模拟型课件支持小学科学探究学习的观察与分析*

樊文芳

（山西大同大学 教育科学与技术学院，山西 大同037009）

一、引言

《国家教育事业发展“十三五”规划》在全面落实立德树人根本任务中要求从中小学做起，注重激发学生学习兴趣、科学兴趣和创新意识，加强科学方法的训练，加强对学生科学素质的培养。

《义务教育小学科学课程标准》（2017）指出：“小学科学课程是一门基础性课程，早期的科学教育对一个人的科学素养的形成具有十分重要的作用”，“倡导探究式学习”是一个重要的课程基本理念，明确了“小学科学课程实施的主要形式是探究活动”[1]。

然而文献研究和现状调查表明，小学科学课堂目前未能有效地开展探究学习，主要有两个方面的原因：一是教师不能适应、甚至不能胜任科学探究教学；二是课程资源不足，教具、实验器材、多媒体设施等缺乏或落后。

科学探究的环境包括自然情境、实验室和模拟情境[2]。在自然情境和实验室环境中开展科学探究受校内外环境和设施条件限制，而模拟型课件创设的探究情境具有安全可控、易于观察、便于引入课堂等优点，适合小学科学探究侧重于定性观察和简单的量化验证的要求，更为重要的是模拟探究情境在内容组织、具体与抽象结合、观察和控制、活动引导等方面能够弥补教师指导的不足。

本研究通过对学生独立使用模拟型课件进行科学探究学习的观察，探讨模拟型课件对科学探究学习过程的影响。

二、研究方案

1.观察和访谈对象

观察和访谈对象为某小学五、六年级学生。对于每个课件应用，从相应年级的一个班里随机选取15名学生，每3人为一个学习小组，先后参与学生为6个班90人。该小学是位于大同市区的一般学校，教学水平和学生的学习状况具有一定的代表性。

2.模拟型课件的选择和使用

结合该校本学期科学课程的教学进度，从小学科学探究模拟课件系列中选择分别适合于五年级和六年级学生的6个课件，包括能量转换、血液循环、种子萌发的条件、生物的遗传、凸透镜成像、影响植物生长的因素，如图1所示。

图1 小学科学探究模拟课件

课件的选择要考虑以下几个方面因素：①课件所涉及的知识点、观察或实验原理、观察或实验步骤、表现出的科学现象等符合课程标准；②课件体现以学生为主体的教学思想，蕴含科学探究过程和教学策略；③课件结构完整，包含导入情境、探究操作、检测练习、操作帮助、学习指导等模块，如图2所示。

图2 结构完整的模拟型课件

随着五年级和六年级的教学进度，选取相应年级的学生运用课件进行学习，每个学习小组共享一台电脑，进行课件的学习和交流，课件学习的时间先于班级授课时间。6个课件分别由6个班的被试使用，以保证所有被试都是第一次接触和运用该系列课件，避免先前使用经验的干扰。

3.研究方法

（1）结构观察法

观察地点在计算机教室，在统一的时间，让每个小组的学生运用一个模拟型课件，不进行任何教学指导。事先编制好观察记录表，采用直接观察法和摄像机记录的间接观察法结合的方式，以小组为单位观察学生使用模拟型课件中的语言行为和动作行为。

（2）访谈法

用访谈法作为观察法的补充。根据访谈提纲和观察的疑点，在学生操作完课件后，仍然以学习小组为单位询问他们的即时感受和思考过程，收集关于情感态度的信息。

（3）数据收集和处理方法

综合观察和访谈收集到的信息，参考课程标准的科学探究学习目标，对每个课件应用的调查数据以学习小组为单位计算得分人数的百分比，计分等级为：A完全符合、B基本符合、C不符合。最后得出6个课件的百分比平均值。

三、调查结果

《义务教育小学科学课程标准》提出，科学探究包括提出问题、猜想与假设、制定计划、实验验证、搜集整理信息、思考与结论、表达交流等目标要素[1]。结合模拟型课件的构成模块，参考这些要素观察学生运用课件的行为，可以了解课件对学生的探究过程的影响。

1.导入情境

模拟型课件的导入对于创设探究情境有重要作用，不仅要吸引学生的注意力，引发学生的探究欲望和学习兴趣，还要引导学生提出问题。导入情境的观察点为：学生专注于导入情境并提出探究问题。

调查结果为：学生在导入模块平均停留时间占课件学习时间的10.7%。有40.0%的学生提出了探究问题，33.3%的学生对导入感兴趣，能提取出有用的信息，26.7%的学生仅迅速浏览了导入部分。

结果表明，课件的导入情境对于引起探究学习兴趣和激发探究问题是有积极作用的，但是一部分学生只关注导入的有趣内容，而忽略了导入所提供的大量相关知识信息，更不能联系导入情境提出自己感兴趣的探究问题。

2.探究操作

模拟型课件的探究操作是科学探究活动的核心部分，当学生操作课件时，要引导学生做出假设、计划、操作和观察、搜集信息、得出结论。探究操作活动的观察点和观察结果见表1。

表1 探究操作活动的观察结果

调查结果为，学生在探究操作模块平均停留时间占课件学习时间的61.8%，包括偶尔查看指导或帮助。从表1得知，有30.0%的学生能与以往学习的知识联系做出合理的假设，36.7%的学生对探究结果做出一定的猜想，33.3%的学生没有提出假设。有33.3%的学生按照提示设计了探究方案，36.7%的学生考虑到了探究步骤，30.0%的学生没有关注探究步骤，只是尝试着操作。以上两项观察点有超出30%的学生没有考虑假设和探究步骤，表明他们的探究过程存在着重要缺陷。

综上所述，关于记录数据、分析整理数据、得出结论和验证这三个观察点得分A和B的学生人数合计都超过70%，可以认为这些学生基本上是有目的地进行探究操作，通过收集和分析数据，进而得出结论，并验证假设的。

记录数据、统计数据和验证假设的学生人数有一定的相关性。在观察中发现，那些具有认真记录数据、分类整理数据习惯的学生都能合理地统计数据，针对不同现象或统计结果得出相应的结论。

3.检测练习

模拟型课件设置检测练习有两方面的目的：一是让学生检验自己得到的结论是否正确，二是检查学生是否按照课件的引导进行了操作，因而检测练习实际上是给学生提供有指导的反复探究和验证的模块。

学生如果答题错误，反馈信息提示重新进行探究操作，依据操作结果再次做出回答。如果回答正确，反馈信息则强化相应的知识点或者探究方法。检测练习的观察点：按照反馈信息逐项完成练习。

调查结果为：学生在检测练习模块平均停留时间占课件学习时间的27.5%，包括依据反馈提示重新探究和验证。有36.7%的学生能依据反馈信息完成练习，43.3%的学生会关注反馈信息，20.0%的学生只是做题和核对答案，不重视反馈信息。

4.表达与交流

科学探究学习目标对表达与交流的要求，是学生能基于所学的知识，采用口头或文字的表述方式，正确讲述自己的探究过程与结论，能倾听别人的意见，并与之交流。表达与交流的观察点：在探究过程中主动表达意见和愿意听取同学的意见。

调查结果为：有43.3%的学生能够用自己擅长的方式表达意见和乐于听取意见，40.0%的学生能够表达清楚自己的观点和听取同学意见，16.7%的学生在探究过程没有表现出主动交流的意愿。

5.探究学习态度

积极的探究学习态度表现为在探究活动中始终保持好奇心和主动性，能持续努力完成预定的探究任务。探究学习态度的观察点：对探究活动有持续的兴趣，主动参与小组活动，认真对待每个步骤的任务。

调查结果为：学生基本都对科学探究活动表现出兴趣，36.7%的学生明显表现出活跃、积极和主动的态度，36.7%的学生对各个环节的活动都表现出参与的热情，26.7%的学生参与活动的热情不够稳定，在小组中处于旁观者的时间较多。

四、分析与讨论

1.模拟型课件能够有效支持科学探究学习

综合以上5个方面9个观察点的调查结果，可得出各等级百分比的平均值，在探究活动中学生行为表现达到等级A的为38.1%，达到等级B的为38.5%，达到等级C的为23.4%。其中等级A和等级B的学生人数比例合计超过了70%。总的来说，模拟型课件能够有效地支持科学探究学习。

（1）模拟型课件创设了既接近真实又重点突出，充满趣味性的探究情境，让学生充分投入探究活动中，增强了学生学习的主动性。

（2）课件所蕴含的指导策略发挥了积极的作用，引导学生按照合理的步骤经历科学探究的过程，减少了盲目尝试。课件的多分支结构，允许学生根据自己的设想选择不同的探究路径。课件提供给学生可以设置的参数，提供多个可以操纵的变量，学生可以根据自己的设想有更多的选择，探究的程度也不一样。

（3）课件适当提供的反馈信息，让学生在探究过程中得到积极的评价和认可，同时还提示学生学会通过自我反思来修正探究过程中的偏差。

2.模拟型课件的应用要与教师的指导相结合

本次研究是让学生完全独立运用课件学习。学生在探究活动中的行为表现为等级C的有23.4%。同时，9个观察点的等级A百分比的差异幅度为30.0%-43.3%，等级B的差异幅度为33.3%-43.3%，等级C的差异幅度为16.7%-33.3%。

这些数据表明各个学习小组在探究活动中的行为表现是不够稳定的，主要有以下三方面的原因：①模拟型课件对有的探究环节指导不充分，对个别化学习的适应性不够；②学生的学习态度、学习风格等个体差异；③小组的人员构成、内部协调和活动开展的差异。

在学生应用模拟型课件进行科学探究学习的过程中，加强教师的指导，可以解决或减轻学生探究活动行为表现不稳定的问题，从而使学生做得更好[3]。课程标准指出，探究式学习是在教师的指导、组织和支持下，让学生主动参与、经历科学探究的过程[1]，即做类似于科学家们在科学研究中所进行的那种真实的科学探究[4]。

因此模拟型课件要融合于课堂情境，教师要充分利用课件在提供学习内容的同时引导探究过程的特点，把课件的科学探究引导与教师的组织和指导相结合，构建与模拟情境相容的教学方式。这样不仅能及时发现和解决学生在探究活动中的问题，使学生在探究过程中保持兴趣，愿意持续努力追寻结果，而且更有利于学生学习方式转变和科学探究学习能力的发展。

3.提高模拟型课件的智能化水平

本研究所使用的模拟型课件虽然预设了多种学习途径和多样化的反馈与提示，但都是在程序与学生交互控制下实现的，而不是由系统通过智能化判断提供的，因而不能很好地适应学生的个体差异，这是导致学生在探究活动中的行为表现未能完全符合课程标准要求的一个重要原因。

模拟型课件的改进可以在两个层次上进行，一个层次是把智能代理融入到课件中，根据学生探究学习进程和操作的实际情况，给出人性化的提示信息；另一个层次是引入人工智能技术，由模拟教练对学生的探究学习路径、探究步骤及方法提供即时指导。

综上所述，本文基于小学科学课程标准的科学探究学习目标要求，对学生运用模拟型课件进行探究学习的情况进行了观察和分析，得出一些初步的结论，确认了模拟型课件对科学探究学习的积极作用，对模拟型课件与课堂教学融合以及课件开发的改进提出了建议。由于应用的课件数量少，取样范围小，研究结论的普遍性不足，有待于继续深入探讨。