基于S-WebQuest的主題探究模式教學實踐研究*
——例談信息技術與物理學科教學深度融合

翟小銘，項 華① ，穆 明

(1.北京師范大學 物理學系，北京 100875；2.山東省淄博市教育局，山東 淄博 255200)

基于S-WebQuest的主題探究模式教學實踐研究*
——例談信息技術與物理學科教學深度融合

翟小銘1，項 華1①，穆 明2

(1.北京師范大學 物理學系，北京 100875；2.山東省淄博市教育局，山東 淄博 255200)

信息技術與學科教學深度融合是全面實現(xiàn)教育信息化的基礎。深度融合建立在對學科特點深入分析的基礎上，是學科特點與信息技術特點互相滲透的結果，更是課堂教學結構的變革。該文以目前物理科學研究重要形式——計算物理為背景，提出了S-WebQuest主題探究的模式，并結合教學實踐進行總結分析后認為：S-WebQuest能較好實踐信息技術與物理學科教學的深度融合，為探究活動提供真實的感官體驗，改變了傳統(tǒng)課程內容組織結構及其教學形態(tài)。

S-WebQuest；WebQuest；信息技術與物理；深度融合；數(shù)據(jù)探究

一、S-WebQuest 主題探究模式的提出

(一)背景

1995年，美國圣地亞哥州立大學伯尼·道奇和湯姆·馬奇提出了WebQuest網頁主題探究教學模式，并創(chuàng)建了自己的網站[1]。20年來，全世界數(shù)以萬計的教師建立了自己的網站，借助于WebQuest開展有意義的教學活動。我國從2001年開始，在“惟存教育”網站的推動下系統(tǒng)地將這一教學模式引入國內，并一度被有些學者奉為信息化教學的新利器[2]。然而，一項調查顯示[3]，應用案例在學科和學段分布差異明顯，中學階段物理、化學、數(shù)學等學科應用偏少。分析表明，學科體系內在特點、對邏輯和條理性的追求差異、學科對探究本身的需求和理解的差異等是造成這些學科應用偏少的重要原因。

以高中物理學科為例，單純借助主題學習會遭遇原始問題向物理模型轉化的問題、散見物理知識向系統(tǒng)物理知識學習轉化等一系列問題。而在缺乏以“大概念”為主要組織形式的課程背景下，螺旋狀的課程組織形式制約了學生對學科知識的系統(tǒng)構建，影響了學生試圖將現(xiàn)實問題與物理模型建立聯(lián)系的努力，從而使其很難解決實際的、與生活相關的復雜課題。同時，由于物理學科是以觀察、實驗為基礎的學科，脫離學科基礎的主題探究必然使得探究的意義和價值受到質疑。因此，在“整合與發(fā)展”[4]的國際物理教育背景下，要想在應用上有所突破，需要研究WebQuest與相關學科的深度融合，并期盼有學科相關元素的融入以改變其應用現(xiàn)狀。

(二)S-WebQuest主題探究

在數(shù)據(jù)環(huán)境下，依賴于計算機多媒體技術和網絡技術開展的探究活動是20世紀出現(xiàn)的新的科學探究形態(tài)——數(shù)據(jù)探究[5]。在物理科學研究中，計算物理的發(fā)展是數(shù)據(jù)探究產生的直接原因之一，而它的基本特征是虛擬仿真。傳統(tǒng)意義上的仿真包括外形仿真、操作仿真、視覺感受仿真等。虛擬仿真在科學研究中發(fā)揮著越來越大的作用：美國的“撞慧”工程以及“登月”工程事前通過虛擬仿真實驗；波音777通過虛擬仿真技術，沒有生產樣機就開始銷售了；我國“神州”及“登月”借助于虛擬仿真而沒有做生物試驗；宇宙大爆炸理論，先有計算機虛擬仿真，后被觀察所證明等等。

筆者在深入分析數(shù)據(jù)探究特點及WebQuest應用特點后認為，基于虛擬仿真技術的網頁主題探究能很好地融合兩者，并在數(shù)據(jù)探究的理論基礎上提出了S-WebQuest主題探究的概念。S-WebQuest是基于虛擬仿真技術的網頁主題探究教學，它以主題學習為主要的學習方式，借助于虛擬仿真技術為學生實踐科學探究活動提供完整、真實的探究活動框架。

二、S-WebQuest 主題探究模式介紹

S-WebQuest主題探究模式通過整合生活、科技和教材等構建探究主題，以探究為核心學習環(huán)節(jié)，促進學生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的發(fā)展。在主題整合過程中，該模式以生活事實或科技發(fā)展為主題框架，以教材中知識單元為內容，構建知識主題(如圖1所示)。探究學習的關鍵是為假設尋找證據(jù)的過程，而S-WebQuest通過虛擬仿真來實現(xiàn)這一目的。因此，虛擬仿真是探究環(huán)節(jié)的核心，也是其典型特征。在借助計算機探究科學問題時，學生之間形成合作關系，其科學素養(yǎng)、信息素養(yǎng)和人文素養(yǎng)均得到發(fā)展，最終提高學生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)[6]。S-WebQuest主題探究，實現(xiàn)了從整合主題，到虛擬仿真探究，最終使學生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)得到提升。

圖1 S-WebQuest主題探究模式結構圖

為了更好地說明S-WebQuest主題探究教學模式的構成及特點，我們將其與WebQuest主題探究做一對比(如表1所示)。WebQuest主要利用的是網絡資源，學生作為活動參與者通過網站提供的分類資源查找自己需要的信息，并最終完成任務報告。其缺點是學生雖然經歷了信息查找的過程，但是這種為“假設”尋找證據(jù)的過程與真實的、復雜的科學探究過程相距甚遠。尤其是在復雜的物理過程中，學生缺乏親身觀察，沒有感官體驗，“使學生的網絡探究行為演變?yōu)閷Y源的簡單搜集、粘貼和轉載”[7]。例如，在一個WebQuest案例中，作者為了讓學生了解“第一宇宙速度”的概念，給學生提供了多條關于“第一宇宙速度”的信息，學生在查找信息后仍然對第一宇宙速度的概念缺乏體驗性認識。與之相比，S-WebQuest更注重學生的體驗和感受，在“過程”環(huán)節(jié)增加了虛擬仿真的內容，而借助于虛擬仿真技術的探究既滿足了體驗需求，又與提高數(shù)據(jù)素養(yǎng)的要求相吻合。

表1 S-WebQuest與WebQuest的異同比較

S-WebQuest不是非常關注探究過程的開放程度，相對于WebQuest，為學生提供的網外資源要少，這主要是考慮到過多的網外資源信息會影響探究的效率。因此，教師的預設(如虛擬仿真實驗室等)要更多一些，開放性相對較弱。另外，兩者在模塊構成、活動形式等方面也存在差異[8]。

三、S-WebQuest課例研究——《追尋嫦娥一號的蹤跡》

筆者以我國發(fā)射的“嫦娥一號”為背景，按照S-WebQuest的理念構建了一個網頁主題探究課例——《追尋嫦娥一號的蹤跡》，現(xiàn)介紹如下。

(一)選題依據(jù)

S-WebQuest的主題應該是一個亟待解決的問題或項目。何克抗[9]等認為，主題的選取應該滿足四個條件：要與課程標準一致、能取代原來令人不滿意的課、能有效地利用網絡、能促進學生更深層次的理解。本主題《追尋嫦娥一號的蹤跡》取自嫦娥一號發(fā)射的背景，將發(fā)射實際過程與人教版高中物理教科書必修二《宇宙航天》一章的學習內容相融合，這樣的選題既照顧了課程標準中對教學內容知識目標的界定，又體現(xiàn)了從原始問題到物理模型建立的過程，對于訓練學生靈活運用物理科學方法及建立科學、技術、社會之間的聯(lián)系有重要意義。

(二)探究網頁構成

1.首頁

第一版顯著位置用一個簡短的故事引入了本探究主題。第二版顯著位置則進一步提出問題，引發(fā)學生的思考：“飛天的夢想人類能夠實現(xiàn)嗎?美麗的月宮真的有嫦娥嗎?這一節(jié)課我們將了解人類奔月的夢想是如何實現(xiàn)的?！痹诖嘶A上，提供了探究開始的鏈接，本鏈接直接指向一個動畫故事《嫦娥奔月》。這樣的引入方式，充分考慮到學生的年齡和興趣特點，通過通俗易懂的民俗故事引入，既簡潔流暢，又不失藝術美感。故事的教學價值體現(xiàn)在：激發(fā)學生對浩淼太空的向往，對宇宙航天的好奇。

2.探究任務

探究任務是教學目標的可行性分解，應結合學科教學特點，針對學生的高級認知發(fā)展需求有層次展開，如表2所示。三級任務類型分別對應解決謎團、研究性學習和定量計算，其中第一級對應學生的學習理解能力，第二級對應學生的推理解釋、想象創(chuàng)意等能力，第三級則對應學生的綜合應用能力。任務描述是對學生探究活動的表現(xiàn)期望，能讓學生更清楚知道學習和掌握的內容及需達到的水平。

表2 探究任務

3.探究過程

探究過程包含了五個環(huán)節(jié)，如圖2所示，其中在發(fā)射、運行、變軌等三個環(huán)節(jié)中都嵌入了虛擬仿真技術。下面舉例說明其中的虛擬仿真。

圖2 探究過程的五個環(huán)節(jié)

發(fā)射環(huán)節(jié)：在地球表面設置高聳的尖塔，從塔頂水平拋出物體。學生可手動設置拋出物體的速度大小，并觀察物體平拋出時的運動軌跡。此虛擬仿真實驗可以使學生直觀感受物體分別以低于、等于和高于第一宇宙速度拋出時的運動情況，理解第一宇宙速度對發(fā)射衛(wèi)星的意義。

運行環(huán)節(jié)：某地球衛(wèi)星圍繞地球做圓周運動。學生可手動操控操縱桿，調節(jié)地球衛(wèi)星的高度，并觀察其運行規(guī)律的變化情況。在該操作過程中，可實時顯示衛(wèi)星的軌道半徑、周期和線速度。

變軌環(huán)節(jié)：通過動畫模擬嫦娥一號變軌的過程，學生可以對變軌過程建立更直觀的心理圖景，有利于其理解變軌的過程。

學生活動形式包括分組協(xié)作、虛擬仿真體驗、交互練習、綜合應用解決問題等，在每一個虛擬仿真探究活動之后都有配套的交互練習，以啟發(fā)學生對觀察和體驗做進一步思考。主體化、多樣化、線性的探究活動使學生在探究活動過程中有充分的時間和機會體驗探究的樂趣，聯(lián)系真實的科學活動。探究環(huán)節(jié)的設計注意了以下三個方面：第一，探究活動的可操作性、交互性和體驗性；第二，探究內容的科學性、層次性和趣味性；第三，探究形式的多樣性和連貫性等。

4.評價

探究活動為學生提供一個自評價量規(guī)，學生根據(jù)學習活動實際完成量規(guī)。教師根據(jù)學生在探究活動中的表現(xiàn)、學生自評情況及探究報告綜合給予評價學生自評量表包括：積極主動承擔組內任務、完成預習作業(yè)、探究中與同學積極討論協(xié)作、探究時能正確操作仿真實驗、能感受到仿真實驗帶來的探究樂趣、探究學習過程精力集中、能較順利完成互動練習任務、對探究內容的掌握程度。

5.結論與交流

探究結束后，要求學生撰寫探究報告，發(fā)到公共郵箱中。同時，鼓勵學生與教師或相互之間交流在探究過程中及報告撰寫過程中產生的問題。交流的方式還包括在網頁的公共留言區(qū)留言、QQ在線討論等。

(三)教學組織過程及實踐反饋

1.教學組織過程

本教學案例筆者用4年時間共進行了兩輪的教學嘗試，兩屆學生參與了教學實踐。第一輪教學，筆者采用了課堂教學的方式。因為是主題教學，教學內容已經整合了教材中《宇宙航天》整章的內容，在課堂實際學習中就完全拋開了教材，只在預習環(huán)節(jié)鼓勵學生閱讀教材等相關資料。學生學習地點在學校機房進行，整個探究任務完成共用了1節(jié)預習，2節(jié)探究，1節(jié)評價展示交流。具體安排如下：

第1節(jié)預習課：學生在機房，讀教材，并利用搜索引擎對疑問和感興趣的話題進行搜索釋疑。第2-3節(jié)探究課：學生在機房，借助探究網頁進行探究，體會探究過程，并做好記錄。課后完成報告和自評價量表。第4節(jié)課：教師在閱讀完學生的報告后，組織學生交流報告。

第二輪教學是在三年以后，筆者重新教新一屆高一學生時。采用了課下學習與課堂學習相結合的方式。筆者首先布置學生在假期利用S-WebQuest網頁的框架自主完成探究，并撰寫報告及自評價量表。教師在批閱學生報告和自評價量表后根據(jù)學生學習情況設計課程。因學生反饋情況不佳，筆者只能又設計了這樣四節(jié)課：

第1節(jié)：針對學生反饋的報告情況進行了總結、點撥。因為學生自學效果非常不理想，有的學生沒有完成報告，有的學生抄襲、復制報告等，造成了教學起點的參差不齊。因此，本節(jié)課基本上是對本章內容的一個概述介紹。第2-4節(jié)：分別結合本章知識點進行了重點講解和訓練。

2.實踐反饋

通過教學實踐和學生訪談發(fā)現(xiàn)，S-WebQuest探究方式比傳統(tǒng)課堂能更有效地提高學生探究的參與度，提高探究效果。首先，學生感覺以前一些虛擬仿真實驗都是老師給大家演示一下，現(xiàn)在是自己做了，這個變化非常令人興奮。第二，學生感覺原來課本上的知識支離破碎，跟生活聯(lián)系不大。這種主題探究將知識與生活中的科技事件聯(lián)系起來，激發(fā)了自己的好奇心。第三，網頁探究提供了各種網絡探究資源，這是學生以前沒有嘗試過的。例如探究過程中有動畫故事、虛擬仿真實驗、各種圖片等，還可以借助搜索引擎釋疑解惑，學習的開放性比以前學習更高了，自主性也更強了。然而，也有學生反映虛擬仿真實驗的可信度問題，這反映出學生對虛擬仿真實驗在科學上的應用仍然是不了解的，數(shù)據(jù)素養(yǎng)有待提高。

盡管，S-WebQuest探究方式能更有效地促進學生學習。但在教學實踐過程中，教師要注意S-WebQuest探究方式的教學組織形式，教學組織不同，S-WebQuest的教學效果也不盡相同。第一輪教學時，采用了統(tǒng)一課堂探究的形式，在教師的組織監(jiān)督下，學生都進行了不同程度的有意義探究。同時借助于網絡資源對各種疑惑也進行了自解自答，學生比較喜歡這種形式。第二輪教學時，筆者有意進行了課外與課堂相結合的方式，教學效果卻不如第一輪。筆者分析原因認為：前期探究造成了學生課堂起點差異的擴大，提高了課堂教學駕馭的難度。對于已經認真做了探究的同學，課堂上很多時間屬于浪費，這無形中會打擊他們課外探究的積極性；對于沒有認真做探究或根本沒有做探究的同學，課堂教學過程又顯得過快。因此，統(tǒng)一的、開放式探究更易于課堂教學的組織和駕馭，在教師的督促下更容易縮小學生間的差距；自解自答的方式有利于調動學生的積極性，發(fā)揮網絡資源優(yōu)勢，從而有利于提高探究效果。

四、結論

S-WebQuest能較好地實踐信息技術與學科教學的深度融合。數(shù)10年來“計算機改變了幾乎所有領域，卻唯獨對學校教育的影響小得令人吃驚?！泵绹逃?009年的一項評估報告顯示，在計算機介入教育的情況下學生的學習能力(包括閱讀能力、計算能力等)與30年前并未發(fā)生明顯差異。我國2012年頒布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020 年)》指出“深度融合”是解決這一問題的有效途徑。何克抗等分析認為“深度融合的本質和落腳點”是“改變教師主宰的、以教師為中心的傳統(tǒng)課堂教學結構”“進一步去實現(xiàn)教育系統(tǒng)的結構性變革”[10]。筆者以為，S-WebQuest在兩個方面實現(xiàn)了“深度融合”的目標：第一，它改變了“技術圍著教師轉”的現(xiàn)狀，而轉向為學生學習、探究服務。傳統(tǒng)的信息技術與課程整合主要實現(xiàn)的是讓技術成為教師“教”的助手，幫助教師突破教學難點；S-WebQuest則實現(xiàn)的是讓技術成為學生“學”的助手，幫助學生探究科學問題。第二，它實現(xiàn)了基于學科特征的信息技術與學科課程的深度融合。物理學科的“探究”特征以及計算物理的發(fā)展，催生出了數(shù)據(jù)探究形態(tài)，它深層次融合了信息技術和物理的基本特征。S-WebQuest正是從科學研究的數(shù)據(jù)探究形態(tài)出發(fā)來設計的，因此這種探究模式是“有源之水”，真正實現(xiàn)了“深度融合”。

S-WebQuest為探究活動提供真實的感官體驗。S-WebQuest的推行必須解決兩個問題：第一，改變對“虛擬仿真”的偏見。過去一些學者認為“虛擬仿真永遠無法替代真實實驗”“虛擬仿真不真實”等等?，F(xiàn)在我們從科學研究發(fā)展的角度來看，當前大量的前沿科學研究都是基于仿真模擬技術開展的，虛擬仿真與真實實驗不是簡單的替代關系，而是平行并駕的兩種探究形態(tài)，當然也就不存在替代不替代的問題了。至于虛擬仿真的真實性，是需要從模擬條件控制上來實現(xiàn)的。第二，搞清楚教學中的探究活動與真實探究的區(qū)別。科學家的真實科學探究以獲取探究結果為目標，而教學中的探究活動更關注的是探究體驗，力求通過探究活動讓學生了解科學方法，體會探究樂趣，同時增長知識。S-WebQuest來自于三種科學探究形態(tài)，是真實科學研究的縮影。學生通過經歷這種主題探究，對于感受真實的科學研究過程，了解科學研究的方法途徑等有重要意義。

S-WebQuest改變了傳統(tǒng)課程內容組織結構及其教學形態(tài)。傳統(tǒng)的課程內容組織以知識本身的內在邏輯為主線，構建課程體系。這種組織形式難以將復雜的學科知識整合到一起，學生不容易構建知識之間的聯(lián)系。在“整合與發(fā)展”為主題的現(xiàn)代課程理念下，以美國《新一代科學教育標準》為代表的綱領性文件均采用了分主題組織課程內容的形式，這種形式有兩個主要優(yōu)點：一是分主題實施有利于學生知識的進階發(fā)展[11]。學生可以在學習的不同階段反復學習圍繞大概念組織的同一主題的學習，從而逐步達成對知識的一致、完善的理解；二是主題選擇上可以更好地體現(xiàn)STSE(Science、Technology、Society、Environment的縮寫)思想。傳統(tǒng)課程對STSE的體現(xiàn)是“碎片式”體現(xiàn)，學生只有在學習某一知識相關內容時教師才會零星地介紹一些STSE知識。而 S-WebQuest在主題選取上已經首先照顧了STSE，而且是借助STSE組織課程內容，這種對STSE的組織形式從根本上不同于傳統(tǒng)課程內容組織形式，并深刻影響了其教學形態(tài)。

五、結束語

研究表明，由信息技術與課程整合到信息技術與教育深度融合已經成為教育信息化發(fā)展的未來趨勢[12]。深度融合的本質在于改變傳統(tǒng)以教師為中心的課堂教學結構，使學生成為真正的知識構建者，讓技術成為其學習的手段和工具。S-WebQuest主題探究教學模式在深度融合物理學習與技術手段，改變傳統(tǒng)課堂教學結構等方面進行了嘗試，是對深度融合理念的有意義探索，然對其課堂組織形式仍有待進一步深入探索。

[1] 鮑平平.WebQuest評價體系建構及評價方法研究[J].現(xiàn)代教育技術，2008,18(2):38-40.

[2] 魏寧.WebQuest信息化教學的新利器[J].北京教育,2002,(11): 43-44.

[3] 劉成新，宋新芳，孔艷.WebQuest 設計與應用調查分析[J].課程·教材·教法，2007，27(3)：7-71.

[4] 郭玉英, 姚建欣, 張靜.整合與發(fā)展——科學課程中概念體系的建構及其學習進階[J].課程·教材·教法, 2013,(2):44-49.

[5] 翟小銘,項華.科學探究形態(tài)舉隅及其對科學教育的啟示[J].中學物理教學參考，2011,(11)：2-5.

[6] 項華.信息技術與中學物理教學整合[M].北京:北京師范大學出版社，2013.

[7] 黃如民,劉艷玲.WebQuest動態(tài)化設計原理及創(chuàng)建平臺開發(fā)[J].中國電化教育,2009,(9):104-107

[8] 翟小銘.試論數(shù)據(jù)探究的必要性及其實施途徑[D].北京:北京師范大學物理學系,2011.

[9] 何克抗,曹曉明.信息技術與課程整合的教學模式研究之五——“WebQuest”教學模式[J].現(xiàn)代教育技術,2008,(11):5-12.

[10] 何克抗.學習“教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃”——對“信息技術與教育深度融合”的解讀[J].中國電化教育,2012,(12):19-23.

[11] 郭玉英，姚建欣，彭征.美國《新一代科學教育標準》述評[J].課程·教材·教法,2013,33(8):118-127.

[12] 柯清超,陳蕾. 信息技術與教育深度融合的新發(fā)展——首屆全國中小學信息技術教學應用展演述評[J].中國電化教育,2013,(8):35-39.

翟小銘：在讀博士，研究方向為物理課程與教學論(xiaomingzh@mail.bnu.edu.cn)。

項華：副教授，博士，研究方向為信息技術與物理課程整合(xhbnu@bnu.edu.cn)。

穆明：中學高級教師，研究方向為信息技術與課程整合。

2015年1月20日

責任編輯：宋靈青

S-WebQuest based on Theme Inquiry Model——A Case Research on Depth of Integration of Information Technology into Physics Teaching

Zhai Xiaoming1, Xiang Hua1, Mu Ming2
(1.Physics Department, Beijing Normal University, Beijing 100875; 2.Zibo Education Bureau of Shandong Province, Zibo Shandong 255200)

Depth of integration of information technology into subject teaching is the foundation of the full realization of information education. The depth of integration based on the deep analysis of the subject characteristics, is the result of fusion of subject characteristics and information technology characteristics. Based on the background of important form for current research of physical science of computational physics, The paper proposes the S-WebQuest theme inquiry mode, and combines the teaching practice to carry on the summary analysis which reaches conclusions: S-WebQuest can practice "the depth of integration" of information technology into physics teaching and provide real sensory experience for the exploration activity and has changed the traditional organizational structure and content of curriculum.

S-WebQuest; WebQuest; Information Technology and Physics; Depth of Integration; Data Inquiry

G434

A

1006—9860(2015)05—0130—05

* 本文系全國教育科學“十二五”規(guī)劃教育部重點項目“運用現(xiàn)代教育技術裝備促進基礎教育實踐教學模式的改革與創(chuàng)新研究”(項目編號：DCA110195)、教育部人文社會科學研究規(guī)劃基金項目“基于科學概念學習進階的教學設計模型研究”(項目編號：13YJA880022 )的階段研究成果之一。

① 項華為本文的通訊作者。