基于WISE平臺(tái)培養(yǎng)小學(xué)高年級(jí)學(xué)生科學(xué)探究能力的探索

陳連鋒 孫磊 劉靜

一、研究背景與問(wèn)題提出

2017年教育部頒布了新一輪的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)和能力已然被列為重要的課程目標(biāo)。其中指出讓學(xué)生“體驗(yàn)科學(xué)探究的基本過(guò)程，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，發(fā)展科學(xué)探究能力”，課標(biāo)中還提出科學(xué)探究的八要素：提出問(wèn)題、作出假設(shè)、制訂計(jì)劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流、反思評(píng)價(jià)。美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出學(xué)生科學(xué)研究的概念：科學(xué)探究指學(xué)生用以獲取知識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家研究自然界所用的方法而進(jìn)行的各種活動(dòng)。李雁冰在“科學(xué)即基于證據(jù)的解釋”這一新型科學(xué)觀的指導(dǎo)下，將科學(xué)探究歸納為五個(gè)學(xué)習(xí)特征，分別為：形成問(wèn)題、獲取證據(jù)、形成解釋、評(píng)價(jià)解釋、交流解釋。不同學(xué)者對(duì)科學(xué)探究歸納的描述方式都不盡相同，但其本質(zhì)都指向了幾個(gè)學(xué)習(xí)要素。課標(biāo)中提出的要素比較全面，更貼近學(xué)生的科學(xué)探究，本文后續(xù)論證是以《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的八要素為指導(dǎo)展開(kāi)的。

科學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)主要有教師的演示實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)和學(xué)生的操作實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。這兩類(lèi)實(shí)驗(yàn)中，教師在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，受實(shí)驗(yàn)器材、教室環(huán)境和光線以及教室內(nèi)學(xué)生人數(shù)的影響，后面的學(xué)生往往不能清晰地看到實(shí)驗(yàn)的步驟、過(guò)程和結(jié)果，這樣會(huì)導(dǎo)致他們對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的方法、內(nèi)容掌握不深刻，久而久之，他們的學(xué)習(xí)興趣和探究能力也隨之下降。那么，學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫乜朔菔緦?shí)驗(yàn)的弊端嗎？其效果并不盡然。因此，在大力倡導(dǎo)提升科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)科學(xué)探究能力的今天，如何克服科學(xué)教學(xué)的困境，借助教育技術(shù)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境、讓每個(gè)學(xué)生有充分的機(jī)會(huì)參與科學(xué)探究的過(guò)程，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力、問(wèn)題解決能力以及知識(shí)的運(yùn)用，是目前科學(xué)教學(xué)面臨的一大挑戰(zhàn)。

由美國(guó)伯克利大學(xué)TELS團(tuán)隊(duì)研發(fā)的WISE（Web-based Inquiry Science Environment）平臺(tái)給師生提供了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究環(huán)境。WISE平臺(tái)以建構(gòu)主義為指導(dǎo)思想，將知識(shí)的建構(gòu)建立在學(xué)生自主發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過(guò)友好的學(xué)習(xí)環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生建構(gòu)所需。它是一個(gè)囊括了科學(xué)、生物、物理、地理科學(xué)、生命科學(xué)以及自然科學(xué)領(lǐng)域的平臺(tái)。WISE開(kāi)發(fā)了一個(gè)用戶(hù)和課程管理系統(tǒng)以及一個(gè)虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過(guò)平臺(tái)教師可以不受時(shí)空約束獲得學(xué)習(xí)的反饋信息，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、方法策略。學(xué)生可按照自己的速度進(jìn)行學(xué)習(xí)，打破課堂四十分鐘的約束，讓教學(xué)更有針對(duì)性，學(xué)習(xí)更具個(gè)性化。

二、基于科學(xué)研究能力的WISE項(xiàng)目分析

“牛頓小車(chē)”是通過(guò)制作、建立模型、虛擬仿真幫助學(xué)生理解能量守恒，探究小車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化為目標(biāo)的學(xué)習(xí)項(xiàng)目。該項(xiàng)目屬于WISE平臺(tái)中物理領(lǐng)域的學(xué)習(xí)項(xiàng)目。該項(xiàng)目共包括：什么是牛頓小車(chē)、第一輪設(shè)計(jì)、讓牛頓小車(chē)更強(qiáng)大、第二輪設(shè)計(jì)、反思五個(gè)活動(dòng)。每個(gè)活動(dòng)又分為若干步驟，學(xué)生在這些步驟的提示和教師的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)。“牛頓小車(chē)”項(xiàng)目與《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的科學(xué)探究八要素之間的對(duì)應(yīng)如下：

三、WISE項(xiàng)目實(shí)施與效果分析

本研究在西安市某小學(xué)五年級(jí)某班（男30人，女22人）進(jìn)行“牛頓小車(chē)”項(xiàng)目的實(shí)施。通過(guò)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法、問(wèn)卷法，研究學(xué)生在WISE平臺(tái)支持下對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解和把握情況以及科學(xué)探究意識(shí)和探究能力提升效果。

（一）實(shí)施過(guò)程

通過(guò)分析課程標(biāo)準(zhǔn)提出的內(nèi)容和目標(biāo)方面的要求，結(jié)合WISE平臺(tái)提供的項(xiàng)目，以參考教學(xué)的進(jìn)度以及學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中對(duì)“能量轉(zhuǎn)化”這一抽象概念難以把握的實(shí)際；考慮學(xué)生第一次參與WISE平臺(tái)支持下科學(xué)學(xué)習(xí)這一情況；WISE項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是依據(jù)美國(guó)課程標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外學(xué)生的學(xué)習(xí)情況設(shè)計(jì)的這一事實(shí)；基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)有別于平時(shí)科學(xué)課堂授課方式這一問(wèn)題；“牛頓小車(chē)”項(xiàng)目原本學(xué)習(xí)對(duì)象是七年級(jí)學(xué)生，但是小學(xué)科學(xué)“能量”章節(jié)教學(xué)內(nèi)容抽象，學(xué)生難以深入把握這一困境，筆者將“牛頓小車(chē)”項(xiàng)目中的提示語(yǔ)稍作修改以貼近學(xué)生利于他們理解和接受，增加了在線討論欄，以便學(xué)生在遇到問(wèn)題時(shí)，得到同伴互助和教師指導(dǎo)，其余均保留了WISE平臺(tái)的步驟。

調(diào)整后教學(xué)進(jìn)度安排如圖1。

（二）結(jié)果分析

參考相關(guān)文獻(xiàn)以及“牛頓小車(chē)”項(xiàng)目的內(nèi)容，鑒于提出問(wèn)題需要一定的情境性，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行分析，學(xué)生的表達(dá)交流能力在項(xiàng)目學(xué)習(xí)時(shí)以及最后的匯報(bào)環(huán)節(jié)會(huì)有體現(xiàn)，本次問(wèn)卷共設(shè)計(jì)8道題目，分別從做出假設(shè)、制訂計(jì)劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、反思評(píng)價(jià)六個(gè)方面考察學(xué)生的探究能力。在項(xiàng)目學(xué)習(xí)前和項(xiàng)目學(xué)習(xí)后分別發(fā)放給學(xué)生填寫(xiě)，以分析通過(guò)學(xué)習(xí)學(xué)生探究能力的改變。本次前測(cè)、后測(cè)各發(fā)放問(wèn)卷57份，各回收57份，回收率100%。第4題多選對(duì)比不選的選項(xiàng)B，其余單選題目均對(duì)比最佳選項(xiàng)，得到前后測(cè)結(jié)果如上圖：

問(wèn)題1搜集證據(jù)。數(shù)據(jù)只是證據(jù)的一部分，大部分學(xué)生能夠理解它們之間的區(qū)別，少數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)之前認(rèn)為“數(shù)據(jù)”與證據(jù)就是一回事，筆者發(fā)現(xiàn)在項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中，認(rèn)為數(shù)據(jù)就是證據(jù)的學(xué)生，只使用平臺(tái)的截圖工具搜集數(shù)據(jù)，后面受到班級(jí)其余同學(xué)潛移默化的影響，也開(kāi)始運(yùn)用自己的平板電腦拍照片和過(guò)程性視頻，并且將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)認(rèn)真記錄。最后的匯報(bào)環(huán)節(jié)，看其余組分享的證據(jù)，學(xué)生的證據(jù)搜集觀念和表現(xiàn)都得到了很大提升。問(wèn)題2、5制訂計(jì)劃?？刂谱兞吭O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一直是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，因此，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中教師專(zhuān)門(mén)針對(duì)此進(jìn)行講解，且WISE平臺(tái)也提供了虛擬實(shí)驗(yàn)供學(xué)生探究，學(xué)生之后制訂計(jì)劃的能力也有了大幅提升。問(wèn)題3得出結(jié)論，這一題目不僅考查學(xué)生的數(shù)據(jù)讀取和分析能力，更考查他們的探究意識(shí)。問(wèn)題4考查做出假設(shè)，他們分析哪些因素會(huì)影響小車(chē)的距離并接下來(lái)的步驟驗(yàn)證，學(xué)生在做假設(shè)時(shí)只思考因素，而并不對(duì)此做初步的判斷。問(wèn)題6做出假設(shè)、得出結(jié)論。通過(guò)探究以及后期的數(shù)據(jù)，總結(jié)小車(chē)在運(yùn)行的過(guò)程中的能量變化情況，從而對(duì)比假設(shè)與結(jié)論是否一致；問(wèn)題7是處理信息，前測(cè)中有部分學(xué)生不能將給出的數(shù)據(jù)與小車(chē)的狀態(tài)對(duì)應(yīng)，也就是他們不能根據(jù)探究結(jié)果解釋這一現(xiàn)象。問(wèn)題8后測(cè)題目考查反思評(píng)價(jià)。綜上所述，本次學(xué)習(xí)之后，學(xué)生搜集證據(jù)的意識(shí)提高，同時(shí)，借助平臺(tái)提供的虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生做出假設(shè)、處理信息、得出結(jié)論方面做得也比較好。最重要的是在探究活動(dòng)結(jié)束后，他們經(jīng)過(guò)做記錄、填寫(xiě)報(bào)告、交流評(píng)價(jià)等，像科學(xué)家一樣思考和探索。

四、展望與探討

僅僅一次自主探究活動(dòng)，可能只是在短時(shí)間內(nèi)或者小范圍內(nèi)幫助學(xué)生提高自身探究能力。能力的形成需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，只有在不斷實(shí)踐和嘗試中才能鞏固?？茖W(xué)課是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的最佳沃土，但是WISE平臺(tái)提供的探究項(xiàng)目都是獨(dú)立的，與教材內(nèi)容不能同步；且平臺(tái)中只有少數(shù)幾個(gè)適合小學(xué)階段學(xué)生學(xué)習(xí)的項(xiàng)目；而且WISE平臺(tái)提供的項(xiàng)目并不是針對(duì)我國(guó)學(xué)生的學(xué)情而開(kāi)發(fā)的，更沒(méi)有考慮不同地區(qū)、不同學(xué)校學(xué)生的實(shí)際。再者，已有的項(xiàng)目學(xué)時(shí)比較多，學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)、跨度大，在小學(xué)低年級(jí)學(xué)生中難以組織開(kāi)展，建議開(kāi)發(fā)一些趣味性強(qiáng)、難度低、耗時(shí)短的項(xiàng)目供小學(xué)中低年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)。此外，教師在運(yùn)用WISE平臺(tái)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際對(duì)項(xiàng)目做必要的調(diào)整和修改，也可以自主地開(kāi)發(fā)一些適合本科目學(xué)習(xí)的內(nèi)容，以更好地借助平臺(tái)幫助學(xué)生提升探究意識(shí)和探究能力。

WISE平臺(tái)最大的優(yōu)勢(shì)就是提供了供學(xué)生反復(fù)探究的虛擬實(shí)驗(yàn)，能夠最大限度地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。但同時(shí)，小學(xué)階段學(xué)生處于從具體形象思維向抽象邏輯思維過(guò)渡的階段，他們的思維還是以具體形象思維為主，因此，在借助WISE平臺(tái)學(xué)習(xí)時(shí)還應(yīng)該注意虛實(shí)結(jié)合。最好能在平臺(tái)提供虛擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作或借助于具體實(shí)物，從而讓學(xué)生獲得直觀的感受和認(rèn)識(shí)。

作者單位 陜西省西安市蓮湖區(qū)遠(yuǎn)東第二小學(xué)