信息化环境下科学探究学习模式构建与应用

李万峰 王艺儒 史鹏越

科学探究学习的国际共识

探究学习强调以学生为中心，注重学生思维发展，是新课程改革注重的学生学习方式之一。在基础教育领域，探究与科学课程结合最为紧密，“以科学探究为核心”已成为国际基础科学教育的共识。

美国：提出和定义问题，开发和使用模型，规划和展开调查，分析和解释数据，运用数学和计算思维，构造理论解释和设计解决方案等。英国：科学思想、科学证据的本质和重要性以及调查研究的主要技能。

加拿大：提出问题能力、制定研究计划能力、實施计划能力、证据分析能力、科学交流能力等。澳大利亚：“识别数据来源”“设计第一手的探究方案”“选择实验设备或资源”等13个逻辑联系、逐步递进的要素。

中国：理解科学探究的本质;经历提出问题、设计研究方案、获得证据等科学活动的阶段;运用科学探究过程和方法进行科学学习与活动;掌握观察、实验等基本科学技能。

可以总结出，在科学教育中探究学习注重与日常生活的联系，探究问题偏向于非良构的真实问题;同时，探究的过程与“数学”“证据”“模型”紧密相关，注重培养学生通过规范的流程、科学的方法解决问题的能力。

信息技术在科学探究学习中的应用

国际教育技术协会制定了技术和科学教育结合的三种方式，其中包括从技术中学习、用技术学习。

1.从技术中学习—— 教育信息化1.0时代的研究实践

1995年美国圣地亚哥州立大学教育技术系伯尼·道奇和汤姆·马奇创建了“WebQuest”网络探究课程，培养学习者通过网络工具解决实际问题;TELS模式试图将基于网络的探究性学习引入课堂教学，针对理科进行教学，并设计开发了支持学生科学探究活动的学习环境;加州大学伯克利分校M.C.Linn等人设计了基于网络的“知识整合环境”，帮助学生利用互联网的证据资料进行科学探究;Jon Kahl等人从协作可视化学习角度出发，让学生利用网上数据库和可视化工具进行科学探究等等。

这一阶段的研究实践表明，信息技术对科学探究学习的作用主要表现为借助网络平台。由于当时信息化环境主要以PC端应用为主，对于一线教师来说，使用此类系统具有一定的难度，导致了信息技术在科学探究学习中的应用并不多见。

2.用技术学习—— 教育信息化2.0时代的研究实践

新时代的“互联网+教育”蕴藏着更大的能量，其“连接一切”的特征将促使学校、教师、学生、家长组成生态链条。近年来，教育信息化应用也步入2.0时代。硬件方面，移动智能终端已基本普及，这使得学生在利用信息技术手段进行科学探究学习时不再受时间和空间的限制。软件方面，各种应用系统层出不穷，如针对不同学科、不同领域的学习APP，这为科学探究学习的开展提供了强有力的支撑。网络方面，尤其是5G时代的到来，将使更多目前不能实现的应用进入大众视野。

这一阶段技术手段在完成当前科学探究领域的关注热点方面有较强的优势，尤其是在创建非良构的真实问题，关注探究过程中的“数学”“证据”“模型”，以及组建探究学习共同体方面。

中小学科学探究学习现状

在梳理了科学探究学习走向，及信息技术为科学探究学习提供的新可能后，本研究以实验区中小学生为调查对象，进行现状调研，以期构建出更加符合实践应用的模式。

（1）学校调研。实地走访中小学发现，科学探究学习主要以科学类课程和科技社团、项目、竞赛等为载体;学习内容不限于单一学科，具有跨学科融合和向学科外拓展的趋势。信息技术一方面作为通识工具，帮助学生完成科学探究学习过程;另一方面，作为科学教育的一个重要领域，在科技项目或竞赛中，信息技术不可或缺。

（2）教师调研。以问卷调查的方式，向实验区中小学教师随机发放问卷。回收291份，其中，教师任教年级包括小学各学段，中学除高三年级外的全部学段;任教学科中，科学教师占比最高，为29.21%，其次是物理教师，占比18.56%，第三是信息技术教师，占比13.75%，调查结果如下。

在设计与实施学生科学探究学习过程中，信息技术发挥的主要作用为：提供科学知识的相关信息;支持更多的教与学形式，如多人协作学习、数字资源分享、个性化学习测评等;为学生提供探究工具;激发学生探究兴趣等。

（3）学生调研。以问卷调查的方式，向实验区中小学学生随机发放问卷。回收2416份，其中学段囊括小学、中学各个年段，3～8年级的学生占比最大，九年级和高三的学生占比最少;男生与女生比例相当，各占近一半。调查结果如下。

除在校学习外，网络是学生获取科学知识最主要的途径。90%以上的学生认为信息技术对探索科学事物或解决科学问题有很大的帮助。在利用信息技术手段进行科学探究时，主要应用场景包括：通过科普视频、微课、线上中国科技馆等数字化资源了解科学知识;利用百度、谷歌等搜索引擎查询科学知识和问题;在公众号、美篇等互动平台中提出问题、发表见解;利用思维导图、图形计算器、NB物理等数字化认知工具梳理知识脉络。

信息化2.0环境的科学探究学习模式思考

从科学探究学习的发展趋势及信息化2.0时代学生学习方式的转变来看，我们需要构建更加符合时代发展与学生学习习惯的探究学习模式。

1.模式构建

非良构的真实问题，将科学探究问题聚焦到生活中的实际问题，这类问题往往具有非良构的特点。定义变量，了解变量是学生将探究问题进行可操作化转换的基础，通过定义探究问题中的相关变量，使学生更容易找到解决问题的思路，培养学生的理性思维。

采集数据，对于生活中的问题，数据的采集不再是静态的、规定好的，需要借助更多的外在工具。构建模型，通过整理、分析变量数据，得出更加科学的解释模型。展示分享，个性化的表达展示过程帮助教师对学生学习效果进行全面评价与总结。

2.技术支持

具体到此模式下的科学探究学习过程，需要信息技术手段的多方面支撑。

非良构的真实问题。将现实生活中的问题与科学知识结合，并在解决问题的过程中激发学生的探究欲望，对教师来说具有一定的挑战。科普中国、果壳科技、柴知道等资源，为科学探究问题的设计提供了灵感与资源。

定义变量。非良构的问题对学生来说具有一定的挑战性，他们不能从字面中马上找到关联的知识点，需要经历加工、分析过程。WolframAlpha、维基百科、思维导图等提供了便利。

采集数据。信息技术有非常大的优势，在声、电、光等自然领域，有收集数据的各类传感器;信息技术可以提供模拟观察对象，如3D天体、动植物等;文献法采集数据需要各类专业的期刊文章，知网、万方数据库等数字化文献平台为学生提供支持。

构建模型。对于相对复杂的变量关系，可以借助拟合软件构建模型。展示分享。学生可以通过拍照、录像等手段记录探究过程。

本文构建的科学探究学习模式关注生活情境，借助信息技术不断还原、拓宽学习环境，给予学生探究科学知识的空间。非良构的真实问题不仅能吸引学生的探究欲望，而且为学生设置了思维难度，分析问题、找出关键变量需要学生具备理性思考、察微求真的能力;采集信息、寻找证据、构建模型的过程需要学生具备不断探索和质疑的能力，最终形成自己的观点;展示分享是对思维的再加工与重现，培养了学生的综合素养。

参考文献

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