摘 要:本文分析了中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)中存在的不足，介紹了認(rèn)知工具的概念及特點，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了基于認(rèn)知工具的中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式，以期為同類研究和實踐提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞:認(rèn)知工具;科學(xué)探究;思維導(dǎo)圖

中圖分類號:G434 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-8454(2010)02-0027-03

我國中學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)離不開科學(xué)的學(xué)習(xí)過程。科學(xué)的核心是探究，教育的重要目標(biāo)是促進學(xué)生的發(fā)展，科學(xué)課程應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)這兩者的結(jié)合，突出科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方式。[1]這一新理念使得科學(xué)教師積極關(guān)注如何支持學(xué)生的探究學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過親自參與探究過程掌握科學(xué)探究的方法和技能。但是，經(jīng)筆者查閱文獻以及與師生訪談和課堂觀察發(fā)現(xiàn)，常規(guī)教學(xué)方式無法有效地支持科學(xué)探究的開展。[2]當(dāng)前應(yīng)用認(rèn)知工具來支持科學(xué)探究也成為了信息技術(shù)與科學(xué)課程整合的研究焦點，本文力圖構(gòu)建基于認(rèn)知工具的中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式，促進科學(xué)探究在中學(xué)科學(xué)教育的開展。

一、中學(xué)科學(xué)探究

1.什么是科學(xué)探究

《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中對科學(xué)探究是這樣表述的:“科學(xué)探究指的是科學(xué)家們用來研究自然界并根據(jù)研究所獲事實證據(jù)做出解釋的各種方式?？茖W(xué)探究也指學(xué)生構(gòu)建知識、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動?！盵3]中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)則是指中學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建知識、形成科學(xué)觀念、領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的各種活動，涉及提出問題并進行假設(shè)、制定探究計劃、觀察并記錄數(shù)據(jù)、分析并檢驗數(shù)據(jù)、表達探究成果、評價與反思。

2.中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)存在的不足

探究學(xué)習(xí)已經(jīng)成為中學(xué)科學(xué)課堂的重要學(xué)習(xí)形式，但通過和一線教師的訪談和課堂觀察，我們發(fā)現(xiàn)探究學(xué)習(xí)還存在一些不足，具體體現(xiàn)在以下兩方面:

(1)無法追蹤學(xué)生的思考過程

在探究學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)中，教師雖然可以通過創(chuàng)設(shè)情境、提問等教學(xué)技巧來啟迪學(xué)生思考問題，但卻無法追蹤學(xué)生的思考過程，因此很難及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，也就難以給予恰當(dāng)?shù)闹С趾椭笇?dǎo)。

(2)缺乏正確科學(xué)的探究方法和工具

由于缺乏正確科學(xué)的探究方法和工具，在部分探究活動中，學(xué)生個個爭著探究，但不知從何處入手;還有諸如實驗無計劃、觀察不到位、表達不清、不會傾聽等現(xiàn)象，這些都表明學(xué)生對觀察、實驗中各種信息的搜集、整理和分析能力、通過已有事實和信息進行推理、歸納和總結(jié)的能力、課堂交流和評議等能力的不足，缺乏良好的探究能力和科學(xué)素養(yǎng)。

由此看來，學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣沒有得到很好地激發(fā)，課堂探究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方式還存在很多不足，學(xué)生的探究能力和科學(xué)素養(yǎng)并沒有得到較大地提高。

如何更全面地關(guān)注學(xué)生的思考過程?如何利用工具促進學(xué)生的探究過程?隨著認(rèn)知工具的推廣應(yīng)用，為開展中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)提供了新的契機。

二、什么是認(rèn)知工具

認(rèn)知工具(Cognitive tools)由美國著名教學(xué)設(shè)計專家喬納森(Jonassen，1996)提出，是指可以幫助人們?nèi)ネ瓿烧J(rèn)知任務(wù)，增強人們在思考問題、解決問題以及學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知能力的工具。認(rèn)知工具并不是某種新的產(chǎn)品，而是對某些計算機軟件的重新歸類，是指那些能讓使用者利用它們進行積極思考的軟件工具，是一種促進認(rèn)知的工具。認(rèn)知工具提供環(huán)境和設(shè)施，要求學(xué)生在所學(xué)課程領(lǐng)域主動努力地思考，產(chǎn)生自己的想法，能促進學(xué)習(xí)者思維、支持學(xué)生進行知識建構(gòu)。[4]喬納森(Jonassen，1996)提出了計算機化、用戶(在經(jīng)濟上)可承擔(dān)、可用于表示知識、可支持批判性思維等9項標(biāo)準(zhǔn)用以鑒別一個軟件工具是否可作為認(rèn)知工具。[4]根據(jù)師生對認(rèn)知工具的實際需求和認(rèn)知工具的易獲得性等因素綜合考慮，本文主要涉及:語義網(wǎng)絡(luò)工具、電子表格、計算機通訊工具、超媒體工具四種類型，其具體內(nèi)容如表1所示。

認(rèn)知工具有利于支持探究性學(xué)習(xí)的各個過程，在幫助學(xué)生收集和整理資料、觀察記錄和分析實驗中的數(shù)據(jù)、表達結(jié)果、交流合作等方面具有明顯優(yōu)勢。

三、基于認(rèn)知工具的中學(xué)科學(xué)探究模式構(gòu)建

進行科學(xué)探究的方式是多種多樣的。一般來說，其基本過程具有六個環(huán)節(jié):提出問題并進行假設(shè);制訂探究計劃;觀察并記錄數(shù)據(jù);分析數(shù)據(jù)并檢驗;表達探究成果;評價與反思。科學(xué)探究的目的在于，通過教師的引導(dǎo)，促進學(xué)生開展協(xié)作探究，最終達到學(xué)生的自主創(chuàng)新發(fā)展。根據(jù)師生的需求，本文設(shè)計了基于認(rèn)知工具的科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式，如圖1所示。

依據(jù)該科學(xué)探究學(xué)習(xí)模式，各種認(rèn)知工具對探究過程的支持體現(xiàn)如下:

1.提出問題

一般而言，問題主要由學(xué)生通過觀察、調(diào)查、閱讀等方式發(fā)現(xiàn)，并提出可以通過科學(xué)探究來解決;也可以由教師給出，或由師生共同討論得出。在該模式中，可以通過思維導(dǎo)圖和QQ、BBS等對問題進行探討，這個過程最好有教師的參與和指導(dǎo)。課堂上可以通過思維導(dǎo)圖，教師引導(dǎo)學(xué)生討論，開展頭腦風(fēng)暴，了解學(xué)生已有知識，并且通過討論得出問題是否適于探究。課外可以利用QQ、BBS等通訊工具深入討論，教師可以給予個別指導(dǎo)。

2.制訂探究計劃

確定主題后，可以進行個人思維導(dǎo)圖，畫出自己對該問題的已有認(rèn)識;或者進行集體思維導(dǎo)圖，相互討論，得出對該問題的假設(shè)。主要通過完成K-W-L-H 表來實現(xiàn)對問題的清晰認(rèn)識。K-W-L-H 表包含的內(nèi)容有:我們知道(Know)什么、我們想(Want)知道什么、我 們 已 經(jīng) 了 解(Learn)了什么以及我們?nèi)绾?How)了解更多。這個表格可以讓學(xué)生在紙上自己畫，也可以使用思維導(dǎo)圖軟件(如:Mindmanager)，如圖2所示。

學(xué)生通過 K-W-L-H 表總結(jié)自己已有的相關(guān)知識，明確自己的探究目標(biāo)、探究方法。通過思維導(dǎo)圖明晰認(rèn)識，并提出自己對問題答案的假設(shè)，經(jīng)過教師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間的討論，得出單個學(xué)生或是小組對問題答案的假設(shè)，并盡可能用不同方式(如PPT、思維導(dǎo)圖等)記錄下來。在觀察或?qū)嶒炛?，學(xué)生要清楚的三個問題是:做關(guān)于什么內(nèi)容的實驗?實施實驗的順序是什么?每個步驟又是如何細化的?利用流程圖、思維導(dǎo)圖等將實驗步驟清晰記錄下來，確定探究實驗方案。

3.收集事實和數(shù)據(jù)

使用有關(guān)實驗設(shè)備和材料進行調(diào)查、檢索、觀察、測量和實驗，除了保證操作安全外，學(xué)生的主要任務(wù)是記錄觀察和測量的結(jié)果。這里可以使用思維導(dǎo)圖、電子表格(Excel)，或者使用教師自己制作的表格對探究過程和結(jié)果進行記錄。

4.分析并檢驗數(shù)據(jù)

這個過程主要運用的工具是思維導(dǎo)圖和電子表格。對數(shù)據(jù)進行收集后，可利用電子表格(Excel)等軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，同時對得出的結(jié)果進行驗證分析，并利用PPT等軟件歸納得出的規(guī)律和特點。該過程的目的是，通過分析處理、觀察測量，與假設(shè)進行比較，做出結(jié)論，同時，收集更多的證據(jù)支持結(jié)論，檢查結(jié)論及過程、方法上是否存在問題，必要時提出改進措施。

5.表達探究成果

該過程主要是書寫探究報告，撰寫探究日志，用思維導(dǎo)圖、PPT等形式通過BBS與大家共享探究成果，并進行交流討論。

6.評價與反思

該過程主要查看學(xué)生各階段形成的探究成果，如探究計劃、個人/集體思維導(dǎo)圖、Word/PPT形式的探究日志、Excel數(shù)據(jù)分析等，以學(xué)生的自評互評、教師評價多種形式相結(jié)合，對學(xué)生的整個探究過程進行個性化評價和形成性評價。

結(jié)束語

利用信息技術(shù)開展科學(xué)探究，促進科學(xué)課程的改革，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，這是教育技術(shù)研究的一個重要領(lǐng)域，本文在對國內(nèi)外應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)支持科學(xué)探究的研究分析的基礎(chǔ)上，就如何利用認(rèn)知工具支持科學(xué)探究活動做了探索性研究，今后的研究將在此模式的基礎(chǔ)上構(gòu)建綜合性探究學(xué)習(xí)平臺，以更好地支持中學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)。

參考文獻；

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[2]付志文，王咸偉，柯清超.中小學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺的設(shè)計[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2008（9）.

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[4]祝智庭.現(xiàn)代教育技術(shù)——走進信息化教育[M]. 北京：高等教育出版社，2001（9）.

（編輯：郭桂真）