初中信息技术基于模型的探究教学研究

施阿婷

(扬州大学，江苏扬州225000)

0 引言

随着计算机行业的发展，模型对教学的意义得到国内外一致肯定。Harrison & Treagust认为模型能够促进学生的探究、交流与沟通，是科学思考和科学活动中非常重要的工具，科学推论、交流与预测的过程必须借以模型作为辅助工具来完成[1]。因此，模型在科学教育中的作用不可忽视。Gilbert指出，模型可以是真实的物体、对实体的抽象表征或两者的混合体，也可以是对某一事件、过程或者系统的表征[2]。在基于模型的教学发展一段时间后，Windschitl提出建模是一种探究的形式，其目的在于检验学习者本身对于真实世界的某种观点或者基于某种标准评估表征的充分性[3]。另外，María Isabel Hernández认为将基于模型的学习与基于建模的学习两者整合在一起产生探究的过程，也是基于模型的探究[4]。

美国国家研究委员会《国家探究和科学教育标准》指出，探究是学生的活动，涉及到观察、提出问题、审视书籍和其他信息来源去判断什么是已知的、提出探究计划、从收集实验证据的角度回顾什么是已知的，使用工具来收集、分析和解释数据、提出问题的答案、解释、预测和交流最终结果。因此，探究是学生形成知识、理解科学观点以及理解科学家如何研究自然世界的过程，探究的过程即是学习的过程[5]。Madinach和Cline注意到建模能显著提高学生的探究技能。在Schwarz和White的研究中他们发现在Thinker-Tools中接受建模装置训练的学生，在探究后测和远迁移问题上有所提高[6]。

目前现有的实证研究中，都是将探究作为框架，将模型建构融入其中，作为探究前期和最终探究结果的一种呈现。学生通过探究活动建立并修改模型，最终实现学生对模型和建模的认识，培养学生的探究技能。

1 基于模型的探究性教学设计与建设

使用基于建模和探究活动的教学框架EIMA，主要包括参与、探究、模型和应用几个环节。传统模式中，学生在学习过程中处于被动状态，教学效果很难达到最佳状态。EIMA鼓励“学中做、做中学”的方式，教师让学生参与引导式科学探究，重点是创建、使用和修订模型。根据探究课教学实际情况，课程组教师总结经验，结合学生在学习过程中处于主体地位教学要求，对基于模型的探究教学平台进行了设计与初步的建设。

1.1 教学内容的完善与优化

初中信息技术课代码部分，教学内容单调、实用性不强，有些内容没有革新，学生兴趣低。应根据市场调研与学情分析，将原有的知识点融入到模型搭建中，让学生在模型搭建的活动过程中提高发现问题、解决问题的探究能力。例如，在“含羞草”活动中将“光感器”、“触碰开关”传感器知识加到循环语句、条件语句中，实现“无光—闭合，有光—展开”的“含羞草模型”。学生在搭建过程中对语句有更全面的理解，掌握模型搭建的美观性与实用性。近几年，STEAM教育号召下，多个高校课程组教师带领学生完成了多个项目教学内容的设计与实践，如迷宫设计、遥控汽车等，极大的丰富了教学内容。

除了基础项目，又增加了拓展性项目，根据传感器及程序语句，结合现实进行问题设置。如“智慧家庭”—“室内温湿度自动调节系统”，要求学生能根据条件语句和循环语句的学习，设计在一定温湿度条件下，加湿器与空调工作，实现智能家居。拓展性活动是进阶版教学内容，对学生综合素质要求更高，具有开放性、主动性和研究性特点，进一步培养学生的创新思维、动手能力及团队合作精神。

1.2 基于模型的探究性教学实现

基于模型的探究性教学由师生围绕一个项目开展教学。初期模型创建，学生根据题目收集知识选取传感器，利用搭建手册、视频完成模型创建。探究所需程序语句，进行程序编写、测试。最后语句与模型连接，实现模型搭建。

虽然在基于模型的探究活动中以学生为主导，自主完成模型构建，但教师在整个教学过程中承担着支架的作用[4]。教师在拓展性项目教学实施中更注重过程的指导和结果的考察。模型初创及总结报告撰写，教师的指导不可或缺。在探究过程中，教师也要考查合作和综合运用能力。

1.3 课后任务与成绩评定

在探究活动后还要利用在线平台完成课后的讨论与测验。讨论区是开放状态，方便师生讨论，形成“学习共同体”。教师在网上给学生反馈成绩，包含课前资料读取、课堂模型搭建完成情况，小组配合度、测验成绩、讨论区的活跃程度等，每个步骤都有评价标准。教师根据学生在课堂与录像中的表现，辅助评判指标评定。

2 基于模型的探究性教学实践

国务院印发《新一代人工智能发展规划》，推进编程教育在国内的蓬勃发展。国内学者高凤以Scratch软件和Arduino硬件为基本原型设计实现了一套教学实验平台,为全方位推进该教育方式的实现创造了条件[9]。为响应“信息技术2.0行动计划”，近两年来，扬州大学新闻与传媒学院教育技术专业开始着手基于模型的探究教学改革的尝试，提高中学生的动手能力，培养其创新能力、探究能力与实践能力，发展中学生的信息素养，并在美琪中学、翠岗中学、树人中学等校进行试行，取得了初步成绩。

经几届师生的努力，编程教学内容得到补充与更新，学生设计的项目由教师改进完善，补充教材，增加了新项目，形成良性迭代。目前为止，探究活动有普通版和进阶版两个模块，各八个项目，这些数字仍在增长。研究了陆续完成模型构建探究课课件及视频的制作工作，并整理了如试题库、微课视频等在线平台建设所需的其他资料。

在试行中，教学评价的改革是重要一环。探究活动的评价机制经过这几年的实施更趋公平合理。从单一的期末成绩变成由课前预习、课堂表现、总结报告三个部分，借助在线平台实现的学生互评、专家评定的多元评价。

中共中央办公厅、国务院办公厅印发《加快推进教育现代化实施方案(2018-2022年)》，强调促进信息技术与教育教学深度融合，支持学校充分利用信息技术开展人才培养模式和教学方法改革，逐步实现信息化教与学应用师生全覆盖[10]，探研性教学方法前景广阔。

3 结论与展望

项目完成后，经过与师生的访谈，得知通过模型构建教学，学生能够自主拓展知识，小组合作频繁，且在其他学科的学习中这些行为也保留。由此可知，基于模型的探究性教学可以对学生的动手能力、发现问题与问题解决能力、合作能力以及创新思维产生影响，学生的探究能力得到提升。

尽管国内外提倡将探究作为一种教学策略，但是基于模型的探究在实施过程中仍有许多问题需要解决。一是探究性教学的有效性有赖于对学习者的支持。二是探究活动并不是获取结论的唯一有效途径。这要求教师辩证看待实践与理论的关系。三是科学解释并不都能通过直接观察得到。四是探究活动要形神俱到。既要注重模型建构的流程，也要注重搭建过程中学生探究能力的发展。

不可否认，基于模型的探究教学在培养学生探究能力、发现问题与解决问题，综合运用知识方面有优势，但如何影响学生的能力发展有待我们进一步探索。