虛擬實驗與課程重構(gòu)

吳向東

用虛擬實驗輔助傳統(tǒng)的課程教學是課程整合的大忌。這是信息技術(shù)與課程整合難以深入的一個重要原因。我在拙著《質(zhì)變與重構(gòu)──信息時代的科學教育探索》一書中提出，要想使科學教育發(fā)生本質(zhì)的改變，就必須重構(gòu)課程的目標、內(nèi)容、教學方式和手段。如果僅僅是讓虛擬實驗輔助傳統(tǒng)的課程教學，那只不過是改變了“手段”而已，目標、內(nèi)容、教學方式不變，猶如隔靴搔癢，徒勞而無益。

本文以“飲食與運動”虛擬實驗軟件的應用為樣例，來闡述筆者是如何重構(gòu)小學科學“食物的營養(yǎng)與健康”單元的目標、內(nèi)容與教學方式的。

● 課程樣例

要重新設(shè)計課程單元，就必須對現(xiàn)有的教材有一個清醒的認識。目前的小學科學教材存在著兩個明顯的缺陷。一是知識介紹性的內(nèi)容少，怕惹上“教知識”的罪名，而實際上知識是探究的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)的知識文本是必需的。二是探究活動的設(shè)計缺少真實情境與學習支架的創(chuàng)建。科學不是與現(xiàn)實相脫離的，而是用來解決現(xiàn)實問題的，科學學習要融入到真實情境中；相應地，與學習情境相融合的學習支架的設(shè)計，對于支持學生高質(zhì)量的探究與規(guī)范學生的探究行為是一個關(guān)鍵。為避免上述情況的出現(xiàn)，筆者在這兩方面都做了較大的改變，重新設(shè)計了本單元中相應的課程內(nèi)容。

1.引言

通過分析薯片、油炸土豆條、漢堡包、炸雞翅等食品與兒童肥胖的聯(lián)系，引導學生認識如果自己不注意調(diào)節(jié)飲食和運動，那些成年人才會出現(xiàn)的疾病如糖尿病、高血壓等就可能在青少年時期出現(xiàn)。

注：此舉在于創(chuàng)設(shè)真實情境，從現(xiàn)實問題入手，引起學生的興趣，關(guān)注飲食與健康之間的關(guān)系問題。

2.任務(wù)

（1）任務(wù)一：食物中的熱量與計算

首先，介紹維持生命所需熱量的重要性，將各個計量單位之間的換算關(guān)系呈現(xiàn)給學生；隨后詳細介紹了引入中談到的食物的熱量，并提醒學生可以在薄荷網(wǎng)（www.boohee.com/assessment/calory）等網(wǎng)站去查詢其他食物的熱量；接著讓學生參照基本計量法計算每個人所需的基本熱量，同時根據(jù)食物熱量表提供的數(shù)據(jù)規(guī)劃每餐的份量，用以有效控制體重。我還給學生展示了下面這樣一個真實的案例。

澳大利亞一位健身教練做了一個瘋狂的實驗，他不進健身房，停止任何活動，并大吃垃圾食物，2周后，體重從79.5公斤變?yōu)?4.6公斤，90天后他的體重達到114.6公斤。由此他告誡人們，不吃高熱量的垃圾食品和加強鍛煉是多么的重要。

注：學習相關(guān)基礎(chǔ)知識，懂得如何計算食物營養(yǎng)，形成用量化的方法看待人體熱量需求的習慣，并認識到運動與熱量消耗之間的關(guān)系，為任務(wù)二的模擬探究活動打下知識基礎(chǔ)。

（2）任務(wù)二：規(guī)劃合理的飲食與運動方案

引導學生利用熱量計算來合理規(guī)劃我們的飲食，當然，不能“只吃不動”，合理的運動對于兒童的成長是至關(guān)重要的。請選擇“飲食與運動”虛擬軟件進行規(guī)劃，規(guī)劃好后可以立即進行模擬，來檢驗我們規(guī)劃設(shè)計的方案是否合理（如圖1）。

注：學習虛擬實驗軟件的使用。

提示學生，在規(guī)劃飲食方案時，除了總體熱量的控制外，還要注意遵循食物金字塔的搭配規(guī)則，合理搭配各類營養(yǎng)，在關(guān)注能提供熱量的營養(yǎng)物質(zhì)的同時，不要忽視了蔬菜、水果的搭配。

注：初步懂得用食物金字塔來進行食物營養(yǎng)的合理搭配。

請學生根據(jù)給出的表格，先對自己慣常的食物和運動的情況做一個模擬，看看結(jié)果是怎樣的。然后根據(jù)食物營養(yǎng)和熱量的知識，規(guī)劃每天的三餐和運動安排，通過模擬軟件不斷檢驗后，找出適合自己的食譜和運動安排。需要注意的是，有些食物軟件中沒有，我們可以尋找大致相當?shù)氖澄飦泶妫绻貌粶剩部梢缘卿洷『删W(wǎng)去查詢該食物的熱量。

引發(fā)學生思考：比較慣常的和規(guī)劃后的飲食與運動，存在哪些差異？你慣常的飲食與運動安排存在什么問題？規(guī)劃后的飲食與運動安排怎樣才能做到呢？

注：以上是本單元課程最重要的探究活動部分。由學生根據(jù)自身的實際情況，應用便于進行數(shù)據(jù)對照和分析的記錄表，去操作虛擬實驗，取得數(shù)據(jù)。這里的記錄表是教師精心設(shè)計的學習支架，一方面反映了現(xiàn)實情境，一方面便于學生整理數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題。在“規(guī)劃合理飲食與運動”的過程中，如果發(fā)現(xiàn)運行結(jié)果不合適，還可以重新設(shè)計再行模擬，這是虛擬實驗一個非常突出的優(yōu)勢。

3.分享

請學生根據(jù)通過模擬軟件和食物熱量的知識做的飲食搭配和運動方案，設(shè)計一個演示文稿與大家分享。要設(shè)計好這個演示文稿，一定要注意幻燈片的簡潔，以便突出想表達的內(nèi)容。例如，讓學生試著表達自己原來熱衷吃快餐食品造成營養(yǎng)不合理的情況，是如圖2這樣做，還是如圖3那樣做呢？同時提醒學生，如果幻燈片中的信息太多，就會顯得雜亂，觀看幻燈片的人就不容易看出你想表達的重點是什么。

● 課程分析

在課程內(nèi)容上增加了定量分析食物熱量和用定量的方法規(guī)劃食譜等方面的內(nèi)容，可以潛移默化地使學生對科學實驗有一種定量研究的意識。教材上大多只是建議學生不要暴飲暴食，避免吃多了產(chǎn)生肥胖，這種描述與常識無異，而科學是需要定量描述的，虛擬實驗的引入使得定量的研究成為可能。與現(xiàn)有教材相比，教學目標的水平得到了提升。

在課程內(nèi)容上還增加了運動與熱量消耗方面的知識，以及讓學生直觀地觀察到隨著體重的增加，同樣的運動和日常活動消耗的熱量也會隨之增加，心臟的負擔也會隨之增加。這使得學生可以初步系統(tǒng)地看待飲食、運動、心臟工作強度與健康之間的關(guān)系，而不是簡單、狹隘地對應思考獲取熱量、消耗熱量與體重的關(guān)系，因而學習目標又有了提升。

在教學方法上，學生在真實的任務(wù)中，以虛擬探究實驗為核心進行數(shù)據(jù)的采集與分析，以幫助設(shè)計出現(xiàn)實生活中能做到的食物搭配與運動方案，促使學生養(yǎng)成更加健康的生活方式。這與傳統(tǒng)的使用虛擬實驗的方式不一樣，傳統(tǒng)的方式往往只是簡單玩一下虛擬實驗，驗證一下食物熱量與體重關(guān)系的知識。嚴格來說，這不是探究，其目的只不過是為了掌握那點知識而已。當虛擬實驗與解決現(xiàn)實生活中的食譜設(shè)計等問題結(jié)合起來時，探究才會真正發(fā)生，最后，學生的知識理解也會更深刻，這從我們課后的測評中已得到驗證。

● 結(jié)語

虛擬實驗軟件首要是作為模擬探究的工具，而不是輔助傳統(tǒng)教學傳授知識的工具，要應用得好，絕不是在傳統(tǒng)的課程中或某一教學環(huán)節(jié)中簡單嵌入一下就可以產(chǎn)生成效的。這需要重新思考課程的目標和內(nèi)容，重構(gòu)現(xiàn)有的教材，重新設(shè)計探究的支架，如此，虛擬實驗才能真正發(fā)揮出最大的教學效益。

作者說：

技術(shù)不是洪水猛獸，技術(shù)能改善生活，推動社會發(fā)展。我們的孩子最終要融入這個數(shù)字時代。有意識地培養(yǎng)他們的技術(shù)素養(yǎng)，這叫順應潮流，與時俱進。我們不僅要讓他們學習技術(shù)，還要讓他們習慣用技術(shù)學習。