科学学科信息化课堂教学方式的构建和实施

裘志平

随着信息时代的来临,信息素养已成为科学素养的重要基础[2]。《科学课程标准》也明确提出:科学的核心是探究,……理解收集处理信息的技术对科学探究具有重要意义[3]。可见,信息素养也是科学教学的重要目标。很多科学教师在主观上错误地把信息素养和科学素养割裂开来,这样就导致在课堂教学中,注重知识本身而非知识本源(即轻视信息的查找和生成过程);教师的劳动强度很大,学生的思维力度却很小(挤占了学生自主收集和提取信息的空间);学生接受着超量的信息,拥有的却仅是知识的机械套用能力(缺乏灵活的信息处理和迁移能力)。面对浩瀚的信息世界,传统教学模式已经严重阻碍了学生信息意识的觉醒和发展。

一、教学对策

美国国家图书馆学会把信息素养定义为:“具有信息素养的人知道何时需要信息,并具有寻找、评价和有效利用所需信息的能力。”信息能力可以概括为在信息系统中的信息获取能力、信息理解能力、选择使用信息的能力、信息处理能力以及信息表达能力[4]。从信息处理的宏观过程分析,要逐步使学生遇到任何问题都会按照“确定信息需求→查询和收集信息→加工和生成信息→解决具体问题→重组和创建信息→提出新的问题”这样一条思维链去处理信息。考虑到意识的抽象性和隐性化,故培养信息素养的关键在于将其具体化和显性化。所谓信息化的课堂教学方式就是指将信息处理的过程分解为“信息需求、信息查询、信息生成、信息共享、信息挖掘、信息应用、信息存储、信息创造”8个具体的环节,并将它们外显于相应的“任务驱动、阅读观察、开卷测查、量化反馈、教材深化、迁移拓展、整理自结、整合重组”8个教学活动中,从而在培养科学素养的同时有效提升学生的信息素养。

二、课堂环节

1. 环节一:信息需求——任务驱动

[教学诉求]信息需求是指学生确定一个对信息的需求,形成基于信息需求的问题。由于信息的处理必须在一定问题情境中进行,因此每节课前首先给予一定的任务指南,以确定信息的需求。在一般情况下,可以完成作业本上的部分同步习题为目标任务,或者是设置几个具有挑战性的主题任务。

[教学实践]教师设置任务:在15分钟内自行解决以下任务(同桌允许讨论)。任务一:用简明科学的示意图向全班介绍原子结构模型的建构史;任务二:在纸上画出你理解的原子结构模型图。上述两项任务指向性较强,有利于对信息的检索。

2. 环节二:信息查询——阅读观察

[教学诉求]通过查询和收集处理信息,使信息变为知识的过程是科学学习的重要途径和环节[5]。信息查询是指让学生自己确定信息源,采用合适的查找方式,独立高效地获取信息。在上述具体需求的任务驱动下,在限定时间内独立快速有效地查询和收集各种所需信息,通常以课本作为最主要的信息源,以阅读作为获取信息的主要手段,并可视情穿插实验演示,投映合适的课外资料。

[教学实践] 学生阅读书本(浙教版科学教材第4册,下同)8~9页“原子结构模型的建立”,尝试解决任务一;学生观察卢瑟福“α粒子轰击原子”的模拟实验(教师在大屏幕上不间断地播放该模拟动画实验),尝试解决任务二。

3. 环节三:信息生成——开卷测查

[教学诉求]对收集的信息进行初步加工后,形成富有个性的并符合要求的信息集合,然后要求学生在限定时间内独立地进行书面表达,可以完成配套作业本上的部分同步习题(以陈述性问题为主)为主要形式,也可以自编配套课内练习。

[教学实践]教师发下针对两项任务的开卷测查卷(难度控制在0.9左右,确保绝大部分的学生能体会到信息提取的成就感),学生在5分钟内完成。测查卷如下。

任务一:给原子结构模型发展树填上4个枝条的名称(如图1所示)。

任务二:根据卢瑟福“α粒子轰击原子”的模拟实验画出原子结构的简单示意图。

4. 环节四:信息共享——量化反馈

[教学诉求]为了检验生成的信息是否符合要求,同时也为了实现信息的互补和共享,就很有必要对所生成信息进行公开交流,一般采取前后互换作业本或课堂测查卷的对批方式,由学生在全班进行公开的表述和补充,通过及时的反馈矫正,每位学生得到一个量化的成绩,这一成绩类似于开卷考试的成绩,在很大程度上,反映了学生查询和提取信息的能力。

[教学实践]教师先在大屏幕上一次性出示答案。任务一:实心球模型(道尔顿)→面包模型(汤姆生)→核式结构模型(卢瑟福)→分层轨道模型(波尔);任务二:如图2所示。简要说明评分标准后,学生对换批改,打出一个量化成绩。

5. 环节五:信息挖掘——教材深化

[教学诉求] 上述共享的信息仅仅是实现了信息的粗加工,为了更有效地利用教材信息,还必须给学生提供一个信息深加工的空间,设计一些源于教材、高于教材的问题引发思考和提交讨论,设问的关键是问题的人性化和开放性设计,其旨趣在于调动学生信息挖掘的积极性,鼓励学生开展广泛的信息协作和整合,以提高信息的精加工能力。

[教学实践]教师设计以下问题提交学生讨论:(1)你能利用卢瑟福“α粒子轰击原子”模拟实验找到支持下列结论的证据吗:原子核带正电;原子核体积很小;原子核质量很大。(2)你能猜想一下原子核的内部又是怎样的一种结构吗?科学家采用怎样的方法去研究这个问题?(3)原子结构模型的修正经历了4个阶段,对此你有怎样的启发?你能否对你的原子结构模型作出进一步的修正和完善?上述第(1)个问题的讨论有助于学生加深对“证据和结论信息对应性”的体会,而第(2)个问题则承上启下,把对原子结构的研究引向深处,从而自然地把教材第9页的“揭开原子核的秘密”中的信息整合进来,促使学生建构更完善的原子结构模型(如图3所示)。

6. 环节六:信息应用——迁移拓展

[教学诉求]信息素养的标准之一是能运用所生成的信息解决一些实际问题。而迁移能力作为应用的高级形态,它往往是创造发明的前提和基础。信息迁移具备三个特征:信息本身不能迁移,它迁移的是信息处理的意识和方法;其提供的信息必须是课外的、陌生的;它的表现载体通常是以信息给予题的形式出现。实践表明,将信息给予题融入每节课的教学,是一种有效的信息迁移拓展手段。

[教学实践]在建立完善的原子结构模型后,教师提供如下信息给予题:(1)已知某碳原子有6个质子、6个中子和6个电子,其中电子分2层运行,里面一层分布有2个,外面一层分布有4个,请根据上述信息建立一个碳原子的结构模型(参考答案如图4所示)。(2)假如你是微观世界的一颗粒子(氢气中的夸克,邮编111111),想给水里中子的夸克粒子(邮编000000)写一封信,为确保粒子邮递员准确投递,电子信封上地址应怎样写(参考答案如图5所示)。

7. 环节七:信息存储——整理自结

[教学诉求]面对纷繁浩瀚的信息世界,学会将得到的信息进行分类存储、整理总结是必要的。如果把课堂信息狭隘地分为陈述性知识和程序性知识,那么就必须引导学生建立这样的存储意识:将陈述性知识以做记号、记摘要的方式存储在书上(标明重点、难点、易错点);通过创建一个信息检索的快捷方式,将程序性知识以反思体会的方式存储于头脑中,以不断增加内存,提高运行速度。只要持之以恒,组织学生整理自结,学生的信息存储意识就会得到强化,存储习惯和方式更趋科学。

[教学实践] 引导学生用如图6所示整理本节内容(根据教学需要,建议在实际教学中把教材中原子内部的粒子数量关系放到下一课时,这样更有利于“同位素”这部分内容的教学)。

8. 环节八:信息创造——整合重组

[教学诉求] 从基于建构主义的教学视角审视,学习是一个有变革作用的过程,通过这个过程,整合产生新的信息,即教学是为了加强构造信息的能力[6]。信息创新的关键是能否对已有的信息进行重组,建立产生新信息的生长点。在课堂教学中,应调动学生信息重组的积极性,进行一些创造性的思考。而“让学生以本节信息为原料,创编有价值的新题目”恰恰是一条实效性和可行性都很强的途径。在实际操作中,这一环节常和“星级评价[所编题目的质量用所给星的个数来评价和打创造分(期末总评分中创造分占30%)]”的激励机制相结合,唤醒学生沉睡的信息创造潜意识。

[教学实践] 实际教学中,涌现了如下一系列由学生创编的新题:假如你是水中的氧原子中的一个质子,你将会看到一幅怎样的图景,请你试着把它画出来;你对卢瑟福的“α粒子轰击原子”实验有何评价,请写一篇科技短评;请你用橡皮泥和细铁丝为材料,制作一个碳原子结构模型;波尔是卢瑟福的学生,但是他却在一定程度上修正了卢瑟福的原子结构模型,提出了分层轨道模型,对此你有何启发?假如你就是波尔,请你在发表论文前给卢老师写一封信;请你将制作好的碳原子结构模型带回家,向你的父母介绍原子结构,在介绍过程中,你的父母在学习中出现了哪些困难,你又是采用了什么方法使父母最终明白了原子结构;教材中出现了“夸克”这一粒子的名称,但没有给出其他任何介绍,请你查阅并获取“夸克”的相关信息,向全班作一次介绍。

三、环节剖析

信息化课堂教学方式的8个环节构成了一个完整的教学过程,可用表1概括。

四、成效结论

这一信息化的教学方式可概括为:教学就是学习者利用信息处理的意识作认知工具,在教师的组织和促进下,主动从以教材为主要信息源的资源库中获取所需资源并创造资源的过程,这是一个科学信息的输入、生成、输出、存储和创建的过程。实践表明:该教学方式通过三基落实和信息处理有机融合,使学生的信息素养和科学素养同时得到较显著的提升,已经显露出较强的生命力。随着E时代的来临,将信息素养的培养纳入每一门非信息技术学科的教学范畴,这将是每一名教师不可推卸的责任。■

参考文献:

[1]朱清时.义务教育实验科学教科书第4册[M]. 杭州:浙江教育出版社,2004:8-11.

[2] 陈至立.在中小学信息技术教育会议上的报告[R]. 北京,2000: 1-2.

[3] 基础教育司.科学(7—9年级)课程标准[S].北京:北京师范大学出版社,2002:9.

[4] 钟启泉,裴新宁.化学课程与教学论[M]. 杭州:浙江教育出版社,2003:224.

[5] 袁运开,赵铮,余自强.科学(7—9年级)课程标准解读[M]. 武汉:湖北教育出版社,2002:189.

[6] RINGSTAFF C. 信息技术与学生为中心的课堂[M]. 宋融冰,译. 北京:中国轻工业出版社,2004:13.