淺談網(wǎng)絡(luò )學(xué)習環(huán)境中的科學(xué)課程分析活動(dòng)設計論文
環(huán)境科學(xué)課程的探究學(xué)習活動(dòng)中，分析是學(xué)習過(guò)程中的基本步驟，指導是有效分析的前提。文章在認知理論的基礎上，明確了網(wǎng)絡(luò )學(xué)習環(huán)境中的科學(xué)課程分析活動(dòng)及其指導的特點(diǎn)，設計了科學(xué)課程分析活動(dòng)的過(guò)程和步驟，結合科學(xué)課程分析活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )課件案例予以說(shuō)明。
0引言
科學(xué)課程的探究學(xué)習活動(dòng)中，分析活動(dòng)是研究型學(xué)習過(guò)程的關(guān)鍵步驟，對于科學(xué)課程的研究性學(xué)習活動(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(guò)分析得出科學(xué)的結論，習得科學(xué)知識�？茖W(xué)課程探究學(xué)習的結果是客觀(guān)的、真實(shí)的，所以其結果具有唯一性。網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)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)習環(huán)境。但是，目前網(wǎng)上學(xué)習活動(dòng)主要階段往往是呈現問(wèn)題、布置任務(wù)、提供目標導向，以及可能利用的網(wǎng)絡(luò )資源。[1]沒(méi)有充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò )技術(shù)對分析的支持，且學(xué)習也往往是在無(wú)法獲得指導的條件下進(jìn)行，這種形式對于開(kāi)放性研究結果的課程學(xué)習是可行的，但是對于有確定規律或結論的科學(xué)課程內容學(xué)習是不適宜的，即科學(xué)探究中指導是必不可少。
本文提出的科學(xué)課程分析活動(dòng)設計，強調科學(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，強調網(wǎng)絡(luò )學(xué)習環(huán)境對“分析”活動(dòng)本身的技術(shù)支持，即在網(wǎng)絡(luò )平臺上可實(shí)現學(xué)習內容呈現、可利用資源鏈接、分析歸納結果、反饋評價(jià)、交流互動(dòng)等學(xué)習活動(dòng)，強調分析過(guò)程中“指導”對科學(xué)分析的重要性。
一 科學(xué)課程分析活動(dòng)設計的理論基礎
認知理論認為，學(xué)習者在現實(shí)情境中完成真實(shí)性任務(wù)，更容易發(fā)展解決問(wèn)題的能力，有利于知識和技能的遷移。教學(xué)設計在于創(chuàng )建一種能激發(fā)和引導學(xué)生積極主動(dòng)構建知識意義的真實(shí)環(huán)境。網(wǎng)絡(luò )環(huán)境可以創(chuàng )設具有“教學(xué)真實(shí)”的情境，它具有現實(shí)的復雜性，所需要的工具和條件隱含于情境之中，對學(xué)生探究能力的培養隱含于解決問(wèn)題的過(guò)程之中。
科學(xué)課程分析活動(dòng)是一種分步探究學(xué)習，是按照一定的步驟或規則解決問(wèn)題，屬于智慧技能中高層次的學(xué)習類(lèi)型。對科學(xué)課程分析活動(dòng)的設計是由要精心設計要解決的問(wèn)題或要完成的任務(wù)，以及科學(xué)分析的方法步驟構成，指導學(xué)習者分步驟觀(guān)察和思考每一步的方法和結果。
分步探究活動(dòng)要具有指導功能，指導學(xué)習者按照分析任務(wù)的要求，有步驟地分析數據，判斷它們的有效性、趨勢和隱含的規律。這種活動(dòng)要幫助學(xué)習者把無(wú)用的信息和有用的信息分離開(kāi)，從分散、混淆和具體例子中發(fā)現一般原理和結論，學(xué)會(huì )把數據轉變?yōu)樾畔�，以及知識。指導表現在任務(wù)分析、形成問(wèn)題、內容呈現、操作規則、獲得反饋等各個(gè)環(huán)節。
因此，指導的科學(xué)課程分析活動(dòng)設計應具有以下的特點(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果的傳授者，而是學(xué)生獲取信息和嘗試探索的引導者。
第二，強調在實(shí)際情境中進(jìn)行教學(xué)。提供復雜的、一體化的、可信度高的學(xué)習環(huán)境。
第三，注重協(xié)作學(xué)習。通過(guò)學(xué)習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。
二 指導的科學(xué)分析活動(dòng)步驟與過(guò)程
基于網(wǎng)絡(luò )的科學(xué)探究學(xué)習的基本過(guò)程是：確定問(wèn)題、呈現材料、分析研究材料、歸納分析結果，其中指導的分析活動(dòng)步驟如表1所示。
第一步，發(fā)布分析任務(wù)。教師將設計好的探究問(wèn)題發(fā)布在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中。該步的“指導”強調教師將學(xué)生探究的內容與探究方法巧妙地結合在“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 )或現實(shí)中的討論組來(lái)確定完成分析任務(wù)的基本方案。
第二步，收集數據。學(xué)生根據第一步確定的分析方案，借助課程網(wǎng)頁(yè)或教師提供的數據資源，收集相關(guān)數據。該步的“指導”強調提供充分的、一體化的、可信度高的學(xué)習環(huán)境及資源。
第三步，運用分析方法。應用一定的分析方法研究收集到的有效數據。網(wǎng)頁(yè)或表單既可以提供材料，又可以引導學(xué)生分析。如在分析過(guò)程發(fā)現數據不足，可以繼續收集。該步的“指導”更注重用技術(shù)支持和引導分析。
第四步，抽象或概括。學(xué)習者借助一定的應用軟件，對分析的科學(xué)任務(wù)進(jìn)行抽象或概括其趨勢、模式或規則。這里要注重為學(xué)生建構知識的意義提供各種必要條件。
第五步，驗證或修正規律。學(xué)習者在新數據基礎上通過(guò)與網(wǎng)頁(yè)交互和獲取反饋，驗證或修正自己總結的規律。
第六步，提交報告。通過(guò)學(xué)習者的相互合作可以使理解更加豐富、全面。因此學(xué)習者可以將經(jīng)過(guò)小組討論的探究結果進(jìn)行簡(jiǎn)明的'總結，闡述發(fā)現的規律，并以電子郵件等方式提交。
三 指導的科學(xué)分析的應用案例
科學(xué)課程中，指導的分析可以應用于兩種目的，基本的目的是教授科學(xué)嚴謹的分析過(guò)程和方法，包括計算或估計數據的值，按照步驟對項目分類(lèi)、比較、排序等，要強調技巧和步驟。這種活動(dòng)還可以教授通過(guò)分析數據揭示規律，也即由分析到綜合的過(guò)程。分析只是一種手段，目的是讓學(xué)習者發(fā)現從未注意的規律或不確信的趨勢，因此，這時(shí)科學(xué)分析活動(dòng)中，過(guò)程和方法要簡(jiǎn)單，主要是讓學(xué)習者關(guān)注規律。
1 注重學(xué)生掌握科學(xué)分析技能
案例一：土壤結構分析
圖1是土壤結構分析的網(wǎng)絡(luò )課件界面。[3]學(xué)生利用右側土壤結構三角圖中的數據，把左側的土壤樣本(Soil samples)與土壤結構(Soil texture)匹配起來(lái)。每個(gè)樣本對應土壤成份的一組數據，如土壤樣本(20%Clay，23%Sand)，學(xué)生必須從結構圖中排除其它比例的成份找出這組數據，以及對應的土壤結構(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右側三角形圖表，它既是分析的對象，又是完成分析任務(wù)的依據，以及左側提供的真實(shí)的土壤樣本數據。該環(huán)境還提供了分析指導，隱含在土壤結構的定義、三角形圖形樣式、任務(wù)要求以及反饋信息中。學(xué)習者要得出正確的結果，必須對圖1右側三角圖中所給的數據和土質(zhì)進(jìn)行比較、分類(lèi)、歸納，學(xué)習者個(gè)體或小組通過(guò)分析掌握土壤結構分析的一般過(guò)程與方法。
案例二：火山石分類(lèi)分析
圖2是對火山石分類(lèi)的網(wǎng)絡(luò )課件界面。學(xué)生根據巖石的質(zhì)地和巖漿的類(lèi)型，把右側的巖塊拖放到左側對應的格子中。
該案例如果從所呈現的任務(wù)來(lái)看，類(lèi)似于圖1案例。但是，該案例的學(xué)習者欲完成學(xué)習任務(wù)，必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò )環(huán)境提供的必要鏈接資源來(lái)了解每一種火山巖的形成條件，仔細觀(guān)測、對比、辨別巖石的質(zhì)地和巖漿的類(lèi)型。案例是通過(guò)問(wèn)題的二維形式及反饋信息指導學(xué)習者分析的。 案例三：美國建筑風(fēng)格的分析與層級排列
圖3是對美國建筑風(fēng)格的分析與層級排列的網(wǎng)絡(luò )課件的主要界面。案例三與案例一、案例二相類(lèi)似，都側重于學(xué)習者對科學(xué)分析過(guò)程與方法的掌握。學(xué)習者的每次嘗試都是假設和驗證過(guò)程。
該網(wǎng)絡(luò )課件為學(xué)習者提供40多種美國建筑風(fēng)格的詳實(shí)材料來(lái)支持學(xué)習者學(xué)習分析。案例是讓學(xué)生把美國從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。圖的左側是無(wú)序列出的風(fēng)格(Styles)名稱(chēng)，學(xué)生用鼠標點(diǎn)擊，把選中的風(fēng)格排在右側表單中。學(xué)習者在任務(wù)指導要求下，首先必須了解美國從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(復興歌特派)、Carpenter Gothic(木結構歌特派)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的表單中。該例是通過(guò)建筑風(fēng)格名稱(chēng)和表單的層級樣式引導學(xué)生分析的。
2 注重通過(guò)分析發(fā)現科學(xué)規律
案例四：兩物體之間熱流量與其溫差、熱傳導系數、接觸面積等相關(guān)因素的關(guān)系的分析。
圖4是該內容學(xué)習活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )課程的主要界面。該案例的側重點(diǎn)是，通過(guò)分析兩物體之間熱流量與其溫差、介質(zhì)熱傳導系數、接觸面積、以及介質(zhì)厚度等相關(guān)因素的關(guān)系發(fā)現熱傳導的規律。
網(wǎng)絡(luò )課程在界面的左上方說(shuō)明(Instructions)部分給出任務(wù)及要求，讓學(xué)生按照右側數據表(Data表)中的接觸面積(Area)和熱流量，把代表一組數據的6個(gè)圓點(diǎn)拖放到坐標圖中，數據表(Data表)下面每帶序號的小圓點(diǎn)分別代表數據表中的相同序號的一組數據，如小圓點(diǎn)●代表數據表中的第二組數據，即4.1205(接觸面積為4.1平方毫米，相應熱流量為205)。圖中間的說(shuō)明框(Specifications)中列出的是這組數據對應的熱交換物體的溫度、介質(zhì)熱傳導系數、介質(zhì)厚度等條件，當拖放正確時(shí)，形成一條曲線(xiàn)，然后課程界面上顯示另一組數據和條件。重復多次以后，學(xué)生通過(guò)觀(guān)測、對比、分析、歸納，發(fā)現熱流量與其相關(guān)因素之間的客觀(guān)規律。
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