淺談網絡學習環境中的科學課程分析活動設計論文

　　環境科學課程的探究學習活動中，分析是學習過程中的基本步驟，指導是有效分析的前提。文章在認知理論的基礎上，明確了網絡學習環境中的科學課程分析活動及其指導的特點，設計了科學課程分析活動的過程和步驟，結合科學課程分析活動的網絡課件案例予以說明。

　　0引言

　　科學課程的探究學習活動中，分析活動是研究型學習過程的關鍵步驟，對于科學課程的研究性學習活動的目的有兩種，一種是掌握科學分析的方法或步驟;另一種是通過分析得出科學的結論，習得科學知識。科學課程探究學習的結果是客觀的、真實的，所以其結果具有唯一性。網絡的開放、資源共享等特點，使其為科學課程分析活動提供了一個新的學習環境。但是，目前網上學習活動主要階段往往是呈現問題、布置任務、提供目標導向，以及可能利用的網絡資源。[1]沒有充分發揮網絡技術對分析的支持，且學習也往往是在無法獲得指導的條件下進行，這種形式對于開放性研究結果的課程學習是可行的，但是對于有確定規律或結論的科學課程內容學習是不適宜的，即科學探究中指導是必不可少。

　　本文提出的科學課程分析活動設計，強調科學課程中的“分析”是一個科學探究活動的關鍵環節，強調網絡學習環境對“分析”活動本身的技術支持，即在網絡平臺上可實現學習內容呈現、可利用資源鏈接、分析歸納結果、反饋評價、交流互動等學習活動，強調分析過程中“指導”對科學分析的重要性。

　　一 科學課程分析活動設計的理論基礎

　　認知理論認為，學習者在現實情境中完成真實性任務，更容易發展解決問題的能力，有利于知識和技能的遷移。教學設計在于創建一種能激發和引導學生積極主動構建知識意義的真實環境。網絡環境可以創設具有“教學真實”的情境，它具有現實的復雜性，所需要的工具和條件隱含于情境之中，對學生探究能力的培養隱含于解決問題的過程之中。

　　科學課程分析活動是一種分步探究學習，是按照一定的步驟或規則解決問題，屬于智慧技能中高層次的學習類型。對科學課程分析活動的設計是由要精心設計要解決的問題或要完成的任務，以及科學分析的方法步驟構成，指導學習者分步驟觀察和思考每一步的方法和結果。

　　分步探究活動要具有指導功能，指導學習者按照分析任務的要求，有步驟地分析數據，判斷它們的有效性、趨勢和隱含的規律。這種活動要幫助學習者把無用的信息和有用的信息分離開，從分散、混淆和具體例子中發現一般原理和結論，學會把數據轉變為信息，以及知識。指導表現在任務分析、形成問題、內容呈現、操作規則、獲得反饋等各個環節。

　　因此，指導的科學課程分析活動設計應具有以下的特點：

　　第一，以學生為中心進行教學。教師不是分析方法和結果的傳授者，而是學生獲取信息和嘗試探索的引導者。

　　第二，強調在實際情境中進行教學。提供復雜的、一體化的、可信度高的學習環境。

　　第三，注重協作學習。通過學習者的相互合作可以使理解更加豐富、全面。[2]

　　第四，提供充分的資源。使分析活動的每個環節都有必要的信息支持。

　　第五，充分利用網絡技術支持分析、提供指導。

　　二 指導的科學分析活動步驟與過程

　　基于網絡的科學探究學習的基本過程是：確定問題、呈現材料、分析研究材料、歸納分析結果，其中指導的分析活動步驟如表1所示。

　　第一步，發布分析任務。教師將設計好的探究問題發布在網絡環境中。該步的“指導”強調教師將學生探究的內容與探究方法巧妙地結合在“分析任務”中。學生探究選擇的媒體是教師發布分析任務的網頁，同時，可以借助網絡或現實中的討論組來確定完成分析任務的基本方案。

　　第二步，收集數據。學生根據第一步確定的分析方案，借助課程網頁或教師提供的數據資源，收集相關數據。該步的“指導”強調提供充分的、一體化的、可信度高的學習環境及資源。

　　第三步，運用分析方法。應用一定的分析方法研究收集到的有效數據。網頁或表單既可以提供材料，又可以引導學生分析。如在分析過程發現數據不足，可以繼續收集。該步的“指導”更注重用技術支持和引導分析。

　　第四步，抽象或概括。學習者借助一定的應用軟件，對分析的科學任務進行抽象或概括其趨勢、模式或規則。這里要注重為學生建構知識的意義提供各種必要條件。

　　第五步，驗證或修正規律。學習者在新數據基礎上通過與網頁交互和獲取反饋，驗證或修正自己總結的規律。

　　第六步，提交報告。通過學習者的相互合作可以使理解更加豐富、全面。因此學習者可以將經過小組討論的探究結果進行簡明的'總結，闡述發現的規律，并以電子郵件等方式提交。

　　三 指導的科學分析的應用案例

　　科學課程中，指導的分析可以應用于兩種目的，基本的目的是教授科學嚴謹的分析過程和方法，包括計算或估計數據的值，按照步驟對項目分類、比較、排序等，要強調技巧和步驟。這種活動還可以教授通過分析數據揭示規律，也即由分析到綜合的過程。分析只是一種手段，目的是讓學習者發現從未注意的規律或不確信的趨勢，因此，這時科學分析活動中，過程和方法要簡單，主要是讓學習者關注規律。

　　1 注重學生掌握科學分析技能

　　案例一：土壤結構分析

　　圖1是土壤結構分析的網絡課件界面。[3]學生利用右側土壤結構三角圖中的數據，把左側的土壤樣本(Soil samples)與土壤結構(Soil texture)匹配起來。每個樣本對應土壤成份的一組數據，如土壤樣本(20%Clay，23%Sand)，學生必須從結構圖中排除其它比例的成份找出這組數據，以及對應的土壤結構(B)Silt loam(淤泥性沃土)。

　　該案例在學生進行科學分析時，網絡環境提供了分析的科學材料，包括圖1右側三角形圖表，它既是分析的對象，又是完成分析任務的依據，以及左側提供的真實的土壤樣本數據。該環境還提供了分析指導，隱含在土壤結構的定義、三角形圖形樣式、任務要求以及反饋信息中。學習者要得出正確的結果，必須對圖1右側三角圖中所給的數據和土質進行比較、分類、歸納，學習者個體或小組通過分析掌握土壤結構分析的一般過程與方法。

　　案例二：火山石分類分析

　　圖2是對火山石分類的網絡課件界面。學生根據巖石的質地和巖漿的類型，把右側的巖塊拖放到左側對應的格子中。

　　該案例如果從所呈現的任務來看，類似于圖1案例。但是，該案例的學習者欲完成學習任務，必須通過網絡環境提供的必要鏈接資源來了解每一種火山巖的形成條件，仔細觀測、對比、辨別巖石的質地和巖漿的類型。案例是通過問題的二維形式及反饋信息指導學習者分析的。 案例三：美國建筑風格的分析與層級排列

　　圖3是對美國建筑風格的分析與層級排列的網絡課件的主要界面。案例三與案例一、案例二相類似，都側重于學習者對科學分析過程與方法的掌握。學習者的每次嘗試都是假設和驗證過程。

　　該網絡課件為學習者提供40多種美國建筑風格的詳實材料來支持學習者學習分析。案例是讓學生把美國從1600年到1940年的建筑風格，按時間順序和屬性關系排列為層級。圖的左側是無序列出的風格(Styles)名稱，學生用鼠標點擊，把選中的風格排在右側表單中。學習者在任務指導要求下，首先必須了解美國從1600年到1940年的建筑風格，以及其每一種建筑風格的基本特征及其年代背景等，如先了解Victorian(維多利亞式)、Gothic Revival(復興歌特派)、Carpenter Gothic(木結構歌特派)等風格建筑的特點、及主建年代、分布等，之后比較、分析、綜合每一種建筑風格的多方面因素，才能將其正確排列在界面右側的表單中。該例是通過建筑風格名稱和表單的層級樣式引導學生分析的。

　　2 注重通過分析發現科學規律

　　案例四：兩物體之間熱流量與其溫差、熱傳導系數、接觸面積等相關因素的關系的分析。

　　圖4是該內容學習活動的網絡課程的主要界面。該案例的側重點是，通過分析兩物體之間熱流量與其溫差、介質熱傳導系數、接觸面積、以及介質厚度等相關因素的關系發現熱傳導的規律。

　　網絡課程在界面的左上方說明(Instructions)部分給出任務及要求，讓學生按照右側數據表(Data表)中的接觸面積(Area)和熱流量，把代表一組數據的6個圓點拖放到坐標圖中，數據表(Data表)下面每帶序號的小圓點分別代表數據表中的相同序號的一組數據，如小圓點●代表數據表中的第二組數據，即4.1205(接觸面積為4.1平方毫米，相應熱流量為205)。圖中間的說明框(Specifications)中列出的是這組數據對應的熱交換物體的溫度、介質熱傳導系數、介質厚度等條件，當拖放正確時，形成一條曲線，然后課程界面上顯示另一組數據和條件。重復多次以后，學生通過觀測、對比、分析、歸納，發現熱流量與其相關因素之間的客觀規律。

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