网络学习环境中的科学课程分析活动设计

来源:用户上传      作者: 黄淑珍

　　【摘要】科学课程的探究学习活动中，分析是学习过程中的基本步骤，指导是有效分析的前提。文章在认知理论的基础上，明确了网络学习环境中的科学课程分析活动及其指导的特点，设计了科学课程分析活动的过程和步骤，结合科学课程分析活动的网络课件案例予以说明。
　　【关键词】网络学习环境；科学课程；分析活动；设计
　　【中图分类号】G420 【文献标识码】A【论文编号】1009―8097（2009）06―0032―03
　　
　　引言
　　
　　科学课程的探究学习活动中，分析活动是研究型学习过程的关键步骤，对于科学课程的研究性学习活动的目的有两种，一种是掌握科学分析的方法或步骤；另一种是通过分析得出科学的结论，习得科学知识。科学课程探究学习的结果是客观的、真实的，所以其结果具有唯一性。网络的开放、资源共享等特点，使其为科学课程分析活动提供了一个新的学习环境。但是，目前网上学习活动主要阶段往往是呈现问题、布置任务、提供目标导向，以及可能利用的网络资源。[1]没有充分发挥网络技术对分析的支持，且学习也往往是在无法获得指导的条件下进行，这种形式对于开放性研究结果的课程学习是可行的，但是对于有确定规律或结论的科学课程内容学习是不适宜的，即科学探究中指导是必不可少。
　　本文提出的科学课程分析活动设计，强调科学课程中的“分析”是一个科学探究活动的关键环节，强调网络学习环境对“分析”活动本身的技术支持，即在网络平台上可实现学习内容呈现、可利用资源链接、分析归纳结果、反馈评价、交流互动等学习活动，强调分析过程中“指导”对科学分析的重要性。
　　
　　一 科学课程分析活动设计的理论基础
　　
　　认知理论认为，学习者在现实情境中完成真实性任务，更容易发展解决问题的能力，有利于知识和技能的迁移。教学设计在于创建一种能激发和引导学生积极主动构建知识意义的真实环境。网络环境可以创设具有“教学真实”的情境，它具有现实的复杂性，所需要的工具和条件隐含于情境之中，对学生探究能力的培养隐含于解决问题的过程之中。
　　科学课程分析活动是一种分步探究学习，是按照一定的步骤或规则解决问题，属于智慧技能中高层次的学习类型。对科学课程分析活动的设计是由要精心设计要解决的问题或要完成的任务，以及科学分析的方法步骤构成，指导学习者分步骤观察和思考每一步的方法和结果。
　　分步探究活动要具有指导功能，指导学习者按照分析任务的要求，有步骤地分析数据，判断它们的有效性、趋势和隐含的规律。这种活动要帮助学习者把无用的信息和有用的信息分离开，从分散、混淆和具体例子中发现一般原理和结论，学会把数据转变为信息，以及知识。指导表现在任务分析、形成问题、内容呈现、操作规则、获得反馈等各个环节。
　　因此，指导的科学课程分析活动设计应具有以下的特点：
　　第一，以学生为中心进行教学。教师不是分析方法和结果的传授者，而是学生获取信息和尝试探索的引导者。
　　第二，强调在实际情境中进行教学。提供复杂的、一体化的、可信度高的学习环境。
　　第三，注重协作学习。通过学习者的相互合作可以使理解更加丰富、全面。[2]
　　第四，提供充分的资源。使分析活动的每个环节都有必要的信息支持。
　　第五，充分利用网络技术支持分析、提供指导。
　　二 指导的科学分析活动步骤与过程
　　基于网络的科学探究学习的基本过程是：确定问题、呈现材料、分析研究材料、归纳分析结果，其中指导的分析活动步骤如表1所示。
　　
　　第一步，发布分析任务。教师将设计好的探究问题发布在网络环境中。该步的“指导”强调教师将学生探究的内容与探究方法巧妙地结合在“分析任务”中。学生探究选择的媒体是教师发布分析任务的网页，同时，可以借助网络或现实中的讨论组来确定完成分析任务的基本方案。
　　第二步，收集数据。学生根据第一步确定的分析方案，借助课程网页或教师提供的数据资源，收集相关数据。该步的“指导”强调提供充分的、一体化的、可信度高的学习环境及资源。
　　第三步，运用分析方法。应用一定的分析方法研究收集到的有效数据。网页或表单既可以提供材料，又可以引导学生分析。如在分析过程发现数据不足，可以继续收集。该步的“指导”更注重用技术支持和引导分析。
　　第四步，抽象或概括。学习者借助一定的应用软件，对分析的科学任务进行抽象或概括其趋势、模式或规则。这里要注重为学生建构知识的意义提供各种必要条件。
　　第五步，验证或修正规律。学习者在新数据基础上通过与网页交互和获取反馈，验证或修正自己总结的规律。
　　第六步，提交报告。通过学习者的相互合作可以使理解更加丰富、全面。因此学习者可以将经过小组讨论的探究结果进行简明的总结，阐述发现的规律，并以电子邮件等方式提交。
　　
　　三 指导的科学分析的应用案例
　　
　　科学课程中，指导的分析可以应用于两种目的，基本的目的是教授科学严谨的分析过程和方法，包括计算或估计数据的值，按照步骤对项目分类、比较、排序等，要强调技巧和步骤。这种活动还可以教授通过分析数据揭示规律，也即由分析到综合的过程。分析只是一种手段，目的是让学习者发现从未注意的规律或不确信的趋势，因此，这时科学分析活动中，过程和方法要简单，主要是让学习者关注规律。
　　1 注重学生掌握科学分析技能
　　案例一：土壤结构分析
　　图1是土壤结构分析的网络课件界面。[3]学生利用右侧土壤结构三角图中的数据，把左侧的土壤样本（Soil samples）与土壤结构（Soil texture）匹配起来。每个样本对应土壤成份的一组数据，如土壤样本（20%Clay，23%Sand），学生必须从结构图中排除其它比例的成份找出这组数据，以及对应的土壤结构（B）Silt loam（淤泥性沃土）。
　　该案例在学生进行科学分析时，网络环境提供了分析的科学材料，包括图1右侧三角形图表，它既是分析的对象，又是完成分析任务的依据，以及左侧提供的真实的土壤样本数据。该环境还提供了分析指导，隐含在土壤结构的定义、三角形图形样式、任务要求以及反馈信息中。学习者要得出正确的结果，必须对图1右侧三角图中所给的数据和土质进行比较、分类、归纳，学习者个体或小组通过分析掌握土壤结构分析的一般过程与方法。
　　
　　案例二：火山石分类分析
　　图2是对火山石分类的网络课件界面。学生根据岩石的质地和岩浆的类型，把右侧的岩块拖放到左侧对应的格子中。
　　该案例如果从所呈现的任务来看，类似于图1案例。但是，该案例的学习者欲完成学习任务，必须通过网络环境提供的必要链接资源来了解每一种火山岩的形成条件，仔细观测、对比、辨别岩石的质地和岩浆的类型。案例是通过问题的二维形式及反馈信息指导学习者分析的。
　　
　　案例三：美国建筑风格的分析与层级排列
　　图3是对美国建筑风格的分析与层级排列的网络课件的主要界面。案例三与案例一、案例二相类似，都侧重于学习者对科学分析过程与方法的掌握。学习者的每次尝试都是假设和验证过程。
　　该网络课件为学习者提供40多种美国建筑风格的详实材料来支持学习者学习分析。案例是让学生把美国从1600年到1940年的建筑风格，按时间顺序和属性关系排列为层级。图的左侧是无序列出的风格（Styles）名称，学生用鼠标点击，把选中的风格排在右侧表单中。

　　学习者在任务指导要求下，首先必须了解美国从1600年到1940年的建筑风格，以及其每一种建筑风格的基本特征及其年代背景等，如先了解Victorian(维多利亚式)、Gothic Revival(复兴歌特派)、Carpenter Gothic（木结构歌特派）等风格建筑的特点、及主建年代、分布等，之后比较、分析、综合每一种建筑风格的多方面因素，才能将其正确排列在界面右侧的表单中。该例是通过建筑风格名称和表单的层级样式引导学生分析的。
　　
　　2 注重通过分析发现科学规律
　　案例四：两物体之间热流量与其温差、热传导系数、接触面积等相关因素的关系的分析。
　　图4是该内容学习活动的网络课程的主要界面。该案例的侧重点是，通过分析两物体之间热流量与其温差、介质热传导系数、接触面积、以及介质厚度等相关因素的关系发现热传导的规律。
　　
　　网络课程在界面的左上方说明（Instructions）部分给出任务及要求，让学生按照右侧数据表（Data表）中的接触面积（Area）和热流量，把代表一组数据的6个圆点拖放到坐标图中，数据表（Data表）下面每带序号的小圆点分别代表数据表中的相同序号的一组数据，如小圆点●代表数据表中的第二组数据，即4.1205（接触面积为4.1平方毫米，相应热流量为205）。图中间的说明框（Specifications）中列出的是这组数据对应的热交换物体的温度、介质热传导系数、介质厚度等条件，当拖放正确时，形成一条曲线，然后课程界面上显示另一组数据和条件。重复多次以后，学生通过观测、对比、分析、归纳，发现热流量与其相关因素之间的客观规律。
　　
　　参考文献
　　[1] 祝智庭,王陆.网络教育应用[M].北京:北京师范大学出版社, 2004:51-52.
　　[2] (美)戴维•H•乔纳森.学习环境的理论基础[M].上海:华东师范大学出版社, 2002:31-32.
　　[3] 张军征.多媒体教学软件设计原理与方法[M].北京:科学出版社, 2007:273-274.
　　
　　The Analysis Activities Design of Science Curriculum in Network Learning Environment
　　HUANG Shu-zhen
　　(School of Education Science and Technology ,Shanxi Datong University,Datong Shanxi 037009,China)
　　Abstract: Analysis is an essential step in exploring activities of Science Curriculum and effective analysis depends on the direction provided by instructor. This paper defines the characteristics of directed analysis activities of Science Curriculum in web-based learning environment, based on the cognitive learning theory, and designs a procedure of the analysis activities. Cases of web-based courseware are also exemplified.
　　Keywords: Web-based Learning Environment; Science Curriculum; Analysis Activity; Design

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