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【摘要】通过追溯英国科学教育的发展，对英国中学科学教育所发生的变革进行描述和境脉介绍，提出了英国科学教育的目标及目前教学存在的问题，重点讨论TICT应用对科学教学的价值、影响和目前的局限。
[关键词]科学教育；ICT教学应用；科学教育改革
[中图分类号]G43 [文献标识码]A [文章编号]1 12-0008(2011)05-0103-08
一、科学教育目标透视
(一)科学教育的根源
关于科学教育的定位，一种观点认为，科学教育在本质上是以“培养科学品味”为目标的教育，应该重视“普通事情的科学”。其首要目标是“唤起人们对自然的热爱”，在智力发展方面的目标就是针对观察力开展培训(Layton Playfair，1913)。而Thomas Huxley等人则将科学教育视作一种智力发展的手段，通过对数据进行分析解释，并运用证据为相应的科学理论进行辩论，从而使学生投入到推理练习之中。此外，它也允许人们对推测进行验证。科学教育的内容不是特别重要，重要的是其独特的功能――科学可以训练思维，即科学探究的过程比内容本身更重要。
与小学不同，科学在中学教育中的核心地位受到拥护经典的人和基督教人士联合反对。他们认为，对于培养人的全面性来说，人文教育比科技教育的价值更高(Bamett，2001)。从维多利亚时代到20世纪10年代，这种观点都比较强势。尽管科学和技术对两次世界大战和工业革命的成功起着关键作用，但在学校科学课程制定过程中，其主导价值观还是认为，作为一种教育形式，科学训练只是生产了一位“有用的专家”，而不是一个真正受过教育的人。在这个时期，科学教育及其课程在本质上被视为一种职前培训，培训对象是那些想从事科学或技术类职业的人；对于培养全面发展个体的文化教育来说，科学教育及其课程没什么价值。
与教育截然相反，“科学训练”本质上是说教式的、独裁式的，要求新手学习并消化既定的知识内容。尽管这些知识对于人们理解话语以及科学家现今所面临的问题是必不可少的，但是，它忽略了对学科本身的性质及其历史的探究。对于前者(学科性质)是忽视，因为，人们认为这些知识可以在学习中顺便获得。对于后者(学科历史)是忽略，人们认为这种对科学史及其方法的追溯式学习不能帮助人们深入理解问题，即便这些问题是即将步入科学共同体的新手们所面临的。简言之，这种“科学训练”重视科学事实和科学内容，而不是科学过程(Osborne＆Collins，2000)。有证据显示，这种科学教育培养出来的绝大多数学生对于科学本质的看法都非常幼稚(Dfiver etal，199 ；Lederman，1992)，将科学看作是开展实验以获取数据、继而进行归纳概括或者制定法则的过程。
另外一个影响科学教育的形式和本质，也影响其质量的社会境脉因素就是，现在已经开发出了一套通过考试结果对学校绩效进行评估的系统。现今的评价系统重视纸笔考试，重视容易评价的部分――学生所拥有的科学内容知识。但是，当某个指标因其能够反映服务质量而被选择，继而被当作单一的质量指标加以使用时，其可操作性就会破坏指标和被指事物之间的关系(Wiliam，1999)。对于那些提供给孩子们的学习体验而言，评估的高风险性扭曲了这种体验的本质与质量。教师对课程教学感到很有压力，其必然会导致教师重视课程内容胜于科学过程，也会减少或者删除对学生提出的问题进行讨论、对课程中不重要但是非常有趣的内容进行探究的机会。
科学课程还面临的一个特殊问题就是，既要开展实践工作，又要评估学生在此领域中所具备的能力与技能。尽管第一版的国家课程包含了科学探究的模型，在当今学者看来，这是十分有限的。这就是世纪之交科学教育的简要图景。其中所表达的一些不满是伴随着人们对科学及其实践的逐渐理解而产生的；是伴随着被称之为科学研究领域的学者队伍的快速发展壮大而出现的。
(二)科学的现代图景
与学校科学教育中通常呈现出的图景截然不同，在现实中没有单一的科学方法。物理、化学乃至生物学等严谨科学，与那些尝试重新对过去进行历史性构建的科学(如进化生物学、地理科学等)之间存在着根本性的分歧(Rudolph，2000)。在严谨科学中占主导优势的是“假说――演绎”的方法，其目的是开发物理和生物世界的解释模型。相反，那些尝试进行历史性建构的科学则旨在对过去自然发生的事情按年代顺序进行构建，其直接目标是建立一个可信的记录――什么时间发生了什么事情。在更加细微的层面上，考古专家和核物理专家所用的方法大不相同，就像粉笔和奶酪不同一样，他们共通的只是承诺用证据作为解决争论的手段。
过去40年间，科学史学家、科学哲学家尤其是科学社会学专家的工作也引起了我们对科学理解发生改变。40年前，逻辑实证主义――科学是一套源自于观察实体的逻辑推论――在科学界中产生很大影响。然而，Popper(1959)认为理论之所以被相信，不是因为实验验证了它们而仅仅是因为科学家们雅法对它们进行否证。我们对科学理解的真正转变源自库恩的工作。他认为，科学家的工作就是一种文化产品，所有文化活动都是由社会网络中的社会行动者所组成的；科学亦如此，由一系列或明或暗的规则所控制。
历史学和社会学的研究表明，这对“形成中的科学”(science-in-the-making)是特别重要的。因为，由当代科学引发的绝大多数政治和道德方面的难题都是围绕科学新知识的不确定性而产生的――比如疯牛病的传播机制、转基因农作物对环境的影响以及移动电话的长期影响等等。社会学家Steve Fuller(1991)指出，“为了能够做出有根据的科学公众判断，非科学家最需要知道的是科学的历史、哲学和社会学的量规，而非科学主题的技术性内容。”目前，学校科学教育几乎忽略了科学的这个维度。
(三)科学教育的目标
一般来说，从文献中可以发现四种关于科学教育目标的观点(Layton，1913；Millar，i99 ；Milner，198 ；Thomas&Durant,1981)。这些观点被称之为功利观、经济观、民主观和文化观。
1.功利观
这种观点认为，学习者可以从科学学习中受益――比如科学知识帮助他们学会连接插头或者修理汽车；科学训练能够培养人们的科学思维态度、理性思维方式以及解决实际问题的能力；这是科学所特有的，能够提升个体处理日常生活问题的能力。科学可以培养人们的观察能力，在面对过量数据的时候，具备模式识别的能力。这种论点可能很容易引起读者的共鸣，然而可惜的是，它还未能经得起检验。
首先，鲜有证据能够说明，科学家比其他人文主义学者更加理性或者更加不理性。如同Millar(199 )所指，“没有证据表明，物理学家因为了解牛顿运动定律就比其他人少一些交通事故，他们因为懂得热力学定律就会更好地将他们的房子进行 隔热。”第二，生活在技术先进的社会中，我们却对科学知识的依赖越来越少。因为，现在越来越复杂的人工制品使得它们的功能只能由专业人员修理维护，同时，它们的应用和操作被简化了，仅要求人们具备极少的技能。电器配备有预接线插头，而洗衣机、计算机和摄像机等设备几乎仅靠直觉就能够进行实际的应用。即便在人们认为需要科学知识的社会情境之中，比如个人饮食的控制，近来针对学生食品选择的相关研究表明，学生对食品的选择与他们的健康饮食知识是不相关的(Merron&Lock，1998)。从这些研究中可以得出的结论就是，功利主义的知识观面临很多的挑战，它不能够为先前的课程进行科学辩护。
2.经济观
从这个角度来看，学校科学教育为学生提供了一种职前培训。其本质就像一个筛子，筛选出一些将来会进入科学学术领域或者从事相关职业的小部分人。对这种“浪费”现象的辩护理由是，绝大多数人最终能够从筛选出的小部分人所提供的物质资料中获益。然而，科学与技术委员会(1993)开展了一项研究，分析了英国科学家和与科学相关的工作人士所从事的职业，对这个观点提出了质疑。通过对 8位科学家及其工作、工作规范等进行分析，Coles得出的数据表明：科学家所需的知识是根据工作情境来决定的，科学知识仅是工作所需的众多知识技能中的一部分。在此项研究中，科学家特别强调数据分析和解释技能的重要性，强调团队工作能力、流畅的书面表达和口头交流等基本技能。然而，当前的科学教育实践低估了这几力面。Coles的发现表明，通过参加调查实践工作而培养出来的技能――如解释、展现和评估证据的能力、操作设备的能力以及运用科学方法解决问题的意识――与科学的“事实性”知识具备同等价值。
3.文化观
还有一种观点认为，科学是人类文化的巨大成就之一。作为一种共享的文化遗产，它形成了语言和会话的背景，渗透于媒体、对话和日常生活之中(Cossons，1993；Millar，199 )。这种观点认为，现代西方社会的鲜明特点就是其科学与技术方面的知识基础。为了对这种文化进行解码，并丰富我们参与的活动――包括反对和拒绝，我们需要欣赏和理解科学。这种观点的启示在于，科学教育更应该是一门科学欣赏课，它不仅要使人们理解科学研究的价值，还要使人们理解这些知识既代表一场艰苦的战争，也代表一项伟大的成就。然而，要理解科学文化，就要求有一些科学史、科学伦理学、科学争辩和科学论战方面的知识――它更多地强调科学的人文维度。因此，我们应该更多地强调科学所提供的“解释性主题”，并使人们对一系列“科学观”有更好地理解(Millar＆Osborne，1998)。
4.民主观
当今社会中的一些政治和道德难题越来越具有科学的特征。比如，我们允许克隆人吗?我们允许用原子能核电站发电吗?参加这种争论要求人们具备一些科学和社会实践方面的知识。然而，由于学科知识变得越来越专业化和片断化，我们只能更多地依赖于专家的意见。这种依赖会逐渐消弱民主社会的基本原则信条――所有公民都应该能够参与决策制定的过程。但是，只有当个体对基础科学有一些基本的理解，并且能够批判地、反思性地参与到公共辩论中的时候，他们才有可能参与到决策制定的过程中。当今绝大多数学者认为，如果未来的公民对科学持有更多批判性的态度，那么，对社会科学观的公共辩论将会使人民受益(Fuller，1998；Irwin，1995；Norris，1991)。但是，我们很难看到科学教育是如何实现这些的，因为现在的科学教育没有为人们提供机会，使人们理解科学家是如何工作的；也没有进行过探究，以断定哪种科学研究才是“好的”科学。
(四)21世纪的科学教育
面对以上这些极具争议的观点，科学教育陷入了进退两难的境地。《超越2000：面向未来的科学教育》报告中提到了一个基本的观点：在课程规划过程中，大多数人的需求――那些在1 岁后不再继续接受正式科学教育的人的需求――是最重要的。对大多数年轻人来说，面向5－1 岁儿童的科学课程十分重要。它不仅要为终身学习打下良好的基础，还要为当代民主社会的生活做好准备――这种课程本质上应该是以培养人们的科学素养为目标的。科学教育的内容和结构必须要作调整，而不是仅为更加深入的学习做好准备。
什么样的教育能够帮助未来的公民做出决策?Gee(199 )认为，“有文化教养”意味着拥有知识并且熟悉学科的话语，即了解“科学家的文字、行为、价值观和信仰”，还有他们的共同目标和活动，以及他们是如何做事、如何讨论、如何交流的。要成为一个有科学素养的人，要求人们掌握相关知识，理解科学的主题，并且至少有相信其中部分内容的理由，尤其是其应用和滥用的理由。
这些观点最早在面向公众理解的AS科学课程(AQA，1999)及其相应的教科书(Hunt＆Millar，2000)中得以清晰地展现。AS课程包括两个基本的部分――科学思想体系和一组通过教学主题来教授的科学解释。图1就展示了这两部分是如何相互关联的。科学解释指的是大多数科学中所隐含的主要解释性内容，具体包括：化学反应的粒子模型、原子模型、放射性、宇宙的规模、起源与未来、能量的转移、保存与消耗、遗传的基因模型、自然选择的进化理论、生物物种问的相互依赖等。
“科学思想”部分包含了四个子内容，表1列出了更多细节内容。相关证据显示，人们能够理解科学过程与科学实践的这些方面，并且已经由公众在不同情境下开展了一系列的研究，更多的证据来源于Abdel－Khalick和Lederman(2000)针对科学家和科学教育工作者所开展的访谈研究，以及Osborne等人(2001)所开展的特尔斐研究。这些研究一致认为。对科学本质的“通俗化”解释，应该作为学校科学课程的必修内容之一。
二、ICT在支持科学教育方面的潜能
(一)应用ICT支持科学的教学与学习
驱使科学教育教学方法发生变革的一个因素是，基于计算机的工具和资源――现在统称为信息及传播技术(ICT)――所提出的新型探究模式。在科学课程和教学方法的变革中，这种教育技术及其在学校中的广泛应用发挥了潜在的影响作用。它使人们能够便捷地获取到互联网资源和其他新工具及资源，并且能够促进和扩展在课内外进行实验探究的机会。它能够消除学校科学教育与当今科学之间的严格界限，因为它能够帮助人们获取到大规模的数据，如。实时空气污染测量、直接与高质量天文望远镜进行连接等。
1.ICT在教学与学习变革中的潜能
自1989年国家课程推行以来，在所有学科课堂中应用ICT变成了法定要求。这种要求在一系列课程文档中已经有了详尽的说明。但ICT的作用却只在“科学国家课程”页面的空白处模糊地进行描述。与学校科学教育活动相关的ICT主要形式包括：数据获取、处理、解释工具；多媒体软件；因特网、内联网；发 布和演示工具以及数字记录设备――照相机和摄像机；计算机投影技术等。通过借鉴新近研究的一些突出案例，让我们来检验一下前面所述及的IcT形式是如何潜移默化地提升科学教学与学习的理论与实践的，一起来探究ICT在学校实验室中如何应用。
2.促进和改善工作产品，摆脱艰辛的过程
应用ICT，尤其是数据处理工具和画图工具，能够明显提升和影响工作过程。在处理一些艰巨且常规的内容时，这些工具能够帮助学生节省掉准备实验、进行复杂测量、图表化数据、用手制图、执行多项复杂计算的时间。它能够在短时间内根据各种变量快速地画图，搜集数据并对大量结果进行比较。如此一来，它就有可能显著地提高学生的学习效率，提升他们所制造的产品质量。使用那些与数据记录设备连接在一起的多功能软件，非常有助于学生在较少的时间与精力下，用不同方式来探究和表征数据(Newton，2000)。这些工具可以使实验在时间上不会受限于课堂的标准时间，允许学生用几天甚至几个星期的时间来收集数据。
基于ICT的程序不仅速度快、效率高，而且更加精确和可信。与一些真实的实验相比，它们很少产生杂乱的数据。数码照相机和摄像机可以提供高质量的现场工作画面、真实的示范与实验。交互式工作表可以导人其它应用程序所创建的图表和文字。学生在使用这些数据开展活动之前，可不用事先手动拷贝数据，节省大量时间，提高正确率(Hitch，2000)。工作表还包含自动“超链接”，可以快速获取已经预先筛选出来的互联网信息或者Encarta等百科全书式的数据库中的信息。交互式电子白板向教师提供了类似的功能，在课堂教学中，电子白板有助于教师在计算机内部资源或者网络资源之间进行快速切换。
当人们在应用ICT的时候，围绕活动进行讨论与反思的时间是更容易还是更难腾出来?对于这个问题，人们观点不一致，但通常都称之为“时间红利”。一般来说，利用ICT开展教学能够让教师拥有更多的时间与学生进行互动，或者对学生的活动进行干预，也使其能够更多地共享班级的成果，并允许学生将更多地时间用于观察、思考与分析，而不是专注于搜集和处理数据(Barton，1991；Finlayson&Roger，2003)。
从这种角度来看，ICT确实为各种分析技能的培养创造了空间，这些技能是当代科学教育所要求的。ICT的应用人们能够实现对科学技能和科学思维的强调。例如，适当减少数据收集和图形绘制等机械化问题――对那些低能力的学生来说尤为受益，而将更多时间用于观察和讨论，培养调查研究和分析技能(Hermessy，1999；MeFarlane＆FfiedI~，1998；Roger＆Wild，199 )。研究还表明，利用计算机建模和模拟仿真，有助于学生理解和研究复杂的模型及过程，这在学校实验室环境下是较难实现的(Cox，2000；Linn，1999；Mellar et a1，1994)。
3.扩大参考资料的范围和经验的通用性
应用ICT，尤其是互联网，有助于人们获取更多最新工具和信息资源，也能够提升学校工作的时效性和权威性，这是教科书或其他资源所不可比拟的。ICT有助于学生将其工作与外面的世界建立起更加密切的联系――获取直播新闻或者真实数据，比如关于地震的例子。学生还可以向真正的科学家提问，与其他地方的同伴一起协作或共同使用研究结果。此外，应用ICT还可以帮助人们获取以前不可能获取到的各种新型数据。数据记录仪可以对瞬时现象进行测量、远程监视和长期监视，可以提升敏感程度。应用ICT还可以让教师和学生以创新的方式对模拟仿真、动画和现象进行观察或与其进行交互；而真实的事物可能太危险、太复杂，或对学校实验室来说可能太贵。数字视频捕获可以作为数据记录的一种替代方案，那些在班级授课中很难看到的现象。太慢的(比如植物生长)或者太快的事件都能通过反复播放和慢速回放进行捕获。
另外一个多媒体工具则是“交互式显微镜实验室”(Baggo~＆Nichol，1998)，它通过模仿高级显微镜的功能，对亚光学生物世界进行调查研究(比如，测量水蚤的心率)。虚拟现实“实地”旅行(比如远程动物的习惯)和替代步行(比如穿越雨林)开始为人们提供进一步的可能性，这些是其它地区资源所不能提供的。对于学习者来说，他们可以根据自己的需要随时随地与虚拟现象进行重复性的交互――而这些在现实的实践中是不可能的。
4.支持探究与实验
对于那些通过电子形式或者其它方式收集到的数据来说，画图工具和建模工具的应用可以为其提供动态的、可视化的表征。正如上面所提及的交互式模拟一样，这些工具的使用可以为学生提供即时的反馈，并向学生介绍一种实验性更强、更加好玩的方式，使学生可以通过这种方式对各种趋势进行研究，也可以验证并修正观点。通过在活动与结果之间建立一种即时的联系，学生在各种关系的图标(图像表征)与活动之间建立联系的可能性会大大提高。尤其是人们在预测后能够快速看见图形或者模型，因此，这种“预测――观察――解释”0关键教学技术得到了极大的促进。
那些代表了科学现象或科学思想的快速数据表征和交互式计算机模型，不仅能够为人们提供即刻研究与分析的机会，还能够鼓励学生提出具有探究性的问题，并使学生通过开展活动来探究这些问题(Barton，1998；Finlayson＆Rogers，2003；Newton，2000)。在一个简单的电子表格中即时地呈现出实验结果，甚至可以通过这样做建构随后的行为并对相关变量进行预测，进而引导数据的收集过程。
5.关注首要观点
像模拟仿真、数据分析软件等具有交互性、动态性的工具可以对以下的活动产生影响：允许学生更清楚地看到整个过程，并得出相关变量间的质性关系或和量化关系；将注意力放在首要观点上；突显出各种情境和抽象概念的基本特征(比如电路中的电流和电压)；帮助学生更快更容易地获取思想，形成新的观点，并且在不同境脉间进行迁移。尤其是，实时演变的图形确实能够帮助学生将注意力集中于屏幕上，集中关注数据的走势，在数据出现让人出乎意料的情况下更是如此(Barton，1998)。
因此，相对于手工方法来说，计算机分析设备具有较强的优势。它允许学生用一种整体性的、质性的方法来分析图表中变量之间的关系与趋势，而不是独立的数据点(Barton，1991)。利用ICT开展实际调查研究，可以帮助学生经历整个研究过程，这个过程是整体性的、循环的；而在传统实验室中，时间的限制会分割甚至掩盖“计划、实践工作、撰写报告和评价”之间的联系(BaggoRlaVelle et a1，2003)。
.促进自主学习和协作学习
ICT特别像一位代理教师。在探究和实验活动中，它可以作为一种提供激发主动学习的有力手段，也可以使学生承担更多的责任并获取更多的控制机会。学生应用ICT开展研究和实践活 动，可以使他们更加独立。需要注意的是，“独立”并不意味着学生独自工作。共同完成任务、分享知识与经验、共同制作成果等同伴协作，正逐渐变成一种普遍的教育技术应用模式。越来越多研究证据表明，技术支持的协作学习对认知是有益的(O’Malley，1995)。教师们也认为IcT应用为学生之间的讨论提供了一种刺激和媒介。然而，值得注意的是，教师在培养。支持和谨慎管理学生协作方面发挥了十分重要的作用(Hennessy＆Murphy，1999；Scrimshaw，1991)。
还有一些例子说明了IcT在建构学生思维、设计活动和拓展知识方面所发挥的重要作用。例如，画图技术可以作为认知支持工具，激发学习者对变量间、数字变量和图形间的关系进行自发性的调查研究。另外一个例子就是CSILE／知识论坛，在这种网络化协作学习环境下，加拿大的小学生科学“学习共同体”可以以小组的形式一起工作，共同设计、实施、报告他们的实验和研究活动，一起提出并且深度投入到有意义的研究问题和复杂问题之中；学生思想的自然发展决定着课程的顺序(Caswell&Bielaezye，2001；Caswell＆Lamon，1999)。他们不仅仅是知识的接受者，还可以共享自己的知识、理论与预言，并且批判性地验证这些内容。
在学校科学教育中，未来ICT的应用可能也会采取类似的方法进行知识建构。这些例子清晰地解释了ICT如何能够改变人们对于科学探究的看法。在ICT应用过程中，当学生遇到并且需要在科学探究的益处和局限性之间重新做出平衡的时候，往往有助于他们修正自己的调查策略。同样，与探究相关的现有的文化实践和价值观念，以及学生在调整个人学习、利用新型数字技术方面的熟练程度，都会影响到ICT应用的有效程度。
1.提升动机和参与性
与上述内容相关的还有：ICT的应用能有效激发动机。对学生来说，这些技术看起来好像比其他资源在本质上更加有趣、更令人激动(如Cox，1991)。ICT能够极大地提升演示的质量，因为它综合运用了运动、光、声音和色彩，显得更具吸引力，更为真实。最重要的是，通过增强实验室活动的吸引力，ICT的应用可以提升学生的毅力和参与度。这不仅仅是因为其新颖性和多样性，而且还因为它能够提供即时、准确的结果，并减少工作的劳动量。此外，研究还发现，交互式电子白板、建模和模拟仿真等工具能够促进学生参与活动的积极性，并能够给予学生一定程度的自主权，让学生控制自己的学习。因此，当学生在使用这些工具的时候，他们会更积极主动地参与到科学活动和讨论之中。
(二)ICT的应用与教学――密不可分的关系
与其它工具的应用一样，社会文化环境会在很大程度上影响ICT的应用。这些影响因素包括：活动的目的和本质、学生的年龄和能力、学生的参与度、课程要求、教育和政治议程等。还有，教师已有的教学方法也需要依此做出相应的改变，通过对技术资源进行选择与评价，并应用ICT来设计、构建、排序、支持和监控学习活动。
在教学中到底要不要使用ICT?教育者普遍的观点是：在任何学科的教学与学习中，ICT的使用应当是恰当的，应该面向学科本身的学习目标。教师们反对“在课程中一定要使用ICT”的提议，也反对仅是由于可以获取到ICT，或者鼓励、期望使用ICT，就应用ICT。他们认为，选择性地应用ICT是非常重要的，这样可以为学习活动“增值”。
影响ICT应用的一个主要障碍是教师已有的教学观念。ImpaCT2期中报告指出：相对来说，现在只有很少的教师是以一种激发学生动机、丰富学习活动、激发高水平思维和推理的方式，将ICT整合到学科教学当中的。这些教师通常都持有创新性的教学观念。Niederhauser和Stoddart(200I)的研究，以及Moseley等人(1 999)针对小学教师而开展的一项研究发现：教师会选择符合自己教学与学习观念的ICT应用软件、活动和方法。Rogers(2002a)发现，教师不愿意放弃他们现有的教学方法，这比资源有限对教师应用ICT的影响障碍要大。
在教师愿意应用IcT之前，他们首先必须认识到计算机支持的科学教学与学习的潜在益处，以及它在满足课堂教学上所起的特别作用。成功的ICT整合取决于开发适当教学方法。在科学部门中，同事协作对于教师个体的发展影响很大。有证据显示，只有当ICT能够提供活动可以支持和促进学习的时候，ICT才能开始被人们采用，并整合到部门工作计划和所有教师的课堂当中。
利用ICT支持学生自主学习，并不会削弱科学教师的重要性，但这显然会在某种程度上向教师的信念提出挑战。在学生探究、协作、辩论和互动的课堂文化下，技术支持的活动正悄然而来，而课堂实践面临着很大的障碍，因为，这与当前的课堂文化相互冲突(Schofield，1995)。比如，Ruthven等人注意到。科学教师利用ICT开展实验并提炼观点的时候，他们所引用的参考文献是非常少的(与英语教师和数学教师相比)。这可能是因为他们倾向于预先设计好调查研究，并将写作视为一种记录结果的手段，而不是形成和评价思想观点的手段。在这种文化下，教学方法强调教学内容的覆盖，而非推理能力的培养(Donnelly，1999)。这也反映出了一种说教式班级教学方法的倾向，在这种教学方法中往往可能只包含计算机，且计算机主要是用来演示的。应用lcT来支持探究活动和实验的潜能还没有被绝大多数教师开发出来。
1.构建活动，支持积极主动的反思性学习
在ICT应用中，学习者和教师常常扮演创造者、合作者和决策者的角色(Loveless et a1，2001)，然而，过度机械化地使用ICT也会阻碍学习过程。以往需要手工操作的过程，现在IcT可以实现其自动化，但是，这种自动化可能会阻碍人们对科学的基本过程进行反思、分析与理解。比如，令科学课教师担宝的是，学生可能会用技术制作出许多图形和条形图，或者自动收集数据，但是他们实际上并不知道这些图形和数据所代表的内涵是什么。
“交互”这个术语需要特别引起人们的关注。数字技术提供了许多临时性的、流动性的信息形式，例如，允许学生进行干预或者改进。但是，一些技术实际上很少为人们提供对基础模型进行探究和操作的机会。真正的交互要求学习者主动地付出，积极地参与。例如，对各种选择及其效果进行反思、预测、试验和评价等。“开放式”的仿真和建模软件通过向学生提供选择变量和数据生成类型(在试验范围内或是随机生成的)，来支持学生的这种参与性。
虽然培养调查技能是科学活动的一个主要目标，但是，像交互式模拟类软件的运用还处于早期阶段。也有少数软件向学生提供了很大的控制权，允许学生自己操作变量。例如，“开放式”遗传学模拟软件能够用于替代在几代植物之间进行复杂的选择育种操作。多媒体模拟仿真清晰地展示出了溶解、扩 散、连接原子等过程的效果，它可以促进人们对于反应率的探究，也可以促进人们对于固体、液体和气体属性的探究。
模拟仿真、建模和虚拟实验也是一个特别危险的地带，因为它们代表的是现实世界的复杂性和繁杂性的“理清”版本。这能够帮助人们将注意力集中于特定的抽象概念或者孤立的变量，但这些抽象概念或孤立变量通常是混合在一起的。在此种情境或类似情境中，教师的干预需要研究和挑战学生的观点，并通过讨论使学生在理解上达成一致。
一般来说，教师在制定任务和干预方面发挥着十分重要的作用，他们通常鼓励学生应用IcT来思考基础概念和基本关系。例如，在应用画图软件的时候，学生首先需要理解数据的本质特征，以及如何从备选图表中选择一个合适的图表类型。然后，他们就能够理解图形形状的意义，描述变量行为，对数据组进行比较，并做出预测等等。对于模拟实验和测量工具，学生需要了解调查目的、控制变量和公平测试的理论基础。在理想情况下，学生会进而设计自己的任务，并提出自己的问题。有了数据记录，在机器采集数据的时候，教师要鼓励学生保持积极主动的态度，并有效利用“时间红利”。对实验进行深度地批判性思考和讨论，这是十分重要的。教师可以询问学生一些问题，比如这是不是一个公正的检测、他们期望发生什么、哪些控制将会是有用的等等(Newton，2000)。
在学生与多媒体模拟技术进行交互的情境下，教师的中介作用也是十分重要的，尤其是在“封闭式”模拟的时候。以下的例子说明了一位有经验的教师是如何应用生物模拟仿真功能的。这位教师利用生物模拟仿真来激发学生针对调查研究提出问题，并要求学生对基本过程进行讨论和反思。这种体验为学生提供了足够的时间进行讨论、分析与反思，并为学生提供了许多宝贵的机会，以充实他们的学习。雅论是IcT应用还是手动操作，教师在制定任务和实施干预上的技能都是至关重要的，这种干预能够突出强调所收集数据的内涵。
2.开发一种调查方法
随着学生自主权越来越大，教师需要减少对学生的公开指教，培养学生的信息检索能力和理解能力。教师的何色越来越像一位促进者，他们会鼓励学生自己进行推理、针对数据提出许多问题、得出自己的结论和解释，而不是直接将这些内容告诉给学生。Rogers指出，那些在实践科学中使用调查方法的学生，需要“提问、计划、设计、做出决策、预测、。观察、测量、记录、得出结论，并对大致的思考”。那些具有促进作用的教师策略是对学生调查技能的一种补充。其中，最有效的策略包括：提出开放性的问题，支持小组针对观点和证据开展讨论，关注“如何”知道，而非知道“什么”(Millar etal，)。
在此境脉中，以建构主义学习为中心的干预措施(与以技术为中心的干预措施相反)变得越来越明显。根据Rogers的研究。这些干预包括：建立在学生已学内容的基础上；鼓励学生建立观察数据之间或者与其它知识之间的联系；避免过早结束学生的讨论；鼓励学生做出预测，并将这个预测与实际情况进行比较；帮助学生解释科学的内在涵义。这些干预及其它形式的教师指导能够被应用于探究的境脉中，从而在教师精心设计活动和学生对自我调节学习的负责任程度这二者之间实现战略性的平衡。
3.关注面向学生的研究任务
互联网向学生提供了内容广泛的最新信息。与其他经过细心挑选并且预先过滤的资源相比，学生在开放式“冲浪”中获取到的信息的聚焦性、年龄适合性、能力特殊性和可信度通常都略差一些。因此，研究活动应该是目标导向的，对于能力较差的学生而言尤为如此。为电子查询设置明确的参数――甚至设置时间限制，或者预先选择网站，帮助学生获得更多有用的、重点突出的相关信息。
实际上，人们要在过度指导和指导不足这二者之间获得平衡是比较困难的。过度指导为学生提供更多安全性，但是会限制学生想象力，降低学生的动机，并且要承担学生的任务结果相雷同的风险；而指导不足虽然为学生提供独立学习的机会，但同样也要承担学生会因为对任务要求感到困惑而漫雅目标的风险。在预先选择好的网站范围内，提供一定程度的选择权，可以作为一种折中的解决方法。
4.培养“批判性素养”
学生需要培养一些技能，以帮助他们选择和处理从互联网或者其它资源中提取出来的信息。“批判性素养”(如Collins eta1，1991)认为，学生需要解释、分析和评价信息的能力――包括对作者的动机和权威进行评价。
在科学课程中，培养学生的分析技能和批判性技能可能显得更为重要，因为，科学是建立在数据和证据的基础上，而非建立在价值观的基础之上。在科学课上，学生需要学习如何核对、权衡、综合这些证据，并且判断它们的有效性。研究发现，学生缺乏科学推理的技能，可能会阻碍他们在评价科学模型方面的发展。鲜有证据表明学生在学习这些技能的时候获得了相关的支持。教师已经应用的一些有效策略包括：要求学生突出重点、将原文改写为其他形式的内容、准备一份课堂演示文稿或者海报。从本质上来看，明确培养学生对证据与结论之关系的理解能力，培养其形成和捍卫自己观点的相关技能、以及解释技能和批判性的分析技能，这些都是对现成电子信息过剩进行评价的必要前提。
5.将ICT应用于正在开展的教学与学习之中
尽管模拟仿真和其它工具可以在某些情况下为实际工作提供虚拟替代物，但是，学生、教师和教育工作者都没有将IcT?g用视作可以替代其它活动。在很多情况下，人们期望能够将ICT资源的应用与其它教学活动、学习活动进行平衡或者整合。例如，雅论在计算机课前、课中还是课后，人们都不是孤立地应用ICT，相反，他们可以将网络检索结果或者模拟仿真活动与其它课堂活动联系起来(Finlayson&Rogers。2003；Hennessyet a1，1995)。这意味着人们可以在理论上将计算机模型和实体之间建立起联系，同时，实际操作示范和学生调查技能的培养也是十分重要的。同样，在ICT支持的建模活动中，操作物理模型或者利用直观教具也能够促进学习。
一些教师先用几节课的时间来介绍并探讨主题领域。然后再应用ICT；这样一来，学生就对主要概念、术语和步骤较为熟悉。一些人认为，简单的实验应该采用传统的方式来开展，只有在多媒体技术能够显著促进活动的情况下，才使用多媒体技术。其他一些人认为所有可行的实验都首先应该手动开展，然后再应用ICT。在任何情况下，人们都可以通过将手动操作和技术操作相结合的方式，来培养重要的操作技能；既让学生手动执行任务(如画图)，也让学生(在随后或最初时)使用技术接连地画出一些图形。
.整个班级的交互式教学
研究显示，班级教学是课堂交互的主要模式(Newton，1999)；然而，ICT至今仍没有在班级教学中得到充分的应用。在ICT用方面，科学课程的班级教学倾向于将计算机和数据记录仪作为一种演示工具，并没有对软件的交互潜能加以利用 (Finlayson&Rogers，2003)。班级交互式教学可以用于建立清晰的任务，明确调查重点，预测并提出假设，解释调查结果并评估它们的价值，讨论核心概念和程序性学习的目标(Gott&Duggan，1995)，举办公平的测试，进行重复测量，以及探讨测量的准确性等等。在对人们的理解进行评价并且共享观点的时候，“提问――答疑”环节是非常有价值的。
ICT本身也可以看作班级交互的一个有效媒介；提升交互式白板和其它计算机投影形式的可利用性，不仅有助于演示、修改和核对班级结果，还可以为复杂过程、技能和技术(包括科学推理在内)的交互式建模提供可能性。特别需要注意的是，交互式电子白板使学生能够通过标示图表、对机制进行确认或者测量、对图像进行分类或者操作，直接参与到班级任务中。这种应用方式可以进一步促进人们的分析、反思和强化过程，对于那些应用ICT的科学教师来说，这显得特别重要(Stodolsky＆Grossman，1995)。
以上所列举的策略表明，在实践中有效应用ICT以激发学生的动机，进而丰富科学教学与学习这方面，教师起到了关键性的决定作用。教师们描述了一些克服IcT应用潜在障碍的方法，但是，这些方法并没有考虑到基本的学习目标。新策略的成功与否，取决于它们能否让学生通过讨论和评价各种科学思想或者应用而不断思考，并有意识地培养与学科相关的通用信息处理技能，这些技能是学生所需要的。有效的ICT应用需要新的方式方法，并要求教师与学生能够扮演新的角色，尤其是要培养一种课堂文化，让教师能够鼓励学生进行探究，让学生在班级课堂讨论中与同伴、教师一起分享自己的观点、反思与发现(Hennessy et a1，2003；Rogers＆Wild，199 )。简言之，它呼唤科学教学文化的变革。
(三)lCT在学校科学实验室中的应用――实践的检验
1.教师应用IcT的外在限制因素
如前所述，课堂教学实践目前正处于发展之中。但同时也遇到了一些障碍，值得人们予以关注。教师应用ICT的动机受到了工作境脉的影响――物理的、社会政治的、教育的。创新和适应是需要花费时间的，特别是当前这种“首创(initiative)超负荷”的氛围给教师的时间和精力提出了许多极具竞争性的要求。在一项面向中小学科学教师的调查中，缺乏时间是ICT应用的最大障碍(Dillon et a1，2000)。
尽管人们已经对IcT创新项目进行了大规模的投资，ICT也处于十分显著的标志性地位，但是，在实践者以恰当方式将ICT直接整合到学科课程方面，仍然明显缺乏具体的指导与支持(Selwyn，1999)。其它研究已经证实，当教师积极主动将IcT应用恰如其分地整合到课堂实践中的时候，他们对于IcT是如何促进教学的理解也处于不断发展之中，但是，人们仍旧没有明确制定出关于IcT有效应用的教学方法(Hennessy et al，2003)。教师们渴望能够掌握更多关于此领域的知识(Williamset a1，2000)。
当教师竭力想掌握他们所需的新工具和新教学方式的时候，人们的普遍观点就是培训。目前，许多学校安装了交互式电子白板，但是却缺少培训时间。但是。也有证据显示，由NOF资助的“针对教师在课堂中的ICT应用”的培训计划已经在科学领域取得了较大的成功(Ofsted，2002b)。科学联盟(The ScienceConsortium)是唯一一个专门面向中学科学的组织，也是第一个旨在开发一种教学方法以促进ICT在科学教学中应用的国家计划。它鼓励教师参与到反思性教学的迭代循环中，使用精心准备好的课程框架和相应的软件，并共享他们自己对于个人课堂常规应用的评价。
2.实际限制的结果
一般认为，ICT的引入导致了教学与学习技术的变革，然而，目前支持此观点的研究文献非常少。Ofsted(2001)发现，在课堂教学中，恰当而有效地应用ICT的情况实际上也非常少见。可获取的技术通常没有在课堂实践中得到充分地应用，与课堂教学整合程度很低。2001年，2／3的英国中小学教师在科学课程中“有时会使用”ICT，只有2 -29％教师说，他们在课程中会“大量使用ICT”(DfES，2002b)。那些意识到在科学课上中应用ICT的重要性或者益处的教师比例也类似。
人们越来越清楚地认识到，拥有必要的设备和软件，并不能够保证它们能够得到有效的应用或者开始起作用了。研究表明，几乎所有的中学都拥有数据记录设备，并且连接了互联网，但是，现实的限制条件以及与教学相关的不确定性却阻碍了其正常而有效的应用(Hammond，2001；Newton，2000)。ImpaCT2报告得出了如下结论：与在学校使用联网的计算机相比，实际上，家庭对计算机的使用可能会对学生的学习产生更大的影响。科学年。(2002)表中发现，英国的每个中学都收到免费提供的计算机控制的显微镜。但在许多情况下，显微镜是放在壁橱中的，因为教师们不清楚如何使用它们。
3.科学活动与教学方法的变革
本报告介绍了一些案例，反映出科学教学实践、工具和方法在某种程度上已经开始改变。但是，传统的学习目标和价值似乎还没有发生大的改变。对专业科学家来说，IcT应用彻底地改变了科学的本质。现在，专业科学家的研究活动主要依赖于复杂计算机工具和资源的常规使用。相反，从总体上来看，学校科学课中的IcT应用还没有发挥其变革的作用。文献研究趋同于一个结论：教师倾向于用IcT来支持、促进和补充现有的课堂教学实践，而不是在实质上改变主题内容、教学目标、教学活动和教学方法(Kerr，1991；Watson et a1，1993)。Goodson和Mangan(1995，pll9)提出，“现在有很多重新洗牌的证据，但是，尝试玩新游戏的证据却很少。”
教师从“讲台上的哲人”变成“身边的指导者”。他们已经开始开发和试验新的策略，既包括积极地利用新出现的机会，也包括摈弃由技术本身的复杂特征所带来的干扰，而聚焦于预期的科学学习目标。当教师坚持在课堂中积极使用ICT的时候，他们同时会培养一种反思性的、批判性的观点。相关证据显示，在真实的操作性限制条件下，教师们正利用ICT的潜能，以尽可能地支持科学课程的学习。
(四)对未来发展的启示
1.对教师的启示
通过创建并传播成功教学实践案例，教育技术可以在科学教育中得到更加广泛深入的应用。这就意味着，随着科学教师在将ICT整合到教学过程中越来越有信心，也越来越有经验，ICT的探究性应用也将变得更加切实可行，并且越来越普及。提升软件之间交互式链接的有效性，意味着电子工作表或者电子导师既可用于构建任务，又可用于引导学生沿着某种途径进行学习。在这些资源中，还可以添加相关的指导，以便学生针对某个观点与教师和同伴进行探讨。实际上，成功利用IcT来开展 教学的一个基本特征就是：期望并培养学生的主动性参与――尤其是在研究和实践工作中，以及由教师引导的讨论与演示中。
目前，班级交互式教学的作用还没有得到充分发展。在培养学生调查研究技能方面，ICT的应用也不够充分。但是，人们对这些内容的关注程度越来越高。明确培养学生的新技能(像批判性素养)是必要的，如此一来，学生才可以获取、讨论并评价从科学资源中提取出来的信息。为每种IcT应用形式提供一个清晰的基本理论(要以明确的学习结果为首位)，是推进IcT对科学学习――特别是旨在培养“批判性科学素养”的科学教育――贡献的第一步，也是最重要的一步。Icl应用正在渗透到更多的课堂中。然而，更进一步的发展取决于为教师提供更多的时间，使其获取到可靠的资源、鼓励与支持，为恰当而有效的应用提供具体的指导。简言之，取决于一个可持续的专业发展规划。
2.对评价的启示
目前，几乎所有课程评价都是通过内容知识的笔试，而这种评价形式不包含IcT应用相关的教育成果。所以，评价框架本身需要调整，以反映ICT支持下的教学与学习方面的变化(McFarlane，2001)。科学教育更强调对数据和证据进行批判性评价、分析与解释，而目前人们关注的却是结果，而非过程本身，这会对教师的教学方法及其对ICT的应用产生不利的影响。
评价可以代替或者检测方法的正确应用，这将涉及到教师评价的更广泛应用。在对理解、推理或者分析技能进行评估的时候，活动过程中的临时记录可能是有用的指标。例如，教师可以针对学生的预测图、注释图、书面作业草稿或者屏幕上看到的研究结果来循环提出探究性的问题。也可以对定义明确的绩效标准进行判断。这种工作形式的益处就在于：我们会调整自己的评价模式和风格，以适应预期的教学方法，而非其相反的方面。
三、结论
尽管ICT的正确应用有可能对科学教育和学生学习起到变革性的作用，但是，仅有个别创新案例及少数富有激情的人会应用ICT。由此看来。ICT仍然需要被整合于目前常规课堂任课教师的习惯与文化当中。当今内容过载的国家课程以及相应的评价措施，进一步强化了“通过知识传输过程来开展科学教学”的文化观(Hacker&Rowe，1991)。这些因素严重遏制了ICT在课堂中的应用，使得ICT不能够有效地发挥其交互的特性，也不能够支持学生在科学活动中的主动参与、探究以及协作。相反，新的科学课程面向所有的学生，它注重培养学生的批判技能和分析技能，这种课程或许更加能够促进和支持ICT的应用。
随着学校课程开始在科学教学和科学实践之间建立起更加紧密的联系，那些影响ICT与课程整合的主要障碍可能会被解除。信息和数据的获取及其解释、以及批判性评价将会成为所有新教学大纲的核心特征。这种转变将促进教学方法的变革以及ICT的交互式应用，以支持和培养学生的科学推理技能和分析技能。IcT应用可能成为科学教学与学习的核心，而不是在边缘处逐渐消退。
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发表于 2020-8-31 09:52:53
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