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ICT与科学探究学习


作者:柳栋 上海市虹口区教师进修学院
2009.02

  以计算机为核心的信息与通讯技术(Informationand Communications Technology,简称ICT),凭借着互联网络的飞速发展,渗透到社会生活的各个层面。信息与通讯技术让生活更加便捷,也能够帮助我们发展终身学习的能力。信息与通讯技术也很好地支持了科学探究学习的开展,信息与通讯技术可以打破时空的局限,将学校外部世界丰富的知识资源和智慧资源引入到学校中来;信息与通讯技术可以打破感官的局限直接帮助我们了解遥远的太空、微小的原子。

  在科学探究学习中ICT技术至少在以下几个方面直接支持学习活动:

  ①通过ICT为探究学习提供各类知识资源;

  ②通过ICT为探究学习沟通各类智慧资源;

  ③运用ICT为有计划的探究学习提供微型课程与教学组织工具;

  ④运用ICT作为实验的工具;

  ⑤运用ICT与探究学习小组同伴协同学习,或者运用ICT开展跨地域跨文化的科学探究学习单元。

  从具体的形态上来说,教师可以运用ICT来准备教学素材,比如制作观察动物的视频、学习活动方案的网页等,也可以在教学过程中也应用信息工具辅助生动活泼的教学。学生可以运用ICT于整个探究学习的历程,从文献资料的搜索、整理,实验过程的控制、实验数据的采集,制作交流活动中的电子幻灯片,反映整个探究学习活动单元的专题视频等。

  科学探究的特点之一是探究建立在人类的已有认识之上,科学探究中知识资源是否丰富将影响着探究学习的成效。另外,就某一个学习者来说随着他科学探究学习的深入,学习的内容超越教科书将非常自然地发生。丰富的知识资源可以保障他按照他的进展速率开展个性化的深入学习。

  科学探究是人类认识世界的基本方法之一,这类方法的智慧无法用简单的讲授法来传递,更常见而有效的方式是青少年在身边成年人的帮助下,在实践中感悟科学探究的方法。智慧资源是青少年科学探究学习有效开展不可或缺的要素。

、通过ICT为探究学习提供各类资源

  更为有效的科学探究学习需要海量的知识资源和必要专业人员支持,通过互联网社会各界已经为我们提供了丰富知识资源库。一些网络科技知识库由国家政府部门建设,如中国数字科技馆、香科学馆等。

图.1 中国数字科技馆主页 http://www.cdstm.net.cn

图.2 香港科学馆主页 http://sc.lcsd.gov.hk/gb/hk.science.museum/scindex.php

  还有一些网络科技知识库则由高等院校、企业、非营组织来建设,如我国高校中的数字化博物馆系列等。

图.3 交通大学船舶数字博物馆主页 http://shipmuseum.sjtu.edu.cn

图.4 疯狂的设计 http://hi.baidu.com/madesign

图.5 科学探索主页 http://tech.sina.com.cn/discovery/

图.6 三思科学――科学报道栏目首页 http://www.oursci.org

  除了上述以知识见长的资源库外,互联网中还有凝聚智慧的合,在那里我们可以提问,会有科学家志愿者或者科技爱好者对我们的问题给出他们的建议。

图.7 爱问知识人主页 http://iask.sina.com.cn/

图.8 疯狂科学家主页 http://www.madsci.org/

  

  ICT拓展了学习的时空,但是对有计划的教与学活动来说,需要给予学习者结构性导航,防止学习行动迷失方向。网页型的学习活动方案是主要的教学组织工具之一。无论是在学校课堂的投影屏幕上,还是在孩子家中的电脑中,我们常常借助这个学习活动方案的页面开展相关的学习活动。

二、运用ICT为有计划的探究学习提供微型课程与教学组织工具

图.9-1 网络学案实例首页-―http://qy4x.hkedu.sh.cn/handson/200511kai/fei/index.htm

  在学习活动方案界面左侧是导航栏,它清晰地告诉学习者,这个学习单元的学习任务、以及完成学习活动大致需要的步骤。

  在学习活动方案界面右侧占大部分面积的,是具体的内容界面。点击左侧相应步骤的链接,界面右侧就会出现相应的内容。

  该内容解决呈现了每一学习步骤中的具体学习活动的描述、活动的要求等内容。教师通过教学设计,将相关的学习活动指导用文字、图表等方式在此呈现。学习者根据学习活动方案的提示,在教师逐步放手的历程中走向自主性学习。

图.9-2 网络学案实例活动页

  学习活动方案既有上述实例中较为详细的多页面型,也有仅一个页面的单页型。学习活动方案是教学设计的产物,在技术制作上可选用最常见的ICT技术手段,象发布一份文章那样,在免费的公共空间(如提供个人网志服务的网站)简单而直接地发布到互联网中。

  这些网页格式的探究学习活动方案,就是一类微型的探究学习课程。我们可以通过互联网与同行共享,从而丰富科学探究教与学活动。科学探究学习活动开展得比较早的学校、一些科研机构通过互联网为热爱科技活动的青少年提供了科学探究学习的微型课程单元。

图.10 网络中的微型探究课程清单实例 http://qy4x.hkedu.sh.cn/handson/

图.11-1 NASA提供的微型探究课程链接 http://www.nasa.gov/missions/current/

图.11-2 微型探究课程实例首页 http://www.srl.caltech.edu/ACE/

  

  现时代的科学,除了悠久的希腊理性传统外,科学实验是现代数理实验科学的重要特征,我们或是用实验去验证或证否我们先前对客观事物的假设,或是在不期待的验现象中得到没有预估的新事实进而深化我们对客观事物的认识。科学探究学习离不开一定的科学实验条件保证,科学探究学习的工具资源不可或缺。

三、运用ICT作为实验的工具

  定量分析是现代数理实验科学重要的研究手段,实验数据的采集是科学实验中重要的环节。随着ICT技术不断的发展,各类传感器、自动数据采集与分析软件有了长足进步,体积、价格、易用性等要素发生了变化,使它们进入课堂教学成为可能。在高中物理新课程方案中,对青少年学科探究及实验能力提出更高的要求,要求学生采用多种方式在实验的过程中收集数据,利用传感器和计算机的功能,实时测量、处理实验数据、分析实验结果等,使实验过程和数据的呈现能自动进行。DIS物理实验室为这类科学探究学习提供必要的学习条件保障。

图.12 DIS实验室实景

图.13 各种类型的传感器与手持式数据采集器

  这些专用的虚拟实验软件我们可以通过互联网免费获取,也可以到相关的ICT企业购买。

  上海许老师打算在小学自然学科中让孩子们体验受控实验,种花养鱼是我们身边相对容易实现的活动,或因时间跨度太大、或因养殖条件苛刻,许老师放弃了这些真实的实验,而是选用了一款“虚拟水族馆”的小软件,让学习者在40分钟内,经历了三轮虚拟实验――第一轮试误、熟悉操作界面,第二轮变动其中一个因素、寻找该因素影响鱼类生长的规律,第三轮变动四个因素、寻求虚拟实验中鱼类良好生长的环境条件组合。通过这的一堂课同学们很好感受了科学受控实验中的条件控制要求与通过受控实验可以得到的有益结论。

图.14 许老师2004年课堂教学实录截屏

图.15 虚拟水族馆 http://www.fossweb.com/modules3-6/Environments/activities/virtualaquarium.html

  DIS实验室主要运用与高中阶段的物理化学生命科学等学科的探究学习,有条件的初中和小学也可以装备部分传感器和数据采集器支持学习者个性化的科学探究学习。

  虚拟实验我们常常运用在小学阶段的科学探究、或者作为初高中真实性科学实验前的实验准备阶段。对于年龄较低的小学生来说,感受科学方法同样是科学探究学习中重要的学习内容之一。有一些科学实验因为时间跨度、实验条件的苛刻,在课堂教学中不易开展。但是在教学设计基础上运用ICT技术开发的虚拟实验软件可以弥补相应的不足。

    ICT技术源头之一就是通讯技术,现代ICT技术为跨文化跨地域的科学探究学习提供了极其便利的通讯条件。那些即时通讯软件为同一学习小组的学习同伴之间提供协同的工具。

四、运用ICT作为开放性协同学习的工具

  2004年年底,印度洋海啸,广东的Wu老师通过互联网与斯里兰卡的同行一起,带着两个国家的小朋友共同来探讨。

  类似这样的学习活动,在互联网中一些跨国界跨文化的教师交流网站、班级交流网站上能够找到相应的线索,即便在教师的跟网页上,也能够类似的信息。

图.16 Wu老师个人网站全球学校计划页面截图 http://groups.msn.com/JohnWuChina/

  一些地区的教育业务单位也为科学探究建设了专用系统。学习者运用这个系统并辅以其他通用的IM工具和邮件工具,可以很方便地协同工作。

图.17 长江之旅校际网络协同学习系统截图 http://www.jchangjiang.com

图.18 网络实验室系统截图 http://netlab.eicbs.com/

  随着科学探究学习的普及与深入,这类跨地域跨文化学习的需求会逐步增加,以上的例子可以给我们一些思考的线索。

五、结语

  综上所述,有效运用ICT促进科学探究学习:

①运用ICT本身不是我们的目的,有效促进科学探究学习才是最终要求。

②并不要求我们每件事情、每个场合、每段时间都要运用它。而是根据学习活动的自然进程、教学设计的需要,该用就用。

③教学中运用ICT需要投入,但不一定很昂贵,要充分发掘已有的装备的作用、要充分发掘互联网的作用。

④对ICT技术的掌握并不一定是实践的瓶颈,科学探究教与学活动的教学设计才是最根本的制约因素。

⑤不能够期待有更多的现成经验供我们模仿学习,各类已有经验中教师条件、学生状态、环境条件等因素与我们相比会有很大的不同,这就要求我们在探索中学习、在探索中前进。  

 

网络地址:www.being.org.cn/sciedu/ict-sciedu.htm
发布时间:20090530日 最新更新:20090530

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