微世界支持小学生科学发现学习过程探究

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1、微世界支持小学生科学发现学习过程探究【摘要】如何利用计算机模拟软件来支持一些在实验室无法完成的实验是目前科学教学中迫切需要解决的问题之一。微世界作为支持发现学习的模拟软件，尤其适合于发展科学学科的探索与发现学习活动。学习者利用它提供的操作方法与指令探索其中的领域知识，并观察产生的现象、检验自己的假设，从而发现并习得微世界中蕴藏的领域知识。文章从理解微世界和科学发现学习的含义出发，分析了微世界支持的科学发现的活动过程和学习者存在的困难，从技术应用和支持学习者科学发现学习认知过程两个维度提出了微世界支持的科学发现学

2、习的策略框架，并通过开展教学实践，探索微世界支持小学科学发现学习的教学策略的实施过程，以促进小学科学课堂教学的有效开展，提升小学生的科学素养。【关键词】微世界；科学发现学习；教学策略：行动研究【中图分类号】G420【文献标识码】A【论文编号】D0I】1009-8097(2013)09-0035-0610.3969/j.issn.1009-8097.2013.09.007一研究问题科学发现学习本质上是一种良好的问题解决活动。小学科学发现学习实际上是小学生通过探究科学实验，从而发现并获得科学知识、科学现象，培养科学

3、探究的技能的活动过程。微世界(Mircroworld)是一个经过实证研究证明十分有效的认知学习环境与心智工具(mentaltool),尤其适合于发展科学(技)学科的探索与发现学习活动。国外已经有许多微世界应用于科学发现学习的教学经验和实践案例。但在国内，特别是小学科学教学中，还很少有关于微世界的教学应用研究。如何运用微世界促进小学科学发现学习是值得我们深入研究的问题。为此，本研究提出如下三个具体问题:(1)小学科学发现学习有什么特点，其活动过程是什么？(2)微世界的功能特性是什么，它在小学科学发现学习中起什么作

4、用？(3)如何有效地运用微世界支持小学科学发现学习？二微世界支持的科学发现学习1科学发现学习的含义科学发现学习(ScientificDiscoveryLearning)是指学习者通过构造科学实验而进行的发现学习，即学习者像科学家一样，针对某个科学问题，通过提出假设和设计实验的方法，探究、发现并建构其中的基本规律和原理的学习活动。因此，科学发现学习是指在科学教学中，教师通过提供一定的支持和帮助，引导学习者针对某一个科学问题，通过提出假设、设计实验、检验假设、得出结论等步骤探究科学实验，发现并建构其中的基本概念、规

5、律和原理，从而提高科学素养的学习活动。科学发现学习的目标、过程都十分强调学生自己的发现经历，并希望能在这一过程中培养学生的科学探究思维、方法，建构起有关的概念、原理，发展有关的认知技能。2科学发现学习的活动过程DeJong和Nioo曾把科学发现学习称为”探索性学习”(ExploratoryLearning),并对科学发现学习的过程做了具体分析，认为这一过程主要由两类活动组成：转化性过程和监控性过程。张建伟和陈琦对科学发现学习进行了结构化分析，认为在科学发现学习过程中，学习者需要完成问题表征与假设形成、实验探索、

6、自我监控与反思概括三种相互联系的活动，这三种活动构成了科学发现学习中相互交织的三条线索。同时还强调，在整个科学发现学习过程中学习者原有的知识经验：领域性知识(domainknowledge)和元知识(meta-knowledge)具有重要的作用。陈刚提出了计算机模拟支持的科学发现学习的活动结构，认为科学发现学习实际上就是学习者在实验空间和假设空间中展开的双重搜索，包括有三个子过程：搜索假设空间、搜索实验空间和证据评估。综合上述所有观点，笔者认为科学发现学习实际上是学习者通过开展科学实验进行学习，它可归纳为三个基

7、本活动过程：科学探究活动（提出问题、形成假设、设计实验、探索实验、分析实验、得出结论）、自我监控活动（自我计划、自我监控、自我评价）、反思概括活动。在这三种活动中，学习者原有的知识基础（领域性知识、元知识）具有重要的作用。其中，科学探究活动是科学发现学习的基本探索活动。3微世界支持的科学发现学习中存在的困难虽然科学发现学习受到了教育界的普遍欢迎，但是，许多实验研究表明，科学发现学习的实际效果并不一定优于传统的讲授型学习。究其原因，是因为学习者在科学发现学习过程中遇到了各种新的问题与挑战。而通过教学实践发现，在微

8、世界支持的科学发现学习中主要存在以下两方面困难：（1）学习者在使用微世界开展科学实验探究时，容易将其等同于"游戏”，导致无法发挥微世界的学习功能；（2）由于受到知识背景和认知发展水平的限制，学习者对科学实验的相关知识和方法理解不够，不知道如何开展科学实验，具体表现在：①不知道怎样从具体的任务情境中选择自己的研究问题；②不能正确地完成实验设计：⑨不知道应该记录哪些实验数据；④较难通过分析