小學(xué)科學(xué)探究模擬型課件的設(shè)計(jì)因素分析

李?yuàn)檴?/p>

摘 要：新課程標(biāo)準(zhǔn)提倡科學(xué)探究學(xué)習(xí)，探究模擬型課件可以為科學(xué)探究創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境，有效地引導(dǎo)探究活動(dòng)。文章以小學(xué)科學(xué)探究模擬型課件《血液循環(huán)》的設(shè)計(jì)為例，分別從模擬的真實(shí)度和課件的結(jié)構(gòu)這兩個(gè)角度出發(fā)，闡述了課件設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵的設(shè)計(jì)因素。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究學(xué)習(xí)；模擬型課件；設(shè)計(jì)因素

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2016）08-0065-03

一、引言

《全日制義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，“科學(xué)探究是科學(xué)學(xué)習(xí)的中心環(huán)節(jié)”。探究學(xué)習(xí)的環(huán)境包括真實(shí)環(huán)境和模擬環(huán)境?？茖W(xué)探究應(yīng)該充分利用真實(shí)環(huán)境，然而真實(shí)環(huán)境中許多因素限制了科學(xué)探究的開展，因此有必要使用模擬型課件來創(chuàng)設(shè)良好的、適合自主探究的環(huán)境。

科學(xué)探究模擬型課件的設(shè)計(jì)因素主要包括兩類：模擬的真實(shí)度和課件的結(jié)構(gòu)。模擬的真實(shí)度影響課件的實(shí)用性，模擬既要恰當(dāng)?shù)靥娲鎸?shí)環(huán)境，又要使學(xué)生愿意投入學(xué)習(xí)；課件的結(jié)構(gòu)決定課件的有效性，要有利于引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移。筆者和團(tuán)隊(duì)伙伴設(shè)計(jì)的小學(xué)科學(xué)探究系列模擬型課件曾在全國多媒體課件大賽上獲獎(jiǎng)，并應(yīng)用在教學(xué)中。本文以小學(xué)六年級《血液循環(huán)》課件為例，分析科學(xué)探究模擬型課件的設(shè)計(jì)因素。

二、模擬的真實(shí)度

模擬不僅是簡化處理真實(shí)事物，還要在事物本身的簡化模型上加載學(xué)生控制因素和學(xué)習(xí)指導(dǎo)，成為增強(qiáng)的可控的真實(shí)?？茖W(xué)探究模擬型課件通過整體把握關(guān)鍵要素，在屏幕上呈現(xiàn)比真實(shí)事物更簡約、更利于理解的模型，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)直接呈現(xiàn)出來的內(nèi)容，進(jìn)行多次探究，逐漸發(fā)現(xiàn)被隱藏的原理。在模擬的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，學(xué)生不僅學(xué)會了相應(yīng)的內(nèi)容，也掌握了科學(xué)探究的方法。在模擬課件設(shè)計(jì)中，主要考慮模型的真實(shí)度、呈現(xiàn)真實(shí)度和學(xué)習(xí)者行為真實(shí)度。

1.模型的真實(shí)度

模型的真實(shí)度對于科學(xué)探究模擬是最重要的，模型中變量的數(shù)量、變量的精確性，重新計(jì)算時(shí)的時(shí)間增量是它的三個(gè)要素。

在課件中，變量能夠被觀察和操縱是很重要的。如果學(xué)生同時(shí)操縱的變量過多，容易混淆和疲勞，影響探究學(xué)習(xí)的效果。但是科學(xué)現(xiàn)象通常又有多種變化因素，如果模型變量過于少，就不能如實(shí)反映科學(xué)的現(xiàn)象，也使探究活動(dòng)的趣味性下降。學(xué)生使用模擬型課件進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的過程，是一個(gè)多次迭代循環(huán)的過程，需要通過不斷的嘗試，發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，因此一般不把時(shí)間作為一個(gè)變量，不對時(shí)間進(jìn)行控制。

例如，在圖1所示《血液循環(huán)》模擬型課件中，沒有把時(shí)間作為變量，根據(jù)學(xué)生年齡特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)要求，只設(shè)置了一個(gè)可控變量，即血液取樣點(diǎn)。學(xué)生可以通過將注射器拖動(dòng)到圖上不同的圓圈處來改變變量的值，也就是采取到不同的血液樣本并觀察其成分，相當(dāng)于是抽取了身體不同部位的血液來進(jìn)行觀察。學(xué)生可以多次重復(fù)這樣的操作來發(fā)現(xiàn)血液循環(huán)的規(guī)律，學(xué)會探究的方法。

變量的精確性和變量本身數(shù)據(jù)的真實(shí)性與設(shè)定的變量的增量大小有關(guān)。如果變量本身的數(shù)據(jù)不夠精確，那么就偏離了真實(shí)情境，學(xué)生利用這樣的模擬型課件進(jìn)行探究學(xué)習(xí)就失去了本來意義。其次，理想設(shè)置是變量能以無限小的增量變化，使學(xué)生可以設(shè)定任意的變量值，來觀察相應(yīng)結(jié)果。在連續(xù)的模型中，學(xué)生可以通過自身的模擬操作得出更具有說服力的結(jié)論。但由于開發(fā)技術(shù)的限制，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的模型，那么也可按照變式原理，幫助學(xué)生從一些特例中歸納出一般規(guī)律。例如圖1，不同位置的小圓圈即代表不同的變量值，在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能多地設(shè)置多樣化的變量值，使學(xué)生可以更容易地建立對模型的理解，自主得出一般規(guī)律。也就是在整個(gè)人體血液循環(huán)圖的各處盡可能多、盡可能全面地設(shè)置，共25個(gè)小圓圈，這些取樣點(diǎn)基本覆蓋到了每一個(gè)器官。在一些血液循環(huán)過程中比較關(guān)鍵的器官處放置了更多的取樣點(diǎn)，如心臟的地方，分別在左心室、左心房、右心室和右心房的地方設(shè)置取樣點(diǎn)，更有利于學(xué)生理解血液成分在心臟部位發(fā)生的變化。

2.呈現(xiàn)的真實(shí)度

模擬呈現(xiàn)的真實(shí)度要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知和興趣需要來設(shè)定?？茖W(xué)探究模擬型課件的呈現(xiàn)要有利于學(xué)生的認(rèn)知。既要保證實(shí)驗(yàn)器材的圖像接近真實(shí)，又要科學(xué)地呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)變化過程，例如，如何表現(xiàn)未知變量、哪些變量可以操縱、哪些變量不可以操縱、關(guān)于時(shí)間的快慢如何來呈現(xiàn)等等，還要結(jié)合精確的數(shù)據(jù)。

同時(shí)，呈現(xiàn)的真實(shí)度也要以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為目的。要根據(jù)模擬的性質(zhì)及學(xué)生操作的便利性，來選擇和合理使用文本、圖像、動(dòng)畫、視頻、音頻、顏色等信息呈現(xiàn)元素，使模擬的呈現(xiàn)效果對學(xué)生有吸引力。

例如圖2，在《血液循環(huán)》模擬中，用注射器來模擬采集血液，這樣的模擬呈現(xiàn)方式接近真實(shí)實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生更好的理解。用紅色和藍(lán)色的小球分別代表動(dòng)脈血和靜脈血，并用人體血液循環(huán)圖上的流動(dòng)及顏色變化情況來模擬血液循環(huán)的整個(gè)路線及血液循環(huán)過程中成分變化，形象又直觀。使用文字和百分比數(shù)據(jù)來表示血液樣本中的成份及含量，用動(dòng)態(tài)圖示來表現(xiàn)被觀察的血液的微觀結(jié)構(gòu)，其中不同形狀的圖形代表不同的血液成份，分別是氧氣、二氧化碳、血糖和尿素。

3.學(xué)習(xí)者行為真實(shí)度

科學(xué)探究模擬中，學(xué)習(xí)者行為的真實(shí)度表現(xiàn)在行為方式（鍵入、點(diǎn)擊、拖動(dòng)等）和行為的類型（選擇、生成、控制等）這兩方面。

其中行為方式主要是指輸入方式。模擬型課件采用常見的鼠標(biāo)鍵盤輸入方式，這樣設(shè)計(jì)是綜合考慮了教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作技能以及學(xué)?？赡艿募夹g(shù)條件，盡可能地使模型中呈現(xiàn)的行為方式最有利于學(xué)生的探究學(xué)習(xí)。

對于前面提到過的呈現(xiàn)的類型，每種類型都對應(yīng)相應(yīng)的學(xué)生行為，其中包括選擇、操縱、反應(yīng)、收集信息等等。各類的行為都是通過一定的行為方式實(shí)現(xiàn)。

在《血液循環(huán)》模擬型課件中，使用點(diǎn)擊拖動(dòng)的行為方式，點(diǎn)擊鼠標(biāo)，將注射器拖動(dòng)到取樣點(diǎn)模擬抽取血液。這并不僅僅是追求形似，而是詳細(xì)考慮了學(xué)生能否理解和接受設(shè)定這樣的行為方式以后的設(shè)計(jì)選擇。

行為的類型主要是選擇和生成，鼠標(biāo)的點(diǎn)擊拖動(dòng)，選擇了相應(yīng)的小圓圈，也就是通過這樣的行為得到了不同的變量值，最后生成了不同的數(shù)據(jù)和動(dòng)畫。

三、 課件的結(jié)構(gòu)

科學(xué)探究學(xué)習(xí)本質(zhì)上是指導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，是把學(xué)生置于問題情境中，引導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)家研究問題的步驟和方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察，發(fā)現(xiàn)和證實(shí)科學(xué)規(guī)律。

《血液循環(huán)》采用了科學(xué)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，而教學(xué)策略是通過課件的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出來的。課件主要分為導(dǎo)入語、動(dòng)手做和考考你三部分，這三個(gè)部分相應(yīng)于科學(xué)探究學(xué)習(xí)的基本步驟，包括提出研究問題、形成假設(shè)、進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)、取得數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析、驗(yàn)證假設(shè)、得出結(jié)論。并且提示學(xué)生按一定的邏輯順序改變變量，觀察并記錄結(jié)果，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法。

1. 《導(dǎo)入語》部分

導(dǎo)入語部分主要有三個(gè)作用：闡明教學(xué)目標(biāo)，給出使用說明，創(chuàng)設(shè)探究學(xué)習(xí)的開始情節(jié)。一般情況下，學(xué)生對探究學(xué)習(xí)模擬型課件不如對指導(dǎo)、練習(xí)類型的課件熟悉，所以要重視在導(dǎo)入語部分強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)目標(biāo)。模擬的過程形象性和動(dòng)態(tài)性過強(qiáng)，學(xué)生容易沉迷于模擬活動(dòng)中有趣的部分，只注意鼠標(biāo)點(diǎn)擊以后的現(xiàn)象，而忽略了知識技能的學(xué)習(xí)，興奮之后，什么都沒有學(xué)到，所以要結(jié)合模擬的特點(diǎn)在導(dǎo)入部分進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)的描述。如《血液循環(huán)》探究模擬型課件在導(dǎo)入語部分以問題引出了教學(xué)目標(biāo)，如圖3所示。

在模擬中，學(xué)生參與的活動(dòng)更為復(fù)雜，因而清晰的解釋說明顯得更為重要。模擬中要說明一些特殊裝置的使用方法，并在說明中包含必要的練習(xí)，如《血液循環(huán)》模擬型課件在導(dǎo)入語部分給出了一部分使用說明，使學(xué)生更為了解課件如何使用，節(jié)省熟悉課件使用方法的時(shí)間。

除了教學(xué)目標(biāo)和使用說明外，需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)探究學(xué)習(xí)的開始情節(jié)，開始情節(jié)就是探究學(xué)習(xí)的問題情境。開始情節(jié)包括模擬的背景、吸引學(xué)生注意的可操縱的對象、學(xué)生參與的活動(dòng)步驟、學(xué)生面對的情境等。如《血液循環(huán)》探究模擬型課件的導(dǎo)入語部分，見圖4。

2. 《動(dòng)手做》部分

這部分是科學(xué)探究模擬型課件的主體，主要的教學(xué)內(nèi)容和探究活動(dòng)都集中在這個(gè)部分。課件的界面呈現(xiàn)人體的血液循環(huán)圖，這是一個(gè)模擬的簡化模型。學(xué)生可以選擇使用顯示標(biāo)簽，顯示人體血液循環(huán)圖相應(yīng)器官的名稱，如頭、腎臟等等。課件用紅色和藍(lán)色小球分別代表動(dòng)脈血和靜脈血的血液，學(xué)生可以選擇觀察血液循環(huán)流動(dòng)的情況，以及血液在流動(dòng)過程中的變化。學(xué)生可以按照自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)想，用鼠標(biāo)拖動(dòng)注射器模擬真實(shí)場景中采集血液標(biāo)本的過程，同時(shí)在右面的顯示框里觀察到血液的各個(gè)成分以及其含量，還有細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)圖。

3.《考考你》部分

《考考你》不是通常的練習(xí)題?？茖W(xué)探究模擬課件不給學(xué)生提供現(xiàn)成的結(jié)論，而是通過《考考你》這一環(huán)節(jié)，來讓學(xué)生驗(yàn)證自己探究的發(fā)現(xiàn)。檢測問題要結(jié)合模擬操作的方法和過程，檢測題的答案要通過模擬操作核對。題型的設(shè)置應(yīng)該有一定的梯度，從易到難?！犊伎寄恪返念}型主要有兩類，分別是選擇題和簡答題，選擇題相對比較簡單，簡答題有一定的難度。所以將選擇題放在前面，簡答題置于后面。此外，在選擇題的設(shè)置上，也是有梯度的循序漸進(jìn)，給學(xué)生留有余地，逐步加深，而不是一步到位。在這部分要有與學(xué)生的交互，每一個(gè)選擇題都有兩次答題機(jī)會，第一次回答錯(cuò)誤給予答錯(cuò)提示并且可以再次作答，第二次答對則給出解釋并繼續(xù)下一題，答錯(cuò)則給出正確答案及提示。

四、 結(jié)束語

由于真實(shí)情境的多變性和不易控制性，有些探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)很難在現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中展開。探究模擬型課件著眼于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)良好的、內(nèi)容符合真實(shí)情境的課件，旨在通過課件的使用為學(xué)生的探究活動(dòng)創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境，有效地引導(dǎo)探究活動(dòng)，以達(dá)到幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識，促進(jìn)知識和技能的遷移，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和探究能力的目的。因此，對于教學(xué)因素的研究具有重要的意義。

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（編輯：魯利瑞）