信息技术为科学教育带来怎样的变化——国外信息技术支持下科学学科的“做中学”应用(三)
作者(来源):[暂无]    发布时间:2008-06-26

三、像科学家那样进行研究

前几年在国内特别是高中阶段被喊得轰轰烈烈的研究性学习,就是要求学生像科学家做科学研究那样学习科学知识,只有经历类似“准研究”过程,才能体验到其中蕴含的科学精神,学习到科学方法。一般而言,这种教育思想是非常正确的,但是在实践中遇到了很大阻力,其中之一就是无法像科学家那样获取大量供研究用的数据。没有这些数据,“研究”就变成了走过场;要获取大量的数据进行研究,就要花费比较长的时间,这使得教学实践实行起来非常困难,更何况有些数据是学生根本不能直接获取得到的。怎么破解?互联网让我们感到了“柳暗花明又一村”。

“地壳的运动”研究活动

根据所研究的地区把学生分成若干小组,每组57人。如果课程的重点是美国大陆,就按照美国的不同地区来划分小组,不然,就按照全世界的不同区域来分组。分组时要确保研究对象涉及所有的海洋和大陆。学生们登录美国地质勘探局的网站,并查看他们所研究的地区最近有什么地质活动。

学生们在一张自然地理图上标出所选地区的经度和纬度。(互联网上有各种各样的自然地理图,可以根据地理区域来搜寻所需地图。)

学生们运用上面所述的方法在地图上标出世界范围内的活火山和不活跃的火山。思考:活火山和构造板块的位置之间存在着怎样的关系?什么是关联地震?

每周都在网站上查阅最新数据。几周之后,比较一下地震的位置与构造板块的边界位置。保存网站上的所有统计资料。绘制曲线图来展示这些变化。思考:地震的位置与构造板块的边界位置有着怎样的关联?

学生们在分组收集所研究地区的每周信息时,还要研究地震的背景和影响。运用互联网上的搜索引擎来获取关于地震和火山的更多信息。思考:在所研究的地区曾经发生过地震吗?查看发生在过去的大地震。它们是何时何地发生的?这些信息与该地区的地质构造活动有何关系?

对火山的构造,包括火山喷发的动力学原理稍做解释。对邻近夏威夷活火山的地点进行探察。借助照片来增进对火山的构造和性质的理解。

学生们准备用多媒体来介绍他们对地理区域的研究成果。提供一种通用格式方便学生的表达,把他们的成果加以链接,以便做成一个世界范围的成果展示。

将全班同学的研究成果合成一份世界上频繁发生地震、火山活动地区的完整信息,以及这些地区之间的相互关系,讨论地壳的运动特点和规律。

互联网是一个海量的信息库,如何在教学中恰当地应用这些信息资源,是值得教师深刻研究的课题。“地壳的运动”一课研究的内容既和学生的生活有关系(因为每个人都生活在地球上,地震、海啸等自然现象不仅仅见诸媒体,有时候自己也能亲身感受到),又和学生的关系遥远(因为对这些内容的研究似乎只有专业人员利用专业的仪器才能进行)。一个中学生怎么能够完成呢?此案例利用网络信息资源,让专业的数据能够为学生学习所用,学生真切地体验到研究的过程。笔者认为,研究性学习不是闭门造车,也不是“小儿科”,如果能够充分利用互联网信息资源,研究性学习就能够让学生完成一个面向真实世界的大课题。

四、让学生面对真实世界学习

在学习科学知识和训练科学思维的教学中,有很多情况是在虚构的情境或者理想化的环境中进行的,比如物理学科中的各种习题,往往是假设的物理情境,学生面对的是经过抽象之后的问题,给人的感觉是科学原理都是远离现实世界的,科学规律都是干瘪无味的。之所以这样,是由于在教学过程中受主观和客观因素的限制,没有遵循科学探究的要求展开教学。在物理教材和教学中,往往由于实验设备的限制和实验方法的不正确,导致实验数据误差太大,从而不能得到应该得到的规律,于是教材或者教师就用一句“实验表明”简单带过,直接给出物理规律。这种做法直截了当地把结论“抛”给了学生,虽然达到了传授知识的目的,却对学生能力的培养有损。

在中小学科学课程中,可以说每个知识点都可能对应着一门专业知识,在互联网上都有相应的专业网站,国外的同行们恰当地利用这些专业网站的信息,让教学内容变得真实可信。在上面例举的“地壳的运动”教学案例中,学生重点访问的是美国地质勘探局的网站。下面的案例是利用美国NASA网站开展的课堂教学,读后也许您会有更深刻的感悟。

“我们有多大”教学案例

年级:912

教学目的:对宇宙的估算是学生分析复杂的天文现象所需要的重要能力,这些复杂系统可以被认为是由抽象的质量概念和一些具体的暗物质概念组成。

教学介绍:学生通过在互联网上的搜索研究,找到一种估算宇宙中星系数量、星系中恒星数量和恒星平均质量的方法,然后利用这些数据估算宇宙中的物质(不包含暗物质)的质量。

学习活动:23名学生组成一个学习小组,教师指导各个小组制定一个计划来探究如何估算宇宙中星系数量,向他们推荐国家航空和宇宙航行局(NASA)网站(www.nasa.gov),以此开始他们的探究(查找工具和资源),并且各小组间要分享他们的方法和成果。

学生估算出宇宙中星系的数量后,再制定一个计划,来估算一个典型星系的恒星数量。当然,NASA网站仍然是进行这方面探索的优秀网站,尝试着用书面报告代替口头说明,或者采用各小组中学生自己的天才创造形式。

估算了一个星系的恒星数量后,学生开始探究一颗普通恒星的质量。这个探究可以用原来的方法,有关信息仍然可以到NASA网站上获取,重点应在探究普通恒星的质量上。在这个学习活动中,要介绍科学家的科学活动,特别是他们具有可借鉴性的研究成果。

利用学生在上述学习活动所获得经验,分析计算结果的误差。一般地,误差在5%到25%之间是合理的。学生应该花一定的时间来讨论为什么数据结果的误差在25%也是可以被接受的。

根据上述信息,学生利用简单的乘法运算确定宇宙中物质的质量,鼓励他们独立发现结论并且证明其方法是正确的。之后,各小组应该给出估算误差。

各小组综合他们的探究结果,并进行不超过5分钟时间的陈述。根据评价标准和协作情况对小组陈述进行评价。

平均和比较各小组得到的宇宙物质质量结果,可以在NASA网站上查找理论数值,这个数值每月都在更新,学生从中得到修改结论的必要信息,并且将他们的结果和网站上发布的数据进行比较。

作为拓展学习活动,利用“天文村”(即NASA未来教室,这是一款探索宇宙的软件,网址:http://core.nasa.gov)向学生介绍登月过程。还可以利用NASA的各种资源探索宇宙的有关问题。

整个教学活动所需要的所有信息都来自于N A S A,如果N A S A网站没有足够多的相关信息,教学活动是无法开展的。其教学过程围绕一个专业程度相当高的网站展开,这在国内还是非常稀少的;其教学内容是一个真实的而又宏大的问题,不是像我们翻来覆去鼓捣的那几个“小球”、“小车”……笔者认为,这个教学案例的教学内容是目前国内高中教学阶段所接触不到的,应该引起我们的思考。信息技术源自科学,同样信息技术又让科学教育发生了翻天覆地的变化。以上仅简述几个案例,试图管中窥豹,可见一斑。此外还有技术被应用到科学教育中,比如D I S数字化实验系统在教学中的应用,使实验教学更上一层楼,可喜的是国内已经有一些人士进行了有益的探索和研究。

我试图把信息技术在科学教育中的应用感悟进行归纳,探索中发现技术的发展会让科学教育呈现出五彩缤纷的状态。

1)网络成为了学习媒介和对象,不论是课堂教学中用到的所谓“课件”还是资源,均可以来源于网络。

2)网络支持下的“做中学”有了更广泛的含义,把虚拟的和真实的世界结合起来,学生思考的内容更加深远和广博。

3)科学教育越来越要求面向真实的世界,解决实在的问题,专业网站为此提供了强有力的支持。在此特别呼吁国内有关部门的专业网站应该建设得更有意义一些。与美国的有关网站相比,国内相关部门网站建设严重滞后,功能单调,缺乏社会责任感。

4)协作、质疑、探索、表达等内容贯穿在教育的过程之中,努力使学生的思维更开放。