淺談網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中的科學(xué)課程分析活動(dòng)設(shè)計(jì)論文
環(huán)境科學(xué)課程的探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中，分析是學(xué)習(xí)過程中的基本步驟，指導(dǎo)是有效分析的前提。文章在認(rèn)知理論的基礎(chǔ)上，明確了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中的科學(xué)課程分析活動(dòng)及其指導(dǎo)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了科學(xué)課程分析活動(dòng)的過程和步驟，結(jié)合科學(xué)課程分析活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)課件案例予以說明。
0引言
科學(xué)課程的探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中，分析活動(dòng)是研究型學(xué)習(xí)過程的關(guān)鍵步驟，對(duì)于科學(xué)課程的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的目的有兩種，一種是掌握科學(xué)分析的方法或步驟;另一種是通過分析得出科學(xué)的結(jié)論，習(xí)得科學(xué)知識(shí)�？茖W(xué)課程探究學(xué)習(xí)的結(jié)果是客觀的、真實(shí)的，所以其結(jié)果具有唯一性。網(wǎng)絡(luò)的開放、資源共享等特點(diǎn)，使其為科學(xué)課程分析活動(dòng)提供了一個(gè)新的學(xué)習(xí)環(huán)境。但是，目前網(wǎng)上學(xué)習(xí)活動(dòng)主要階段往往是呈現(xiàn)問題、布置任務(wù)、提供目標(biāo)導(dǎo)向，以及可能利用的網(wǎng)絡(luò)資源。[1]沒有充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)分析的支持，且學(xué)習(xí)也往往是在無(wú)法獲得指導(dǎo)的條件下進(jìn)行，這種形式對(duì)于開放性研究結(jié)果的課程學(xué)習(xí)是可行的，但是對(duì)于有確定規(guī)律或結(jié)論的科學(xué)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)是不適宜的，即科學(xué)探究中指導(dǎo)是必不可少。
本文提出的科學(xué)課程分析活動(dòng)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)科學(xué)課程中的“分析”是一個(gè)科學(xué)探究活動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)“分析”活動(dòng)本身的技術(shù)支持，即在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上可實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)、可利用資源鏈接、分析歸納結(jié)果、反饋評(píng)價(jià)、交流互動(dòng)等學(xué)習(xí)活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)分析過程中“指導(dǎo)”對(duì)科學(xué)分析的重要性。
一 科學(xué)課程分析活動(dòng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)
認(rèn)知理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)者在現(xiàn)實(shí)情境中完成真實(shí)性任務(wù)，更容易發(fā)展解決問題的能力，有利于知識(shí)和技能的遷移。教學(xué)設(shè)計(jì)在于創(chuàng)建一種能激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)意義的真實(shí)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可以創(chuàng)設(shè)具有“教學(xué)真實(shí)”的情境，它具有現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜性，所需要的工具和條件隱含于情境之中，對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)隱含于解決問題的過程之中。
科學(xué)課程分析活動(dòng)是一種分步探究學(xué)習(xí)，是按照一定的步驟或規(guī)則解決問題，屬于智慧技能中高層次的學(xué)習(xí)類型。對(duì)科學(xué)課程分析活動(dòng)的設(shè)計(jì)是由要精心設(shè)計(jì)要解決的問題或要完成的任務(wù)，以及科學(xué)分析的方法步驟構(gòu)成，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者分步驟觀察和思考每一步的方法和結(jié)果。
分步探究活動(dòng)要具有指導(dǎo)功能，指導(dǎo)學(xué)習(xí)者按照分析任務(wù)的要求，有步驟地分析數(shù)據(jù)，判斷它們的有效性、趨勢(shì)和隱含的規(guī)律。這種活動(dòng)要幫助學(xué)習(xí)者把無(wú)用的信息和有用的信息分離開，從分散、混淆和具體例子中發(fā)現(xiàn)一般原理和結(jié)論，學(xué)會(huì)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔ⅲ约爸R(shí)。指導(dǎo)表現(xiàn)在任務(wù)分析、形成問題、內(nèi)容呈現(xiàn)、操作規(guī)則、獲得反饋等各個(gè)環(huán)節(jié)。
因此，指導(dǎo)的科學(xué)課程分析活動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有以下的特點(diǎn)：
第一，以學(xué)生為中心進(jìn)行教學(xué)。教師不是分析方法和結(jié)果的傳授者，而是學(xué)生獲取信息和嘗試探索的引導(dǎo)者。
第二，強(qiáng)調(diào)在實(shí)際情境中進(jìn)行教學(xué)。提供復(fù)雜的、一體化的、可信度高的學(xué)習(xí)環(huán)境。
第三，注重協(xié)作學(xué)習(xí)。通過學(xué)習(xí)者的相互合作可以使理解更加豐富、全面。[2]
第四，提供充分的資源。使分析活動(dòng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都有必要的信息支持。
第五，充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持分析、提供指導(dǎo)。
二 指導(dǎo)的科學(xué)分析活動(dòng)步驟與過程
基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究學(xué)習(xí)的基本過程是：確定問題、呈現(xiàn)材料、分析研究材料、歸納分析結(jié)果，其中指導(dǎo)的分析活動(dòng)步驟如表1所示。
第一步，發(fā)布分析任務(wù)。教師將設(shè)計(jì)好的探究問題發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。該步的“指導(dǎo)”強(qiáng)調(diào)教師將學(xué)生探究的內(nèi)容與探究方法巧妙地結(jié)合在“分析任務(wù)”中。學(xué)生探究選擇的媒體是教師發(fā)布分析任務(wù)的網(wǎng)頁(yè)，同時(shí)，可以借助網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)實(shí)中的討論組來確定完成分析任務(wù)的基本方案。
第二步，收集數(shù)據(jù)。學(xué)生根據(jù)第一步確定的分析方案，借助課程網(wǎng)頁(yè)或教師提供的數(shù)據(jù)資源，收集相關(guān)數(shù)據(jù)。該步的“指導(dǎo)”強(qiáng)調(diào)提供充分的、一體化的、可信度高的學(xué)習(xí)環(huán)境及資源。
第三步，運(yùn)用分析方法。應(yīng)用一定的分析方法研究收集到的有效數(shù)據(jù)。網(wǎng)頁(yè)或表單既可以提供材料，又可以引導(dǎo)學(xué)生分析。如在分析過程發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不足，可以繼續(xù)收集。該步的“指導(dǎo)”更注重用技術(shù)支持和引導(dǎo)分析。
第四步，抽象或概括。學(xué)習(xí)者借助一定的應(yīng)用軟件，對(duì)分析的科學(xué)任務(wù)進(jìn)行抽象或概括其趨勢(shì)、模式或規(guī)則。這里要注重為學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的意義提供各種必要條件。
第五步，驗(yàn)證或修正規(guī)律。學(xué)習(xí)者在新數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上通過與網(wǎng)頁(yè)交互和獲取反饋，驗(yàn)證或修正自己總結(jié)的規(guī)律。
第六步，提交報(bào)告。通過學(xué)習(xí)者的相互合作可以使理解更加豐富、全面。因此學(xué)習(xí)者可以將經(jīng)過小組討論的探究結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)明的'總結(jié)，闡述發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，并以電子郵件等方式提交。
三 指導(dǎo)的科學(xué)分析的應(yīng)用案例
科學(xué)課程中，指導(dǎo)的分析可以應(yīng)用于兩種目的，基本的目的是教授科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鲞^程和方法，包括計(jì)算或估計(jì)數(shù)據(jù)的值，按照步驟對(duì)項(xiàng)目分類、比較、排序等，要強(qiáng)調(diào)技巧和步驟。這種活動(dòng)還可以教授通過分析數(shù)據(jù)揭示規(guī)律，也即由分析到綜合的過程。分析只是一種手段，目的是讓學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)從未注意的規(guī)律或不確信的趨勢(shì)，因此，這時(shí)科學(xué)分析活動(dòng)中，過程和方法要簡(jiǎn)單，主要是讓學(xué)習(xí)者關(guān)注規(guī)律。
1 注重學(xué)生掌握科學(xué)分析技能
案例一：土壤結(jié)構(gòu)分析
圖1是土壤結(jié)構(gòu)分析的網(wǎng)絡(luò)課件界面。[3]學(xué)生利用右側(cè)土壤結(jié)構(gòu)三角圖中的數(shù)據(jù)，把左側(cè)的土壤樣本(Soil samples)與土壤結(jié)構(gòu)(Soil texture)匹配起來。每個(gè)樣本對(duì)應(yīng)土壤成份的一組數(shù)據(jù)，如土壤樣本(20%Clay，23%Sand)，學(xué)生必須從結(jié)構(gòu)圖中排除其它比例的成份找出這組數(shù)據(jù)，以及對(duì)應(yīng)的土壤結(jié)構(gòu)(B)Silt loam(淤泥性沃土)。
該案例在學(xué)生進(jìn)行科學(xué)分析時(shí)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供了分析的科學(xué)材料，包括圖1右側(cè)三角形圖表，它既是分析的對(duì)象，又是完成分析任務(wù)的依據(jù)，以及左側(cè)提供的真實(shí)的土壤樣本數(shù)據(jù)。該環(huán)境還提供了分析指導(dǎo)，隱含在土壤結(jié)構(gòu)的定義、三角形圖形樣式、任務(wù)要求以及反饋信息中。學(xué)習(xí)者要得出正確的結(jié)果，必須對(duì)圖1右側(cè)三角圖中所給的數(shù)據(jù)和土質(zhì)進(jìn)行比較、分類、歸納，學(xué)習(xí)者個(gè)體或小組通過分析掌握土壤結(jié)構(gòu)分析的一般過程與方法。
案例二：火山石分類分析
圖2是對(duì)火山石分類的網(wǎng)絡(luò)課件界面。學(xué)生根據(jù)巖石的質(zhì)地和巖漿的類型，把右側(cè)的巖塊拖放到左側(cè)對(duì)應(yīng)的格子中。
該案例如果從所呈現(xiàn)的任務(wù)來看，類似于圖1案例。但是，該案例的學(xué)習(xí)者欲完成學(xué)習(xí)任務(wù)，必須通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供的必要鏈接資源來了解每一種火山巖的形成條件，仔細(xì)觀測(cè)、對(duì)比、辨別巖石的質(zhì)地和巖漿的類型。案例是通過問題的二維形式及反饋信息指導(dǎo)學(xué)習(xí)者分析的。 案例三：美國(guó)建筑風(fēng)格的分析與層級(jí)排列
圖3是對(duì)美國(guó)建筑風(fēng)格的分析與層級(jí)排列的網(wǎng)絡(luò)課件的主要界面。案例三與案例一、案例二相類似，都側(cè)重于學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)分析過程與方法的掌握。學(xué)習(xí)者的每次嘗試都是假設(shè)和驗(yàn)證過程。
該網(wǎng)絡(luò)課件為學(xué)習(xí)者提供40多種美國(guó)建筑風(fēng)格的詳實(shí)材料來支持學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)分析。案例是讓學(xué)生把美國(guó)從1600年到1940年的建筑風(fēng)格，按時(shí)間順序和屬性關(guān)系排列為層級(jí)。圖的左側(cè)是無(wú)序列出的風(fēng)格(Styles)名稱，學(xué)生用鼠標(biāo)點(diǎn)擊，把選中的風(fēng)格排在右側(cè)表單中。學(xué)習(xí)者在任務(wù)指導(dǎo)要求下，首先必須了解美國(guó)從1600年到1940年的建筑風(fēng)格，以及其每一種建筑風(fēng)格的基本特征及其年代背景等，如先了解Victorian(維多利亞式)、Gothic Revival(復(fù)興歌特派)、Carpenter Gothic(木結(jié)構(gòu)歌特派)等風(fēng)格建筑的特點(diǎn)、及主建年代、分布等，之后比較、分析、綜合每一種建筑風(fēng)格的多方面因素，才能將其正確排列在界面右側(cè)的表單中。該例是通過建筑風(fēng)格名稱和表單的層級(jí)樣式引導(dǎo)學(xué)生分析的。
2 注重通過分析發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律
案例四：兩物體之間熱流量與其溫差、熱傳導(dǎo)系數(shù)、接觸面積等相關(guān)因素的關(guān)系的分析。
圖4是該內(nèi)容學(xué)習(xí)活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)課程的主要界面。該案例的側(cè)重點(diǎn)是，通過分析兩物體之間熱流量與其溫差、介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)、接觸面積、以及介質(zhì)厚度等相關(guān)因素的關(guān)系發(fā)現(xiàn)熱傳導(dǎo)的規(guī)律。
網(wǎng)絡(luò)課程在界面的左上方說明(Instructions)部分給出任務(wù)及要求，讓學(xué)生按照右側(cè)數(shù)據(jù)表(Data表)中的接觸面積(Area)和熱流量，把代表一組數(shù)據(jù)的6個(gè)圓點(diǎn)拖放到坐標(biāo)圖中，數(shù)據(jù)表(Data表)下面每帶序號(hào)的小圓點(diǎn)分別代表數(shù)據(jù)表中的相同序號(hào)的一組數(shù)據(jù)，如小圓點(diǎn)●代表數(shù)據(jù)表中的第二組數(shù)據(jù)，即4.1205(接觸面積為4.1平方毫米，相應(yīng)熱流量為205)。圖中間的說明框(Specifications)中列出的是這組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的熱交換物體的溫度、介質(zhì)熱傳導(dǎo)系數(shù)、介質(zhì)厚度等條件，當(dāng)拖放正確時(shí)，形成一條曲線，然后課程界面上顯示另一組數(shù)據(jù)和條件。重復(fù)多次以后，學(xué)生通過觀測(cè)、對(duì)比、分析、歸納，發(fā)現(xiàn)熱流量與其相關(guān)因素之間的客觀規(guī)律。
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