模擬型課件支持小學科學探究學習的觀察與分析

摘 要：小學科學課程標準倡導探究式學習，應用模擬型課件能夠創(chuàng)設適宜的科學探究情境。文章在學生獨立使用模擬型課件的情景下，對學生在課件的導入情境、探究操作、檢測練習模塊的學習活動以及表達與交流、科學學習態(tài)度等方面進行觀察，分析模擬型課件對科學探究學習過程的影響，并依據(jù)研究結(jié)果對模擬型課件與小學科學課堂的融合以及課件設計與開發(fā)的改進提出若干建議。

關(guān)鍵詞：小學科學課程；模擬型課件；探究式學習

中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2018）18-0053-04

一、引言

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》在全面落實立德樹人根本任務中要求從中小學做起，注重激發(fā)學生學習興趣、科學興趣和創(chuàng)新意識，加強科學方法的訓練，加強對學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)。

《義務教育小學科學課程標準》（2017）指出：“小學科學課程是一門基礎性課程，早期的科學教育對一個人的科學素養(yǎng)的形成具有十分重要的作用”，“倡導探究式學習”是一個重要的課程基本理念，明確了“小學科學課程實施的主要形式是探究活動”[1]。

然而文獻研究和現(xiàn)狀調(diào)查表明，小學科學課堂目前未能有效地開展探究學習，主要有兩個方面的原因：一是教師不能適應、甚至不能勝任科學探究教學；二是課程資源不足，教具、實驗器材、多媒體設施等缺乏或落后。

科學探究的環(huán)境包括自然情境、實驗室和模擬情境[2]。在自然情境和實驗室環(huán)境中開展科學探究受校內(nèi)外環(huán)境和設施條件限制，而模擬型課件創(chuàng)設的探究情境具有安全可控、易于觀察、便于引入課堂等優(yōu)點，適合小學科學探究側(cè)重于定性觀察和簡單的量化驗證的要求，更為重要的是模擬探究情境在內(nèi)容組織、具體與抽象結(jié)合、觀察和控制、活動引導等方面能夠彌補教師指導的不足。

本研究通過對學生獨立使用模擬型課件進行科學探究學習的觀察，探討模擬型課件對科學探究學習過程的影響。

二、研究方案

1.觀察和訪談對象

觀察和訪談對象為某小學五、六年級學生。對于每個課件應用，從相應年級的一個班里隨機選取15名學生，每3人為一個學習小組，先后參與學生為6個班90人。該小學是位于大同市區(qū)的一般學校，教學水平和學生的學習狀況具有一定的代表性。

2.模擬型課件的選擇和使用

結(jié)合該校本學期科學課程的教學進度，從小學科學探究模擬課件系列中選擇分別適合于五年級和六年級學生的6個課件，包括能量轉(zhuǎn)換、血液循環(huán)、種子萌發(fā)的條件、生物的遺傳、凸透鏡成像、影響植物生長的因素，如圖1所示。

課件的選擇要考慮以下幾個方面因素：①課件所涉及的知識點、觀察或?qū)嶒炘?、觀察或?qū)嶒灢襟E、表現(xiàn)出的科學現(xiàn)象等符合課程標準；②課件體現(xiàn)以學生為主體的教學思想，蘊含科學探究過程和教學策略；③課件結(jié)構(gòu)完整，包含導入情境、探究操作、檢測練習、操作幫助、學習指導等模塊，如圖2所示。

隨著五年級和六年級的教學進度，選取相應年級的學生運用課件進行學習，每個學習小組共享一臺電腦，進行課件的學習和交流，課件學習的時間先于班級授課時間。6個課件分別由6個班的被試使用，以保證所有被試都是第一次接觸和運用該系列課件，避免先前使用經(jīng)驗的干擾。

3.研究方法

（1）結(jié)構(gòu)觀察法

觀察地點在計算機教室，在統(tǒng)一的時間，讓每個小組的學生運用一個模擬型課件，不進行任何教學指導。事先編制好觀察記錄表，采用直接觀察法和攝像機記錄的間接觀察法結(jié)合的方式，以小組為單位觀察學生使用模擬型課件中的語言行為和動作行為。

（2）訪談法

用訪談法作為觀察法的補充。根據(jù)訪談提綱和觀察的疑點，在學生操作完課件后，仍然以學習小組為單位詢問他們的即時感受和思考過程，收集關(guān)于情感態(tài)度的信息。

（3）數(shù)據(jù)收集和處理方法

綜合觀察和訪談收集到的信息，參考課程標準的科學探究學習目標，對每個課件應用的調(diào)查數(shù)據(jù)以學習小組為單位計算得分人數(shù)的百分比，計分等級為：A完全符合、B基本符合、C不符合。最后得出6個課件的百分比平均值。

三、調(diào)查結(jié)果

《義務教育小學科學課程標準》提出，科學探究包括提出問題、猜想與假設、制定計劃、實驗驗證、搜集整理信息、思考與結(jié)論、表達交流等目標要素[1]。結(jié)合模擬型課件的構(gòu)成模塊，參考這些要素觀察學生運用課件的行為，可以了解課件對學生的探究過程的影響。

1.導入情境

模擬型課件的導入對于創(chuàng)設探究情境有重要作用，不僅要吸引學生的注意力，引發(fā)學生的探究欲望和學習興趣，還要引導學生提出問題。導入情境的觀察點為：學生專注于導入情境并提出探究問題。

調(diào)查結(jié)果為：學生在導入模塊平均停留時間占課件學習時間的10.7%。有40.0%的學生提出了探究問題，33.3%的學生對導入感興趣，能提取出有用的信息，26.7%的學生僅迅速瀏覽了導入部分。

結(jié)果表明，課件的導入情境對于引起探究學習興趣和激發(fā)探究問題是有積極作用的，但是一部分學生只關(guān)注導入的有趣內(nèi)容，而忽略了導入所提供的大量相關(guān)知識信息，更不能聯(lián)系導入情境提出自己感興趣的探究問題。

2.探究操作

模擬型課件的探究操作是科學探究活動的核心部分，當學生操作課件時，要引導學生做出假設、計劃、操作和觀察、搜集信息、得出結(jié)論。探究操作活動的觀察點和觀察結(jié)果見表1。

調(diào)查結(jié)果為，學生在探究操作模塊平均停留時間占課件學習時間的61.8%，包括偶爾查看指導或幫助。從表1得知，有30.0%的學生能與以往學習的知識聯(lián)系做出合理的假設，36.7%的學生對探究結(jié)果做出一定的猜想，33.3%的學生沒有提出假設。有33.3%的學生按照提示設計了探究方案，36.7%的學生考慮到了探究步驟，30.0%的學生沒有關(guān)注探究步驟，只是嘗試著操作。以上兩項觀察點有超出30%的學生沒有考慮假設和探究步驟，表明他們的探究過程存在著重要缺陷。

綜上所述，關(guān)于記錄數(shù)據(jù)、分析整理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論和驗證這三個觀察點得分A和B的學生人數(shù)合計都超過70%，可以認為這些學生基本上是有目的地進行探究操作，通過收集和分析數(shù)據(jù)，進而得出結(jié)論，并驗證假設的。

記錄數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和驗證假設的學生人數(shù)有一定的相關(guān)性。在觀察中發(fā)現(xiàn)，那些具有認真記錄數(shù)據(jù)、分類整理數(shù)據(jù)習慣的學生都能合理地統(tǒng)計數(shù)據(jù)，針對不同現(xiàn)象或統(tǒng)計結(jié)果得出相應的結(jié)論。

3.檢測練習

模擬型課件設置檢測練習有兩方面的目的：一是讓學生檢驗自己得到的結(jié)論是否正確，二是檢查學生是否按照課件的引導進行了操作，因而檢測練習實際上是給學生提供有指導的反復探究和驗證的模塊。

學生如果答題錯誤，反饋信息提示重新進行探究操作，依據(jù)操作結(jié)果再次做出回答。如果回答正確，反饋信息則強化相應的知識點或者探究方法。檢測練習的觀察點：按照反饋信息逐項完成練習。

調(diào)查結(jié)果為：學生在檢測練習模塊平均停留時間占課件學習時間的27.5%，包括依據(jù)反饋提示重新探究和驗證。有36.7%的學生能依據(jù)反饋信息完成練習，43.3%的學生會關(guān)注反饋信息，20.0%的學生只是做題和核對答案，不重視反饋信息。

4.表達與交流

科學探究學習目標對表達與交流的要求，是學生能基于所學的知識，采用口頭或文字的表述方式，正確講述自己的探究過程與結(jié)論，能傾聽別人的意見，并與之交流。表達與交流的觀察點：在探究過程中主動表達意見和愿意聽取同學的意見。

調(diào)查結(jié)果為：有43.3%的學生能夠用自己擅長的方式表達意見和樂于聽取意見，40.0%的學生能夠表達清楚自己的觀點和聽取同學意見，16.7%的學生在探究過程沒有表現(xiàn)出主動交流的意愿。

5.探究學習態(tài)度

積極的探究學習態(tài)度表現(xiàn)為在探究活動中始終保持好奇心和主動性，能持續(xù)努力完成預定的探究任務。探究學習態(tài)度的觀察點：對探究活動有持續(xù)的興趣，主動參與小組活動，認真對待每個步驟的任務。

調(diào)查結(jié)果為：學生基本都對科學探究活動表現(xiàn)出興趣，36.7%的學生明顯表現(xiàn)出活躍、積極和主動的態(tài)度，36.7%的學生對各個環(huán)節(jié)的活動都表現(xiàn)出參與的熱情，26.7%的學生參與活動的熱情不夠穩(wěn)定，在小組中處于旁觀者的時間較多。

四、分析與討論

1.模擬型課件能夠有效支持科學探究學習

綜合以上5個方面9個觀察點的調(diào)查結(jié)果，可得出各等級百分比的平均值，在探究活動中學生行為表現(xiàn)達到等級A的為38.1%，達到等級B的為38.5%，達到等級C的為23.4%。其中等級A和等級B的學生人數(shù)比例合計超過了70%。總的來說，模擬型課件能夠有效地支持科學探究學習。

（1）模擬型課件創(chuàng)設了既接近真實又重點突出，充滿趣味性的探究情境，讓學生充分投入探究活動中，增強了學生學習的主動性。

（2）課件所蘊含的指導策略發(fā)揮了積極的作用，引導學生按照合理的步驟經(jīng)歷科學探究的過程，減少了盲目嘗試。課件的多分支結(jié)構(gòu)，允許學生根據(jù)自己的設想選擇不同的探究路徑。課件提供給學生可以設置的參數(shù)，提供多個可以操縱的變量，學生可以根據(jù)自己的設想有更多的選擇，探究的程度也不一樣。

（3）課件適當提供的反饋信息，讓學生在探究過程中得到積極的評價和認可，同時還提示學生學會通過自我反思來修正探究過程中的偏差。

2.模擬型課件的應用要與教師的指導相結(jié)合

本次研究是讓學生完全獨立運用課件學習。學生在探究活動中的行為表現(xiàn)為等級C的有23.4%。同時，9個觀察點的等級A百分比的差異幅度為30.0%-43.3%，等級B的差異幅度為33.3%-43.3%，等級C的差異幅度為16.7%-33.3%。

這些數(shù)據(jù)表明各個學習小組在探究活動中的行為表現(xiàn)是不夠穩(wěn)定的，主要有以下三方面的原因：①模擬型課件對有的探究環(huán)節(jié)指導不充分，對個別化學習的適應性不夠；②學生的學習態(tài)度、學習風格等個體差異；③小組的人員構(gòu)成、內(nèi)部協(xié)調(diào)和活動開展的差異。

在學生應用模擬型課件進行科學探究學習的過程中，加強教師的指導，可以解決或減輕學生探究活動行為表現(xiàn)不穩(wěn)定的問題，從而使學生做得更好[3]。課程標準指出，探究式學習是在教師的指導、組織和支持下，讓學生主動參與、經(jīng)歷科學探究的過程[1]，即做類似于科學家們在科學研究中所進行的那種真實的科學探究[4]。

因此模擬型課件要融合于課堂情境，教師要充分利用課件在提供學習內(nèi)容的同時引導探究過程的特點，把課件的科學探究引導與教師的組織和指導相結(jié)合，構(gòu)建與模擬情境相容的教學方式。這樣不僅能及時發(fā)現(xiàn)和解決學生在探究活動中的問題，使學生在探究過程中保持興趣，愿意持續(xù)努力追尋結(jié)果，而且更有利于學生學習方式轉(zhuǎn)變和科學探究學習能力的發(fā)展。

3.提高模擬型課件的智能化水平

本研究所使用的模擬型課件雖然預設了多種學習途徑和多樣化的反饋與提示，但都是在程序與學生交互控制下實現(xiàn)的，而不是由系統(tǒng)通過智能化判斷提供的，因而不能很好地適應學生的個體差異，這是導致學生在探究活動中的行為表現(xiàn)未能完全符合課程標準要求的一個重要原因。

模擬型課件的改進可以在兩個層次上進行，一個層次是把智能代理融入到課件中，根據(jù)學生探究學習進程和操作的實際情況，給出人性化的提示信息；另一個層次是引入人工智能技術(shù)，由模擬教練對學生的探究學習路徑、探究步驟及方法提供即時指導。

綜上所述，本文基于小學科學課程標準的科學探究學習目標要求，對學生運用模擬型課件進行探究學習的情況進行了觀察和分析，得出一些初步的結(jié)論，確認了模擬型課件對科學探究學習的積極作用，對模擬型課件與課堂教學融合以及課件開發(fā)的改進提出了建議。由于應用的課件數(shù)量少，取樣范圍小，研究結(jié)論的普遍性不足，有待于繼續(xù)深入探討。

參考文獻：

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[2]張軍征，樊文芳.模擬軟件促進科學課程探究學習的作用分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2012（4）：34-39.

[3]伍國華.基于計算機模擬的科學發(fā)現(xiàn)學習實現(xiàn)模式——從單純發(fā)現(xiàn)到指導發(fā)現(xiàn)[J].電化教育研究，2010（8）：51-56.

[4]丁邦平.探究式科學教學：類型與特征[J].教育研究，2010（10）：81-85.

（編輯：李曉萍）