基于學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征的數(shù)字化學(xué)習(xí)研究*

倪 娟

(江蘇省教育科學(xué)研究院 基礎(chǔ)教育研究所，江蘇 南京 210013)

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基于學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征的數(shù)字化學(xué)習(xí)研究*

倪 娟

(江蘇省教育科學(xué)研究院 基礎(chǔ)教育研究所，江蘇 南京 210013)

學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)是由學(xué)理性知識(shí)、認(rèn)知過程性知識(shí)和問題條件性知識(shí)這三部分組成，學(xué)生在某一具體學(xué)科領(lǐng)域中的學(xué)習(xí)，一般經(jīng)歷一個(gè)從新手到勝任再到專家的轉(zhuǎn)變過程。這個(gè)過程需要通過合適的數(shù)字化學(xué)習(xí)情境的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的深度融合和轉(zhuǎn)變，需要進(jìn)一步構(gòu)建數(shù)字化學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征體系以及明確基于學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征的數(shù)字化學(xué)習(xí)的基本規(guī)律和目標(biāo)。

數(shù)字化學(xué)習(xí)；學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)；表征

“到2020年，基本建成覆蓋城鄉(xiāng)各級(jí)各類學(xué)校的數(shù)字化教育服務(wù)體系，促進(jìn)教育內(nèi)容、教學(xué)手段和方法現(xiàn)代化；鼓勵(lì)學(xué)生利用信息手段主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，增強(qiáng)運(yùn)用信息技術(shù)分析解決問題能力”是《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》提出的要求，普及利用信息技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化學(xué)習(xí)具有時(shí)代緊迫性和現(xiàn)實(shí)重要性?；趯W(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征的數(shù)學(xué)化學(xué)習(xí)研究，從知識(shí)屬性和關(guān)系出發(fā)，建立起一套能夠表達(dá)知識(shí)屬性和外部關(guān)系的圖符系統(tǒng)，這將有助于教師進(jìn)行知識(shí)內(nèi)容的組織，使得教師可以簡(jiǎn)單快速地根據(jù)知識(shí)類型來表征其結(jié)構(gòu)和關(guān)系，有力地支撐了數(shù)字化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)。

一、學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)

知識(shí)一直都是學(xué)校教育的基本內(nèi)容和載體，知識(shí)學(xué)習(xí)也一直都是學(xué)生的最基本任務(wù)。通過知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生獲得了自主發(fā)展所必需的各種經(jīng)驗(yàn)，并以知識(shí)為載體逐漸形成必備品格和關(guān)鍵能力。因此，知識(shí)學(xué)習(xí)一直都是教育研究的熱點(diǎn)。

“人工智能領(lǐng)域最初提出領(lǐng)域知識(shí)的概念，它是指在某一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)基本概念之間的相互關(guān)系以及有關(guān)概念的約束的集合”[1]。亞歷山大(Alexander)指出領(lǐng)域知識(shí)就是指學(xué)生所擁有的關(guān)于某個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)總和[2]?！霸诰唧w學(xué)科當(dāng)中將具有一定操作性、邏輯性、相關(guān)性的知識(shí)按其知識(shí)屬性、認(rèn)知特性而加以組織形成的知識(shí)組塊和認(rèn)知操作圖式，叫學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，由學(xué)理內(nèi)容知識(shí)、認(rèn)知過程知識(shí)和問題條件知識(shí)三部分組成”[3]。何伯鋒等學(xué)者給出了學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)[4](如圖 1)，他們指出了認(rèn)知操作中的元認(rèn)知策略成分在學(xué)生掌握知識(shí)過程中的關(guān)鍵作用，顯示出學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)具有完整性、結(jié)構(gòu)性、發(fā)展性和開放性的特點(diǎn)。

圖1 學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)

圖1中，學(xué)理性知識(shí)是指諸如“元素化合物的性質(zhì)和變化”等用于描述事實(shí)、陳述觀點(diǎn)或闡釋關(guān)系的知識(shí)。是回答“是什么，學(xué)什么”的知識(shí)，是一種靜態(tài)的知識(shí)。認(rèn)知過程性知識(shí)如化學(xué)學(xué)科中“化學(xué)計(jì)量方法”“化學(xué)實(shí)驗(yàn)或化工流程原理及操作過程”以及“依據(jù)目標(biāo)物進(jìn)行化學(xué)合成路線設(shè)計(jì)”等策略性、技能性知識(shí)，是關(guān)于“如何做，如何學(xué)”的知識(shí)，是一種動(dòng)態(tài)的知識(shí)。問題條件性知識(shí)是指在一定的問題情境中開展問題解決活動(dòng)時(shí)運(yùn)用的具有限制性條件的知識(shí)，如“氧化還原反應(yīng)”“化學(xué)反應(yīng)速率、平衡”以及“元素觀、微粒觀、能量觀”等化學(xué)基本原理、理論和觀念等化學(xué)知識(shí)是用于解決“為何如此，為何學(xué)”的知識(shí)，是一種具有較強(qiáng)遷移性的知識(shí)。

學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的研究有利于厘清學(xué)科知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，從更深的層次提供學(xué)生認(rèn)識(shí)世界和解決問題的獨(dú)特視角、思維方法和特有的邏輯。根據(jù)個(gè)體的認(rèn)知特征、情感態(tài)度和知識(shí)結(jié)構(gòu)三個(gè)方面的特征，亞歷山大將學(xué)生在整個(gè)學(xué)科領(lǐng)域?qū)W習(xí)的過程劃分為新手、勝任者和專家三個(gè)的階段[5]，學(xué)科學(xué)習(xí)過程可以看做是一個(gè)引導(dǎo)學(xué)生從新手向?qū)＜野l(fā)展的過程。

新手階段，學(xué)生所獲得的知識(shí)是較少的并且是碎片化的，缺少學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)中的原理性知識(shí)，常常是離散的，不能形成合理的結(jié)構(gòu)。學(xué)生在問題解決時(shí)常常使用識(shí)別和提取等認(rèn)知方法，或者常常使用錯(cuò)誤的認(rèn)知方法，耗時(shí)和耗費(fèi)精力。此時(shí)，學(xué)生的興趣體現(xiàn)出較強(qiáng)的情緒化，會(huì)隨著情境的變化而表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，如化學(xué)學(xué)習(xí)過程中被二氧化碳的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制法和用途所吸引，但對(duì)它們之間的因果關(guān)系不甚了解。

在勝任者階段，學(xué)生掌握了較為豐富而且條理清晰的領(lǐng)域知識(shí)，這些知識(shí)是融合了基本原理且結(jié)構(gòu)化的，能夠體悟出知識(shí)的價(jià)值和意義，可以引導(dǎo)學(xué)生集中精力領(lǐng)悟知識(shí)的重點(diǎn)而不會(huì)被無關(guān)的信息干擾，運(yùn)用高級(jí)認(rèn)知策略，提高解決問題的效率。勝任階段的學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)具有較高的情感認(rèn)同，能夠辨別和駕馭環(huán)境，對(duì)特定學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)擁有較高的求知欲。如在學(xué)習(xí)元素化合物的性質(zhì)時(shí)可以應(yīng)用“氧化還原反應(yīng)”“元素周期律”“化學(xué)平衡”等原理分析它為什么具有這些性質(zhì)和為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的變化、現(xiàn)象等。

處于專家階段的學(xué)生擁有高度結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，在知識(shí)的廣度和深度上都有較大的發(fā)展，具有與特定知識(shí)領(lǐng)域相關(guān)的認(rèn)知圖式。在學(xué)習(xí)過程中，面對(duì)不確定的情境和認(rèn)知沖突有高度的興趣。專家的學(xué)理性知識(shí)、認(rèn)知過程性知識(shí)和問題條件性知識(shí)三種知識(shí)能夠形成有序、合理的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成特定學(xué)科領(lǐng)域的能力，能夠?qū)栴}保持高度的專業(yè)敏感，能夠應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)解決新情境中的實(shí)際問題，并將零散的事實(shí)組合成相互關(guān)聯(lián)且具有邏輯內(nèi)聚力的整體，能從學(xué)科視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界和人類社會(huì)，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)。如通過化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)，形成綜合分析解決生產(chǎn)、生活、社會(huì)問題的能力以及探究事物的發(fā)展過程等能力。

學(xué)生從新手認(rèn)知向?qū)＜艺J(rèn)知發(fā)展的過程，體現(xiàn)了學(xué)生從知識(shí)結(jié)構(gòu)、認(rèn)知策略和學(xué)習(xí)興趣三個(gè)維度在學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)當(dāng)中認(rèn)識(shí)變化的心理過程，比較合理地解釋了學(xué)生學(xué)科領(lǐng)域能力形成過程，加深了我們對(duì)學(xué)生從特定學(xué)科領(lǐng)域的新手到專家這一變化階段的心理機(jī)制的了解，同時(shí)也有助于我們了解知識(shí)與技能形成的交互作用。

二、數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)的融合

數(shù)字化學(xué)習(xí)情境，是指信息顯示數(shù)字化，信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化，信息處理智能化的特征，它有利于引導(dǎo)學(xué)生理解學(xué)科知識(shí)之間的邏輯關(guān)聯(lián)、價(jià)值關(guān)聯(lián)和意義關(guān)聯(lián)，形成學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。教學(xué)環(huán)境具有虛擬化的特點(diǎn)，包含著情境、協(xié)作、會(huì)話等。為了適應(yīng)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)學(xué)習(xí)的需求，數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮在數(shù)字化的背景下，教師的主導(dǎo)、學(xué)生的主體參與、學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的整合、數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用等方面及它們之間的相互聯(lián)系與相互作用，進(jìn)而彰顯數(shù)字化學(xué)習(xí)在促進(jìn)學(xué)生學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中從新手認(rèn)知向?qū)＜艺J(rèn)知發(fā)展的功能。

(一)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的理論支撐

“知識(shí)是有結(jié)構(gòu)的”“不論我們選擇教什么學(xué)科，務(wù)必使學(xué)生理解該學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)”“知識(shí)是學(xué)習(xí)者在情境中建構(gòu)和理解的產(chǎn)物”等建構(gòu)主義的主要觀點(diǎn)，是數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)建構(gòu)的重要理論支撐。建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生由外部刺激的信息被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒓庸ふ叩闹黧w，由知識(shí)的灌輸對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)意義的建構(gòu)者。在數(shù)字化學(xué)習(xí)情境下幫助學(xué)生形成如圖1 所示的學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)，是教師發(fā)揮主導(dǎo)作用的主要任務(wù)。

學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)是在原有經(jīng)驗(yàn)、心理結(jié)構(gòu)和信念的基礎(chǔ)上，通過與數(shù)字環(huán)境交互而形成的，利用情境、協(xié)作、會(huì)話等數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境要素創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的教學(xué)，喚醒學(xué)生主體意識(shí)、創(chuàng)新精神，啟發(fā)學(xué)生思維。因此，數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的融合過程中，教師既可以利用數(shù)字化環(huán)境文字、視頻信息為學(xué)生創(chuàng)造學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源，運(yùn)用建構(gòu)主義理論，將各學(xué)科知識(shí)的基本概念和原理作為學(xué)生學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，認(rèn)識(shí)和掌握事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在規(guī)律；也可以利用數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)及時(shí)獲得學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋，并給出及時(shí)的評(píng)價(jià)；還可以利用數(shù)字化創(chuàng)建學(xué)習(xí)平臺(tái)，主動(dòng)追尋知識(shí)的來龍去脈，獲取知識(shí)的方法，培養(yǎng)創(chuàng)造新知識(shí)的能力。

(二)數(shù)字化學(xué)習(xí)的課程資源建設(shè)

已有研究表明，影響學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生蛻變及其學(xué)業(yè)成績(jī)的關(guān)鍵因素是學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)資源的豐富程度[6-7]。在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境中，創(chuàng)設(shè)問題情境、復(fù)演知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展過程，聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際、應(yīng)用平臺(tái)以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)設(shè)了一個(gè)豐富、真實(shí)、優(yōu)質(zhì)的課程資源，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，使學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力不斷得到發(fā)展。

建設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，需要根據(jù)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)、學(xué)生學(xué)習(xí)的個(gè)性差異、獲得知識(shí)、技能、情感與態(tài)度的發(fā)展等多方面因素，選擇適切的資源和媒介，朝著使學(xué)科知識(shí)從無序向有序提升、從疏漏向精密提升、從散點(diǎn)向結(jié)構(gòu)化提升等方向努力，完成對(duì)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行有效建構(gòu)。

在化學(xué)課堂教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件以及實(shí)驗(yàn)資料都是不可缺少的教學(xué)資源，將上述教學(xué)資源進(jìn)行有效整合可以提高化學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)效果。許多教學(xué)資源需要依據(jù)化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要性的判斷、篩選與開發(fā)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括硬件設(shè)施和軟件設(shè)施。硬件設(shè)施有計(jì)算機(jī)、多種傳感器、實(shí)物投影儀以及各種影像設(shè)備等；軟件設(shè)施有多媒體教學(xué)軟件、化學(xué)藥品管理軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、分子立體結(jié)構(gòu)模型繪制軟件以及Flash、Powerpiont等。

三、構(gòu)建數(shù)字化學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征體系

知識(shí)表征是知識(shí)在心理活動(dòng)中的內(nèi)在表現(xiàn)和記載，它一方面是反映知識(shí)的客觀存在，另一方面也是學(xué)習(xí)活動(dòng)中進(jìn)一步加工的對(duì)象。研究知識(shí)表征就是研究知識(shí)的心理模型，即知識(shí)是以什么方式存儲(chǔ)在記憶里的[8]，關(guān)于學(xué)理性、認(rèn)知過程性和問題條件性三種知識(shí)的表征，對(duì)于數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的融合具有重要的意義。就化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征而言，其數(shù)字化學(xué)習(xí)意義在于微觀知識(shí)外顯化、瞬間(或長時(shí))反應(yīng)適時(shí)化、風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)安全化與過高條件常態(tài)化等方面。

(一)學(xué)理性知識(shí)表征

學(xué)理性知識(shí)是以系列問題和知識(shí)相互聯(lián)系圖進(jìn)行表征的，可以用關(guān)聯(lián)性、準(zhǔn)確性來描述學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)中學(xué)理性知識(shí)表征的變化情況：關(guān)聯(lián)性指的是學(xué)生能準(zhǔn)確陳述出與具體學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域相關(guān)的基本事實(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理之間的緊密聯(lián)系；準(zhǔn)確性指的是能從學(xué)科知識(shí)本質(zhì)上無偏差理解概念、原理、規(guī)則等知識(shí)要點(diǎn)。

例如，學(xué)生在認(rèn)識(shí)和理解有關(guān)元素化合物知識(shí)時(shí)，關(guān)于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化也必須很好地組織起來，形成關(guān)系表征，構(gòu)建成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于幫助學(xué)生學(xué)好化學(xué)學(xué)理性知識(shí)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(二)認(rèn)知過程性知識(shí)表征

我國教育心理學(xué)家皮連生先生曾經(jīng)提出，認(rèn)知過程性知識(shí)分為用于處理外部事物的和用于處理自身認(rèn)知過程的兩種認(rèn)知過程性知識(shí)，前者可以理解為技能性知識(shí)，后者則可以理解為策略性知識(shí)[9]。數(shù)字化情境下的認(rèn)知過程性知識(shí)表征按照學(xué)生認(rèn)知過程發(fā)展中具象與抽象轉(zhuǎn)化的邏輯關(guān)系，透過具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的展示，揭示出具體現(xiàn)象之間的模型與關(guān)系，并將零散的學(xué)理性知識(shí)組合成相互聯(lián)系的有機(jī)整體，形成有意義的邏輯結(jié)構(gòu)，認(rèn)知過程性知識(shí)。據(jù)此，對(duì)認(rèn)知過程性知識(shí)的表征揭示了學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的本質(zhì)和學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)，具有統(tǒng)攝學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的功能。

用虛擬實(shí)驗(yàn)裝置可逼真地模擬“制取有毒氣體——氯氣”的實(shí)驗(yàn)儀器組裝過程以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這既突破了實(shí)驗(yàn)時(shí)間跨度太長或太短不利于現(xiàn)象觀察等真實(shí)實(shí)驗(yàn)的某些局限，也幫助學(xué)生直觀感受實(shí)驗(yàn)過程、物質(zhì)發(fā)生變化的細(xì)節(jié)，還幫助學(xué)生清晰地了解具體的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與現(xiàn)象。因此，虛擬試驗(yàn)裝置一定程度上有利于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的微觀本質(zhì)，只是需要考慮在什么情況下進(jìn)行數(shù)字化虛擬，哪些需要錄像視頻處理，哪些必須通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

(三)問題條件性知識(shí)表征

在數(shù)字化學(xué)習(xí)情境中的問題條件性知識(shí)表征，就是在對(duì)問題進(jìn)行整體感知基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行圖示表征，不斷篩除概念、原理、觀念形成過程中的非本質(zhì)情境，優(yōu)化問題的條件和結(jié)論，轉(zhuǎn)換問題的形式與內(nèi)容，配置與問題有效解決相聯(lián)系的實(shí)際情境，將知識(shí)與事實(shí)、價(jià)值、思維相聯(lián)系，使學(xué)生獲得更多的參與認(rèn)知活動(dòng)的機(jī)會(huì)，并在不同的情境中認(rèn)識(shí)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)。

在化學(xué)學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)中，微觀、宏觀、符號(hào)之間關(guān)系的構(gòu)建一直是教師努力突破的重難點(diǎn)。隨著數(shù)字化技術(shù)逐步進(jìn)入化學(xué)課堂，就可以用數(shù)據(jù)、圖表、曲線動(dòng)態(tài)地展示原本不可見的微觀世界的變化情況，這不僅為教師突破微觀、宏觀和符號(hào)之間關(guān)系構(gòu)建的教學(xué)重難點(diǎn)提供了幫助，同時(shí)也更有利于學(xué)生構(gòu)建從微觀視角思考宏觀世界的化學(xué)觀念，將微觀的知識(shí)和問題通過具體的數(shù)據(jù)加以體現(xiàn)，化抽象為直觀，使學(xué)生在應(yīng)用化學(xué)領(lǐng)域知識(shí)認(rèn)識(shí)和解決不同情境的問題時(shí)，用化學(xué)語言進(jìn)行簡(jiǎn)化和表達(dá)，從宏觀與微觀相聯(lián)系的視角去審視和思考，而這正是具有科學(xué)素養(yǎng)的現(xiàn)代公民所應(yīng)具備的能力。

四、基于學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征的數(shù)字化學(xué)習(xí)

運(yùn)用數(shù)字化手段將課堂傳授的知識(shí)內(nèi)容數(shù)字化，形成有利于人們接受的、生動(dòng)的、具體的視覺、聽覺學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征，學(xué)習(xí)資源不再局限于教科書；教師的角色也由以往課程知識(shí)內(nèi)容的傳授者、呈現(xiàn)者、管理者逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)建者、數(shù)字化學(xué)習(xí)內(nèi)容體系的研究者、數(shù)字化學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì)者；同時(shí)，也促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改善，使學(xué)生獲得更多的信息資源和更廣泛的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，從而拓展和強(qiáng)化了學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)；更為重要的是數(shù)字化學(xué)習(xí)能更好地將學(xué)理性知識(shí)、認(rèn)知過程性知識(shí)、問題條件性知識(shí)進(jìn)行有效整合，形成符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律、促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的領(lǐng)域化知識(shí)。因此，基于學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征的數(shù)字化學(xué)習(xí)是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式的一種重要變革。

(一)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合學(xué)生的認(rèn)知特性

學(xué)生的學(xué)習(xí)過程通常是要對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行感知，在感知的基礎(chǔ)上深入理解，建構(gòu)自己對(duì)知識(shí)意義的理解，將學(xué)理性知識(shí)轉(zhuǎn)化為認(rèn)知過程性知識(shí)，并對(duì)自己的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)、反思，形成問題條件性知識(shí)，提高元認(rèn)知學(xué)習(xí)能力，完成從新手到專家的轉(zhuǎn)化。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)字化情境時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮學(xué)生的認(rèn)知特性。

在數(shù)字化環(huán)境的創(chuàng)設(shè)過程中，選擇適合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)材料呈現(xiàn)策略，有助于形成學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的整體結(jié)構(gòu)。針對(duì)不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容、目標(biāo)和人群，應(yīng)該采取不同語言的、數(shù)學(xué)的、圖像的、表格的、符號(hào)的等呈現(xiàn)方式，接受各種不同感官刺激，轉(zhuǎn)變成可以吸收的信息。

目前較多的數(shù)字化情境設(shè)計(jì)中存在大量多余的信息，較難清楚地表達(dá)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)和本質(zhì)。同時(shí)，有些數(shù)字化情境還存在著知識(shí)表征淺表化和知識(shí)結(jié)構(gòu)的不完整性，如對(duì)學(xué)理性知識(shí)沒有提供案例或者復(fù)雜知識(shí)學(xué)習(xí)的背景性知識(shí)，只是把相關(guān)的材料搬到電腦屏幕，缺乏案例或有效的實(shí)例設(shè)計(jì)、組織、管理。良好的數(shù)字化情境設(shè)計(jì)應(yīng)該依據(jù)學(xué)生學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)發(fā)展的過程和不同階段的特點(diǎn)，對(duì)知識(shí)的表征應(yīng)該從簡(jiǎn)單抽象到模擬仿真，引導(dǎo)學(xué)生探究學(xué)科知識(shí)的發(fā)生和發(fā)展過程。

(二)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合學(xué)科的知識(shí)屬性

數(shù)字化情境設(shè)計(jì)應(yīng)根植于學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)中，不但是知識(shí)邏輯和學(xué)習(xí)興趣決定的，而且也是知識(shí)屬性決定的。所以，應(yīng)當(dāng)對(duì)整體的教學(xué)材料進(jìn)行分析歸納，找出學(xué)理性知識(shí)、認(rèn)知過程性知識(shí)、問題條件性知識(shí)之間的區(qū)別和本質(zhì)聯(lián)系，合理設(shè)計(jì)數(shù)字化學(xué)習(xí)情境，整體呈現(xiàn)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。

數(shù)字化環(huán)境的設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的整合、轉(zhuǎn)化規(guī)律。在學(xué)習(xí)內(nèi)容新手階段，將問題條件性的知識(shí)以具體的事物形象出現(xiàn)在學(xué)生的面前，在學(xué)理性知識(shí)向認(rèn)知過程知識(shí)轉(zhuǎn)化的過程中采用復(fù)述、特定情境應(yīng)用(如概念圖)等方式來加深所學(xué)知識(shí)的理解，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)理性知識(shí)間的聯(lián)系通過概念圖分門別類，彰顯整體屬性。在認(rèn)知過程性知識(shí)向問題條件性知識(shí)轉(zhuǎn)化階段，運(yùn)用圖片或者視頻，讓學(xué)生主動(dòng)去探究、反思實(shí)際運(yùn)用過程中所用到的知識(shí)、方法，在復(fù)雜的情境中展開問題解決過程。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是以特殊的實(shí)驗(yàn)儀器與電腦的關(guān)聯(lián)，曲線的自動(dòng)繪制等新形式吸引學(xué)生的關(guān)注，它集合了包括仿真實(shí)驗(yàn)、借助傳感器的實(shí)驗(yàn)、掌上技術(shù)實(shí)驗(yàn)、DIS 實(shí)驗(yàn)以及多媒體展現(xiàn)等多種現(xiàn)代科技成果。學(xué)生通過動(dòng)手操作、用心觀察、認(rèn)真思考來經(jīng)歷成功與失敗，感受科學(xué)研究的艱辛和愉悅，在質(zhì)疑與探索過程中，將創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)日臻完善，促成事實(shí)性知識(shí)、認(rèn)知過程性知識(shí)、問題條件性知識(shí)的意義建構(gòu)。

(三)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)聚焦學(xué)習(xí)意義的建構(gòu)

理科教育的使命不僅在于知識(shí)的傳遞，還要有知識(shí)意義的體驗(yàn)，使科學(xué)知識(shí)走向?qū)W生的心靈，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征以概念系統(tǒng)為基礎(chǔ)，聚焦知識(shí)意義的建構(gòu)。在數(shù)字化學(xué)習(xí)情境中通過其對(duì)當(dāng)前知識(shí)內(nèi)容所反映的事物的性質(zhì)、規(guī)律以及事物之間的內(nèi)在聯(lián)系達(dá)到較深刻的理解，學(xué)生以自己原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和獲得的經(jīng)歷和體驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)新知識(shí)重新認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)，建構(gòu)對(duì)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)意義的深刻理解。

在以數(shù)字化情境設(shè)計(jì)與領(lǐng)悟化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)意義相結(jié)合的教學(xué)過程中，需要注意幾點(diǎn)：一是營造良好的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境；二是捕捉最佳的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)機(jī)；三是倡導(dǎo)多元的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)方式。一切手段與工具的運(yùn)用只為讓學(xué)生對(duì)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)意義理解更加深入。因此，能否利用數(shù)字化學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)、進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)是我們選擇是否使用的主要依據(jù)[10]。

從學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律出發(fā)，注重創(chuàng)設(shè)有益的數(shù)字化學(xué)習(xí)情境，利用各種數(shù)字化信息資源來支持“學(xué)習(xí)”，引導(dǎo)學(xué)生積累更多的經(jīng)驗(yàn)和感受，在已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上構(gòu)建新知識(shí)，充分認(rèn)識(shí)到學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)對(duì)自身的發(fā)展所具有的價(jià)值，使知識(shí)的意義得到體現(xiàn)。

能否有效地引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的內(nèi)涵和相互關(guān)系的意義建構(gòu)是數(shù)字化學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)。在目標(biāo)達(dá)成的評(píng)價(jià)方式上，采用多種方式，提倡主體評(píng)價(jià)、注重表現(xiàn)性評(píng)價(jià)、突出過程性評(píng)價(jià)等等。借助數(shù)字儀器結(jié)合學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)特征對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行測(cè)量，對(duì)所得大數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和學(xué)習(xí)分析，在海量數(shù)據(jù)中提取出對(duì)分析學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)建構(gòu)個(gè)性化指導(dǎo)有幫助的信息，是需要學(xué)科教育工作者深入研究的內(nèi)容。

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(責(zé)任編輯 李世萍)

A Study of the E-learning Based on the Representation of Knowledgein the Discipline Field —Taking the Study of Chemistry as an Example

NIJuan

(Institute of Basic Education，Institute of Jiangsu Educational Research，Nanjing，210013，China)

Discipline field knowledge is comprised of rational knowledge，cognitive process knowledge and conditional knowledge. Learning in a specific subject area for students generally experience a transition from one novice then a competent to an expert. In order to design an E-learning context and make discipline field knowledge integrated and transformed deeply，it is exactly necessary to construct a digital representation system as well as the basic laws and objectives of the discipline field knowledge for E-learning which based on the representation.

E-learning study；discipline field knowledge；representation

2016-08-14

江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“基于學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)表征的中學(xué)理科數(shù)字化學(xué)習(xí)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：B-a/2015/01/021).

倪娟(1972-)女，江蘇海門人，研究員，博士，主要從事基礎(chǔ)教育與理科教育研究.

G642.0

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