基于網(wǎng)絡環(huán)境的探究性實驗教學研究

課題組

（河北經(jīng)貿大學 公共管理學院，河北 石家莊 050061）

基于網(wǎng)絡環(huán)境的探究性實驗教學研究

課題組

（河北經(jīng)貿大學 公共管理學院，河北 石家莊 050061）

網(wǎng)絡背景下基于資源學習環(huán)境的探究式實驗教學可以有效培養(yǎng)學生探究問題和解決問題的能力，在探究實驗教學與規(guī)劃時應注意把握選題“問題”的適當性，探究實驗的條件性、資源多元性科學評價，合作學習等幾項原則。

探究教學；科學教學；實驗教學；科學探究實驗

一、緒論

在目前科學教學中，實驗教學是學校教育教學過程的一個重要環(huán)節(jié)。Ausubel（1968）指出[1]，實驗教學提供學生機會接觸科學精神與方法，促進解決問題，分析與推演的能力，以及提供學生了解科學本質的機會；老師也可藉此了解學生學習目標與成效之間的差異，幫助學生構建其知識（Hofstein和Lunetta，1982[2]，2004[3]）。一般而言，學生能夠通過實驗活動學習科學探究的方法，進而了解科學本質及學習培養(yǎng)科學的態(tài)度；而好的實驗活動更可以提供學生進行知識建構的機制（Tobin，1990）[4]，從而達成學生有意義的學習（Meaningful learning）。以往教學方式大都以講述式為主，而實驗教學大都以“食譜式”實驗教學為主，實驗內容主要是結合各課程的知識點側重了解常規(guī)儀器的使用、過程和方法的驗證，要求學生掌握基本概念與事實，并通過實驗的聯(lián)系和反饋，將所學的東西按原樣再生出來，以此來熟練掌握所學內容。就知識學習而言，傳統(tǒng)教學模式的實驗教學固然起到了重要作用，但亦不可諱言，在知識運用和創(chuàng)新方面，卻存在諸多缺陷。其一，傳統(tǒng)的實驗教學將本來連續(xù)的知識發(fā)展和體系簡單地劃分成一個個階段處理，忽視了知識的關聯(lián)性，使學生對所學知識的理解過于簡單化，妨礙了學習者在具體事物中廣泛靈活的知識遷移。其次，也未能指明不同實驗之間的關聯(lián)性，不能給學生認識、思考和創(chuàng)新的機會，難以實現(xiàn)以解決問題為目標來建構知識結構的訓練。再次，在整個教學過程中，學生基本上處于被動的狀態(tài)，缺乏主動探究的精神。Bouillion和Gomez（2001）針對“食譜式實驗”類型的實驗活動所預定達成的學習成效提出質疑，認為如果藉由高度組織化的任務進行學習，即使其任務符合學生日常生活情境，但學生仍因為實驗活動過于組織化的設計，無法與校外所觀察或實際參與的生活經(jīng)驗相連結，此類型的實驗教學造成大多數(shù)學習者無法具有主動探究與問題解決的能力[5]。最后，學生在實驗過程中常常無法體驗到學習的樂趣，導致學生主動學習的動機較弱。傳統(tǒng)的講述教學以知識傳輸?shù)姆绞竭M行教學，所產(chǎn)出的僅限于刻板的科學知識與科學概念的記憶，忽略了科學探究能力與問題解決能力的養(yǎng)成，造成學生在進行實驗活動時，無法學習到相關的科學知識與技能，亦使得學生的學習動機低落（Hart，Mulhall，Berry，Loughran和 Gunstone，2000）[6]。Hurd（1983）[7]研究發(fā)現(xiàn)食譜式的科學實驗并無法引起學生學習的動機，也未能將科學的真實面貌呈現(xiàn)于日常生活之中。

實驗教學在科學教育中會扮演著重要的角色，其原因不外乎源于實驗教學必須融入“探究”的因素。鑒于傳統(tǒng)實驗教學存在的諸多局限，引發(fā)實驗教學的許多改革試驗。Polman（1999）與Straits和Wilke（2002）指出，倘若教師以建構主義取向的引導探究方式進行教學，學生能夠由合作學習的方式學習到真實的科學，則上述問題可獲得解決。Staer，Goodrum和Hacking（1998）指出，科學實驗教學中的教與學都必須以學生為主，發(fā)展探索（investigation）與問題解決的能力[8]。教師可以通過引導學生參與探究，促成對話之社會互動取向，讓學生從先前經(jīng)驗的常識性理解出發(fā)，參與從事逐漸專精的科學知識性活動，以彰顯科學教育是為學習的涵化歷程（enculturation）（Hodson，1998）[9]。Gibson 和 Chase（2002）與 Hodson（1990）[10]指出，科學教育在教學上的改變，是將以往在傳統(tǒng)上著重事實記憶的學習，轉為以探究為主的學習，學生能在此過程中尋求問題的解答，以探究為主的學習是更有效的科學學習方式，而實驗教學常被做為討論探究學習的教學情境。

探究性實驗教學也可內化為學習者如何學習的模式，為學習者“科學探究”、“問題解決”及“創(chuàng)造力”的成長提供有益的練習平臺。Joyce和Weil（1996）強調，教學模式實際上就是學習模式，當幫助學生獲得信息、觀念、技能、價值、思考方式以及表達方法，我們亦同時在教導他們如何學習[11]。探究式實驗教學法是一種既能體現(xiàn)學生主體地位又能發(fā)揮教師主導作用的新型教學方法。探究性實驗教學旨在通過學生自己動手和觀察去“重新發(fā)現(xiàn)”理論知識，強調學習者學會利用理論和實踐手段來解決實際問題。學習者在實驗的幫助下學習理論知識，既是用也是學。在探究性實驗教學中，由于所設定的學習目標是問題的解決或解決的方案，因此無論是運用已有的知識，還是所習得的新知識，都不再是相互分割的，而是整合的、相互關聯(lián)的和系統(tǒng)的。這種基于問題導向的實驗教學模式有助于學習者把已有的知識相互關聯(lián)起來并融會貫通，構建知識系統(tǒng)，從而提高學習者對知識的理解、運用和創(chuàng)新能力。

二、探究實驗教學的新環(huán)境：網(wǎng)絡環(huán)境下基于資源的學習環(huán)境

在傳統(tǒng)教學模式下，學習的唯一資料來源是教師或是教師藉以直接教學的教材（Farivar，1985）。在現(xiàn)代網(wǎng)絡環(huán)境下，INTERNET作為巨大的信息源，被譽為除書籍報紙、廣播電視以外的第三類媒體，其豐富的資源，已經(jīng)成為一種巨大的學習資源，是基于資源學習環(huán)境（RESOUCE-BASED LEARNING ENVIRONMENT）不可或缺的構成。教師將不再是知識唯一的供應者，網(wǎng)絡的開放性及海量信息為教育學習的應用提供一個全新的學習環(huán)境，即創(chuàng)造了一個有意義的學習環(huán)境，用以促進及支持學習之進行（Khan，1998）[12]。網(wǎng)絡以表現(xiàn)出快速且容易取得資訊的優(yōu)越性（Kearsley，1996），提供了資源豐富的學習環(huán)境（Rakes，1996）。使得不同時空的教學者與學習者能通過網(wǎng)絡共同參與教與學的活動，教學形態(tài)亦發(fā)生變化，不但知識的呈現(xiàn)方式發(fā)生改變，學習的信息交換方式也發(fā)生改變。教學環(huán)境也因此由傳統(tǒng)課堂教學的真實環(huán)境擴展到網(wǎng)絡化的虛擬學習環(huán)境。網(wǎng)絡在學習環(huán)境中扮演著權威或非權威性角色（Chan 和 Chou，1997）[13]，Collis（1994）更認為電腦科技是21世紀中“教育再造工程”最有效的原動力。以網(wǎng)絡為基礎所衍生的教學活動也逐漸受到重視，使得利用網(wǎng)絡為基礎的教學方式成為一種教學主流。20世紀90年代，以自主性、開放性、探究性學習重構課程體系已成為許多國家課程改革的突出特征。人們希望藉由網(wǎng)絡媒體引進新的教學方式，達到提高學習成效的目的（Bollentin，1998；McClintock，1998；Wild 和 Omari，1996；Alexander，1995；Turoff，1995）。

基于資源的學習與Richard Suchman（1962）提出的探究教學模式（Inquiry training model）緊密相關。所謂基于資源的學習就是學生通過閱讀或查找大量的資料來進行學習的方式[14]?；谫Y源的學習環(huán)境，就是支持該教學模式實施的教學環(huán)境，它支持學生使用廣泛的信息來解決問題。在學習中，學生不僅要研究問題本身，還要查找確定回答問題所需要的信息。探究教學模式強調學生發(fā)現(xiàn)并獲得知識的過程，希望讓學生掌握科學家的工作方式。在基于資源的學習環(huán)境中，學習資源由傳統(tǒng)的課本等印刷材料擴充到豐富的網(wǎng)絡資源，為學生營造一個探索發(fā)現(xiàn)的學習環(huán)境，提供非常豐富的學習資源。學生以“任務驅動”和“問題解決”作為學習活動的主線，學生在教師的激發(fā)、引導、鼓勵下，通過信息的檢索、思考、內化，組合起來，形成自己的觀點，獲得自己的認知方式，有利于發(fā)展自己的個性，提高資源識別和獨立解決問題的能力，激發(fā)創(chuàng)造性思維，從而使創(chuàng)新教育得以實現(xiàn)。數(shù)字化生存環(huán)境對我們的教育目標、內容、方法和手段等提出了全新的挑戰(zhàn)和要求，傳統(tǒng)的教學模式對此已經(jīng)達到了其能力的極限[15]。構建基于資源的學習環(huán)境將是21世紀教育的主要任務[16]?；诰W(wǎng)絡環(huán)境的探究式實驗教學這一借助網(wǎng)絡資源而“生存”的教學方式，正是順應這一時代背景而產(chǎn)生的新生事物，它已逐步被人們所接納，并運用到課堂教學之中，取得了良好的效果。

三、探究性實驗教學的原則及實施過程

（一）原則

在探究實驗教學與規(guī)劃時應注意把握幾項重要的原則：

1.選擇“問題”的適當性。選擇“問題”的適當性，影響探究實驗教學的有效性。“凡事都來探究”顯然并不可取。一是由于教學時間的限制，導致所謂探究或膚淺化、或流于形式；二是由于很多的教學內容，其實不是真正意義上的問題，因而并不具有探究性。探究實驗的題材應趣味化、創(chuàng)意化。

2.探究實驗的條件性。客觀條件制約探究實驗教學的有效性。如果不具備相關的實驗器材、儀器與設備；如果沒有獲取數(shù)據(jù)的途徑、渠道與方法，探究實驗教學必然會受到制約甚至無法有效地開展。

3.探究式實驗規(guī)劃的科學性。成功的實驗教學活動的背后是有組織的課程架構，這需要教師進行科學的規(guī)劃，設置階段性的目標做為每個實驗活動的中心，貫串起學生的完整能力與認知的學習。教師應預先了解學生已有的知識與能力，規(guī)劃實驗項目的目標，并為達到預期的教學目標做適當?shù)慕虒W設計或探究實驗題目。

4.資源的多元性。探究式實驗教學離不開一定的資源支持，利用豐富的網(wǎng)絡資源，教師應提供豐富多元的資源供學生使用，一方面給予學生不同的刺激，另一方面作為學生試練自己身手的材料，并培養(yǎng)學生整合信息的能力。

5.營造探究實驗的學習氣氛。如果學生習慣于“聽老師講，啃教科書”，那么，探究實驗教學的效果肯定難以愿償?？梢杂眯〗M合作學習，營造熱烈的學習氣氛。合作學習是促進學生有效學習的策略，經(jīng)過老師適當?shù)陌才牛ㄈ绠愘|性分組，合理的分工，并讓每個學生有機會擔任不同的角色），使學生意識到自己對團體的重要與責任，加上適當?shù)男〗M競爭更能創(chuàng)造學習氣氛，使學生樂于投入探究活動，體驗到學習的興趣與喜悅。

6.科學評價。注重探究實驗過程中創(chuàng)造性思考、態(tài)度、技能的評量。所有的實驗教學都應兼顧認知、技能與情意的學習，教師需要采取科學的評量方式，以多元、實效的方式，達到真實性的評量。

7.適當引導。探究實驗教學強調學生學習的自主性，教師可以做適當?shù)膶б?，但不要過度的介入。探究實驗學習是一種主體能動的過程，學生既要動手又要動腦，必須給學生充分的時間，讓其進行自主性探究實驗。切忌教師代替學生活動。當然教師不可放任學生盲目活動，甚至碰觸危險。當學生在實驗中遇到困難或問題時，教師不必急于支援，因為探究實驗過程中的每一個困難都是一次的學習，教師只需要多一點耐心和信心，以鼓勵代替解答，學生往往會有出色表現(xiàn)，獲得可喜的成績。在探究式實驗教學中，教師扮演著引導者與協(xié)助的角色，非直接的傳授知識；學生必須有假設、預測、操作、提出問題、追尋答案等經(jīng)驗，以便建構新的知識。老師不應以權威式的態(tài)度，而是用引導的方式來幫助學生，或通過教具的使用和探究學習的特性，在合作學習的模式解決問題；學生的分組討論過程就是一種學習，學生主動學習，主動建構知（Baroody，1998）。

8.合作學習（Cooperative Learning）。在探究式實驗教學中，小組合作學習是其基本方式和有效策略。合作學習的主張并非始自今日，孔子說：“獨學而無友，則孤陋而寡聞?！焙献鲗W習的精髓是使學習者經(jīng)由小組間的咨詢及其他互動，主動投入學習的過程。Johnson和Holubec（1990）指出，如果我們想要讓學生學得更多，更愛學習，學會更有效的技巧，就該好好的利用“合作學習”的方式。

（二）探究式實驗教學的過程

探究性實驗教學過程可以概括為以下幾個步驟：

1.選擇適合進行探究的問題（Select Problem For Inquiry）①。這里的問題（problem），是指既與當前教學內容密切相關、又能夠激發(fā)學生探究欲望、并且在學生現(xiàn)有知識與能力等條件下，是能夠進行探究的“學術問題”（相關的文獻中使用的是problem，而不是question）。傳統(tǒng)書本知識提供的問題幾乎都是情境化的（decontextualized）[17]，解決辦法無需考慮具體的情境因素。其實，現(xiàn)實問題的解決辦法通常要根據(jù)問題出現(xiàn)的情境不同而發(fā)生變化。只有對具體情境進行分析，找出與該情境相適合的方案才能使問題有可能獲得解決。美國賓州大學教授（D.Alfke）曾把科學問題分為“操作性問題”（operational questions）和“非生產(chǎn)性問題”（nonproductive questions）（Wolfinger，1984）。并認為“操作性的問題”才能直接引導學生去找答案并培養(yǎng)出有益于未來理解復雜理論的經(jīng)驗背景，亦即：操作性問題是一種直接地或暗示地指出應該運用科學材料去得到問題的解答，操作性問題所探討的本質是假設—驗證，可以使學生在操作的過程中，由假設到驗證的過程來熟悉變相間的關系。McKnight（1991）從問題特質的觀點，認為“好的問題”所應包含的特質有：（1）可以引起興趣；（2）允許多種概念具體化；（3）為解決問題，而調整或改變物質（事物）的使用；（4）允許不同層次的解題方式。（5）個案學生相信自己可以解決此項問題，據(jù)以發(fā)展出具有創(chuàng)造力的問題設定與解決的能力[18]。

2.創(chuàng)設問題情境。教師通過介紹過程并呈現(xiàn)問題，以引導學生開展思考的大致方向、激發(fā)學生探究的欲望與興趣?！皠?chuàng)設情境”的操作步驟，大體上可以從問題的多個方面中選擇某個方面來進行考慮與設計：比如，（1）介紹問題的背景情況以及與問題相關的若干信息；（2）陳述“問題”之若干主要的論點、論據(jù)；（3）現(xiàn)場演示一個能夠包含問題或能夠暴露問題的演示試驗（實驗），等等。

3.引導學生收集數(shù)據(jù)和資料（Data Gathering-Verification）。該步驟大都應由學生以學生分組的方式來完成，教師在確有必要時充當有限度服務者或指導者。這里所謂“數(shù)據(jù)”（data）一詞是廣義的，即能夠支持某個論點與規(guī)律的可能的證據(jù)。由于問題不盡相同，并不限于數(shù)值型的數(shù)據(jù)。也可以說，所有與問題可能相關的所有信息，包括文本與圖形信息，都可以稱之為數(shù)據(jù)。既可以是在實驗、試驗中采集測量得到的數(shù)值型數(shù)據(jù)，也可以是通過調查與統(tǒng)計方法所得到的數(shù)值型數(shù)據(jù)。此外，還包括與問題可能相關的事實、實例、規(guī)律、論據(jù)、證據(jù)等。

4.數(shù)據(jù)的分析與處理。通過試驗、查證等驗證所獲得的數(shù)據(jù)（Data Gathering-Experimentation）。在完成若干充分的數(shù)據(jù)的收集之后，接下來，就須對這些數(shù)據(jù)進行求證，尤其是對其中關鍵性的數(shù)據(jù)、主要的數(shù)據(jù)進行驗證，看其是否能夠真正成為有效證據(jù)。其中應該包括對這些數(shù)據(jù)的合理質疑。教師應鼓勵學生大膽質疑、小心求證，培養(yǎng)學生批評和質疑精神，主動質疑、相互質疑。確有必要時，老師可以引導質疑或直接質疑。對于那些受到質疑的數(shù)據(jù)，要認真查證，或查驗提供來源的可靠性?；蛘咄ㄟ^現(xiàn)場的實驗（試驗）再次重現(xiàn)，并在質疑人的親自監(jiān)督下重新采集數(shù)據(jù)。

5.解釋，即條理化、格式化地解釋已經(jīng)通過驗證的數(shù)據(jù)（Organizing，F(xiàn)ormulating an Explanation）。這是一個分析與綜合的過程，也是進行研究工作的最一般性的基本方法。這個操作步驟主要應當由學生去完成。學生可以合作完成，一般由小組中有能力勝任這項工作的幾個學生引導，其他學生大家緊密配合、協(xié)同來完成。在此過程中，如確有必要時，教師可適當引導以促成學生完成任務。所謂“確有必要”，其基本要求是：最好由學生合作完成，凡學生自己能做的事情，老師堅決不做。具體來說，“確有必要”主要有以下幾種情形：（1）學生在實驗中出現(xiàn)“冷場”，無法按照實驗教學既定的操作流程繼續(xù)進行下去，僵持下去只能白白浪費時間；（2）學生所進行的實驗之研究方向發(fā)生嚴重偏離，或出現(xiàn)原則性錯誤，此時須及時指導；（3）學生在實驗中已經(jīng)出現(xiàn)比較嚴重的沖突與僵持局面，此時須由教師出面以引導或協(xié)調學生實驗活動，使學生實驗能夠繼續(xù)進行下去。

6.實驗報告和分析。對探究實驗的過程和結果進行分析。該環(huán)節(jié)屬于小結與反思性的操作步驟。其目的在于評估本次探究實驗活動的科學性與合理性、明確知識點、列出規(guī)律性的定義或表達式，鞏固學生在本次探究實驗活動中所獲得的知識與能力。值得指出的是，在以上各個探究實驗環(huán)節(jié)或操作步驟中，學生難免會出現(xiàn)這樣那樣的偏差與疏漏，甚至是錯誤，此時一般并不需要教師當場打斷或糾正。最好是等學生操作進行到過程分析這個步驟之時，通過“對探究實驗的過程進行分析”，集中性地指出問題，這樣一方面可以保證探究實驗的效率，另一方面，在對探究實驗的過程進行分析過程中，學生可以在很大程度上發(fā)現(xiàn)若干細節(jié)性的問題。通過學生自己發(fā)現(xiàn)問題，即可獲得更加理想的實驗效果。

7.評估（Evaluate）。評估是實驗教學活動中必不可少的重要環(huán)節(jié)。西方現(xiàn)代教學模式各有不同，但其最后一個操作步驟，也都是“評估”。然而，在實驗教學中，具體到每節(jié)課或每個實驗項目，可以有所選擇、有所側重地做評估工作。教師應針對具體情況做適當評價，并不一定要都來進行全面而又系統(tǒng)的實驗教學評估。

（課題負責人：藺豐奇；課題組成員：許培佳、田曄、靳文欣、陳思思、趙靜、趙玉嬌、韓瑩、徐繼鵬）

［1］Ausubel， D.P..Educationalpsychology ［M］.New York：Holt，Rinehart，Winston.1968.

［2］Hofstein，A.，&Lunetta，V.N..The role of the laborato-ry in science teaching：Neglected aspects of research［J］.Review of Educational Research，1982，2（2）：201-217.

［3］Hofstein， A.， & Lunetta， V.N..The laboratory in science education：Foundations for the twenty-first century［J］.Science Education，2004，88：28-54.

［4］Tobin，K.G..Research on Science Laboratory Activities：In pursuit of better question to improve learning［J］.School Science and Mathematics，1990，90（5）：403-418.

［5］Bouillion，L.M.，&Gomez，L.M..Connecting school and community with science learning：Real world problems and school-community partnership as contextual scaffolds［J］.Journal of Research in Science Teaching，2001，38（8）：878-898.

［6］Hart， C.， Mulhall， P.， Berry， A.， Loughran， J.， &Gunstone，R..What is the purpose of this experiment Or can students learn something from doing experiment［J］.Journal of Research in Science Teaching，2000，37（7）：665-675.

［7］Hurd， P.D..State of pre-college education in the mathematics and sciences ［J］. Science Education，1983，67：57-67.

［8］Staer，H.，Goodrum，D.，&Hacking，M..High school laboratory work in Western Australia：Openness to inquiry［J］.Research in Science Education，1998，28（2）：219-228.

［9］Hodson，D..Teaching and learning science：Toward a personalized approach［M］.Philadelphia，PA：Open University Press.1998.

［10］Hodson，D..A critical look at practical work in school science［J］.School Science Review，1990，70：33-40.

［11］Joyce，B.&Weil，M..Models of Teaching ［M］（3rd ed.）.Prentice-Hall，Inc.1986.

［12］Khan， K.， & Locatis， C..Searching through cyberspace：The effects of link display and link density on information retrieval from hypertext on the World Wide Web［J］.Journal of the American Society for Information Science，1998，49

［13］T.W.Chan and C.Y.Chou， Exploring the design of computer supports for reciprocal tutoring ［J］，International Journal of Artificial Intelligence in Education，1997，8：1-29.

［14］Brevik，P.S.，&Senn，J.A..Information literacy：E-ducating Children for the 21st century［M］.New York：Scholastic，Inc.1994.

［15］Robert K.Branson.The Florida Schoolyear 2000 initiative：Redesigning Public Education ［J］.Education Technology，1997，37（6）：5-13.

［16］Diane M.Gayeski.Predicting the Success of New Media for Organizational Learning：How can We Avoid Costly Mistakes? ［J］.Education Technology，1997，37（6）：5-13.

［17］Sternberg， R.J.& Spear-Swerling， L.Teachingfor thinking［M］Washington，DC：American Psychological Association，1996.

［18］McKnight，B.J..Problem solving in elemenary school science［M］.New York：The college at New Paltz State University.1991.

責任編輯：孫 飛

責任校對：關 華

Experimental Teaching under Internet Environment

Project Team

At present,the experiment courses in colleges are mostly menued experiments,stressing teaching of subject knowledge while lack of proper cultivation of exploration and innovation abilities.Research shows that the experimental teaching under the internet environment can improve students'capabilities to explore and solve practical matters.It is important to select proper topics,create adequate conditions for the experiments and prepare multiple resources.

exploration teaching;scientific teaching;experimental teaching;scientific exploration experiments

G40

A

1673-1573（2010）03-0100-05

2010-05-28

2009年度河北經(jīng)貿大學實驗教學研究立項課題“基于網(wǎng)絡環(huán)境的探究性實驗教學研究”成果

藺豐奇（1965-），男，河北邯鄲人，河北經(jīng)貿大學公共管理學院副院長，教授，研究方向為教育管理。