李萬峰 王藝儒 史鵬越

科學(xué)探究學(xué)習(xí)的國際共識

探究學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，注重學(xué)生思維發(fā)展，是新課程改革注重的學(xué)生學(xué)習(xí)方式之一。在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，探究與科學(xué)課程結(jié)合最為緊密，“以科學(xué)探究為核心”已成為國際基礎(chǔ)科學(xué)教育的共識。

美國：提出和定義問題，開發(fā)和使用模型，規(guī)劃和展開調(diào)查，分析和解釋數(shù)據(jù)，運用數(shù)學(xué)和計算思維，構(gòu)造理論解釋和設(shè)計解決方案等。英國：科學(xué)思想、科學(xué)證據(jù)的本質(zhì)和重要性以及調(diào)查研究的主要技能。

加拿大：提出問題能力、制定研究計劃能力、實施計劃能力、證據(jù)分析能力、科學(xué)交流能力等。澳大利亞：“識別數(shù)據(jù)來源”“設(shè)計第一手的探究方案”“選擇實驗設(shè)備或資源”等13個邏輯聯(lián)系、逐步遞進(jìn)的要素。

中國：理解科學(xué)探究的本質(zhì);經(jīng)歷提出問題、設(shè)計研究方案、獲得證據(jù)等科學(xué)活動的階段;運用科學(xué)探究過程和方法進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)與活動;掌握觀察、實驗等基本科學(xué)技能。

可以總結(jié)出，在科學(xué)教育中探究學(xué)習(xí)注重與日常生活的聯(lián)系，探究問題偏向于非良構(gòu)的真實問題;同時，探究的過程與“數(shù)學(xué)”“證據(jù)”“模型”緊密相關(guān)，注重培養(yǎng)學(xué)生通過規(guī)范的流程、科學(xué)的方法解決問題的能力。

信息技術(shù)在科學(xué)探究學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

國際教育技術(shù)協(xié)會制定了技術(shù)和科學(xué)教育結(jié)合的三種方式，其中包括從技術(shù)中學(xué)習(xí)、用技術(shù)學(xué)習(xí)。

1.從技術(shù)中學(xué)習(xí)—— 教育信息化1.0時代的研究實踐

1995年美國圣地亞哥州立大學(xué)教育技術(shù)系伯尼·道奇和湯姆·馬奇創(chuàng)建了“WebQuest”網(wǎng)絡(luò)探究課程，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者通過網(wǎng)絡(luò)工具解決實際問題;TELS模式試圖將基于網(wǎng)絡(luò)的探究性學(xué)習(xí)引入課堂教學(xué)，針對理科進(jìn)行教學(xué)，并設(shè)計開發(fā)了支持學(xué)生科學(xué)探究活動的學(xué)習(xí)環(huán)境;加州大學(xué)伯克利分校M.C.Linn等人設(shè)計了基于網(wǎng)絡(luò)的“知識整合環(huán)境”，幫助學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)的證據(jù)資料進(jìn)行科學(xué)探究;Jon Kahl等人從協(xié)作可視化學(xué)習(xí)角度出發(fā)，讓學(xué)生利用網(wǎng)上數(shù)據(jù)庫和可視化工具進(jìn)行科學(xué)探究等等。

這一階段的研究實踐表明，信息技術(shù)對科學(xué)探究學(xué)習(xí)的作用主要表現(xiàn)為借助網(wǎng)絡(luò)平臺。由于當(dāng)時信息化環(huán)境主要以PC端應(yīng)用為主，對于一線教師來說，使用此類系統(tǒng)具有一定的難度，導(dǎo)致了信息技術(shù)在科學(xué)探究學(xué)習(xí)中的應(yīng)用并不多見。

2.用技術(shù)學(xué)習(xí)—— 教育信息化2.0時代的研究實踐

新時代的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”蘊藏著更大的能量，其“連接一切”的特征將促使學(xué)校、教師、學(xué)生、家長組成生態(tài)鏈條。近年來，教育信息化應(yīng)用也步入2.0時代。硬件方面，移動智能終端已基本普及，這使得學(xué)生在利用信息技術(shù)手段進(jìn)行科學(xué)探究學(xué)習(xí)時不再受時間和空間的限制。軟件方面，各種應(yīng)用系統(tǒng)層出不窮，如針對不同學(xué)科、不同領(lǐng)域的學(xué)習(xí)APP，這為科學(xué)探究學(xué)習(xí)的開展提供了強(qiáng)有力的支撐。網(wǎng)絡(luò)方面，尤其是5G時代的到來，將使更多目前不能實現(xiàn)的應(yīng)用進(jìn)入大眾視野。

這一階段技術(shù)手段在完成當(dāng)前科學(xué)探究領(lǐng)域的關(guān)注熱點方面有較強(qiáng)的優(yōu)勢，尤其是在創(chuàng)建非良構(gòu)的真實問題，關(guān)注探究過程中的“數(shù)學(xué)”“證據(jù)”“模型”，以及組建探究學(xué)習(xí)共同體方面。

中小學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

在梳理了科學(xué)探究學(xué)習(xí)走向，及信息技術(shù)為科學(xué)探究學(xué)習(xí)提供的新可能后，本研究以實驗區(qū)中小學(xué)生為調(diào)查對象，進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)研，以期構(gòu)建出更加符合實踐應(yīng)用的模式。

（1）學(xué)校調(diào)研。實地走訪中小學(xué)發(fā)現(xiàn)，科學(xué)探究學(xué)習(xí)主要以科學(xué)類課程和科技社團(tuán)、項目、競賽等為載體;學(xué)習(xí)內(nèi)容不限于單一學(xué)科，具有跨學(xué)科融合和向?qū)W科外拓展的趨勢。信息技術(shù)一方面作為通識工具，幫助學(xué)生完成科學(xué)探究學(xué)習(xí)過程;另一方面，作為科學(xué)教育的一個重要領(lǐng)域，在科技項目或競賽中，信息技術(shù)不可或缺。

（2）教師調(diào)研。以問卷調(diào)查的方式，向?qū)嶒瀰^(qū)中小學(xué)教師隨機(jī)發(fā)放問卷。回收291份，其中，教師任教年級包括小學(xué)各學(xué)段，中學(xué)除高三年級外的全部學(xué)段;任教學(xué)科中，科學(xué)教師占比最高，為29.21%，其次是物理教師，占比18.56%，第三是信息技術(shù)教師，占比13.75%，調(diào)查結(jié)果如下。

在設(shè)計與實施學(xué)生科學(xué)探究學(xué)習(xí)過程中，信息技術(shù)發(fā)揮的主要作用為：提供科學(xué)知識的相關(guān)信息;支持更多的教與學(xué)形式，如多人協(xié)作學(xué)習(xí)、數(shù)字資源分享、個性化學(xué)習(xí)測評等;為學(xué)生提供探究工具;激發(fā)學(xué)生探究興趣等。

（3）學(xué)生調(diào)研。以問卷調(diào)查的方式，向?qū)嶒瀰^(qū)中小學(xué)學(xué)生隨機(jī)發(fā)放問卷。回收2416份，其中學(xué)段囊括小學(xué)、中學(xué)各個年段，3～8年級的學(xué)生占比最大，九年級和高三的學(xué)生占比最少;男生與女生比例相當(dāng)，各占近一半。調(diào)查結(jié)果如下。

除在校學(xué)習(xí)外，網(wǎng)絡(luò)是學(xué)生獲取科學(xué)知識最主要的途徑。90%以上的學(xué)生認(rèn)為信息技術(shù)對探索科學(xué)事物或解決科學(xué)問題有很大的幫助。在利用信息技術(shù)手段進(jìn)行科學(xué)探究時，主要應(yīng)用場景包括：通過科普視頻、微課、線上中國科技館等數(shù)字化資源了解科學(xué)知識;利用百度、谷歌等搜索引擎查詢科學(xué)知識和問題;在公眾號、美篇等互動平臺中提出問題、發(fā)表見解;利用思維導(dǎo)圖、圖形計算器、NB物理等數(shù)字化認(rèn)知工具梳理知識脈絡(luò)。

信息化2.0環(huán)境的科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式思考

從科學(xué)探究學(xué)習(xí)的發(fā)展趨勢及信息化2.0時代學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變來看，我們需要構(gòu)建更加符合時代發(fā)展與學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的探究學(xué)習(xí)模式。

1.模式構(gòu)建

非良構(gòu)的真實問題，將科學(xué)探究問題聚焦到生活中的實際問題，這類問題往往具有非良構(gòu)的特點。定義變量，了解變量是學(xué)生將探究問題進(jìn)行可操作化轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，通過定義探究問題中的相關(guān)變量，使學(xué)生更容易找到解決問題的思路，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。

采集數(shù)據(jù)，對于生活中的問題，數(shù)據(jù)的采集不再是靜態(tài)的、規(guī)定好的，需要借助更多的外在工具。構(gòu)建模型，通過整理、分析變量數(shù)據(jù)，得出更加科學(xué)的解釋模型。展示分享，個性化的表達(dá)展示過程幫助教師對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全面評價與總結(jié)。

2.技術(shù)支持

具體到此模式下的科學(xué)探究學(xué)習(xí)過程，需要信息技術(shù)手段的多方面支撐。

非良構(gòu)的真實問題。將現(xiàn)實生活中的問題與科學(xué)知識結(jié)合，并在解決問題的過程中激發(fā)學(xué)生的探究欲望，對教師來說具有一定的挑戰(zhàn)。科普中國、果殼科技、柴知道等資源，為科學(xué)探究問題的設(shè)計提供了靈感與資源。

定義變量。非良構(gòu)的問題對學(xué)生來說具有一定的挑戰(zhàn)性，他們不能從字面中馬上找到關(guān)聯(lián)的知識點，需要經(jīng)歷加工、分析過程。WolframAlpha、維基百科、思維導(dǎo)圖等提供了便利。

采集數(shù)據(jù)。信息技術(shù)有非常大的優(yōu)勢，在聲、電、光等自然領(lǐng)域，有收集數(shù)據(jù)的各類傳感器;信息技術(shù)可以提供模擬觀察對象，如3D天體、動植物等;文獻(xiàn)法采集數(shù)據(jù)需要各類專業(yè)的期刊文章，知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫等數(shù)字化文獻(xiàn)平臺為學(xué)生提供支持。

構(gòu)建模型。對于相對復(fù)雜的變量關(guān)系，可以借助擬合軟件構(gòu)建模型。展示分享。學(xué)生可以通過拍照、錄像等手段記錄探究過程。

本文構(gòu)建的科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式關(guān)注生活情境，借助信息技術(shù)不斷還原、拓寬學(xué)習(xí)環(huán)境，給予學(xué)生探究科學(xué)知識的空間。非良構(gòu)的真實問題不僅能吸引學(xué)生的探究欲望，而且為學(xué)生設(shè)置了思維難度，分析問題、找出關(guān)鍵變量需要學(xué)生具備理性思考、察微求真的能力;采集信息、尋找證據(jù)、構(gòu)建模型的過程需要學(xué)生具備不斷探索和質(zhì)疑的能力，最終形成自己的觀點;展示分享是對思維的再加工與重現(xiàn)，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

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