虛擬化探究式教學(xué)方法及其實(shí)踐

邵宇+賈曉東

[摘 要]隨著探究式教學(xué)模式在我國的廣泛推行，如何積極有效地在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用探究式教學(xué)的核心思想來提高教學(xué)質(zhì)量是擺在教育工作者面前的一道難題。該研究所提出的虛擬化探究式教學(xué)模式具有成本低、周期短、可操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又能很好地和科研工作相銜接，是一種值得推廣的教學(xué)方法。

[關(guān)鍵詞]探究式教學(xué)；科學(xué)研究；信息科學(xué)

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）01-0077-03

一、探究式教學(xué)的基本含義

所謂探究式教學(xué)（Inquiry Instruction或Inquiry Learning）又稱探索研究教學(xué)法，是指教師在給學(xué)生講解知識內(nèi)容時(shí)，首先選擇和確定一個(gè)研究主題，在教學(xué)中通過學(xué)生自主、獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并通過查閱資料、收集信息、獨(dú)立思考和學(xué)生之間的討論等一系列探究活動(dòng)，從而發(fā)現(xiàn)基本原理和自然規(guī)律的一種教學(xué)方法。它摒棄以教師為主體、學(xué)生被動(dòng)聽講的傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)方法，改為以學(xué)生為主體， 充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索，研究事物的屬性，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部聯(lián)系，從而找出規(guī)律、形成結(jié)論，最后通過教師的指導(dǎo)和點(diǎn)評，形成正確的認(rèn)識。簡單來說，它就是將被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)獲取的學(xué)習(xí)方式。

探究式教學(xué)最早出現(xiàn)于美國，早在1910年美國教育哲學(xué)家約翰·杜威就在《科學(xué)》雜志撰文指出，科學(xué)知識僅靠傳統(tǒng)講授式教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足實(shí)際教學(xué)的需要，只有積極地將學(xué)生納入到知識的形成過程中，通過學(xué)生自主的探究方式，發(fā)現(xiàn)問題，收集信息，才能將想法和猜測轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽康男拍?，從而獲得知識與技能、情感與態(tài)度的發(fā)展，從而真正掌握科學(xué)知識內(nèi)在的奧秘。經(jīng)過眾多教育學(xué)家、心理學(xué)家深入、細(xì)致的研究和教學(xué)實(shí)踐，探究式教學(xué)逐漸被教育界所接受和推廣，并成為一種流行的教學(xué)模式。

二、探究式教學(xué)實(shí)踐的現(xiàn)狀與困境

20世紀(jì)80年代以后，探究式教學(xué)理念逐漸得到我國教育界的重視和推行，成為最為流行的一種教學(xué)理念。隨著探究式教學(xué)在我國基礎(chǔ)教育中的推行，探究式教學(xué)目前仍然是基礎(chǔ)教育界探索的熱點(diǎn)課題。與探究式教學(xué)相關(guān)的理論和實(shí)踐探索很多，其中既有理論研究， 也不乏眾多教育工作者的經(jīng)驗(yàn)之談等。但在探究式教學(xué)的具體實(shí)施過程中，依然存在著諸多困難和誤區(qū)。調(diào)查顯示，盡管學(xué)校教師對探究式教學(xué)大體上持支持態(tài)度，但是在實(shí)踐中開展探究式教學(xué)的積極性不高。這主要是由于探究活動(dòng)耗時(shí)耗力、教學(xué)效果難于把握、學(xué)校缺乏相關(guān)配套資源等。目前大部分的探究式教學(xué)局限于項(xiàng)目型的設(shè)計(jì)，教師通常在特定的教學(xué)內(nèi)容中，設(shè)計(jì)一些相關(guān)的探究項(xiàng)目，讓學(xué)生通過查閱資料、實(shí)驗(yàn)探索等手段來完成教學(xué)任務(wù)，很多時(shí)候會結(jié)合一些大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)來實(shí)施探究式項(xiàng)目。這種方式當(dāng)然對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力有很多益處，但不可否認(rèn)它需要教師和學(xué)生投入較多的時(shí)間和精力，也會增加教學(xué)資源的成本，這就大大限制了探究式教學(xué)的大范圍推廣。更為重要的是，不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合開展合理的探究式項(xiàng)目設(shè)計(jì)。例如，偏重于基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)學(xué)科，由于涉及抽象的、概念化的內(nèi)容就很難順利開展這種類型的探究式教學(xué)。特別是在大學(xué)教學(xué)中，因受教學(xué)學(xué)時(shí)的限制而要求教師在有限的時(shí)間內(nèi)給學(xué)生足夠的信息輸出，這就大大限制了探究式教學(xué)的推行范圍。這是造成現(xiàn)今大學(xué)教師主觀上希望引進(jìn)先進(jìn)的教學(xué)理念，但客觀上卻無法真正將其付諸實(shí)踐的主要原因。

有關(guān)探究式教學(xué)的論文可謂汗牛充棟。這些研究要么集中在理論研究層面，雖然它們?yōu)榻逃ぷ髡咛峁┝酥T多教學(xué)思路，但卻缺乏可操作性；要么是一些基于具體實(shí)例的經(jīng)驗(yàn)之談，雖然可操作性強(qiáng)，但局限在個(gè)案上，缺乏具有推廣價(jià)值的原則和手段。這說明到目前為止，我們還沒有真正搭建起連接探究式教學(xué)理論和教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的橋梁，還停留在零敲碎打的探索和摸著石頭過河的實(shí)驗(yàn)階段。本文試圖通過科學(xué)研究過程中的思路和方法，有效結(jié)合探究式教學(xué)理論和實(shí)踐，建立具有普適性的橋梁。

三、科研活動(dòng)與虛擬化探究

隨著我國科學(xué)技術(shù)實(shí)力的穩(wěn)步增強(qiáng)，近年來對科研創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和科研的投入與日俱增。大多數(shù)高校教師不僅需要承擔(dān)基礎(chǔ)學(xué)科的教學(xué)任務(wù)，也必須進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的科研工作。對基礎(chǔ)學(xué)科而言，科研工作主要是進(jìn)行基礎(chǔ)理論的創(chuàng)新性探索，是獲取新知識的過程，而教學(xué)工作的主要任務(wù)是傳授已有知識，為學(xué)生構(gòu)筑本學(xué)科的基本思維方法和知識框架。由于科研和教學(xué)工作的目標(biāo)和方法存在差異性，如何協(xié)調(diào)科研和教學(xué)的關(guān)系，尤其是如何以科研促進(jìn)教學(xué)一直是擺在大學(xué)教師面前的重要課題。很多學(xué)校出現(xiàn)了教得好的教師其科研工作卻開展得并不多，而科研做得好的教師其教學(xué)水平并不一定高的情況。這既是由于工作重心和投入的精力不同造成的，也是由于沒有合適的方法有效銜接科研工作和教學(xué)工作造成的。畢竟大部分科研工作僅聚焦于某一個(gè)狹窄的領(lǐng)域，屬于高精尖的探索，而教學(xué)內(nèi)容往往追求大而全，更重視拓寬學(xué)生知識的廣度。

然而，如果擯棄具體的科研內(nèi)容，僅從科研過程的宏觀層面去思考，我們會發(fā)現(xiàn)科學(xué)研究本質(zhì)上是對自然界的探究過程。一般來說，科學(xué)探究包括以下過程：（1）發(fā)現(xiàn)并明確提出要探究的問題；（2）猜想與假設(shè)；（3）通過觀測、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)等方法收集各種科學(xué)證據(jù)；（4）分析、論證；（5）得出結(jié)論、解釋、模型建構(gòu)及預(yù)測；（6）合作評估與交流。這不恰恰是與我們一直所倡導(dǎo)的探究式教學(xué)的基本過程存在一致的地方嗎？其不同之處主要在于科研將目光投向了未知的世界，而探究式教學(xué)主要在于對已有知識體系的自主性建構(gòu)（當(dāng)然，并不排斥部分創(chuàng)新性探索）。我們甚至可以說，探究式教學(xué)就是在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)一種類似于學(xué)術(shù)（或科學(xué)）研究的情境，將已有的知識、理論假設(shè)為未知世界，讓學(xué)生自主、獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)查、收集與處理信息， 開展交流與合作等探究活動(dòng)， 從而獲得知識與技能、情感與態(tài)度的發(fā)展，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神和求知欲，又促進(jìn)其創(chuàng)新能力的發(fā)展。如果站在這個(gè)角度去理解探究式教學(xué)，我們可以獲得一種實(shí)施探究式教學(xué)的途徑，那就是“重走長征路”，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中站在科研工作者的角度去重溫科學(xué)知識、科學(xué)理論的發(fā)現(xiàn)過程。我們可以將每一個(gè)需要學(xué)生掌握的重要知識點(diǎn)當(dāng)作一個(gè)個(gè)科學(xué)研究，讓學(xué)生自己提出假設(shè)，設(shè)計(jì)方案去驗(yàn)證或論證自己的觀點(diǎn)，并得出自己的結(jié)論。教師再給出科學(xué)家們所采用的論證方法，讓學(xué)生自己去比對雙方的異同，通過糾錯(cuò)和修正，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考和獲取知識的積極性，使學(xué)生更深刻地理解科學(xué)結(jié)論的發(fā)現(xiàn)過程和背后的故事。通過這種方式獲取的知識會被內(nèi)化為學(xué)生自己的思維方式，是真正好用的“活的知識”。這種教學(xué)方式實(shí)際上是一種“虛擬化探究”，更多的是屬于“開腦洞”型的思維訓(xùn)練。endprint

“虛擬化探究”的好處在于：首先，由于它屬于思維訓(xùn)練，所需資料不多，并不需要太多教學(xué)資源的成本投入，簡單易行。其次，根據(jù)知識點(diǎn)的難易程度以及在所屬學(xué)科中重要性的不同，教師容易控制探究過程的時(shí)間投入。如果是重要知識點(diǎn)可以將課題設(shè)計(jì)得復(fù)雜一些，探究過程可以逐步深入，而對簡單知識點(diǎn)僅需進(jìn)行簡單的論證即可，這樣既可以在有限的教學(xué)時(shí)間中激發(fā)學(xué)生的探究興趣，培養(yǎng)其探究能力，又便于把控時(shí)間，不至于造成教學(xué)任務(wù)無法完成的困擾。最重要的是，這種探究式教學(xué)所需素材和選題可謂俯拾皆是，教師僅需對知識點(diǎn)相關(guān)的科學(xué)研究歷史加以整理和凝練，提煉出其中的科學(xué)問題和核心的解決方案即可得心應(yīng)手地運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐中。對于自然科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的學(xué)習(xí)，教師和學(xué)生普遍的感受都是枯燥、刻板、冷冰冰的，這是由于自然科學(xué)的學(xué)習(xí)需要學(xué)生站在客觀和理性的視角。而一旦通過具體問題的設(shè)計(jì)，告訴學(xué)生科學(xué)知識背后的故事和隱含的問題，將冷冰冰的科學(xué)變?yōu)橛袃?nèi)容、有情節(jié)的場景，不僅能使學(xué)生獲得知識與技能，也可以使其獲得情感與態(tài)度的發(fā)展。除此以外，也可以通過這種教學(xué)方式讓學(xué)生了解到科學(xué)家思考問題的思維方式，如何將實(shí)際案例凝練為科學(xué)問題，如何將一個(gè)復(fù)雜的問題簡化為一系列簡單問題的組合，并找到具體的實(shí)施方案。經(jīng)過這樣的不斷訓(xùn)練，學(xué)生不僅獲取了知識，更學(xué)會了獲取知識的方法，建立科學(xué)的思考模式，提高了處理實(shí)際問題的能力。

四、虛擬化探究案例分析

由于筆者長期從事電子信息的科研教學(xué)工作，在這里我們試圖通過一個(gè)具體實(shí)例來說明這種虛擬化探究的實(shí)施過程。由于涉及專業(yè)內(nèi)容，請讀者略去具體知識點(diǎn)，僅看教學(xué)設(shè)計(jì)的基本思路和方法。

人類社會傳播的一切內(nèi)容都稱為信息，人們通過不同的信息比如圖片、語言、文字、指令、手勢等來認(rèn)識和改造世界。由于信息具有普遍性、客觀性、共享性及時(shí)效性，人們需要對這些獲得的信息進(jìn)行加工處理并加以利用。例如，在通信原理的教學(xué)中有一個(gè)重要的知識點(diǎn)即信息及其度量。在講解這一知識點(diǎn)時(shí)，教師可以進(jìn)行虛擬化探究的課題設(shè)計(jì)。

教師先提出課題：針對不同信息，我們?nèi)绾芜M(jìn)行加工處理，或者說如何區(qū)分信息及衡量信息量的大??？根據(jù)筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生通常會使用消息出現(xiàn)的時(shí)間、出現(xiàn)的次數(shù)、描述的文字多少、聲音的強(qiáng)弱等來描述信息量的大小。比如某一消息的出現(xiàn)時(shí)間早一些，則認(rèn)為該信息的信息量大一些：在兩人通話中，出現(xiàn)“吃飯”二字的次數(shù)多，則該通話信息中“吃飯”的信息量相對較大；同時(shí)談話中聲音大的一方信息量大；等等。

針對學(xué)生給出的方案，教師可以進(jìn)行可行性分析：如何測定消息出現(xiàn)時(shí)間的早晚、聲音大小以及描述文字的字?jǐn)?shù)多少？學(xué)生會根據(jù)已有知識給出方法，即測定聲音的幅值強(qiáng)度或能量大小，描述文字的字?jǐn)?shù)占總字?jǐn)?shù)的百分比，等等。

教師接著提問：如果成千上萬個(gè)消息可能只闡述一個(gè)共同的內(nèi)容呢？如果在描述中文字再多卻全是廢話呢？收音機(jī)里唱著同一首歌，開得聲音大些或是小些，你得到的信息就會增加或減少嗎？由于大部分的學(xué)生僅從書本獲取相關(guān)知識，尚未進(jìn)行真正意義上的實(shí)驗(yàn)工作，無法給出具體而實(shí)際的衡量方法，課堂通常會陷入沉寂。

接著教師繼續(xù)對學(xué)生的方案進(jìn)行深度分析。全是廢話的描述沒有任何意義，其中的主要內(nèi)容才是信息量，它出現(xiàn)的概率相對大些。一首歌的音量大小不能決定歌中內(nèi)容的重要性，而只有不斷出現(xiàn)的重要字眼才能反映這首歌的主要內(nèi)容。數(shù)據(jù)資料中包含的數(shù)據(jù)類型的多少、準(zhǔn)確資料的多少以及人們注意力的程度等，都不足以衡量數(shù)據(jù)資料中信息量的多少，而只有消除人們對數(shù)據(jù)資料認(rèn)知的“不確定性”才能衡量?！敖衲甓旌腿ツ晗奶煲粯訜帷焙汀敖衲晗奶旌腿ツ晗奶煲粯訜帷?，到底哪句的信息量大？ 在一系列問題的提示下，學(xué)生會在頭腦中快速搜索已有知識，試圖脫離困境。

在學(xué)生進(jìn)行短暫的思考和討論后，會有部分學(xué)生提出是否可以通過不可能發(fā)生或出現(xiàn)的概率來衡量信息量的大小。提出這一方案的學(xué)生已經(jīng)初步學(xué)會了應(yīng)用統(tǒng)計(jì)概率來解決信息衡量的科學(xué)方法。教師應(yīng)對這一解決方案給予積極、正面的評價(jià)。

在經(jīng)過充分的討論和思考后，教師給出科研工作者的解決方案：在通信系統(tǒng)中，當(dāng)收信者接收到信源發(fā)出的信息時(shí)，可以消除對于某一個(gè)事件的不確定性。信源中某一個(gè)消息發(fā)生的可能性越?。ú淮_定性越大），一旦它發(fā)生并被收信者收到后，其消除的不確定性就越大，收信者獲得的信息量也就越大；反之亦然。因此，收信者獲得信息量的多少與信源的不確定性的消除有關(guān)，由此可以直觀地把信息量定義為：

收到某消息獲得的信息量

=收到該消息前關(guān)于某事件發(fā)生的不確定性

=信源輸出的某消息中所含有的信息量

用概率論可以進(jìn)行數(shù)學(xué)概述，一個(gè)隨機(jī)事件xi所含有的信息量I的大小被定義為：

這時(shí)候，學(xué)生通常會恍然大悟，對科學(xué)家提出的巧妙的解決方案贊嘆不已。

教師還可以根據(jù)學(xué)生對該公式的理解進(jìn)行現(xiàn)場的講解，重點(diǎn)比較學(xué)生所提出方案和科學(xué)家的結(jié)論之間的異同點(diǎn)，讓學(xué)生明白二者的優(yōu)缺點(diǎn)。同時(shí)，教師還可以根據(jù)具體情況為后面將要提出的“信息熵”等概念做鋪墊，讓學(xué)生不僅知道理論知識，也對具體科研問題的解決方法有所了解。

通過這一簡單實(shí)例，學(xué)生可以深刻理解研究者在面對科學(xué)問題、提出實(shí)驗(yàn)方案以及得出結(jié)論過程中嚴(yán)密的邏輯，了解科研實(shí)踐過程中所要面對的實(shí)際問題（實(shí)驗(yàn)誤差、結(jié)論的唯一性等）以及相關(guān)的解決方法。特別是通過設(shè)計(jì)虛擬化探究方案，讓學(xué)生在面對所學(xué)書本知識時(shí)能站在研究者的角度，不僅充分理解已有的研究思路，活躍創(chuàng)造性思維，提出自己的研究方案，使死的知識變成活的能力。

總之，虛擬化探究是一種利用科研實(shí)踐的思維方式來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的方法，實(shí)質(zhì)上是通過將知識點(diǎn)轉(zhuǎn)變成研究課題的方法，讓學(xué)生從學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)換為研究者的角色來看待所學(xué)知識。這種角色的轉(zhuǎn)化不僅能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力，更能提高學(xué)生凝練科學(xué)課題、解決實(shí)際問題的能力。從教師的角度來說，它降低了以往探究式教學(xué)方法的實(shí)施難度，具有成本低、周期短、可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)。同時(shí)，也能很好地促進(jìn)科研工作和教學(xué)工作的有效銜接，是一種值得推廣的探究式教學(xué)方法。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 李維剛，隋曉冰.探究式教學(xué)模式在高校教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2017（6）：86-88.

[2] 張潤，史立英.美國探究式教學(xué)實(shí)施歷程及啟示[J].教學(xué)與管理，2017（3）：122-124.

[3] 劉桂云.科研引導(dǎo)下的探究式教學(xué)模式改革與實(shí)踐[J].物流技術(shù)，2015（17）：281-282+294.

[4] 杜金萍，李慧民，高術(shù)振.開展問題探究式教學(xué)，加強(qiáng)創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].職大學(xué)報(bào)，2007（4）：129-130+47.

[5] 王林雪，路靜文.國內(nèi)外探究式教學(xué)的研究述評[J].教育教學(xué)論壇，2015（44）：1-4.

[6] 鄭淵方，廖伯琴，王姍.探究式教學(xué)的模型建構(gòu)探討[J].學(xué)科教育，2001（5）：1-4+18.

[7] 許云鳳.探究式教學(xué)與傳授式教學(xué)辨析[J].教育探索，2006（7）：22-24.

[責(zé)任編輯：龐丹丹]endprint