信息技术与化学课程整合的研究(陆真)

信息技术与化学课程整合的研究陆真（导师周志华教授）南京师范大学教师教育学院[e-mail]二OO八年四月一二日教育科学是一个开放的、具有强烈参与性的人文事业，它必须从现实教育世界中寻找丰富的原生性问题（石鸥2005年）。不能忽视以现代技术演绎传统教学理念的误区正在发生，却更应重视充分应用现代教育技术手段来实现传统方法不足以实现的新的教学目标。（杨启亮2003年）信息技术与课程的整合：就是通过将信息技术有效地融合于各学科的教学过程来营造一种新型教学环境，实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的教与学方式，充分发挥学生的主动性、积极性、创造性，使以教师为中心的传统课堂教学结构发生根本性改革，将学生的创新精神与实践能力的培养真正落到实处。我们对江苏省近70所高中进行了信息技术教育应用现状的调查中表明，在基本普及了校园网设备的条件下经常在教学中应用信息技术的教师占45.6%，而开展与学科教学整合实践的只有4.5%。以整合的观点使用4.50%教学中经常使用45.60%教学中偶尔使用20.60%平时不用，公开课才用25.00%其他4.30%调查还表明，96%的教师要求在培训中系统地对信息技术素养、整合的教学结构设计、教与学方式的改变、网络资源与资源库的应用等四个方面进行培养与实践，以求尽快提高信息技术与学科教学整合的可操作性理论水平与获得实践的能力。一、研究的思路、目标和主要研究内容1.论文提出的理论假设和研究思路为：·信息技术与课程整合应该在教学论思想的指导下，对进行学科教学特征、探究学习所需的情境与过程进行理论与文献分析；·结合教育技术学理论对整合的空间和教学策略进行研究；·同时对学科教学和整合相关的教学设计和教学模式理论进行研究；·在化学课程和教学层面展开理论与实践应用的探索。2.论文研究的目标是：在教学论理论视野下探索信息技术与化学课程教学整合的理论和实践方式，以适应新课程和现行教育的实际需求。实证研究:1.骨干教师信息技术现状和培训需求调查，培养方案制订与实施的研究；2.“自主——探究型”网络课程的设计、制作、应用的研究；3.互联网化学教学信息与资源查询系统制作的研究。二、相关理论的研究1.教师的教学论内容知识计划和教授任何学科内容是一个高度复杂的认知活动（Shulman，1988）。在这个活动中，教师必须运用许多领域的知识。这些知识会对教和学产生深刻的影响，被称为“教学论内容知识”(PedagogicalContentKnowledge简称PCK)。理科教育的教学论内容知识（即教师的知识）应当包含：1.学科教学的倾向性。2.学科课程的知识和理念。3.关于学生对学科知识的理解。4.关于教学策略的知识：学科知识、教学论、情境。德鲁特（DeRuiter）提出了学科教学认知的发展模型。模型由四个要素：教学法、学科内容、学生知识和教学情境知识组成。他们相互关联整合在一起的融合体，最终形成动态的PCK模型。2.加深对化学学科教学特征的理解与体验研究认为对化学概念的理解必须建立在三个层次上，即宏观现象水平(themacroscopicphenomenon);微观粒子水平(thesub-microorparticlelevel);符号表征水平(thesymbolicorrepresentativelevel)。如果学生在宏观水平上对科学现象有很好的理解与观察，同时有机会在真实生活与社会中进行很好的联系与应用；与微观水平上的微粒观念联系起来，用自己的化学概念结构去解释客观物质世界的变化过程；最后通过化学学科专用符号和语言将其变化与进展表征出来。这样学习的化学概念才能得到真正的理解与掌握。（DonathGable，2002）为实现这三个层次的教学，采用的教学策略有：1.应用小组合作学习。2.应用类比、模式和概念图。3.应用信息与多媒体技术。4.开展有效的实验教学。5.开展STSE(Science,Technology,SocietyandEnviroment)探究性学习。能够减少学生学习化学中的挫折和困难，体会到学习的成功和喜悦感，会使越来越多的学生喜欢化学，今后选择化学作为职业。3.“主导—主体”的教学设计步骤和教学流程图“双主模式”教学设计步骤图4.信息技术与课程整合的教学模式的研究剖析了基于问题的学习模式、基于项目的学习、网络个性化学习模式、合作学习模式、网络合作学习模式、探究型学习模式、基于资源的学习模式、基于案例的学习模式和概念的归纳——获得教学模式等8种典型的教学模式。对它们的教学特点、教学结构、教学环节、整合中的操作步骤进行了逐一的描述，使教师在设计整合方案时方便地选择所适合的教学模式。三、信息技术与课程整合的实践研究一在理论指导下，论文从化学教师信息素养研究与培养、自主——探究型网络课件的制作与实施和互联网化学教学资源查询系统的制作三个方面进行了2年的实证研究和初步评价，获得了理论、方法、模式与和技术的应用性成果。（一）信息技术与化学课程整合教学现状的调查、分析与思考为了获得来自教学第一线的实际情况，分别于2004年和2005年对中学化学骨干教师进行了两次问卷与访谈调查，从各个方面去分析、思考信息技术与课程整合的现实状况。2004年7月15日，对来自江苏省各地参加省级化学骨干教师培训的中学化学教师进行了问卷调查（共发放70份调查问卷，有效问卷68份）。其中有关信息技术与课程整合的调查内容部分由22个问题组成，主要包括所在学校信息技术设备整合情况；个人对整合的态度和教学效果；个人信息素养构成与状况；对整合的前景与需求等四个方面进行了调查和访谈。1.学校的硬件设施使用及网络教学实际情况在设施上达到了进行信息技术与课程整合条件的学校53%；有经常使用这些设备的学校45.6%；只有能够开展网络教学的学校20.5%；学校领导对整合重视支持达到58.8%。表明我省有相当部分的中学已具有现代化信息系统的硬件环境，当前信息技术主要以多媒体教学形式在应用，而开展网络教学程度较低。00.20.40.6达到整合条件经常使用设备只能够开展教学领导重视程度硬件设施使用及网络教学实际情况2.教师对信息技术与学科整合、网络与多媒体学习的态度和认识教师对信息技术在教学中应用的重视态度达到80.9%；对引入信息技术对教学产生影响持肯定态度达到91.2%；教学中体会到学生对信息技术应用欢迎程度达到91.2%；认为从服务于学科教学过程而引入信息技术为95.6%；对开展教学与网络课程的效果认为有效达94.1%；认为整合提高了学生的科学素养达45.6%、提高了化学能力达19.1%、提高了思维能力达29.4%。调查充分表明化学教师对信息技术引入作用、效果和变化持肯定态度；主要关注从学科教学的角度去提高教学效率和培养学生的能力与素养。3.学生对信息技术与学科整合及学习的态度信息技术对学生学习化学有着较好的促进作用55.9%；学生非常喜欢信息技术的应用52.9%；学生喜欢网络学习这一新的学习方式55.9%。0.510.520.530.540.550.56有较好的促进喜欢信息技术喜欢网络学习学生对信息技术与学科整合及学习的态度4.教师应用信息技术状态教师在教学中应用信息技术形成主要的多媒体教学形式（70.5%）；基本不使用信息技术的教师为20.6%；具有较熟练的信息技术技能的教师为50.0%；未达到掌握的水平的教师有45.6%；网络资源的应用主要在教学设计（47.1%）和课件制作方面（79.4%）；经常使用网络课件的教师只有14.7%。表明我省有相当部分的中学已具有现代化信息系统的硬件环境，当前信息技术主要以多媒体教学形式在应用，而开展网络教学程度较低。00.20.40.60.8使用信息技术教学基本不使用具有较熟练技能未达到掌握水平应用到教学设计应用到课件制作经常使用网络课件教师应用信息技术状态5.骨干教师具备素养和培训需求中对信息技术提出的要求认为“信息和多媒体技术的应用能力”是形成骨干教师的必备素养达66.2%。；选择的对“信息技术整合与多媒体的能力”为培训需求的达到第三位41.2%。（二）2005年对参加新课程省级培训高中化学骨干教师的调查2005年7月，我们又对参加新课程省级培训的189名高中化学骨干教师进行了基本情况、对新课程的了解、自身能力与素质、培训需求和困惑、问题等5个方面的问卷调查。回收有效问卷173份（回收率91.5%）。骨干教师提出自身的知识结构的不足和培训需求。1.认为目前比较欠缺的知识中：信息技术、多媒体与课程整合应用素养知识为第一(49.7%)；在教学中亟待提高的能力是多媒体、信息网络的应用能力为第一（44.5%）；最希望提高的前四方面内容中先进的教育技术与课程整合应用为第三（67.6%）。2.信息技术与素养培养方案表化学教师信息素养培养方案(三）化学教师信息素养与能力培养方案的实施确定信息素养培养方案之后，我们于2004年7－8月对89名中学化学骨干教师进行了为期一个月的36学时信息技术素养与能力教学培训。通过演示讲解、实际操作、上机训练、汇报交流作品等教学环节，完成了相关模块理论的学习与课件制作。同时还邀请了计算机与教育网络平台专家，在整合中做出出色成绩的中学化学教师做专题报告与演示、指导。并在春季学期集中观摩网络课程，与南师大附中、南京三中的化学教师就网络课程和多媒体课件制作进行心得和经验交流。在培训中，我们还制作和发放了“网络教学资源查询系统”、“多媒体教学资源库”、“常用工具软件集锦”和“优秀教学案例”等光盘，供教师们返回学校在化学教学实践中使用。图骨干教师学习制作课件图学习使用化学专业工具软件图观摩网络教学示范课图观摩科学探究示范课图常用工具软件集锦（四）化学教师信息素养与能力培训成果的调查反馈2005年7月—10月，我们再次对接受过一年培训（包括信息技术素养培训）的骨干教师进行了培训反馈和意见征求调查，并进行了近20名的个案访谈，内容包括所在学校整合环境的变化、个人信息素养变化情况、整合能力变化和网络与课件制作能力变化等四个方面。1.经过一年来的建设，教师所在的学校有73.4%在硬件条件上发生了较大变化；有66.3%的学校有了完善的校园网。这些变化为信息技术与课程整合提供了环境保障，但仍有26.6%的学校没有变化，滞后于发展的趋势。00.20.40.60.8发生了很大变化有完善的校园网没有变化学校整合条件的变化2.93.3%的教师认为个人信息素养和应用信息技术与教学进行整合的能力发生了较大的变化；76.4%认为信息技术应用较大地提高了教学质量；教师们认为自身的工具软件应用和专业软件应用水平有较大提高的为73.4%和66.7%。00.20.40.60.81整合能力较大变化提高教学质量工具软件应用提高专业软件应用提高培训后的变化一3.90%的教师应用网络获取文献和资源能力有较大提高；80%的教师能够很好的将信息技术应用到教学设计过程中；76.6%的教师较好的开展了课件合作和制作。（见图）但仍有26.6%和33.3%的教师认为在信息技术工具软件和化学专业工具软件使用水平上没有变化，20%的教师认为在教学设计和合作、制作相关课件的能力还有待提高。00.20.40.60.81能力提高教学设计应用开展课件制作工具软件未提高专业软件未提高能力有待提高培训后的变化二图骨干教师制作的课件——晶体的物质结构图骨干教师制作的网络课件——环境保护三、整合的实践研究二——自主——探究型系列网络学习课程的开发和应用网络课程开发的基本过程如图所示（一）自主——探究型网络课程的设计构成1.自主——探究型网络课程的教学设计分为教和学两个部分。教的部分以教师为主体，而学的部分则以学生为主体。教师主导过程的设计除遵循指导性的教学设计外，还要结合网络教学的特征、学生的认知心理发展水平、学生的信息素养水平等因素，主要环节为：过程主要环节见图6-3。2.这种基于模块化构架的网络探究教学课件，各部分之间相对独立，又紧密联系。课件主要模块分为：准备知识模块、探究学习模块、思考与活动模