施阿婷

(揚州大學，江蘇揚州225000)

0 引言

隨著計算機行業(yè)的發(fā)展，模型對教學的意義得到國內(nèi)外一致肯定。Harrison & Treagust認為模型能夠促進學生的探究、交流與溝通，是科學思考和科學活動中非常重要的工具，科學推論、交流與預測的過程必須借以模型作為輔助工具來完成[1]。因此，模型在科學教育中的作用不可忽視。Gilbert指出，模型可以是真實的物體、對實體的抽象表征或兩者的混合體，也可以是對某一事件、過程或者系統(tǒng)的表征[2]。在基于模型的教學發(fā)展一段時間后，Windschitl提出建模是一種探究的形式，其目的在于檢驗學習者本身對于真實世界的某種觀點或者基于某種標準評估表征的充分性[3]。另外，María Isabel Hernández認為將基于模型的學習與基于建模的學習兩者整合在一起產(chǎn)生探究的過程，也是基于模型的探究[4]。

美國國家研究委員會《國家探究和科學教育標準》指出，探究是學生的活動，涉及到觀察、提出問題、審視書籍和其他信息來源去判斷什么是已知的、提出探究計劃、從收集實驗證據(jù)的角度回顧什么是已知的，使用工具來收集、分析和解釋數(shù)據(jù)、提出問題的答案、解釋、預測和交流最終結(jié)果。因此，探究是學生形成知識、理解科學觀點以及理解科學家如何研究自然世界的過程，探究的過程即是學習的過程[5]。Madinach和Cline注意到建模能顯著提高學生的探究技能。在Schwarz和White的研究中他們發(fā)現(xiàn)在Thinker-Tools中接受建模裝置訓練的學生，在探究后測和遠遷移問題上有所提高[6]。

目前現(xiàn)有的實證研究中，都是將探究作為框架，將模型建構(gòu)融入其中，作為探究前期和最終探究結(jié)果的一種呈現(xiàn)。學生通過探究活動建立并修改模型，最終實現(xiàn)學生對模型和建模的認識，培養(yǎng)學生的探究技能。

1 基于模型的探究性教學設(shè)計與建設(shè)

使用基于建模和探究活動的教學框架EIMA，主要包括參與、探究、模型和應用幾個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)模式中，學生在學習過程中處于被動狀態(tài)，教學效果很難達到最佳狀態(tài)。EIMA鼓勵“學中做、做中學”的方式，教師讓學生參與引導式科學探究，重點是創(chuàng)建、使用和修訂模型。根據(jù)探究課教學實際情況，課程組教師總結(jié)經(jīng)驗，結(jié)合學生在學習過程中處于主體地位教學要求，對基于模型的探究教學平臺進行了設(shè)計與初步的建設(shè)。

1.1 教學內(nèi)容的完善與優(yōu)化

初中信息技術(shù)課代碼部分，教學內(nèi)容單調(diào)、實用性不強，有些內(nèi)容沒有革新，學生興趣低。應根據(jù)市場調(diào)研與學情分析，將原有的知識點融入到模型搭建中，讓學生在模型搭建的活動過程中提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的探究能力。例如，在“含羞草”活動中將“光感器”、“觸碰開關(guān)”傳感器知識加到循環(huán)語句、條件語句中，實現(xiàn)“無光—閉合，有光—展開”的“含羞草模型”。學生在搭建過程中對語句有更全面的理解，掌握模型搭建的美觀性與實用性。近幾年，STEAM教育號召下，多個高校課程組教師帶領(lǐng)學生完成了多個項目教學內(nèi)容的設(shè)計與實踐，如迷宮設(shè)計、遙控汽車等，極大的豐富了教學內(nèi)容。

除了基礎(chǔ)項目，又增加了拓展性項目，根據(jù)傳感器及程序語句，結(jié)合現(xiàn)實進行問題設(shè)置。如“智慧家庭”—“室內(nèi)溫濕度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)”，要求學生能根據(jù)條件語句和循環(huán)語句的學習，設(shè)計在一定溫濕度條件下，加濕器與空調(diào)工作，實現(xiàn)智能家居。拓展性活動是進階版教學內(nèi)容，對學生綜合素質(zhì)要求更高，具有開放性、主動性和研究性特點，進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、動手能力及團隊合作精神。

1.2 基于模型的探究性教學實現(xiàn)

基于模型的探究性教學由師生圍繞一個項目開展教學。初期模型創(chuàng)建，學生根據(jù)題目收集知識選取傳感器，利用搭建手冊、視頻完成模型創(chuàng)建。探究所需程序語句，進行程序編寫、測試。最后語句與模型連接，實現(xiàn)模型搭建。

雖然在基于模型的探究活動中以學生為主導，自主完成模型構(gòu)建，但教師在整個教學過程中承擔著支架的作用[4]。教師在拓展性項目教學實施中更注重過程的指導和結(jié)果的考察。模型初創(chuàng)及總結(jié)報告撰寫，教師的指導不可或缺。在探究過程中，教師也要考查合作和綜合運用能力。

1.3 課后任務與成績評定

在探究活動后還要利用在線平臺完成課后的討論與測驗。討論區(qū)是開放狀態(tài)，方便師生討論，形成“學習共同體”。教師在網(wǎng)上給學生反饋成績，包含課前資料讀取、課堂模型搭建完成情況，小組配合度、測驗成績、討論區(qū)的活躍程度等，每個步驟都有評價標準。教師根據(jù)學生在課堂與錄像中的表現(xiàn)，輔助評判指標評定。

2 基于模型的探究性教學實踐

國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，推進編程教育在國內(nèi)的蓬勃發(fā)展。國內(nèi)學者高鳳以Scratch軟件和Arduino硬件為基本原型設(shè)計實現(xiàn)了一套教學實驗平臺,為全方位推進該教育方式的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件[9]。為響應“信息技術(shù)2.0行動計劃”，近兩年來，揚州大學新聞與傳媒學院教育技術(shù)專業(yè)開始著手基于模型的探究教學改革的嘗試，提高中學生的動手能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力、探究能力與實踐能力，發(fā)展中學生的信息素養(yǎng)，并在美琪中學、翠崗中學、樹人中學等校進行試行，取得了初步成績。

經(jīng)幾屆師生的努力，編程教學內(nèi)容得到補充與更新，學生設(shè)計的項目由教師改進完善，補充教材，增加了新項目，形成良性迭代。目前為止，探究活動有普通版和進階版兩個模塊，各八個項目，這些數(shù)字仍在增長。研究了陸續(xù)完成模型構(gòu)建探究課課件及視頻的制作工作，并整理了如試題庫、微課視頻等在線平臺建設(shè)所需的其他資料。

在試行中，教學評價的改革是重要一環(huán)。探究活動的評價機制經(jīng)過這幾年的實施更趨公平合理。從單一的期末成績變成由課前預習、課堂表現(xiàn)、總結(jié)報告三個部分，借助在線平臺實現(xiàn)的學生互評、專家評定的多元評價。

中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案(2018-2022年)》，強調(diào)促進信息技術(shù)與教育教學深度融合，支持學校充分利用信息技術(shù)開展人才培養(yǎng)模式和教學方法改革，逐步實現(xiàn)信息化教與學應用師生全覆蓋[10]，探研性教學方法前景廣闊。

3 結(jié)論與展望

項目完成后，經(jīng)過與師生的訪談，得知通過模型構(gòu)建教學，學生能夠自主拓展知識，小組合作頻繁，且在其他學科的學習中這些行為也保留。由此可知，基于模型的探究性教學可以對學生的動手能力、發(fā)現(xiàn)問題與問題解決能力、合作能力以及創(chuàng)新思維產(chǎn)生影響，學生的探究能力得到提升。

盡管國內(nèi)外提倡將探究作為一種教學策略，但是基于模型的探究在實施過程中仍有許多問題需要解決。一是探究性教學的有效性有賴于對學習者的支持。二是探究活動并不是獲取結(jié)論的唯一有效途徑。這要求教師辯證看待實踐與理論的關(guān)系。三是科學解釋并不都能通過直接觀察得到。四是探究活動要形神俱到。既要注重模型建構(gòu)的流程，也要注重搭建過程中學生探究能力的發(fā)展。

不可否認，基于模型的探究教學在培養(yǎng)學生探究能力、發(fā)現(xiàn)問題與解決問題，綜合運用知識方面有優(yōu)勢，但如何影響學生的能力發(fā)展有待我們進一步探索。