初中信息技術(shù)基于模型的探究教學(xué)研究

施阿婷

(揚(yáng)州大學(xué)，江蘇揚(yáng)州225000)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展，模型對(duì)教學(xué)的意義得到國(guó)內(nèi)外一致肯定。Harrison & Treagust認(rèn)為模型能夠促進(jìn)學(xué)生的探究、交流與溝通，是科學(xué)思考和科學(xué)活動(dòng)中非常重要的工具，科學(xué)推論、交流與預(yù)測(cè)的過程必須借以模型作為輔助工具來完成[1]。因此，模型在科學(xué)教育中的作用不可忽視。Gilbert指出，模型可以是真實(shí)的物體、對(duì)實(shí)體的抽象表征或兩者的混合體，也可以是對(duì)某一事件、過程或者系統(tǒng)的表征[2]。在基于模型的教學(xué)發(fā)展一段時(shí)間后，Windschitl提出建模是一種探究的形式，其目的在于檢驗(yàn)學(xué)習(xí)者本身對(duì)于真實(shí)世界的某種觀點(diǎn)或者基于某種標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估表征的充分性[3]。另外，María Isabel Hernández認(rèn)為將基于模型的學(xué)習(xí)與基于建模的學(xué)習(xí)兩者整合在一起產(chǎn)生探究的過程，也是基于模型的探究[4]。

美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)《國(guó)家探究和科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出，探究是學(xué)生的活動(dòng)，涉及到觀察、提出問題、審視書籍和其他信息來源去判斷什么是已知的、提出探究計(jì)劃、從收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)的角度回顧什么是已知的，使用工具來收集、分析和解釋數(shù)據(jù)、提出問題的答案、解釋、預(yù)測(cè)和交流最終結(jié)果。因此，探究是學(xué)生形成知識(shí)、理解科學(xué)觀點(diǎn)以及理解科學(xué)家如何研究自然世界的過程，探究的過程即是學(xué)習(xí)的過程[5]。Madinach和Cline注意到建模能顯著提高學(xué)生的探究技能。在Schwarz和White的研究中他們發(fā)現(xiàn)在Thinker-Tools中接受建模裝置訓(xùn)練的學(xué)生，在探究后測(cè)和遠(yuǎn)遷移問題上有所提高[6]。

目前現(xiàn)有的實(shí)證研究中，都是將探究作為框架，將模型建構(gòu)融入其中，作為探究前期和最終探究結(jié)果的一種呈現(xiàn)。學(xué)生通過探究活動(dòng)建立并修改模型，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)模型和建模的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的探究技能。

1 基于模型的探究性教學(xué)設(shè)計(jì)與建設(shè)

使用基于建模和探究活動(dòng)的教學(xué)框架EIMA，主要包括參與、探究、模型和應(yīng)用幾個(gè)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)模式中，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中處于被動(dòng)狀態(tài)，教學(xué)效果很難達(dá)到最佳狀態(tài)。EIMA鼓勵(lì)“學(xué)中做、做中學(xué)”的方式，教師讓學(xué)生參與引導(dǎo)式科學(xué)探究，重點(diǎn)是創(chuàng)建、使用和修訂模型。根據(jù)探究課教學(xué)實(shí)際情況，課程組教師總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中處于主體地位教學(xué)要求，對(duì)基于模型的探究教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與初步的建設(shè)。

1.1 教學(xué)內(nèi)容的完善與優(yōu)化

初中信息技術(shù)課代碼部分，教學(xué)內(nèi)容單調(diào)、實(shí)用性不強(qiáng)，有些內(nèi)容沒有革新，學(xué)生興趣低。應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研與學(xué)情分析，將原有的知識(shí)點(diǎn)融入到模型搭建中，讓學(xué)生在模型搭建的活動(dòng)過程中提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的探究能力。例如，在“含羞草”活動(dòng)中將“光感器”、“觸碰開關(guān)”傳感器知識(shí)加到循環(huán)語句、條件語句中，實(shí)現(xiàn)“無光—閉合，有光—展開”的“含羞草模型”。學(xué)生在搭建過程中對(duì)語句有更全面的理解，掌握模型搭建的美觀性與實(shí)用性。近幾年，STEAM教育號(hào)召下，多個(gè)高校課程組教師帶領(lǐng)學(xué)生完成了多個(gè)項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，如迷宮設(shè)計(jì)、遙控汽車等，極大的豐富了教學(xué)內(nèi)容。

除了基礎(chǔ)項(xiàng)目，又增加了拓展性項(xiàng)目，根據(jù)傳感器及程序語句，結(jié)合現(xiàn)實(shí)進(jìn)行問題設(shè)置。如“智慧家庭”—“室內(nèi)溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)”，要求學(xué)生能根據(jù)條件語句和循環(huán)語句的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)在一定溫濕度條件下，加濕器與空調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)智能家居。拓展性活動(dòng)是進(jìn)階版教學(xué)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)要求更高，具有開放性、主動(dòng)性和研究性特點(diǎn)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)合作精神。

1.2 基于模型的探究性教學(xué)實(shí)現(xiàn)

基于模型的探究性教學(xué)由師生圍繞一個(gè)項(xiàng)目開展教學(xué)。初期模型創(chuàng)建，學(xué)生根據(jù)題目收集知識(shí)選取傳感器，利用搭建手冊(cè)、視頻完成模型創(chuàng)建。探究所需程序語句，進(jìn)行程序編寫、測(cè)試。最后語句與模型連接，實(shí)現(xiàn)模型搭建。

雖然在基于模型的探究活動(dòng)中以學(xué)生為主導(dǎo)，自主完成模型構(gòu)建，但教師在整個(gè)教學(xué)過程中承擔(dān)著支架的作用[4]。教師在拓展性項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施中更注重過程的指導(dǎo)和結(jié)果的考察。模型初創(chuàng)及總結(jié)報(bào)告撰寫，教師的指導(dǎo)不可或缺。在探究過程中，教師也要考查合作和綜合運(yùn)用能力。

1.3 課后任務(wù)與成績(jī)?cè)u(píng)定

在探究活動(dòng)后還要利用在線平臺(tái)完成課后的討論與測(cè)驗(yàn)。討論區(qū)是開放狀態(tài)，方便師生討論，形成“學(xué)習(xí)共同體”。教師在網(wǎng)上給學(xué)生反饋成績(jī)，包含課前資料讀取、課堂模型搭建完成情況，小組配合度、測(cè)驗(yàn)成績(jī)、討論區(qū)的活躍程度等，每個(gè)步驟都有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。教師根據(jù)學(xué)生在課堂與錄像中的表現(xiàn)，輔助評(píng)判指標(biāo)評(píng)定。

2 基于模型的探究性教學(xué)實(shí)踐

國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，推進(jìn)編程教育在國(guó)內(nèi)的蓬勃發(fā)展。國(guó)內(nèi)學(xué)者高鳳以Scratch軟件和Arduino硬件為基本原型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為全方位推進(jìn)該教育方式的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件[9]。為響應(yīng)“信息技術(shù)2.0行動(dòng)計(jì)劃”，近兩年來，揚(yáng)州大學(xué)新聞與傳媒學(xué)院教育技術(shù)專業(yè)開始著手基于模型的探究教學(xué)改革的嘗試，提高中學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力、探究能力與實(shí)踐能力，發(fā)展中學(xué)生的信息素養(yǎng)，并在美琪中學(xué)、翠崗中學(xué)、樹人中學(xué)等校進(jìn)行試行，取得了初步成績(jī)。

經(jīng)幾屆師生的努力，編程教學(xué)內(nèi)容得到補(bǔ)充與更新，學(xué)生設(shè)計(jì)的項(xiàng)目由教師改進(jìn)完善，補(bǔ)充教材，增加了新項(xiàng)目，形成良性迭代。目前為止，探究活動(dòng)有普通版和進(jìn)階版兩個(gè)模塊，各八個(gè)項(xiàng)目，這些數(shù)字仍在增長(zhǎng)。研究了陸續(xù)完成模型構(gòu)建探究課課件及視頻的制作工作，并整理了如試題庫、微課視頻等在線平臺(tái)建設(shè)所需的其他資料。

在試行中，教學(xué)評(píng)價(jià)的改革是重要一環(huán)。探究活動(dòng)的評(píng)價(jià)機(jī)制經(jīng)過這幾年的實(shí)施更趨公平合理。從單一的期末成績(jī)變成由課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、總結(jié)報(bào)告三個(gè)部分，借助在線平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的學(xué)生互評(píng)、專家評(píng)定的多元評(píng)價(jià)。

中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化實(shí)施方案(2018-2022年)》，強(qiáng)調(diào)促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，支持學(xué)校充分利用信息技術(shù)開展人才培養(yǎng)模式和教學(xué)方法改革，逐步實(shí)現(xiàn)信息化教與學(xué)應(yīng)用師生全覆蓋[10]，探研性教學(xué)方法前景廣闊。

3 結(jié)論與展望

項(xiàng)目完成后，經(jīng)過與師生的訪談，得知通過模型構(gòu)建教學(xué)，學(xué)生能夠自主拓展知識(shí)，小組合作頻繁，且在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)中這些行為也保留。由此可知，基于模型的探究性教學(xué)可以對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力、發(fā)現(xiàn)問題與問題解決能力、合作能力以及創(chuàng)新思維產(chǎn)生影響，學(xué)生的探究能力得到提升。

盡管國(guó)內(nèi)外提倡將探究作為一種教學(xué)策略，但是基于模型的探究在實(shí)施過程中仍有許多問題需要解決。一是探究性教學(xué)的有效性有賴于對(duì)學(xué)習(xí)者的支持。二是探究活動(dòng)并不是獲取結(jié)論的唯一有效途徑。這要求教師辯證看待實(shí)踐與理論的關(guān)系。三是科學(xué)解釋并不都能通過直接觀察得到。四是探究活動(dòng)要形神俱到。既要注重模型建構(gòu)的流程，也要注重搭建過程中學(xué)生探究能力的發(fā)展。

不可否認(rèn)，基于模型的探究教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生探究能力、發(fā)現(xiàn)問題與解決問題，綜合運(yùn)用知識(shí)方面有優(yōu)勢(shì)，但如何影響學(xué)生的能力發(fā)展有待我們進(jìn)一步探索。