基于設(shè)計(jì)的研究在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

【摘要】基于設(shè)計(jì)的研究是一種在真實(shí)的自然情境下，綜合運(yùn)用多種研究方法進(jìn)行教學(xué)干預(yù)、迭代循環(huán)的形成性研究過(guò)程。采用這一研究范式對(duì)小學(xué)科學(xué)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行研究，構(gòu)建了一個(gè)小學(xué)生自主探究的游戲化教學(xué)系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于具體的教學(xué)實(shí)踐。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用效果的分析、評(píng)價(jià)和總結(jié)，認(rèn)為利用設(shè)計(jì)研究的方法，將多媒體技術(shù)和科學(xué)教學(xué)整合，極大地提高了小學(xué)生的科學(xué)探究能力和學(xué)習(xí)效果。

【關(guān)鍵詞】基于設(shè)計(jì)的研究;自主探究;游戲化學(xué)習(xí)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【論文編號(hào)】1009—8097(2010)08—0041—03

引言

國(guó)家教育部制定的《科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出:“科學(xué)學(xué)習(xí)要以學(xué)生探究為核心，親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主要途徑?！盵1]那么，應(yīng)該如何創(chuàng)設(shè)這種探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)呢?信息技術(shù)的出現(xiàn)，為上述問(wèn)題的解決營(yíng)造了有利的條件:其能為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的課堂教學(xué)情境;能為學(xué)生建立虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境。然而，在利用信息技術(shù)進(jìn)行科學(xué)教學(xué)過(guò)程中，怎樣有效設(shè)計(jì)和組織有利于學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生充分體驗(yàn)學(xué)習(xí)科學(xué)的樂(lè)趣，是許多科學(xué)課教師和研究者亟待解決的問(wèn)題。基于設(shè)計(jì)的研究強(qiáng)調(diào)在具體教學(xué)情境中，分析具有普遍性的教學(xué)問(wèn)題，設(shè)計(jì)具有教學(xué)理論特征的教學(xué)干預(yù)，并通過(guò)不斷應(yīng)用、評(píng)估、修正的漸近過(guò)程來(lái)探索實(shí)際問(wèn)題的解決方案和理論解釋[2];它從多元方法論的角度來(lái)促進(jìn)信息技術(shù)與科學(xué)課程的整合，從而優(yōu)化課堂教學(xué)過(guò)程，增強(qiáng)小學(xué)生的科學(xué)探究能力。筆者利用這種新的研究方法，對(duì)小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，在不斷總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上逐步完善了科學(xué)教學(xué)的理論與實(shí)踐。

一 教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析

為了了解小學(xué)科學(xué)課中普遍存在的問(wèn)題，我們對(duì)河南省某小學(xué)的科學(xué)課教師進(jìn)行訪談和實(shí)地調(diào)研，并經(jīng)過(guò)充分的分析之后，共同構(gòu)建了提高學(xué)生科學(xué)探究能力的“自主探究游戲化教學(xué)系統(tǒng)”。該系統(tǒng)主要是針對(duì)河北人民出版社出版的《小學(xué)四年級(jí)科學(xué)》教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的教學(xué)軟件。

1 系統(tǒng)的理論支持

“自主探究游戲化教學(xué)系統(tǒng)”的理論基礎(chǔ)主要是建構(gòu)主義和游戲化學(xué)習(xí)理論。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)在真實(shí)的情景中進(jìn)行，以進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)習(xí)者所學(xué)知識(shí)在解決實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，教師的主要任務(wù)是為學(xué)習(xí)者提供真實(shí)的學(xué)習(xí)情境和任務(wù)活動(dòng)，并為學(xué)生提供實(shí)時(shí)的指導(dǎo)和幫助。游戲化學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)以人為本，使學(xué)習(xí)者在輕松娛樂(lè)的游戲中獲得知識(shí)，達(dá)到寓教于樂(lè)的目的。

2 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)研究主要從學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)支持和教學(xué)過(guò)程三方面對(duì)干預(yù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

(1)學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)

該研究選擇的學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是小學(xué)四年級(jí)科學(xué)課內(nèi)容?；谏鲜鱿到y(tǒng)設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)，我們和科學(xué)教師就學(xué)習(xí)內(nèi)容的組織形式達(dá)成一致的觀點(diǎn)，即將學(xué)習(xí)內(nèi)容滲透于游戲的任務(wù)和目標(biāo)中或是以學(xué)習(xí)內(nèi)容組織游戲的障礙，顯然，這種競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的教學(xué)，與教師在課堂上的說(shuō)教相比，更加有效。

(2)學(xué)習(xí)支持設(shè)計(jì)

學(xué)習(xí)支持主要指支持教學(xué)活動(dòng)順利進(jìn)行的各種工具和資源等。本研究中的學(xué)習(xí)支持主要是利用Flash技術(shù)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的一個(gè)教學(xué)游戲，它采用故事性和游戲性較強(qiáng)的RPG角色扮演形式，通過(guò)設(shè)計(jì)一定的故事情境，將科學(xué)教學(xué)內(nèi)容融入豐富多彩的游戲中，使學(xué)習(xí)者在游戲中快速掌握科學(xué)知識(shí)。該游戲中沒(méi)有設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的信息交流模塊，學(xué)習(xí)者之間的溝通主要通過(guò)QQ來(lái)實(shí)現(xiàn)。該游戲的界面截圖，如圖1所示。

首先，學(xué)習(xí)者在登錄游戲主界面之后，要瀏覽游戲說(shuō)明和幫助，明確教學(xué)游戲目標(biāo);接下來(lái)，學(xué)習(xí)者還需要注冊(cè)一個(gè)用戶(hù)，才可以進(jìn)入游戲。學(xué)習(xí)者可以查看幫助模塊中的教學(xué)目標(biāo)，了解該單元的知識(shí)難點(diǎn)和重點(diǎn);在教學(xué)內(nèi)容部分，以多媒體課件的形式，生動(dòng)地展示五個(gè)單元的教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，當(dāng)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中遇到困難時(shí)，可以使用提示信息，來(lái)完成游戲。

在游戲情境部分，我們分別為五個(gè)單元設(shè)計(jì)了相應(yīng)的故事和任務(wù)(闖關(guān)游戲)，學(xué)習(xí)者以第一人稱(chēng)的身份進(jìn)入游戲，依據(jù)游戲提供的故事情節(jié)，展開(kāi)自我探索學(xué)習(xí)。在設(shè)計(jì)游戲任務(wù)時(shí)，我們將問(wèn)題內(nèi)嵌于一些具有趣味性和教學(xué)性的小游戲中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性。

本游戲設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)題庫(kù)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)練習(xí)題的更新。該系統(tǒng)采用了Flash與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)Flash動(dòng)畫(huà)中數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新、維護(hù)和管理。在練習(xí)題部分，從題庫(kù)系統(tǒng)中隨機(jī)抽取與學(xué)習(xí)者所學(xué)單元對(duì)應(yīng)的題目，學(xué)習(xí)者通過(guò)答題游戲，強(qiáng)化該單元所學(xué)知識(shí)。最后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)者答題的正確率給出相應(yīng)的積分。

我們?cè)谟螒蜻^(guò)程中設(shè)置了排行榜，實(shí)時(shí)列出游戲中學(xué)分值最高的前五名學(xué)習(xí)者，從而激發(fā)學(xué)習(xí)者完成任務(wù)的積極性。游戲軟件將依據(jù)每位學(xué)習(xí)者的分?jǐn)?shù)及其在排行榜中的次序給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)。我們也可以把排行榜中的學(xué)分值作為一種評(píng)價(jià)依據(jù)，來(lái)考量學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。

(3)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程的真實(shí)有效性，我們首先需要對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)，讓他們熟悉多媒體游戲這種教學(xué)方式，掌握教學(xué)游戲的使用方法，同時(shí)對(duì)教師進(jìn)行建構(gòu)主義和游戲化學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo);其次，確定游戲的使用方式、頻率，并綜合游戲中的數(shù)據(jù)和教師、學(xué)生的實(shí)時(shí)反饋信息來(lái)及時(shí)改進(jìn)完善教學(xué)游戲。

二 教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)施與評(píng)價(jià)

本游戲軟件是針對(duì)小學(xué)生四年級(jí)科學(xué)課程設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)我們和代課教師對(duì)學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行分析，最后選取實(shí)驗(yàn)小學(xué)四年級(jí)三班作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，人數(shù)43人。該班學(xué)生科學(xué)課成績(jī)偏低，學(xué)習(xí)的積極性不高。由于學(xué)校已經(jīng)開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)課程，學(xué)生都已具備一些基本的計(jì)算機(jī)操作技能，所以為該游戲系統(tǒng)的實(shí)施創(chuàng)造了有利的條件。本次教學(xué)測(cè)試分為三個(gè)階段，每階段歷時(shí)三周，分別從全班43人中抽取學(xué)號(hào)是雙號(hào)的21人作為樣本，這些被抽取的學(xué)生去微機(jī)室上課;另外的學(xué)生作為控制組，在教室按照傳統(tǒng)方式授課。該研究主要采用量的研究方法，通過(guò)成績(jī)測(cè)試收集被測(cè)試學(xué)生的分?jǐn)?shù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后得出結(jié)論。系統(tǒng)的實(shí)施過(guò)程，如圖2所示。

1 第一階段

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后，首先應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)組。在進(jìn)行使用之前，指導(dǎo)教師向?qū)W生簡(jiǎn)要地介紹游戲的各個(gè)功能模塊和使用方法，然后讓學(xué)生利用該軟件進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中指導(dǎo)教師進(jìn)行輔導(dǎo)和觀察。學(xué)生既可以在有教師指導(dǎo)的課堂上利用軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)，也可以在課外時(shí)間學(xué)習(xí)。教師主要通過(guò)系統(tǒng)中的練習(xí)題模塊對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，并利用積分排行榜中的數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果做出鼓勵(lì)性的評(píng)價(jià)?？刂平M則按照課堂授課方式進(jìn)行。

我們采用這種方式進(jìn)行了三周的實(shí)驗(yàn)，效果非常明顯。實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生很支持這種新型的學(xué)習(xí)方式，課堂氣氛活躍，有些對(duì)游戲比較陌生的學(xué)生，在教師的指導(dǎo)下，也很快掌握了游戲的方法。針對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)我們?cè)O(shè)計(jì)了成績(jī)測(cè)試題，對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行測(cè)試;測(cè)試部分主要包括選擇題、填空題和分析題，總分為30分，分?jǐn)?shù)為18分以上的學(xué)生為成績(jī)合格者。最后，我們對(duì)學(xué)生是否要求繼續(xù)探究進(jìn)行了隨機(jī)訪問(wèn)，在收集、綜合數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)兩個(gè)班進(jìn)行對(duì)比分析，如下表1所示。

通過(guò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，這種游戲化的學(xué)習(xí)方式得到了大部分學(xué)生的認(rèn)可，尤其是可愛(ài)、逼真的游戲人物對(duì)學(xué)生具有很大的吸引性，提高了學(xué)生的參與性;但由于學(xué)生的自制能力不強(qiáng)，常常出現(xiàn)偏離學(xué)習(xí)內(nèi)容的情況，這就需要教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中，進(jìn)行及時(shí)的幫助、引導(dǎo)和監(jiān)督。由于教師和學(xué)生沒(méi)有熟練掌握建構(gòu)主義和游戲化學(xué)習(xí)理論，所以整個(gè)學(xué)習(xí)進(jìn)度偏慢。此外，游戲軟件的界面設(shè)計(jì)上不夠簡(jiǎn)潔，人物造型粗糙。針對(duì)測(cè)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，具體措施為:安排兩名指導(dǎo)教師來(lái)監(jiān)督教學(xué)過(guò)程;對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)理論指導(dǎo);利用Flash簡(jiǎn)化軟件界面、美化人物造型;從而極大地促進(jìn)了多媒體技術(shù)與課堂教學(xué)的整合。

2 第二階段

第一階段測(cè)試完成之后，繼續(xù)讓學(xué)生利用系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)。經(jīng)過(guò)三周的使用，我們又對(duì)全班做了一次全面的測(cè)試，并依據(jù)表1進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn):實(shí)驗(yàn)組成績(jī)合格人數(shù)增加到12人，要求進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的人數(shù)增加到11人;控制組成績(jī)合格人數(shù)為9人，要求進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的人數(shù)為10人。

經(jīng)過(guò)六周的學(xué)習(xí)之后，實(shí)驗(yàn)組的教師和學(xué)生已經(jīng)掌握了游戲軟件的使用，學(xué)生還能進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)科學(xué)的積極性得到了很大的提高。在兩名指導(dǎo)教師的監(jiān)督下，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的專(zhuān)注度有所提高;教師和學(xué)生對(duì)于軟件的界面、功能很滿(mǎn)意。通過(guò)上面的數(shù)據(jù)分析，游戲化教學(xué)方式明顯提高了教學(xué)效果，教師和學(xué)生對(duì)于建構(gòu)主義和游戲化學(xué)習(xí)理論有了更深入的理解。此外，基于教師的反饋，發(fā)現(xiàn)學(xué)生之間缺乏有效的交流合作，為此，我們將聊天工具QQ引入了系統(tǒng)，更能提高學(xué)生自主探究和解決問(wèn)題的能力。

3 第三階段

這一階段，我們要求實(shí)驗(yàn)組學(xué)生利用系統(tǒng)進(jìn)行課外學(xué)習(xí)，教師通過(guò)QQ進(jìn)行在線指導(dǎo)。經(jīng)過(guò)三周的學(xué)習(xí)之后，測(cè)試結(jié)果為:實(shí)驗(yàn)組成績(jī)合格人數(shù)為17人，要求進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的人數(shù)為17人;控制組成績(jī)合格人數(shù)為13人，要求進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的人數(shù)為15人。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，教師和學(xué)生已能熟練應(yīng)用建構(gòu)主義和游戲化學(xué)習(xí)理論。在教學(xué)過(guò)程中，教師已充分認(rèn)識(shí)到其作為學(xué)習(xí)的組織者和引導(dǎo)者不可或缺的作用;學(xué)生在通過(guò)軟件進(jìn)行課外學(xué)習(xí)和交流過(guò)程中，雖然有些學(xué)生容易“開(kāi)小差”偏離學(xué)習(xí)目標(biāo)，但自主探究學(xué)習(xí)的積極性很高，極大地激發(fā)了他們自主探究學(xué)習(xí)的興趣。基于以上的實(shí)踐與分析，我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和干預(yù)基本上達(dá)到了預(yù)期效果。接下來(lái)，根據(jù)教師和學(xué)生的需要，我們會(huì)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能的設(shè)計(jì)、添加和測(cè)試，逐漸完善系統(tǒng)功能，并將其繼續(xù)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)測(cè)試的有效性。

三 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)三個(gè)月的教學(xué)實(shí)踐，利用基于設(shè)計(jì)的研究方法，通過(guò)構(gòu)建游戲化學(xué)習(xí)系統(tǒng)來(lái)提高小學(xué)生的科學(xué)探究能力和學(xué)習(xí)效果的探索取得了一定的成效?；谠O(shè)計(jì)研究的自主探究游戲化教學(xué)系統(tǒng)，采用教學(xué)游戲這種新型教學(xué)方式來(lái)設(shè)計(jì)和組織有利于學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)與環(huán)境，并將科學(xué)內(nèi)容滲透于游戲的任務(wù)和目標(biāo)中，使學(xué)生在輕松游戲的同時(shí)，體驗(yàn)學(xué)習(xí)科學(xué)的樂(lè)趣，實(shí)現(xiàn)潛移默化地學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。雖然我們這階段的研究比較成功，但是在實(shí)施過(guò)程中還是存在許多問(wèn)題，具體表現(xiàn)在:游戲化學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)生的專(zhuān)注度不高、自我控制能力不強(qiáng);如何對(duì)游戲化學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)管;如何對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行科學(xué)地考查。針對(duì)這些問(wèn)題，我們和學(xué)科教師在以后的實(shí)踐中還需要進(jìn)一步研究。

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