教育技術(shù)在科學(xué)教育中的運用

　　當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)突飛猛進，新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)突破及重大創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，不僅促進了生產(chǎn)力的發(fā)展，推動了社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展和繁榮，而且為人類在更大范圍、更深層次上認識并合理利用自然提供了可能，促進了人們的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式的變革。這些變革為當(dāng)代公民的科學(xué)素養(yǎng)提出了新的要求，也給科學(xué)教育改革與發(fā)展創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展為學(xué)生探究、體驗提供了更為便利的條件，對于那些超出人類感官極限的自然現(xiàn)象，對于學(xué)生難以親身經(jīng)歷或具有某種危險性的科學(xué)探究過程，現(xiàn)代教育技術(shù)提供了新的可能和必要的補充，從而進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生提供更多高質(zhì)量的科學(xué)教育資源；能針對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的差異調(diào)整教學(xué)進度，提高學(xué)習(xí)效率；能培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力，為學(xué)生的繼續(xù)學(xué)習(xí)和終身發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
　　現(xiàn)代教育技術(shù)與科學(xué)教育的整合，在教和學(xué)的實踐過程中并不是僅僅作為一種形式，或是僅僅作為傳遞信息的一種工具，而是要充分運用現(xiàn)代教育技術(shù)，使科學(xué)教育活動中的內(nèi)容呈現(xiàn)方式、教師的教學(xué)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、師生的互動方式等許多方面發(fā)生新的變革，進而為提高教與學(xué)的有效性、實現(xiàn)學(xué)科教學(xué)過程的進一步優(yōu)化，發(fā)揮重要的促進與推動作用。本文將圍繞現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展趨勢和熱點，探討教育技術(shù)在科學(xué)課程中的運用，并介紹如何運用網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫建立優(yōu)秀的科學(xué)教育資源和教研平臺。
　　1994年，美國教育傳播與技術(shù)學(xué)會(AECT)對教育技術(shù)作了定義：教育技術(shù)是關(guān)于學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)過程的設(shè)計、開發(fā)、利用、管理和評價的理論和實踐。這是一個涵蓋面很大的學(xué)科領(lǐng)域，研究廣義上的學(xué)習(xí)過程，包括教與學(xué)的過程；同時學(xué)習(xí)資源是指在學(xué)習(xí)過程中可被學(xué)習(xí)者利用的一切要素，包括學(xué)習(xí)過程中的人力資源和非人力資源，其中人力資源包括教師、同伴、小組、群體等；非人力資源包括各種教學(xué)設(shè)施、教學(xué)材料和教學(xué)媒體等。教育技術(shù)的研究范圍包括設(shè)計、開發(fā)、利用、管理和評價等5個領(lǐng)域，它們之間不是一種線性的邏輯關(guān)系，而是相互獨立而又相互滲透、協(xié)同作業(yè)。通過對教育技術(shù)的研究，開發(fā)和使用各種學(xué)習(xí)資源，用系統(tǒng)方法設(shè)計和組織教學(xué)過程，追求教育教學(xué)的最優(yōu)化，實現(xiàn)促進學(xué)生學(xué)習(xí)的總目標。
　　教育技術(shù)的應(yīng)用受多種因素的影響，這些因素包括學(xué)習(xí)者的特征、教學(xué)內(nèi)容的差異、教學(xué)手段的性能、教學(xué)的組織形式和教師的專長等。對于以動手實踐為特點的科學(xué)教育，強調(diào)圍繞特定的科學(xué)概念開展科學(xué)探究和工程設(shè)計的實踐，通過科學(xué)探究和工程設(shè)計活動，在提出問題和明確難題、分析和解釋數(shù)據(jù)、建構(gòu)解釋和方案設(shè)計等環(huán)節(jié)加深學(xué)生對科學(xué)的理解。隨著電子與信息技術(shù)，尤其是多媒體計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸普及，以及科學(xué)教育理論和實踐研究的發(fā)展，教育技術(shù)在科學(xué)教育中的運用不斷地擴大和加強。針對基礎(chǔ)教育階段的學(xué)生好奇、好動的性格特點，現(xiàn)代信息技術(shù)通過形、聲、色等多種感官的刺激，以及直接生動的演示，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了愉快的學(xué)習(xí)情境，使他們產(chǎn)生強烈的求知欲，為實現(xiàn)課堂教學(xué)的最優(yōu)化創(chuàng)造了有利的條件。這樣既可以滿足課程內(nèi)容本身的要求，也符合學(xué)生認知發(fā)展的階段性特征。
　　現(xiàn)代信息技術(shù)包括多媒體計算機、網(wǎng)絡(luò)及各種工具軟件和硬件。在這樣的一個學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生面對的是匯集了大量數(shù)據(jù)、資料、教學(xué)軟件等構(gòu)成的學(xué)習(xí)資源，它對科學(xué)課程資源呈現(xiàn)方式的影響是根本性的，如：超文本技術(shù)突破了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)科邏輯結(jié)構(gòu)，便于學(xué)生自主搜尋、檢索、分析、組合與探究，為知。識的獲取和保存提供了極大的便利；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)極大地豐富了科學(xué)信息資源，課程資源更開放、與實際問題及現(xiàn)代科技發(fā)展聯(lián)系更密切；多媒體技術(shù)優(yōu)化了科學(xué)知識的呈現(xiàn)方式，能滿足學(xué)習(xí)者視覺、聽覺等多種感官的需要，最大限度地調(diào)動學(xué)生非智力因素和感知活動；信息技術(shù)所具有的高度交互性，更便于學(xué)生主動學(xué)習(xí)、交流合作，能適合學(xué)生個性發(fā)展的需要，形成和諧的師生關(guān)系?？茖W(xué)探究學(xué)習(xí)的開展正需要這種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及超文本性和多路徑的隨機交互性的課程資源來支持。
　　同時，現(xiàn)代信息技術(shù)為探究式教學(xué)的實施提供了更易于實現(xiàn)和操作的物質(zhì)基礎(chǔ)?；ヂ?lián)網(wǎng)上關(guān)于自然、生活以及各學(xué)科信息的資源豐富，學(xué)生可以十分方便且相對獨立地查詢和獲取知識；基于網(wǎng)絡(luò)的搜索引擎、相關(guān)的計算機軟件工具(如動畫、視頻編輯軟件等)及虛擬功能等，構(gòu)筑了數(shù)字化探究實驗平臺，為學(xué)生提供了知識構(gòu)建和創(chuàng)作實踐的輔助工具；基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)支撐平臺，特別是基于web的協(xié)作學(xué)習(xí)平臺，為探究學(xué)習(xí)提供了協(xié)商學(xué)習(xí)、交流討論的通訊工具和自評互評的學(xué)習(xí)反饋工具。信息技術(shù)作為學(xué)生學(xué)習(xí)、探究問題的工具，潛移默化地改變著學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣與學(xué)習(xí)方法。
　　目前，科學(xué)課堂中常見的現(xiàn)代信息技術(shù)手段包括：演示工具(如多媒體技術(shù)、電子白板)、信息獲取工具(如手持技術(shù)、數(shù)碼設(shè)備)、交流與共享工具[如魔燈(Moodle)平臺]、情境創(chuàng)設(shè)與知識建構(gòu)工具(如概念圖)、教育主題網(wǎng)站(如基于互動學(xué)習(xí)類教育主題網(wǎng)站)、社會性軟件[如網(wǎng)絡(luò)日志(博客)]和信息化教學(xué)評價工具(如電子檔案袋、計算機輔助測驗系統(tǒng))等。
　　演示工具——多媒體技術(shù)
　　“多媒體技術(shù)”是指以數(shù)字化為基礎(chǔ)，把文字、圖形圖像、聲音、動畫、視頻等承載信息的多種媒體結(jié)合在一起，并通過計算機進行綜合處理、控制和顯示，將多媒體各個要素進行有機組合，并完成一系列隨機性交互式操作的信息技術(shù)。多媒體技術(shù)的特點是多樣性、集成性、交互性、控制性和非線性等。
　　多媒體技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用，是指在教學(xué)過程中，運用多媒體計算機處理文本、圖形、圖像、動畫、視頻、音頻等多種教學(xué)媒體信息，通過教學(xué)設(shè)計，按照教學(xué)目標的要求，運用一定的策略，把教學(xué)內(nèi)容按人類聯(lián)想方式有機集成起來，輸出多媒體信息，使學(xué)生獲得多樣化的外部刺激。同時使學(xué)生通過友好的人機交互界面，完成一系列人機交互操作，以便于進行學(xué)習(xí)。多媒體技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用既是教學(xué)現(xiàn)代化的重要組成部分，也是教學(xué)整體改革的突破口。
　　目前，多媒體技術(shù)的課堂教學(xué)應(yīng)用主要是進行多媒體計算機輔助教學(xué)。這是多媒體技術(shù)與計算機輔助教學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。多媒體技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用環(huán)境主要有多媒體綜合電教室、多媒體網(wǎng)絡(luò)教室。目前課堂教學(xué)中使用最多的是多媒體綜合電教室。這種教室既保留傳統(tǒng)教室的式樣，又將多媒體、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備有機地組成一個整體，使之具有多種功能。其系統(tǒng)構(gòu)成的基本配置有：①多媒體信號源設(shè)備——多媒體計算機、實物展臺。②多媒體顯示設(shè)備——多媒體數(shù)字投影儀。③音響系統(tǒng)和多媒體集成控制平臺。④用于師生之間、學(xué)生與學(xué)生之間交互的設(shè)備——如黑板、一般白板、交互式電子白板。
　　信息獲取工具——手持技術(shù)
　　手持技術(shù)，又稱掌上技術(shù)，是一種新型的信息技術(shù)，國內(nèi)常見的手持技術(shù)主要指由數(shù)據(jù)采集器、傳感器和配套軟件組成，定量采集各種常用的數(shù)據(jù)，并能與計算機連接的實驗技術(shù)系統(tǒng)。手持技術(shù)的核心部分是傳感器，基于不同的傳感器，可以進行不同的實驗測量。它不但能采集物理數(shù)據(jù)(包括電流、電壓、光強度、氣壓等)和化學(xué)數(shù)據(jù)(包括溫度、溶解氧、電導(dǎo)率、pH等)，還能采集生物數(shù)據(jù)(包括相對濕度、心電圖)等。因此，手持技術(shù)在小學(xué)科學(xué)實驗中有著較大的應(yīng)用價值。手持技術(shù)具有兩層含義，即“手持”＋“技術(shù)”。前者表現(xiàn)為便攜與實時兩大特點——數(shù)據(jù)采集器與各類傳感器都很小，實驗操作可以在手掌上進行，有利于師生隨時隨地進行探究活動。一旦數(shù)據(jù)變化過程與實驗過程同步進行，再與計算機連接，便能將顯示變化過程以各種形式(如圖像、表格和指針等)動態(tài)演示出來。后者表現(xiàn)為準確與綜合兩大特點——實驗數(shù)據(jù)可以達到相對誤差為0.5％的準確度，完全符合小學(xué)階段對實驗數(shù)據(jù)準確度的要求。
　　手持技術(shù)降低了實驗和學(xué)習(xí)的難度，對于課堂中比較難做探究的實驗，借助手持技術(shù)可以將其變得較容易實施，一些難以理解的科學(xué)原理和實驗，可以借助手持技術(shù)直觀演示將其變得容易認知。如低年級學(xué)生對“光強、聲強”等概念的理解存在一定難度，如“什么是光強”、“光強在哪里”等，可以利用手持技術(shù)實時反映光強的數(shù)據(jù)變化曲線，使得小學(xué)生對其的感知不僅僅停留在日常經(jīng)驗的感覺印象，而是在定量的基礎(chǔ)上形成科學(xué)認知。
　　很多科學(xué)教學(xué)和實驗受環(huán)境和空間影響比較大，手持技術(shù)儀器具有便攜性的特點，可以使得科學(xué)教學(xué)和實驗的場所由室內(nèi)擴展到室外，突破了空間限制。手持技術(shù)儀器采集數(shù)據(jù)的自動型，可以使得科學(xué)實驗不分晝夜進行，突破了時間的限制。手持技術(shù)設(shè)備改變學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　交流與共享T具——MoodIe平臺
　　Moodle(Modular Object—Oriented Dynamic Learning Environment)，即：模塊化面向?qū)ο蟮膭討B(tài)學(xué)習(xí)環(huán)境，是一套基于“社會建構(gòu)主義理論”設(shè)計開發(fā)的開放源代碼的軟件，能夠幫助教師高質(zhì)量地創(chuàng)建和管理網(wǎng)絡(luò)課程。Moodle平臺依據(jù)社會建構(gòu)主義的思想教學(xué)，即教育者和學(xué)習(xí)者都是平等的主體，在教學(xué)活動中，他們相互協(xié)作，并根據(jù)自己已有的經(jīng)驗共同建構(gòu)知識。教師可以利用它實現(xiàn)多樣化的評價功能，例如：學(xué)生的自評、同學(xué)之間的互評以及教師評價等。它能夠完整地記錄學(xué)生的整個學(xué)習(xí)歷程，能夠客觀、立體地對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進行評價，方便教師在教學(xué)過程中及時地發(fā)現(xiàn)學(xué)生所存在的問題，并加以解決。
　　知識建構(gòu)工具——概念圖
　　概念圖是某個主題的概念及其關(guān)系的圖形化表示，概念圖是用來組織和表征知識的工具。它通常將某一主題的有關(guān)概念置于圓圈或方框之中，然后用連線將相關(guān)的概念和命題連接，連線上標明兩個概念之間的意義關(guān)系(圖2)。與傳統(tǒng)的紙筆方式的概念圖相比，借助于計算機工具繪制概念圖具有操作簡單、存儲方便、易于交流等特點。常用的概念圖制作軟件很多，如Inspiration、Mind Manager等。
　　育主題網(wǎng)站——WebQuest
　　WebQuest是美國圣地亞哥州立大學(xué)的伯尼·道奇(Bernie Dodge)等人于1995年開發(fā)的一種課程計劃，是一個以探究為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)活動，其中的全部或大部分信息來自互聯(lián)網(wǎng)。WebQuest不是單機活動或是課程單元的一部分，它必須有活動介紹和課時活動安排的支持。課時活動安排為學(xué)習(xí)者的學(xué)生活動搭建了腳手架，把學(xué)生置于一個情境之中，以使他們能成功地完成WebQuest。此外，WebQuest應(yīng)該完全適應(yīng)一個更大規(guī)模的課程，以自然地深化和擴展學(xué)習(xí)的方式把當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容建立在先前教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)之上。
　　一個WebQuest包括緒言(Introduction)、任務(wù)(Task)、過程(Process)、資源(Resources)、評估(Evaluation)、結(jié)論(Conclusion)等6個部分(關(guān)鍵屬性)。除此之外還可以有諸如小組活動、學(xué)習(xí)者角色扮演、跨學(xué)科等非關(guān)鍵屬性。(關(guān)于WebQuest的詳細介紹見本期專題文章——《WebQuest在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用》。)
　　信息化教學(xué)評價工具——電子檔案袋(portfoIio)
　　電子檔案袋是由教師和學(xué)生搜集的，主要用于存放反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)進步的各類學(xué)習(xí)成果，如文章、美術(shù)作品、文學(xué)作品、作業(yè)、試卷、評語、調(diào)查記錄、照片等，時間可以是1學(xué)年，也可以是1個學(xué)期。
　　電子檔案袋最大的優(yōu)勢就是用文件夾的形式來呈現(xiàn)學(xué)生的努力過程、展示學(xué)生的進步成果，以及記錄反思報告。通過建立學(xué)生的電子檔案袋，也為家長和老師提供了關(guān)注了解學(xué)生學(xué)習(xí)過程的平臺，同時學(xué)生和老師、家長都可以參與到學(xué)生的評價過程，學(xué)生還可以自己制訂標準，自由選擇檔案袋的展示內(nèi)容，時刻對學(xué)習(xí)進行自我反思。
　　在科學(xué)課堂上，教師可以根據(jù)學(xué)習(xí)目標來選擇適合教與學(xué)的技術(shù)，同時要充分考慮這些技術(shù)的使用對學(xué)生認知的要求。教育技術(shù)的使用為教和學(xué)提供了其他方式不可能實現(xiàn)的附加值，在教學(xué)過程中強調(diào)個性化教學(xué)，更多地關(guān)注學(xué)生的問題和興趣；或提供額外的信息資源從而使教學(xué)更加貼近現(xiàn)實生活；更加可信。對學(xué)習(xí)而言，通過特定的教育技術(shù)手段可以為學(xué)生訪問、加工和交流信息提供更多的支持。更為重要的是信息技術(shù)的使用為學(xué)生學(xué)習(xí)成果的評價提供了更為便捷的工具，幫助教師收集形成性評價和終結(jié)性評價的信息，便于教師判斷學(xué)生對某課程或單元的掌握程度，及時對教學(xué)進行調(diào)整。
　　根據(jù)信息技術(shù)與課程整合的不同程度和深度，可以采用3種方式進行整合：①封閉式的、以教材為中心的課程整合方式；②開放式的、以資源為中心的課程整合方式；③全方位的課程整合方式。隨著整合程度的加深，信息技術(shù)由最初輔助教與學(xué)的工具，而逐漸成為促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)的認知工具和激勵工具，從而充分調(diào)動學(xué)生的主動性，促進學(xué)生的創(chuàng)新思維與實踐能力的發(fā)