基于网络环境的探究性实验教学研究

课题组

（河北经贸大学 公共管理学院，河北 石家庄 050061）

基于网络环境的探究性实验教学研究

课题组

（河北经贸大学 公共管理学院，河北 石家庄 050061）

网络背景下基于资源学习环境的探究式实验教学可以有效培养学生探究问题和解决问题的能力，在探究实验教学与规划时应注意把握选题“问题”的适当性，探究实验的条件性、资源多元性科学评价，合作学习等几项原则。

探究教学；科学教学；实验教学；科学探究实验

一、绪论

在目前科学教学中，实验教学是学校教育教学过程的一个重要环节。Ausubel（1968）指出[1]，实验教学提供学生机会接触科学精神与方法，促进解决问题，分析与推演的能力，以及提供学生了解科学本质的机会；老师也可藉此了解学生学习目标与成效之间的差异，帮助学生构建其知识（Hofstein和Lunetta，1982[2]，2004[3]）。一般而言，学生能够通过实验活动学习科学探究的方法，进而了解科学本质及学习培养科学的态度；而好的实验活动更可以提供学生进行知识建构的机制（Tobin，1990）[4]，从而达成学生有意义的学习（Meaningful learning）。以往教学方式大都以讲述式为主，而实验教学大都以“食谱式”实验教学为主，实验内容主要是结合各课程的知识点侧重了解常规仪器的使用、过程和方法的验证，要求学生掌握基本概念与事实，并通过实验的联系和反馈，将所学的东西按原样再生出来，以此来熟练掌握所学内容。就知识学习而言，传统教学模式的实验教学固然起到了重要作用，但亦不可讳言，在知识运用和创新方面，却存在诸多缺陷。其一，传统的实验教学将本来连续的知识发展和体系简单地划分成一个个阶段处理，忽视了知识的关联性，使学生对所学知识的理解过于简单化，妨碍了学习者在具体事物中广泛灵活的知识迁移。其次，也未能指明不同实验之间的关联性，不能给学生认识、思考和创新的机会，难以实现以解决问题为目标来建构知识结构的训练。再次，在整个教学过程中，学生基本上处于被动的状态，缺乏主动探究的精神。Bouillion和Gomez（2001）针对“食谱式实验”类型的实验活动所预定达成的学习成效提出质疑，认为如果藉由高度组织化的任务进行学习，即使其任务符合学生日常生活情境，但学生仍因为实验活动过于组织化的设计，无法与校外所观察或实际参与的生活经验相连结，此类型的实验教学造成大多数学习者无法具有主动探究与问题解决的能力[5]。最后，学生在实验过程中常常无法体验到学习的乐趣，导致学生主动学习的动机较弱。传统的讲述教学以知识传输的方式进行教学，所产出的仅限于刻板的科学知识与科学概念的记忆，忽略了科学探究能力与问题解决能力的养成，造成学生在进行实验活动时，无法学习到相关的科学知识与技能，亦使得学生的学习动机低落（Hart，Mulhall，Berry，Loughran和 Gunstone，2000）[6]。Hurd（1983）[7]研究发现食谱式的科学实验并无法引起学生学习的动机，也未能将科学的真实面貌呈现于日常生活之中。

实验教学在科学教育中会扮演着重要的角色，其原因不外乎源于实验教学必须融入“探究”的因素。鉴于传统实验教学存在的诸多局限，引发实验教学的许多改革试验。Polman（1999）与Straits和Wilke（2002）指出，倘若教师以建构主义取向的引导探究方式进行教学，学生能够由合作学习的方式学习到真实的科学，则上述问题可获得解决。Staer，Goodrum和Hacking（1998）指出，科学实验教学中的教与学都必须以学生为主，发展探索（investigation）与问题解决的能力[8]。教师可以通过引导学生参与探究，促成对话之社会互动取向，让学生从先前经验的常识性理解出发，参与从事逐渐专精的科学知识性活动，以彰显科学教育是为学习的涵化历程（enculturation）（Hodson，1998）[9]。Gibson 和 Chase（2002）与 Hodson（1990）[10]指出，科学教育在教学上的改变，是将以往在传统上着重事实记忆的学习，转为以探究为主的学习，学生能在此过程中寻求问题的解答，以探究为主的学习是更有效的科学学习方式，而实验教学常被做为讨论探究学习的教学情境。

探究性实验教学也可内化为学习者如何学习的模式，为学习者“科学探究”、“问题解决”及“创造力”的成长提供有益的练习平台。Joyce和Weil（1996）强调，教学模式实际上就是学习模式，当帮助学生获得信息、观念、技能、价值、思考方式以及表达方法，我们亦同时在教导他们如何学习[11]。探究式实验教学法是一种既能体现学生主体地位又能发挥教师主导作用的新型教学方法。探究性实验教学旨在通过学生自己动手和观察去“重新发现”理论知识，强调学习者学会利用理论和实践手段来解决实际问题。学习者在实验的帮助下学习理论知识，既是用也是学。在探究性实验教学中，由于所设定的学习目标是问题的解决或解决的方案，因此无论是运用已有的知识，还是所习得的新知识，都不再是相互分割的，而是整合的、相互关联的和系统的。这种基于问题导向的实验教学模式有助于学习者把已有的知识相互关联起来并融会贯通，构建知识系统，从而提高学习者对知识的理解、运用和创新能力。

二、探究实验教学的新环境：网络环境下基于资源的学习环境

在传统教学模式下，学习的唯一资料来源是教师或是教师藉以直接教学的教材（Farivar，1985）。在现代网络环境下，INTERNET作为巨大的信息源，被誉为除书籍报纸、广播电视以外的第三类媒体，其丰富的资源，已经成为一种巨大的学习资源，是基于资源学习环境（RESOUCE-BASED LEARNING ENVIRONMENT）不可或缺的构成。教师将不再是知识唯一的供应者，网络的开放性及海量信息为教育学习的应用提供一个全新的学习环境，即创造了一个有意义的学习环境，用以促进及支持学习之进行（Khan，1998）[12]。网络以表现出快速且容易取得资讯的优越性（Kearsley，1996），提供了资源丰富的学习环境（Rakes，1996）。使得不同时空的教学者与学习者能通过网络共同参与教与学的活动，教学形态亦发生变化，不但知识的呈现方式发生改变，学习的信息交换方式也发生改变。教学环境也因此由传统课堂教学的真实环境扩展到网络化的虚拟学习环境。网络在学习环境中扮演着权威或非权威性角色（Chan 和 Chou，1997）[13]，Collis（1994）更认为电脑科技是21世纪中“教育再造工程”最有效的原动力。以网络为基础所衍生的教学活动也逐渐受到重视，使得利用网络为基础的教学方式成为一种教学主流。20世纪90年代，以自主性、开放性、探究性学习重构课程体系已成为许多国家课程改革的突出特征。人们希望藉由网络媒体引进新的教学方式，达到提高学习成效的目的（Bollentin，1998；McClintock，1998；Wild 和 Omari，1996；Alexander，1995；Turoff，1995）。

基于资源的学习与Richard Suchman（1962）提出的探究教学模式（Inquiry training model）紧密相关。所谓基于资源的学习就是学生通过阅读或查找大量的资料来进行学习的方式[14]。基于资源的学习环境，就是支持该教学模式实施的教学环境，它支持学生使用广泛的信息来解决问题。在学习中，学生不仅要研究问题本身，还要查找确定回答问题所需要的信息。探究教学模式强调学生发现并获得知识的过程，希望让学生掌握科学家的工作方式。在基于资源的学习环境中，学习资源由传统的课本等印刷材料扩充到丰富的网络资源，为学生营造一个探索发现的学习环境，提供非常丰富的学习资源。学生以“任务驱动”和“问题解决”作为学习活动的主线，学生在教师的激发、引导、鼓励下，通过信息的检索、思考、内化，组合起来，形成自己的观点，获得自己的认知方式，有利于发展自己的个性，提高资源识别和独立解决问题的能力，激发创造性思维，从而使创新教育得以实现。数字化生存环境对我们的教育目标、内容、方法和手段等提出了全新的挑战和要求，传统的教学模式对此已经达到了其能力的极限[15]。构建基于资源的学习环境将是21世纪教育的主要任务[16]。基于网络环境的探究式实验教学这一借助网络资源而“生存”的教学方式，正是顺应这一时代背景而产生的新生事物，它已逐步被人们所接纳，并运用到课堂教学之中，取得了良好的效果。

三、探究性实验教学的原则及实施过程

（一）原则

在探究实验教学与规划时应注意把握几项重要的原则：

1.选择“问题”的适当性。选择“问题”的适当性，影响探究实验教学的有效性。“凡事都来探究”显然并不可取。一是由于教学时间的限制，导致所谓探究或肤浅化、或流于形式；二是由于很多的教学内容，其实不是真正意义上的问题，因而并不具有探究性。探究实验的题材应趣味化、创意化。

2.探究实验的条件性。客观条件制约探究实验教学的有效性。如果不具备相关的实验器材、仪器与设备；如果没有获取数据的途径、渠道与方法，探究实验教学必然会受到制约甚至无法有效地开展。

3.探究式实验规划的科学性。成功的实验教学活动的背后是有组织的课程架构，这需要教师进行科学的规划，设置阶段性的目标做为每个实验活动的中心，贯串起学生的完整能力与认知的学习。教师应预先了解学生已有的知识与能力，规划实验项目的目标，并为达到预期的教学目标做适当的教学设计或探究实验题目。

4.资源的多元性。探究式实验教学离不开一定的资源支持，利用丰富的网络资源，教师应提供丰富多元的资源供学生使用，一方面给予学生不同的刺激，另一方面作为学生试练自己身手的材料，并培养学生整合信息的能力。

5.营造探究实验的学习气氛。如果学生习惯于“听老师讲，啃教科书”，那么，探究实验教学的效果肯定难以愿偿。可以用小组合作学习，营造热烈的学习气氛。合作学习是促进学生有效学习的策略，经过老师适当的安排（如异质性分组，合理的分工，并让每个学生有机会担任不同的角色），使学生意识到自己对团体的重要与责任，加上适当的小组竞争更能创造学习气氛，使学生乐于投入探究活动，体验到学习的兴趣与喜悦。

6.科学评价。注重探究实验过程中创造性思考、态度、技能的评量。所有的实验教学都应兼顾认知、技能与情意的学习，教师需要采取科学的评量方式，以多元、实效的方式，达到真实性的评量。

7.适当引导。探究实验教学强调学生学习的自主性，教师可以做适当的导引，但不要过度的介入。探究实验学习是一种主体能动的过程，学生既要动手又要动脑，必须给学生充分的时间，让其进行自主性探究实验。切忌教师代替学生活动。当然教师不可放任学生盲目活动，甚至碰触危险。当学生在实验中遇到困难或问题时，教师不必急于支援，因为探究实验过程中的每一个困难都是一次的学习，教师只需要多一点耐心和信心，以鼓励代替解答，学生往往会有出色表现，获得可喜的成绩。在探究式实验教学中，教师扮演着引导者与协助的角色，非直接的传授知识；学生必须有假设、预测、操作、提出问题、追寻答案等经验，以便建构新的知识。老师不应以权威式的态度，而是用引导的方式来帮助学生，或通过教具的使用和探究学习的特性，在合作学习的模式解决问题；学生的分组讨论过程就是一种学习，学生主动学习，主动建构知（Baroody，1998）。

8.合作学习（Cooperative Learning）。在探究式实验教学中，小组合作学习是其基本方式和有效策略。合作学习的主张并非始自今日，孔子说：“独学而无友，则孤陋而寡闻。”合作学习的精髓是使学习者经由小组间的咨询及其他互动，主动投入学习的过程。Johnson和Holubec（1990）指出，如果我们想要让学生学得更多，更爱学习，学会更有效的技巧，就该好好的利用“合作学习”的方式。

（二）探究式实验教学的过程

探究性实验教学过程可以概括为以下几个步骤：

1.选择适合进行探究的问题（Select Problem For Inquiry）①。这里的问题（problem），是指既与当前教学内容密切相关、又能够激发学生探究欲望、并且在学生现有知识与能力等条件下，是能够进行探究的“学术问题”（相关的文献中使用的是problem，而不是question）。传统书本知识提供的问题几乎都是情境化的（decontextualized）[17]，解决办法无需考虑具体的情境因素。其实，现实问题的解决办法通常要根据问题出现的情境不同而发生变化。只有对具体情境进行分析，找出与该情境相适合的方案才能使问题有可能获得解决。美国宾州大学教授（D.Alfke）曾把科学问题分为“操作性问题”（operational questions）和“非生产性问题”（nonproductive questions）（Wolfinger，1984）。并认为“操作性的问题”才能直接引导学生去找答案并培养出有益于未来理解复杂理论的经验背景，亦即：操作性问题是一种直接地或暗示地指出应该运用科学材料去得到问题的解答，操作性问题所探讨的本质是假设—验证，可以使学生在操作的过程中，由假设到验证的过程来熟悉变相间的关系。McKnight（1991）从问题特质的观点，认为“好的问题”所应包含的特质有：（1）可以引起兴趣；（2）允许多种概念具体化；（3）为解决问题，而调整或改变物质（事物）的使用；（4）允许不同层次的解题方式。（5）个案学生相信自己可以解决此项问题，据以发展出具有创造力的问题设定与解决的能力[18]。

2.创设问题情境。教师通过介绍过程并呈现问题，以引导学生开展思考的大致方向、激发学生探究的欲望与兴趣。“创设情境”的操作步骤，大体上可以从问题的多个方面中选择某个方面来进行考虑与设计：比如，（1）介绍问题的背景情况以及与问题相关的若干信息；（2）陈述“问题”之若干主要的论点、论据；（3）现场演示一个能够包含问题或能够暴露问题的演示试验（实验），等等。

3.引导学生收集数据和资料（Data Gathering-Verification）。该步骤大都应由学生以学生分组的方式来完成，教师在确有必要时充当有限度服务者或指导者。这里所谓“数据”（data）一词是广义的，即能够支持某个论点与规律的可能的证据。由于问题不尽相同，并不限于数值型的数据。也可以说，所有与问题可能相关的所有信息，包括文本与图形信息，都可以称之为数据。既可以是在实验、试验中采集测量得到的数值型数据，也可以是通过调查与统计方法所得到的数值型数据。此外，还包括与问题可能相关的事实、实例、规律、论据、证据等。

4.数据的分析与处理。通过试验、查证等验证所获得的数据（Data Gathering-Experimentation）。在完成若干充分的数据的收集之后，接下来，就须对这些数据进行求证，尤其是对其中关键性的数据、主要的数据进行验证，看其是否能够真正成为有效证据。其中应该包括对这些数据的合理质疑。教师应鼓励学生大胆质疑、小心求证，培养学生批评和质疑精神，主动质疑、相互质疑。确有必要时，老师可以引导质疑或直接质疑。对于那些受到质疑的数据，要认真查证，或查验提供来源的可靠性。或者通过现场的实验（试验）再次重现，并在质疑人的亲自监督下重新采集数据。

5.解释，即条理化、格式化地解释已经通过验证的数据（Organizing，Formulating an Explanation）。这是一个分析与综合的过程，也是进行研究工作的最一般性的基本方法。这个操作步骤主要应当由学生去完成。学生可以合作完成，一般由小组中有能力胜任这项工作的几个学生引导，其他学生大家紧密配合、协同来完成。在此过程中，如确有必要时，教师可适当引导以促成学生完成任务。所谓“确有必要”，其基本要求是：最好由学生合作完成，凡学生自己能做的事情，老师坚决不做。具体来说，“确有必要”主要有以下几种情形：（1）学生在实验中出现“冷场”，无法按照实验教学既定的操作流程继续进行下去，僵持下去只能白白浪费时间；（2）学生所进行的实验之研究方向发生严重偏离，或出现原则性错误，此时须及时指导；（3）学生在实验中已经出现比较严重的冲突与僵持局面，此时须由教师出面以引导或协调学生实验活动，使学生实验能够继续进行下去。

6.实验报告和分析。对探究实验的过程和结果进行分析。该环节属于小结与反思性的操作步骤。其目的在于评估本次探究实验活动的科学性与合理性、明确知识点、列出规律性的定义或表达式，巩固学生在本次探究实验活动中所获得的知识与能力。值得指出的是，在以上各个探究实验环节或操作步骤中，学生难免会出现这样那样的偏差与疏漏，甚至是错误，此时一般并不需要教师当场打断或纠正。最好是等学生操作进行到过程分析这个步骤之时，通过“对探究实验的过程进行分析”，集中性地指出问题，这样一方面可以保证探究实验的效率，另一方面，在对探究实验的过程进行分析过程中，学生可以在很大程度上发现若干细节性的问题。通过学生自己发现问题，即可获得更加理想的实验效果。

7.评估（Evaluate）。评估是实验教学活动中必不可少的重要环节。西方现代教学模式各有不同，但其最后一个操作步骤，也都是“评估”。然而，在实验教学中，具体到每节课或每个实验项目，可以有所选择、有所侧重地做评估工作。教师应针对具体情况做适当评价，并不一定要都来进行全面而又系统的实验教学评估。

（课题负责人：蔺丰奇；课题组成员：许培佳、田晔、靳文欣、陈思思、赵静、赵玉娇、韩莹、徐继鹏）

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［18］McKnight，B.J..Problem solving in elemenary school science［M］.New York：The college at New Paltz State University.1991.

责任编辑：孙 飞

责任校对：关 华

Experimental Teaching under Internet Environment

Project Team

At present,the experiment courses in colleges are mostly menued experiments,stressing teaching of subject knowledge while lack of proper cultivation of exploration and innovation abilities.Research shows that the experimental teaching under the internet environment can improve students'capabilities to explore and solve practical matters.It is important to select proper topics,create adequate conditions for the experiments and prepare multiple resources.

exploration teaching;scientific teaching;experimental teaching;scientific exploration experiments

G40

A

1673-1573（2010）03-0100-05

2010-05-28

2009年度河北经贸大学实验教学研究立项课题“基于网络环境的探究性实验教学研究”成果

蔺丰奇（1965-），男，河北邯郸人，河北经贸大学公共管理学院副院长，教授，研究方向为教育管理。