论文部分内容阅读
科学教育的改革与发展对科学技术人才的培养和公民科学素养的提升起着重要的基础作用。在当今国际基础教育改革热潮中，科学探究对学生科学素养的培养被广为关注。我国教育部2001年颁布的《全日制义务教育科学（3～6年级）课程标准（实验稿）》中也明确指出了“科学学习要以探究为核心”的基本理念。然而，当前小学科学课堂中存在探究过程开展无序、探究内容过于抽象等问题，导致学生科学探究兴趣不足，科学探究能力缺乏，进而影响了科学探究教学的有效开展以及学生科学素养的培养。 可视化(Visualization)是运用计算机图形学或一般图形学的原理和方法，将数据转换为图形、图像，以直观的形式表示出来的理论、方法和技术。可视化技术不仅能够为学生的探究过程提供可视化的支架与导航，还可作为认知工具支持学生知识的建构和问题的解决。随着技术的发展，物联网、云计算、基于大数据的学习分析、虚拟现实等新一代技术广泛应用于教育领域，也为实现小学科学探究过程的可视化提供了有力保障。 因此，本研究在建构主义学习理论、认知—发现学习理论、分布式认知理论和双重编码理论等理论的指导下，围绕小学科学探究过程可视化的理论分析、小学科学探究过程可视化的技术实现和小学科学探究过程可视化的教学应用三方面展开。 在理论分析阶段，本研究首先采用文献研究法，系统梳理小学科学探究过程的内涵、环节、特点和类型。接着，对小学科学探究过程的可视化进行分析。一方面，采用形象化的视觉表达形式将各类科学探究过程可视化;另一方面，对适用于小学科学探究过程的可视化技术进行分析，提出可视化技术对科学探究过程中各环节的支持作用。在此基础上，构建了小学科学探究过程可视化软件（Scientific Inquiry Process Visualization Tool，简称SIV）的系统模型。 在技术实现阶段，本研究首先从设计原则、功能设计、界面设计和导航与交互设计四方面进行SIV的软件设计;接着参考软件工程方法提出SIV的开发流程，并选择Articulate Storyline为开发工具，在基于ipad的智慧学习环境下，以实验型科学探究和观察型科学探究为例完成SIV的开发。 在教学应用阶段，选择实验型科学探究和观察型科学探究为应用个案，依托广州市荔湾区芦荻西小学开展准实验研究，验证SIV的教学应用的效果。 总之，本研究通过理论与实践探索，形成以下结论:一是在对小学科学探究过程和小学科学探究过程的可视化进行理论分析的基础上，构建了小学科学探究过程可视化软件SIV的系统模型，该模型包括基础层、工具层和活动层三个层次;二是以实验型科学探究和观察型科学探究为例，完成了SIV的技术实现;三是通过实验研究，验证了小学科学探究过程可视化对提升科学探究能力、培养科学情感态度价值观、促进学生科学知识的掌握等方面的有效性。 本研究的创新点为:在对小学科学探究过程和小学科学探究过程可视化进行理论分析的基础上，构建了SIV的系统模型。