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虚拟化探究式教学方法与其实践

（1扬州大学信息工程学院,江苏　扬州　225127

2扬州大学化学化工学院,江苏　扬州　225002）

［摘　要］随着探究式教学模式在我国的广泛推行,如何积极有效地在教学实践中应用探究式教学的核心思想来提高教学质量是摆在教育工作者面前的一道难题.该研究所提出的虚拟化探究式教学模式具有成本低、周期短、可操作性强的优点,同时又能很好地和科研工作相衔接,是一种值得推广的教学方法.

［关键词］探究式教学；科学研究；信息科学

［中图分类号］　G642　［文献标识码］　A　［文章编号］　2095-3437（2018）01-0077-03

一、探究式教学的基本含义

所谓探究式教学（Inquiry Instruction或Inquiry Learning）又称探索研究教学法,是指教师在给学生讲解知识内容时,首先选择和确定一个研究主题,在教学中通过学生自主、独立地发现问题、提出问题,并通过查阅资料、收集信息、独立思考和学生之间的讨论等一系列探究活动,从而发现基本原理和自然规律的一种教学方法.它摒弃以教师为主体、学生被动听讲的传统填鸭式教学方法,改为以学生为主体, 充分发挥学生的主观能动性,让学生自主学习和探索,研究事物的属性,发现其内部联系,从而找出规律、形成结论,最后通过教师的指导和点评,形成正确的认识.简单来说,它就是将被动学习变为主动获取的学习方式.

探究式教学最早出现于美国,早在1910年美国教育哲学家约翰·杜威就在《科学》杂志撰文指出,科学知识仅靠传统讲授式教学远远无法满足实际教学的需要,只有积极地将学生纳入到知识的形成过程中,通过学生自主的探究方式,发现问题,收集信息,才能将想法和猜测转变为可靠的信念,从而获得知识与技能、情感与态度的发展,从而真正掌握科学知识内在的奥秘.经过众多教育学家、心理学家深入、细致的研究和教学实践,探究式教学逐渐被教育界所接受和推广,并成为一种流行的教学模式.

二、探究式教学实践的现状与困境

20世纪80年代以后,探究式教学理念逐渐得到我国教育界的重视和推行,成为最为流行的一种教学理念.随着探究式教学在我国基础教育中的推行,探究式教学目前仍然是基础教育界探索的热点课题.与探究式教学相关的理论和实践探索很多,其中既有理论研究, 也不乏众多教育工作者的经验之谈等.但在探究式教学的具体实施过程中,依然存在着诸多困难和误区.调查显示,尽管学校教师对探究式教学大体上持支持态度,但是在实践中开展探究式教学的积极性不高.这主要是由于探究活动耗时耗力、教学效果难于把握、学校缺乏相关配套资源等.目前大部分的探究式教学局限于项目型的设计,教师通常在特定的教学内容中,设计一些相关的探究项目,让学生通过查阅资料、实验探索等手段来完成教学任务,很多时候会结合一些大学生创新创业活动来实施探究式项目.这种方式当然对培养学生的创新能力、自主学习能力有很多益处,但不可否认它需要教师和学生投入较多的时间和精力,也会增加教学资源的成本,这就大大限制了探究式教学的大范围推广.更为重要的是,不是所有的教学内容都适合开展合理的探究式项目设计.例如,偏重于基础理论知识的基础学科,由于涉及抽象的、概念化的内容就很难顺利开展这种类型的探究式教学.特别是在大学教学中,因受教学学时的限制而要求教师在有限的时间内给学生足够的信息输出,这就大大限制了探究式教学的推行范围.这是造成现今大学教师主观上希望引进先进的教学理念,但客观上却无法真正将其付诸实践的主要原因.

有关探究式教学的论文可谓汗牛充栋.这些研究要么集中在理论研究层面,虽然它们为教育工作者提供了诸多教学思路,但却缺乏可操作性；要么是一些基于具体实例的经验之谈,虽然可操作性强,但局限在个案上,缺乏具有推广价值的原则和手段.这说明到目前为止,我们还没有真正搭建起连接探究式教学理论和教学实践活动的桥梁,还停留在零敲碎打的探索和摸着石头过河的实验阶段.本文试图通过科学研究过程中的思路和方法,有效结合探究式教学理论和实践,建立具有普适性的桥梁.

三、科研活动与虚拟化探究

随着我国科学技术实力的稳步增强,近年来对科研创新人才的培养和科研的投入与日俱增.大多数高校教师不仅需要承担基础学科的教学任务,也必须进行相关领域的科研工作.对基础学科而言,科研工作主要是进行基础理论的创新性探索,是获取新知识的过程,而教学工作的主要任务是传授已有知识,为学生构筑本学科的基本思维方法和知识框架.由于科研和教学工作的目标和方法存在差异性,如何协调科研和教学的关系,尤其是如何以科研促进教学一直是摆在大学教师面前的重要课题.很多学校出现了教得好的教师其科研工作却开展得并不多,而科研做得好的教师其教学水平并不一定高的情况.这既是由于工作重心和投入的精力不同造成的,也是由于没有合适的方法有效衔接科研工作和教学工作造成的.毕竟大部分科研工作仅聚焦于某一个狭窄的领域,属于高精尖的探索,而教学内容往往追求大而全,更重视拓宽学生知识的广度.

然而,如果摈弃具体的科研内容,仅从科研过程的宏观层面去思考,我们会发现科学研究本质上是对自然界的探究过程.一般来说,科学探究包括以下过程：（1）发现并明确提出要探究的问题；（2）猜想与假设；（3）通过观测、调查、实验等方法收集各种科学证据；（4）分析、论证；（5）得出结论、解释、模型建构及预测；（6）合作评估与交流.这不恰恰是与我们一直所倡导的探究式教学的基本过程存在一致的地方吗？其不同之处主要在于科研将目光投向了未知的世界,而探究式教学主要在于对已有知识体系的自主性建构（当然,并不排斥部分创新性探索）.我们甚至可以说,探究式教学就是在教学中创设一种类似于学术（或科学）研究的情境,将已有的知识、理论假设为未知世界,让学生自主、独立地发现问题,调查、收集与处理信息, 开展交流与合作等探究活动, 从而获得知识与技能、情感与态度的发展,这样既培养了学生的探索精神和求知欲,又促进其创新能力的发展.如果站在这个角度去理解探究式教学,我们可以获得一种实施探究式教学的途径,那就是“重走长征路”,让学生在学习过程中站在科研工作者的角度去重温科学知识、科学理论的发现过程.我们可以将每一个需要学生掌握的重要知识点当作一个个科学研究,让学生自己提出假设,设计方案去验证或论证自己的观点,并得出自己的结论.教师再给出科学家们所采用的论证方法,让学生自己去比对双方的异同,通过纠错和修正,激发学生主动思考和获取知识的积极性,使学生更深刻地理解科学结论的发现过程和背后的故事.通过这种方式获取的知识会被内化为学生自己的思维方式,是真正好用的“活的知识”.这种教学方式实际上是一种“虚拟化探究”,更多的是属于“开脑洞”型的思维训练.

“虚拟化探究”的好处在于：首先,由于它属于思维训练,所需资料不多,并不需要太多教学资源的成本投入,简单易行.其次,根据知识点的难易程度以及在所属学科中重要性的不同,教师容易控制探究过程的时间投入.如果是重要知识点可以将课题设计得复杂一些,探究过程可以逐步深入,而对简单知识点仅需进行简单的论证即可,这样既可以在有限的教学时间中激发学生的探究兴趣,培养其探究能力,又便于把控时间,不至于造成教学任务无法完成的困扰.最重要的是,这种探究式教学所需素材和选题可谓俯拾皆是,教师仅需对知识点相关的科学研究历史加以整理和凝练,提炼出其中的科学问题和核心的解决方案即可得心应手地运用于教学实践中.对于自然科学基础学科的学习,教师和学生普遍的感受都是枯燥、刻板、冷冰冰的,这是由于自然科学的学习需要学生站在客观和理性的视角.而一旦通过具体问题的设计,告诉学生科学知识背后的故事和隐含的问题,将冷冰冰的科学变为有内容、有情节的场景,不仅能使学生获得知识与技能,也可以使其获得情感与态度的发展.除此以外,也可以通过这种教学方式让学生了解到科学家思考问题的思维方式,如何将实际案例凝练为科学问题,如何将一个复杂的问题简化为一系列简单问题的组合,并找到具体的实施方案.经过这样的不断训练,学生不仅获取了知识,更学会了获取知识的方法,建立科学的思考模式,提高了处理实际问题的能力.

四、虚拟化探究案例分析

由于笔者长期从事电子信息的科研教学工作,在这里我们试图通过一个具体实例来说明这种虚拟化探究的实施过程.由于涉及专业内容,请读者略去具体知识点,仅看教学设计的基本思路和方法.

人类社会传播的一切内容都称为信息,人们通过不同的信息比如图片、语言、文字、指令、手势等来认识和改造世界.由于信息具有普遍性、客观性、共享性及时效性,人们需要对这些获得的信息进行加工处理并加以利用.例如,在通信原理的教学中有一个重要的知识点即信息及其度量.在讲解这一知识点时,教师可以进行虚拟化探究的课题设计.

教师先提出课题：针对不同信息,我们如何进行加工处理,或者说如何区分信息及衡量信息量的大小？根据笔者的教学经验,学生通常会使用消息出现的时间、出现的次数、描述的文字多少、声音的强弱等来描述信息量的大小.比如某一消息的出现时间早一些,则认为该信息的信息量大一些：在两人通话中,出现“吃饭”二字的次数多,则该通话信息中“吃饭”的信息量相对较大；同时谈话中声音大的一方信息量大；等等.

针对学生给出的方案,教师可以进行可行性分析：如何测定消息出现时间的早晚、声音大小以及描述文字的字数多少？学生会根据已有知识给出方法,即测定声音的幅值强度或能量大小,描述文字的字数占总字数的百分比,等等.

教师接着提问：如果成千上万个消息可能只阐述一个共同的内容呢？如果在描述中文字再多却全是废话呢？收音机里唱着同一首歌,开得声音大些或是小些,你得到的信息就会增加或减少吗？由于大部分的学生仅从书本获取相关知识,尚未进行真正意义上的实验工作,无法给出具体而实际的衡量方法,课堂通常会陷入沉寂.

接着教师继续对学生的方案进行深度分析.全是废话的描述没有任何意义,其中的主要内容才是信息量,它出现的概率相对大些.一首歌的音量大小不能决定歌中内容的重要性,而只有不断出现的重要字眼才能反映这首歌的主要内容.数据资料中包含的数据类型的多少、准确资料的多少以及人们注意力的程度等,都不足以衡量数据资料中信息量的多少,而只有消除人们对数据资料认知的“不确定性”才能衡量.“今年冬天和去年夏天一样热”和“今年夏天和去年夏天一样热”,到底哪句的信息量大？在一系列问题的提示下,学生会在头脑中快速搜索已有知识,试图脱离困境.

在学生进行短暂的思考和讨论后,会有部分学生提出是否可以通过不可能发生或出现的概率来衡量信息量的大小.提出这一方案的学生已经初步学会了应用统计概率来解决信息衡量的科学方法.教师应对这一解决方案给予积极、正面的评价.

在经过充分的讨论和思考后,教师给出科研工作者的解决方案：在通信系统中,当收信者接收到信源发出的信息时,可以消除对于某一个事件的不确定性.信源中某一个消息发生的可能性越小（不确定性越大）,一旦它发生并被收信者收到后,其消除的不确定性就越大,收信者获得的信息量也就越大；反之亦然.因此,收信者获得信息量的多少与信源的不确定性的消除有关,由此可以直观地把信息量定义为：

收到某消息获得的信息量

等于收到该消息前关于某事件发生的不确定性

等于信源输出的某消息中所含有的信息量

用概率论可以进行数学概述,一个随机事件xi所含有的信息量I的大小被定义为：

这时候,学生通常会恍然大悟,对科学家提出的巧妙的解决方案赞叹不已.

教师还可以根据学生对该公式的理解进行现场的讲解,重点比较学生所提出方案和科学家的结论之间的异同点,让学生明白二者的优缺点.同时,教师还可以根据具体情况为后面将要提出的“信息熵”等概念做铺垫,让学生不仅知道理论知识,也对具体科研问题的解决方法有所了解.

通过这一简单实例,学生可以深刻理解研究者在面对科学问题、提出实验方案以及得出结论过程中严密的逻辑,了解科研实践过程中所要面对的实际问题（实验误差、结论的唯一性等）以及相关的解决方法.特别是通过设计虚拟化探究方案,让学生在面对所学书本知识时能站在研究者的角度,不仅充分理解已有的研究思路,活跃创造性思维,提出自己的研究方案,使死的知识变成活的能力.

总之,虚拟化探究是一种利用科研实践的思维方式来进行教学设计的方法,实质上是通过将知识点转变成研究课题的方法,让学生从学习者转换为研究者的角色来看待所学知识.这种角色的转化不仅能有效提高学生的学习积极性,激发学生的创新性思维能力,更能提高学生凝练科学课题、解决实际问题的能力.从教师的角度来说,它降低了以往探究式教学方法的实施难度,具有成本低、周期短、可操作性强的特点.同时,也能很好地促进科研工作和教学工作的有效衔接,是一种值得推广的探究式教学方法.

［　参　考　文　献　］

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［责任编辑：庞丹丹］

探究式教学论文范文结:

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1、关于英语教学的论文