邵宇+賈曉東

[摘 要]隨著探究式教學(xué)模式在我國的廣泛推行，如何積極有效地在教學(xué)實踐中應(yīng)用探究式教學(xué)的核心思想來提高教學(xué)質(zhì)量是擺在教育工作者面前的一道難題。該研究所提出的虛擬化探究式教學(xué)模式具有成本低、周期短、可操作性強的優(yōu)點，同時又能很好地和科研工作相銜接，是一種值得推廣的教學(xué)方法。

[關(guān)鍵詞]探究式教學(xué)；科學(xué)研究；信息科學(xué)

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）01-0077-03

一、探究式教學(xué)的基本含義

所謂探究式教學(xué)（Inquiry Instruction或Inquiry Learning）又稱探索研究教學(xué)法，是指教師在給學(xué)生講解知識內(nèi)容時，首先選擇和確定一個研究主題，在教學(xué)中通過學(xué)生自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并通過查閱資料、收集信息、獨立思考和學(xué)生之間的討論等一系列探究活動，從而發(fā)現(xiàn)基本原理和自然規(guī)律的一種教學(xué)方法。它摒棄以教師為主體、學(xué)生被動聽講的傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)方法，改為以學(xué)生為主體， 充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索，研究事物的屬性，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部聯(lián)系，從而找出規(guī)律、形成結(jié)論，最后通過教師的指導(dǎo)和點評，形成正確的認識。簡單來說，它就是將被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃荧@取的學(xué)習(xí)方式。

探究式教學(xué)最早出現(xiàn)于美國，早在1910年美國教育哲學(xué)家約翰·杜威就在《科學(xué)》雜志撰文指出，科學(xué)知識僅靠傳統(tǒng)講授式教學(xué)遠遠無法滿足實際教學(xué)的需要，只有積極地將學(xué)生納入到知識的形成過程中，通過學(xué)生自主的探究方式，發(fā)現(xiàn)問題，收集信息，才能將想法和猜測轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽康男拍?，從而獲得知識與技能、情感與態(tài)度的發(fā)展，從而真正掌握科學(xué)知識內(nèi)在的奧秘。經(jīng)過眾多教育學(xué)家、心理學(xué)家深入、細致的研究和教學(xué)實踐，探究式教學(xué)逐漸被教育界所接受和推廣，并成為一種流行的教學(xué)模式。

二、探究式教學(xué)實踐的現(xiàn)狀與困境

20世紀80年代以后，探究式教學(xué)理念逐漸得到我國教育界的重視和推行，成為最為流行的一種教學(xué)理念。隨著探究式教學(xué)在我國基礎(chǔ)教育中的推行，探究式教學(xué)目前仍然是基礎(chǔ)教育界探索的熱點課題。與探究式教學(xué)相關(guān)的理論和實踐探索很多，其中既有理論研究， 也不乏眾多教育工作者的經(jīng)驗之談等。但在探究式教學(xué)的具體實施過程中，依然存在著諸多困難和誤區(qū)。調(diào)查顯示，盡管學(xué)校教師對探究式教學(xué)大體上持支持態(tài)度，但是在實踐中開展探究式教學(xué)的積極性不高。這主要是由于探究活動耗時耗力、教學(xué)效果難于把握、學(xué)校缺乏相關(guān)配套資源等。目前大部分的探究式教學(xué)局限于項目型的設(shè)計，教師通常在特定的教學(xué)內(nèi)容中，設(shè)計一些相關(guān)的探究項目，讓學(xué)生通過查閱資料、實驗探索等手段來完成教學(xué)任務(wù)，很多時候會結(jié)合一些大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動來實施探究式項目。這種方式當然對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力有很多益處，但不可否認它需要教師和學(xué)生投入較多的時間和精力，也會增加教學(xué)資源的成本，這就大大限制了探究式教學(xué)的大范圍推廣。更為重要的是，不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合開展合理的探究式項目設(shè)計。例如，偏重于基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)學(xué)科，由于涉及抽象的、概念化的內(nèi)容就很難順利開展這種類型的探究式教學(xué)。特別是在大學(xué)教學(xué)中，因受教學(xué)學(xué)時的限制而要求教師在有限的時間內(nèi)給學(xué)生足夠的信息輸出，這就大大限制了探究式教學(xué)的推行范圍。這是造成現(xiàn)今大學(xué)教師主觀上希望引進先進的教學(xué)理念，但客觀上卻無法真正將其付諸實踐的主要原因。

有關(guān)探究式教學(xué)的論文可謂汗牛充棟。這些研究要么集中在理論研究層面，雖然它們?yōu)榻逃ぷ髡咛峁┝酥T多教學(xué)思路，但卻缺乏可操作性；要么是一些基于具體實例的經(jīng)驗之談，雖然可操作性強，但局限在個案上，缺乏具有推廣價值的原則和手段。這說明到目前為止，我們還沒有真正搭建起連接探究式教學(xué)理論和教學(xué)實踐活動的橋梁，還停留在零敲碎打的探索和摸著石頭過河的實驗階段。本文試圖通過科學(xué)研究過程中的思路和方法，有效結(jié)合探究式教學(xué)理論和實踐，建立具有普適性的橋梁。

三、科研活動與虛擬化探究

隨著我國科學(xué)技術(shù)實力的穩(wěn)步增強，近年來對科研創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和科研的投入與日俱增。大多數(shù)高校教師不僅需要承擔基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)任務(wù)，也必須進行相關(guān)領(lǐng)域的科研工作。對基礎(chǔ)學(xué)科而言，科研工作主要是進行基礎(chǔ)理論的創(chuàng)新性探索，是獲取新知識的過程，而教學(xué)工作的主要任務(wù)是傳授已有知識，為學(xué)生構(gòu)筑本學(xué)科的基本思維方法和知識框架。由于科研和教學(xué)工作的目標和方法存在差異性，如何協(xié)調(diào)科研和教學(xué)的關(guān)系，尤其是如何以科研促進教學(xué)一直是擺在大學(xué)教師面前的重要課題。很多學(xué)校出現(xiàn)了教得好的教師其科研工作卻開展得并不多，而科研做得好的教師其教學(xué)水平并不一定高的情況。這既是由于工作重心和投入的精力不同造成的，也是由于沒有合適的方法有效銜接科研工作和教學(xué)工作造成的。畢竟大部分科研工作僅聚焦于某一個狹窄的領(lǐng)域，屬于高精尖的探索，而教學(xué)內(nèi)容往往追求大而全，更重視拓寬學(xué)生知識的廣度。

然而，如果擯棄具體的科研內(nèi)容，僅從科研過程的宏觀層面去思考，我們會發(fā)現(xiàn)科學(xué)研究本質(zhì)上是對自然界的探究過程。一般來說，科學(xué)探究包括以下過程：（1）發(fā)現(xiàn)并明確提出要探究的問題；（2）猜想與假設(shè)；（3）通過觀測、調(diào)查、實驗等方法收集各種科學(xué)證據(jù)；（4）分析、論證；（5）得出結(jié)論、解釋、模型建構(gòu)及預(yù)測；（6）合作評估與交流。這不恰恰是與我們一直所倡導(dǎo)的探究式教學(xué)的基本過程存在一致的地方嗎？其不同之處主要在于科研將目光投向了未知的世界，而探究式教學(xué)主要在于對已有知識體系的自主性建構(gòu)（當然，并不排斥部分創(chuàng)新性探索）。我們甚至可以說，探究式教學(xué)就是在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)一種類似于學(xué)術(shù)（或科學(xué)）研究的情境，將已有的知識、理論假設(shè)為未知世界，讓學(xué)生自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)查、收集與處理信息， 開展交流與合作等探究活動， 從而獲得知識與技能、情感與態(tài)度的發(fā)展，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神和求知欲，又促進其創(chuàng)新能力的發(fā)展。如果站在這個角度去理解探究式教學(xué)，我們可以獲得一種實施探究式教學(xué)的途徑，那就是“重走長征路”，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中站在科研工作者的角度去重溫科學(xué)知識、科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)過程。我們可以將每一個需要學(xué)生掌握的重要知識點當作一個個科學(xué)研究，讓學(xué)生自己提出假設(shè)，設(shè)計方案去驗證或論證自己的觀點，并得出自己的結(jié)論。教師再給出科學(xué)家們所采用的論證方法，讓學(xué)生自己去比對雙方的異同，通過糾錯和修正，激發(fā)學(xué)生主動思考和獲取知識的積極性，使學(xué)生更深刻地理解科學(xué)結(jié)論的發(fā)現(xiàn)過程和背后的故事。通過這種方式獲取的知識會被內(nèi)化為學(xué)生自己的思維方式，是真正好用的“活的知識”。這種教學(xué)方式實際上是一種“虛擬化探究”，更多的是屬于“開腦洞”型的思維訓(xùn)練。endprint

“虛擬化探究”的好處在于：首先，由于它屬于思維訓(xùn)練，所需資料不多，并不需要太多教學(xué)資源的成本投入，簡單易行。其次，根據(jù)知識點的難易程度以及在所屬學(xué)科中重要性的不同，教師容易控制探究過程的時間投入。如果是重要知識點可以將課題設(shè)計得復(fù)雜一些，探究過程可以逐步深入，而對簡單知識點僅需進行簡單的論證即可，這樣既可以在有限的教學(xué)時間中激發(fā)學(xué)生的探究興趣，培養(yǎng)其探究能力，又便于把控時間，不至于造成教學(xué)任務(wù)無法完成的困擾。最重要的是，這種探究式教學(xué)所需素材和選題可謂俯拾皆是，教師僅需對知識點相關(guān)的科學(xué)研究歷史加以整理和凝練，提煉出其中的科學(xué)問題和核心的解決方案即可得心應(yīng)手地運用于教學(xué)實踐中。對于自然科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的學(xué)習(xí)，教師和學(xué)生普遍的感受都是枯燥、刻板、冷冰冰的，這是由于自然科學(xué)的學(xué)習(xí)需要學(xué)生站在客觀和理性的視角。而一旦通過具體問題的設(shè)計，告訴學(xué)生科學(xué)知識背后的故事和隱含的問題，將冷冰冰的科學(xué)變?yōu)橛袃?nèi)容、有情節(jié)的場景，不僅能使學(xué)生獲得知識與技能，也可以使其獲得情感與態(tài)度的發(fā)展。除此以外，也可以通過這種教學(xué)方式讓學(xué)生了解到科學(xué)家思考問題的思維方式，如何將實際案例凝練為科學(xué)問題，如何將一個復(fù)雜的問題簡化為一系列簡單問題的組合，并找到具體的實施方案。經(jīng)過這樣的不斷訓(xùn)練，學(xué)生不僅獲取了知識，更學(xué)會了獲取知識的方法，建立科學(xué)的思考模式，提高了處理實際問題的能力。

四、虛擬化探究案例分析

由于筆者長期從事電子信息的科研教學(xué)工作，在這里我們試圖通過一個具體實例來說明這種虛擬化探究的實施過程。由于涉及專業(yè)內(nèi)容，請讀者略去具體知識點，僅看教學(xué)設(shè)計的基本思路和方法。

人類社會傳播的一切內(nèi)容都稱為信息，人們通過不同的信息比如圖片、語言、文字、指令、手勢等來認識和改造世界。由于信息具有普遍性、客觀性、共享性及時效性，人們需要對這些獲得的信息進行加工處理并加以利用。例如，在通信原理的教學(xué)中有一個重要的知識點即信息及其度量。在講解這一知識點時，教師可以進行虛擬化探究的課題設(shè)計。

教師先提出課題：針對不同信息，我們?nèi)绾芜M行加工處理，或者說如何區(qū)分信息及衡量信息量的大小？根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生通常會使用消息出現(xiàn)的時間、出現(xiàn)的次數(shù)、描述的文字多少、聲音的強弱等來描述信息量的大小。比如某一消息的出現(xiàn)時間早一些，則認為該信息的信息量大一些：在兩人通話中，出現(xiàn)“吃飯”二字的次數(shù)多，則該通話信息中“吃飯”的信息量相對較大；同時談話中聲音大的一方信息量大；等等。

針對學(xué)生給出的方案，教師可以進行可行性分析：如何測定消息出現(xiàn)時間的早晚、聲音大小以及描述文字的字數(shù)多少？學(xué)生會根據(jù)已有知識給出方法，即測定聲音的幅值強度或能量大小，描述文字的字數(shù)占總字數(shù)的百分比，等等。

教師接著提問：如果成千上萬個消息可能只闡述一個共同的內(nèi)容呢？如果在描述中文字再多卻全是廢話呢？收音機里唱著同一首歌，開得聲音大些或是小些，你得到的信息就會增加或減少嗎？由于大部分的學(xué)生僅從書本獲取相關(guān)知識，尚未進行真正意義上的實驗工作，無法給出具體而實際的衡量方法，課堂通常會陷入沉寂。

接著教師繼續(xù)對學(xué)生的方案進行深度分析。全是廢話的描述沒有任何意義，其中的主要內(nèi)容才是信息量，它出現(xiàn)的概率相對大些。一首歌的音量大小不能決定歌中內(nèi)容的重要性，而只有不斷出現(xiàn)的重要字眼才能反映這首歌的主要內(nèi)容。數(shù)據(jù)資料中包含的數(shù)據(jù)類型的多少、準確資料的多少以及人們注意力的程度等，都不足以衡量數(shù)據(jù)資料中信息量的多少，而只有消除人們對數(shù)據(jù)資料認知的“不確定性”才能衡量?！敖衲甓旌腿ツ晗奶煲粯訜帷焙汀敖衲晗奶旌腿ツ晗奶煲粯訜帷?，到底哪句的信息量大？ 在一系列問題的提示下，學(xué)生會在頭腦中快速搜索已有知識，試圖脫離困境。

在學(xué)生進行短暫的思考和討論后，會有部分學(xué)生提出是否可以通過不可能發(fā)生或出現(xiàn)的概率來衡量信息量的大小。提出這一方案的學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)會了應(yīng)用統(tǒng)計概率來解決信息衡量的科學(xué)方法。教師應(yīng)對這一解決方案給予積極、正面的評價。

在經(jīng)過充分的討論和思考后，教師給出科研工作者的解決方案：在通信系統(tǒng)中，當收信者接收到信源發(fā)出的信息時，可以消除對于某一個事件的不確定性。信源中某一個消息發(fā)生的可能性越?。ú淮_定性越大），一旦它發(fā)生并被收信者收到后，其消除的不確定性就越大，收信者獲得的信息量也就越大；反之亦然。因此，收信者獲得信息量的多少與信源的不確定性的消除有關(guān)，由此可以直觀地把信息量定義為：

收到某消息獲得的信息量

=收到該消息前關(guān)于某事件發(fā)生的不確定性

=信源輸出的某消息中所含有的信息量

用概率論可以進行數(shù)學(xué)概述，一個隨機事件xi所含有的信息量I的大小被定義為：

這時候，學(xué)生通常會恍然大悟，對科學(xué)家提出的巧妙的解決方案贊嘆不已。

教師還可以根據(jù)學(xué)生對該公式的理解進行現(xiàn)場的講解，重點比較學(xué)生所提出方案和科學(xué)家的結(jié)論之間的異同點，讓學(xué)生明白二者的優(yōu)缺點。同時，教師還可以根據(jù)具體情況為后面將要提出的“信息熵”等概念做鋪墊，讓學(xué)生不僅知道理論知識，也對具體科研問題的解決方法有所了解。

通過這一簡單實例，學(xué)生可以深刻理解研究者在面對科學(xué)問題、提出實驗方案以及得出結(jié)論過程中嚴密的邏輯，了解科研實踐過程中所要面對的實際問題（實驗誤差、結(jié)論的唯一性等）以及相關(guān)的解決方法。特別是通過設(shè)計虛擬化探究方案，讓學(xué)生在面對所學(xué)書本知識時能站在研究者的角度，不僅充分理解已有的研究思路，活躍創(chuàng)造性思維，提出自己的研究方案，使死的知識變成活的能力。

總之，虛擬化探究是一種利用科研實踐的思維方式來進行教學(xué)設(shè)計的方法，實質(zhì)上是通過將知識點轉(zhuǎn)變成研究課題的方法，讓學(xué)生從學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)換為研究者的角色來看待所學(xué)知識。這種角色的轉(zhuǎn)化不僅能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力，更能提高學(xué)生凝練科學(xué)課題、解決實際問題的能力。從教師的角度來說，它降低了以往探究式教學(xué)方法的實施難度，具有成本低、周期短、可操作性強的特點。同時，也能很好地促進科研工作和教學(xué)工作的有效銜接，是一種值得推廣的探究式教學(xué)方法。

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[責任編輯：龐丹丹]endprint