小學科學探究模擬型課件的設計因素分析*
——以《血液循環》為例

李姍姍（山西師范大學教育技術與傳媒學院，山西 臨汾041000）

?

小學科學探究模擬型課件的設計因素分析*
——以《血液循環》為例

李姍姍
（山西師范大學教育技術與傳媒學院，山西 臨汾041000）

新課程標準提倡科學探究學習，探究模擬型課件可以為科學探究創設良好的環境，有效地引導探究活動。文章以小學科學探究模擬型課件《血液循環》的設計為例，分別從模擬的真實度和課件的結構這兩個角度出發，闡述了課件設計過程中關鍵的設計因素。

科學探究學習；模擬型課件；設計因素

一、引言

《全日制義務教育小學科學課程標準》指出，“科學探究是科學學習的中心環節”。探究學習的環境包括真實環境和模擬環境?？茖W探究應該充分利用真實環境，然而真實環境中許多因素限制了科學探究的開展，因此有必要使用模擬型課件來創設良好的、適合自主探究的環境。

科學探究模擬型課件的設計因素主要包括兩類：模擬的真實度和課件的結構。模擬的真實度影響課件的實用性，模擬既要恰當地替代真實環境，又要使學生愿意投入學習；課件的結構決定課件的有效性，要有利于引導學生經歷科學探究過程，提升學生的學習效果和促進學習遷移。筆者和團隊伙伴設計的小學科學探究系列模擬型課件曾在全國多媒體課件大賽上獲獎，并應用在教學中。本文以小學六年級《血液循環》課件為例，分析科學探究模擬型課件的設計因素。

二、模擬的真實度

模擬不僅是簡化處理真實事物，還要在事物本身的簡化模型上加載學生控制因素和學習指導，成為增強的可控的真實?？茖W探究模擬型課件通過整體把握關鍵要素，在屏幕上呈現比真實事物更簡約、更利于理解的模型，讓學生通過學習直接呈現出來的內容，進行多次探究，逐漸發現被隱藏的原理。在模擬的實驗活動中，學生不僅學會了相應的內容，也掌握了科學探究的方法。在模擬課件設計中，主要考慮模型的真實度、呈現真實度和學習者行為真實度。

1.模型的真實度

模型的真實度對于科學探究模擬是最重要的，模型中變量的數量、變量的精確性，重新計算時的時間增量是它的三個要素。

在課件中，變量能夠被觀察和操縱是很重要的。如果學生同時操縱的變量過多，容易混淆和疲勞，影響探究學習的效果。但是科學現象通常又有多種變化因素，如果模型變量過于少，就不能如實反映科學的現象，也使探究活動的趣味性下降。學生使用模擬型課件進行探究學習的過程，是一個多次迭代循環的過程，需要通過不斷的嘗試，發現問題并解決問題，因此一般不把時間作為一個變量，不對時間進行控制。

例如，在圖1所示《血液循環》模擬型課件中，沒有把時間作為變量，根據學生年齡特點和教學目標要求，只設置了一個可控變量，即血液取樣點。學生可以通過將注射器拖動到圖上不同的圓圈處來改變變量的值，也就是采取到不同的血液樣本并觀察其成分，相當于是抽取了身體不同部位的血液來進行觀察。學生可以多次重復這樣的操作來發現血液循環的規律，學會探究的方法。

圖1　血液循環系統圖

變量的精確性和變量本身數據的真實性與設定的變量的增量大小有關。如果變量本身的數據不夠精確，那么就偏離了真實情境，學生利用這樣的模擬型課件進行探究學習就失去了本來意義。其次，理想設置是變量能以無限小的增量變化，使學生可以設定任意的變量值，來觀察相應結果。在連續的模型中，學生可以通過自身的模擬操作得出更具有說服力的結論。但由于開發技術的限制，無法實現連續的模型，那么也可按照變式原理，幫助學生從一些特例中歸納出一般規律。例如圖1，不同位置的小圓圈即代表不同的變量值，在設計時盡可能多地設置多樣化的變量值，使學生可以更容易地建立對模型的理解，自主得出一般規律。也就是在整個人體血液循環圖的各處盡可能多、盡可能全面地設置，共25個小圓圈，這些取樣點基本覆蓋到了每一個器官。在一些血液循環過程中比較關鍵的器官處放置了更多的取樣點，如心臟的地方，分別在左心室、左心房、右心室和右心房的地方設置取樣點，更有利于學生理解血液成分在心臟部位發生的變化。

2.呈現的真實度

模擬呈現的真實度要根據學生的認知和興趣需要來設定?？茖W探究模擬型課件的呈現要有利于學生的認知。既要保證實驗器材的圖像接近真實，又要科學地呈現運動變化過程，例如，如何表現未知變量、哪些變量可以操縱、哪些變量不可以操縱、關于時間的快慢如何來呈現等等，還要結合精確的數據。

圖2　模擬操作界面圖

同時，呈現的真實度也要以激發學生的學習興趣為目的。要根據模擬的性質及學生操作的便利性，來選擇和合理使用文本、圖像、動畫、視頻、音頻、顏色等信息呈現元素，使模擬的呈現效果對學生有吸引力。

例如圖2，在《血液循環》模擬中，用注射器來模擬采集血液，這樣的模擬呈現方式接近真實實驗，可以使學生更好的理解。用紅色和藍色的小球分別代表動脈血和靜脈血，并用人體血液循環圖上的流動及顏色變化情況來模擬血液循環的整個路線及血液循環過程中成分變化，形象又直觀。使用文字和百分比數據來表示血液樣本中的成份及含量，用動態圖示來表現被觀察的血液的微觀結構，其中不同形狀的圖形代表不同的血液成份，分別是氧氣、二氧化碳、血糖和尿素。

3.學習者行為真實度

科學探究模擬中，學習者行為的真實度表現在行為方式（鍵入、點擊、拖動等）和行為的類型（選擇、生成、控制等）這兩方面。

其中行為方式主要是指輸入方式。模擬型課件采用常見的鼠標鍵盤輸入方式，這樣設計是綜合考慮了教學目標、學習動機、學生的計算機操作技能以及學校可能的技術條件，盡可能地使模型中呈現的行為方式最有利于學生的探究學習。

對于前面提到過的呈現的類型，每種類型都對應相應的學生行為，其中包括選擇、操縱、反應、收集信息等等。各類的行為都是通過一定的行為方式實現。

在《血液循環》模擬型課件中，使用點擊拖動的行為方式，點擊鼠標，將注射器拖動到取樣點模擬抽取血液。這并不僅僅是追求形似，而是詳細考慮了學生能否理解和接受設定這樣的行為方式以后的設計選擇。

行為的類型主要是選擇和生成，鼠標的點擊拖動，選擇了相應的小圓圈，也就是通過這樣的行為得到了不同的變量值，最后生成了不同的數據和動畫。

三、課件的結構

科學探究學習本質上是指導的發現學習，是把學生置于問題情境中，引導學生按照科學家研究問題的步驟和方法進行實驗和觀察，發現和證實科學規律。

《血液循環》采用了科學發現學習的教學策略，而教學策略是通過課件的結構體現出來的。課件主要分為導入語、動手做和考考你三部分，這三個部分相應于科學探究學習的基本步驟，包括提出研究問題、形成假設、進行觀察和實驗、取得數據、對數據進行整理和分析、驗證假設、得出結論。并且提示學生按一定的邏輯順序改變變量，觀察并記錄結果，學習科學探究的方法。

1.《導入語》部分

導入語部分主要有三個作用：闡明教學目標，給出使用說明，創設探究學習的開始情節。一般情況下，學生對探究學習模擬型課件不如對指導、練習類型的課件熟悉，所以要重視在導入語部分強調學習目標。模擬的過程形象性和動態性過強，學生容易沉迷于模擬活動中有趣的部分，只注意鼠標點擊以后的現象，而忽略了知識技能的學習，興奮之后，什么都沒有學到，所以要結合模擬的特點在導入部分進行教學目標的描述。如《血液循環》探究模擬型課件在導入語部分以問題引出了教學目標，如圖3所示。

圖3　闡明教學目標界面

在模擬中，學生參與的活動更為復雜，因而清晰的解釋說明顯得更為重要。模擬中要說明一些特殊裝置的使用方法，并在說明中包含必要的練習，如《血液循環》模擬型課件在導入語部分給出了一部分使用說明，使學生更為了解課件如何使用，節省熟悉課件使用方法的時間。

除了教學目標和使用說明外，需要創設探究學習的開始情節，開始情節就是探究學習的問題情境。開始情節包括模擬的背景、吸引學生注意的可操縱的對象、學生參與的活動步驟、學生面對的情境等。如《血液循環》探究模擬型課件的導入語部分，見圖4。

2.《動手做》部分

圖4　開始情節界面

這部分是科學探究模擬型課件的主體，主要的教學內容和探究活動都集中在這個部分。課件的界面呈現人體的血液循環圖，這是一個模擬的簡化模型。學生可以選擇使用顯示標簽，顯示人體血液循環圖相應器官的名稱，如頭、腎臟等等。課件用紅色和藍色小球分別代表動脈血和靜脈血的血液，學生可以選擇觀察血液循環流動的情況，以及血液在流動過程中的變化。學生可以按照自己的實驗設想，用鼠標拖動注射器模擬真實場景中采集血液標本的過程，同時在右面的顯示框里觀察到血液的各個成分以及其含量，還有細胞的微觀結構圖。

3.《考考你》部分

《考考你》不是通常的練習題。科學探究模擬課件不給學生提供現成的結論，而是通過《考考你》這一環節，來讓學生驗證自己探究的發現。檢測問題要結合模擬操作的方法和過程，檢測題的答案要通過模擬操作核對。題型的設置應該有一定的梯度，從易到難?！犊伎寄恪返念}型主要有兩類，分別是選擇題和簡答題，選擇題相對比較簡單，簡答題有一定的難度。所以將選擇題放在前面，簡答題置于后面。此外，在選擇題的設置上，也是有梯度的循序漸進，給學生留有余地，逐步加深，而不是一步到位。在這部分要有與學生的交互，每一個選擇題都有兩次答題機會，第一次回答錯誤給予答錯提示并且可以再次作答，第二次答對則給出解釋并繼續下一題，答錯則給出正確答案及提示。

四、結束語

由于真實情境的多變性和不易控制性，有些探究性學習活動很難在現實的環境中展開。探究模擬型課件著眼于設計結構良好的、內容符合真實情境的課件，旨在通過課件的使用為學生的探究活動創設良好的環境，有效地引導探究活動，以達到幫助學生掌握相關知識，促進知識和技能的遷移，培養學生創新和探究能力的目的。因此，對于教學因素的研究具有重要的意義。

［1］張軍征.多媒體課件設計與制作基礎（第2版）［M］.北京:高等教育出版社，2009:70-85．

［2］張軍征.多媒體課件設計原理與方法［M］.北京:科學出版社，2007:83-85．

［3］張軍征，樊文芳.科學探究模擬課件的真實度因素分析［J］.現代教育技術，2011（3）:49-52．

［4］張軍征，樊文芳.支持科學課程探究學習的實驗模擬的交互因素分析［J］.現代教育技術，2011，21（10）:41-44．

［5］張軍征，樊文芳.模擬課件促進科學課程探究學習的作用分析［J］.現代教育技術，2012，28（2）：34-39．

（編輯：魯利瑞）

G434

A

1673-8454（2016）08-0065-03

山西省教育科學“十二五”規劃項目“設計與應用模擬軟件支持小學科學課程探究學習的研究（GH-12056）”，山西省回國留學人員科研項目“基于網絡的科學探究娛教系統的設計與應用研究（2010091）”。