”，真正实现了“深度融合”。

S-WebQuest为探究活动提供真实的感官体验。S-WebQuest的推行必须解决两个问题：第一，改变对“虚拟仿真”的偏见。过去一些学者认为“虚拟仿真永远无法替代真实实验”“虚拟仿真不真实”等等。现在我们从科学研究发展的角度来看，当前大量的前沿科学研究都是基于仿真模拟技术开展的，虚拟仿真与真实实验不是简单的替代关系，而是平行并驾的两种探究形态，当然也就不存在替代不替代的问题了。至于虚拟仿真的真实性，是需要从模拟条件控制上来实现的。第二，搞清楚教学中的探究活动与真实探究的区别。科学家的真实科学探究以获取探究结果为目标，而教学中的探究活动更关注的是探究体验，力求通过探究活动让学生了解科学方法，体会探究乐趣，同时增长知识。S-WebQuest来自于三种科学探究形态，是真实科学研究的缩影。学生通过经历这种主题探究，对于感受真实的科学研究过程，了解科学研究的方法途径等有重要意义。

S-WebQuest改变了传统课程内容组织结构及其教学形态。传统的课程内容组织以知识本身的内在逻辑为主线，构建课程体系。这种组织形式难以将复杂的学科知识整合到一起，学生不容易构建知识之间的联系。在“整合与发展”为主题的现代课程理念下，以美国《新一代科学教育标准》为代表的纲领性文件均采用了分主题组织课程内容的形式，这种形式有两个主要优点：一是分主题实施有利于学生知识的进阶发展[11]。学生可以在学习的不同阶段反复学习围绕大概念组织的同一主题的学习，从而逐步达成对知识的一致、完善的理解；二是主题选择上可以更好地体现STSE(Science、Technology、Society、Environment的缩写)思想。传统课程对STSE的体现是“碎片式”体现，学生只有在学习某一知识相关内容时教师才会零星地介绍一些STSE知识。而 S-WebQuest在主题选取上已经首先照顾了STSE，而且是借助STSE组织课程内容，这种对STSE的组织形式从根本上不同于传统课程内容组织形式，并深刻影响了其教学形态。

五、结束语

研究表明，由信息技术与课程整合到信息技术与教育深度融合已经成为教育信息化发展的未来趋势[12]。深度融合的本质在于改变传统以教师为中心的课堂教学结构，使学生成为真正的知识构建者，让技术成为其学习的手段和工具。S-WebQuest主题探究教学模式在深度融合物理学习与技术手段，改变传统课堂教学结构等方面进行了尝试，是对深度融合理念的有意义探索，然对其课堂组织形式仍有待进一步深入探索。

[1] 鲍平平.WebQuest评价体系建构及评价方法研究[J].现代教育技术，2008,18(2):38-40.

[2] 魏宁.WebQuest信息化教学的新利器[J].北京教育,2002,(11): 43-44.

[3] 刘成新，宋新芳，孔艳.WebQuest 设计与应用调查分析[J].课程·教材·教法，2007，27(3)：7-71.

[4] 郭玉英, 姚建欣, 张静.整合与发展——科学课程中概念体系的建构及其学习进阶[J].课程·教材·教法, 2013,(2):44-49.

[5] 翟小铭,项华.科学探究形态举隅及其对科学教育的启示[J].中学物理教学参考，2011,(11)：2-5.

[6] 项华.信息技术与中学物理教学整合[M].北京:北京师范大学出版社，2013.

[7] 黄如民,刘艳玲.WebQuest动态化设计原理及创建平台开发[J].中国电化教育,2009,(9):104-107

[8] 翟小铭.试论数据探究的必要性及其实施途径[D].北京:北京师范大学物理学系,2011.

[9] 何克抗,曹晓明.信息技术与课程整合的教学模式研究之五——“WebQuest”教学模式[J].现代教育技术,2008,(11):5-12.

[10] 何克抗.学习“教育信息化十年发展规划”——对“信息技术与教育深度融合”的解读[J].中国电化教育,2012,(12):19-23.

[11] 郭玉英，姚建欣，彭征.美国《新一代科学教育标准》述评[J].课程·教材·教法,2013,33(8):118-127.

[12] 柯清超,陈蕾. 信息技术与教育深度融合的新发展——首届全国中小学信息技术教学应用展演述评[J].中国电化教育,2013,(8):35-39.

翟小铭：在读博士，研究方向为物理课程与教学论(xiaomingzh@mail.bnu.edu.cn)。

项华：副教授，博士，研究方向为信息技术与物理课程整合(xhbnu@bnu.edu.cn)。

穆明：中学高级教师，研究方向为信息技术与课程整合。

2015年1月20日

责任编辑：宋灵青

S-WebQuest based on Theme Inquiry Model——A Case Research on Depth of Integration of Information Technology into Physics Teaching

Zhai Xiaoming1, Xiang Hua1, Mu Ming2
(1.Physics Department, Beijing Normal University, Beijing 100875; 2.Zibo Education Bureau of Shandong Province, Zibo Shandong 255200)

Depth of integration of information technology into subject teaching is the foundation of the full realization of information education. The depth of integration based on the deep analysis of the subject characteristics, is the result of fusion of subject characteristics and information technology characteristics. Based on the background of important form for current research of physical science of computational physics, The paper proposes the S-WebQuest theme inquiry mode, and combines the teaching practice to carry on the summary analysis which reaches conclusions: S-WebQuest can practice "the depth of integration" of information technology into physics teaching and provide real sensory experience for the exploration activity and has changed the traditional organizational structure and content of curriculum.

S-WebQuest; WebQuest; Information Technology and Physics; Depth of Integration; Data Inquiry

G434

A

1006—9860(2015)05—0130—05

* 本文系全国教育科学“十二五”规划教育部重点项目“运用现代教育技术装备促进基础教育实践教学模式的改革与创新研究”(项目编号：DCA110195)、教育部人文社会科学研究规划基金项目“基于科学概念学习进阶的教学设计模型研究”(项目编号：13YJA880022 )的阶段研究成果之一。

① 项华为本文的通讯作者。