小学科学探究模拟型课件的设计因素分析

李姗姗

摘 要：新课程标准提倡科学探究学习，探究模拟型课件可以为科学探究创设良好的环境，有效地引导探究活动。文章以小学科学探究模拟型课件《血液循环》的设计为例，分别从模拟的真实度和课件的结构这两个角度出发，阐述了课件设计过程中关键的设计因素。

关键词：科学探究学习；模拟型课件；设计因素

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）08-0065-03

一、引言

《全日制义务教育小学科学课程标准》指出，“科学探究是科学学习的中心环节”。探究学习的环境包括真实环境和模拟环境。科学探究应该充分利用真实环境，然而真实环境中许多因素限制了科学探究的开展，因此有必要使用模拟型课件来创设良好的、适合自主探究的环境。

科学探究模拟型课件的设计因素主要包括两类：模拟的真实度和课件的结构。模拟的真实度影响课件的实用性，模拟既要恰当地替代真实环境，又要使学生愿意投入学习；课件的结构决定课件的有效性，要有利于引导学生经历科学探究过程，提升学生的学习效果和促进学习迁移。笔者和团队伙伴设计的小学科学探究系列模拟型课件曾在全国多媒体课件大赛上获奖，并应用在教学中。本文以小学六年级《血液循环》课件为例，分析科学探究模拟型课件的设计因素。

二、模拟的真实度

模拟不仅是简化处理真实事物，还要在事物本身的简化模型上加载学生控制因素和学习指导，成为增强的可控的真实。科学探究模拟型课件通过整体把握关键要素，在屏幕上呈现比真实事物更简约、更利于理解的模型，让学生通过学习直接呈现出来的内容，进行多次探究，逐渐发现被隐藏的原理。在模拟的实验活动中，学生不仅学会了相应的内容，也掌握了科学探究的方法。在模拟课件设计中，主要考虑模型的真实度、呈现真实度和学习者行为真实度。

1.模型的真实度

模型的真实度对于科学探究模拟是最重要的，模型中变量的数量、变量的精确性，重新计算时的时间增量是它的三个要素。

在课件中，变量能够被观察和操纵是很重要的。如果学生同时操纵的变量过多，容易混淆和疲劳，影响探究学习的效果。但是科学现象通常又有多种变化因素，如果模型变量过于少，就不能如实反映科学的现象，也使探究活动的趣味性下降。学生使用模拟型课件进行探究学习的过程，是一个多次迭代循环的过程，需要通过不断的尝试，发现问题并解决问题，因此一般不把时间作为一个变量，不对时间进行控制。

例如，在图1所示《血液循环》模拟型课件中，没有把时间作为变量，根据学生年龄特点和教学目标要求，只设置了一个可控变量，即血液取样点。学生可以通过将注射器拖动到图上不同的圆圈处来改变变量的值，也就是采取到不同的血液样本并观察其成分，相当于是抽取了身体不同部位的血液来进行观察。学生可以多次重复这样的操作来发现血液循环的规律，学会探究的方法。

变量的精确性和变量本身数据的真实性与设定的变量的增量大小有关。如果变量本身的数据不够精确，那么就偏离了真实情境，学生利用这样的模拟型课件进行探究学习就失去了本来意义。其次，理想设置是变量能以无限小的增量变化，使学生可以设定任意的变量值，来观察相应结果。在连续的模型中，学生可以通过自身的模拟操作得出更具有说服力的结论。但由于开发技术的限制，无法实现连续的模型，那么也可按照变式原理，帮助学生从一些特例中归纳出一般规律。例如图1，不同位置的小圆圈即代表不同的变量值，在设计时尽可能多地设置多样化的变量值，使学生可以更容易地建立对模型的理解，自主得出一般规律。也就是在整个人体血液循环图的各处尽可能多、尽可能全面地设置，共25个小圆圈，这些取样点基本覆盖到了每一个器官。在一些血液循环过程中比较关键的器官处放置了更多的取样点，如心脏的地方，分别在左心室、左心房、右心室和右心房的地方设置取样点，更有利于学生理解血液成分在心脏部位发生的变化。

2.呈现的真实度

模拟呈现的真实度要根据学生的认知和兴趣需要来设定。科学探究模拟型课件的呈现要有利于学生的认知。既要保证实验器材的图像接近真实，又要科学地呈现运动变化过程，例如，如何表现未知变量、哪些变量可以操纵、哪些变量不可以操纵、关于时间的快慢如何来呈现等等，还要结合精确的数据。

同时，呈现的真实度也要以激发学生的学习兴趣为目的。要根据模拟的性质及学生操作的便利性，来选择和合理使用文本、图像、动画、视频、音频、颜色等信息呈现元素，使模拟的呈现效果对学生有吸引力。

例如图2，在《血液循环》模拟中，用注射器来模拟采集血液，这样的模拟呈现方式接近真实实验，可以使学生更好的理解。用红色和蓝色的小球分别代表动脉血和静脉血，并用人体血液循环图上的流动及颜色变化情况来模拟血液循环的整个路线及血液循环过程中成分变化，形象又直观。使用文字和百分比数据来表示血液样本中的成份及含量，用动态图示来表现被观察的血液的微观结构，其中不同形状的图形代表不同的血液成份，分别是氧气、二氧化碳、血糖和尿素。

3.学习者行为真实度

科学探究模拟中，学习者行为的真实度表现在行为方式（键入、点击、拖动等）和行为的类型（选择、生成、控制等）这两方面。

其中行为方式主要是指输入方式。模拟型课件采用常见的鼠标键盘输入方式，这样设计是综合考虑了教学目标、学习动机、学生的计算机操作技能以及学校可能的技术条件，尽可能地使模型中呈现的行为方式最有利于学生的探究学习。

对于前面提到过的呈现的类型，每种类型都对应相应的学生行为，其中包括选择、操纵、反应、收集信息等等。各类的行为都是通过一定的行为方式实现。

在《血液循环》模拟型课件中，使用点击拖动的行为方式，点击鼠标，将注射器拖动到取样点模拟抽取血液。这并不仅仅是追求形似，而是详细考虑了学生能否理解和接受设定这样的行为方式以后的设计选择。

行为的类型主要是选择和生成，鼠标的点击拖动，选择了相应的小圆圈，也就是通过这样的行为得到了不同的变量值，最后生成了不同的数据和动画。

三、 课件的结构

科学探究学习本质上是指导的发现学习，是把学生置于问题情境中，引导学生按照科学家研究问题的步骤和方法进行实验和观察，发现和证实科学规律。

《血液循环》采用了科学发现学习的教学策略，而教学策略是通过课件的结构体现出来的。课件主要分为导入语、动手做和考考你三部分，这三个部分相应于科学探究学习的基本步骤，包括提出研究问题、形成假设、进行观察和实验、取得数据、对数据进行整理和分析、验证假设、得出结论。并且提示学生按一定的逻辑顺序改变变量，观察并记录结果，学习科学探究的方法。

1. 《导入语》部分

导入语部分主要有三个作用：阐明教学目标，给出使用说明，创设探究学习的开始情节。一般情况下，学生对探究学习模拟型课件不如对指导、练习类型的课件熟悉，所以要重视在导入语部分强调学习目标。模拟的过程形象性和动态性过强，学生容易沉迷于模拟活动中有趣的部分，只注意鼠标点击以后的现象，而忽略了知识技能的学习，兴奋之后，什么都没有学到，所以要结合模拟的特点在导入部分进行教学目标的描述。如《血液循环》探究模拟型课件在导入语部分以问题引出了教学目标，如图3所示。

在模拟中，学生参与的活动更为复杂，因而清晰的解释说明显得更为重要。模拟中要说明一些特殊装置的使用方法，并在说明中包含必要的练习，如《血液循环》模拟型课件在导入语部分给出了一部分使用说明，使学生更为了解课件如何使用，节省熟悉课件使用方法的时间。

除了教学目标和使用说明外，需要创设探究学习的开始情节，开始情节就是探究学习的问题情境。开始情节包括模拟的背景、吸引学生注意的可操纵的对象、学生参与的活动步骤、学生面对的情境等。如《血液循环》探究模拟型课件的导入语部分，见图4。

2. 《动手做》部分

这部分是科学探究模拟型课件的主体，主要的教学内容和探究活动都集中在这个部分。课件的界面呈现人体的血液循环图，这是一个模拟的简化模型。学生可以选择使用显示标签，显示人体血液循环图相应器官的名称，如头、肾脏等等。课件用红色和蓝色小球分别代表动脉血和静脉血的血液，学生可以选择观察血液循环流动的情况，以及血液在流动过程中的变化。学生可以按照自己的实验设想，用鼠标拖动注射器模拟真实场景中采集血液标本的过程，同时在右面的显示框里观察到血液的各个成分以及其含量，还有细胞的微观结构图。

3.《考考你》部分

《考考你》不是通常的练习题。科学探究模拟课件不给学生提供现成的结论，而是通过《考考你》这一环节，来让学生验证自己探究的发现。检测问题要结合模拟操作的方法和过程，检测题的答案要通过模拟操作核对。题型的设置应该有一定的梯度，从易到难。《考考你》的题型主要有两类，分别是选择题和简答题，选择题相对比较简单，简答题有一定的难度。所以将选择题放在前面，简答题置于后面。此外，在选择题的设置上，也是有梯度的循序渐进，给学生留有余地，逐步加深，而不是一步到位。在这部分要有与学生的交互，每一个选择题都有两次答题机会，第一次回答错误给予答错提示并且可以再次作答，第二次答对则给出解释并继续下一题，答错则给出正确答案及提示。

四、 结束语

由于真实情境的多变性和不易控制性，有些探究性学习活动很难在现实的环境中展开。探究模拟型课件着眼于设计结构良好的、内容符合真实情境的课件，旨在通过课件的使用为学生的探究活动创设良好的环境，有效地引导探究活动，以达到帮助学生掌握相关知识，促进知识和技能的迁移，培养学生创新和探究能力的目的。因此，对于教学因素的研究具有重要的意义。

参考文献：

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（编辑：鲁利瑞）