在虛擬互動(dòng)中落實(shí)探究.doc

I/Space S 宇宙Science在虛擬互動(dòng)中落實(shí)探究宇宙Science網(wǎng)站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用容梅 廣州市天河區(qū)教育局教研室 510640宇宙天文部分的教學(xué)一直是地理課程中的難點(diǎn)，在新課程改革理念的要求下，如果還是采用傳統(tǒng)教學(xué)手段，要想落實(shí)探究更是難上加難。要解決這一課程難點(diǎn)，必須采用新的教學(xué)手段去嘗試才行。宇宙Science網(wǎng)站的建設(shè)與應(yīng)用就是在這樣的思考中，逐漸成形的。一、建站緣起：?jiǎn)栴}1：課程設(shè)置與學(xué)生認(rèn)知水平之間存在斷層，地理的入門(mén)課程地球與地圖、宇宙成了“攔路虎”。新課程實(shí)施以來(lái)，我們感到新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于普通中學(xué)的一般學(xué)生而言是比較難的，例如學(xué)生要在初中二年級(jí)才學(xué)坐標(biāo)，而在初一地理就要學(xué)經(jīng)緯網(wǎng)定位；高二數(shù)學(xué)才學(xué)球面幾何，可是地理課在初一和高一就要接觸極地地圖了，并要求學(xué)生學(xué)會(huì)比較復(fù)雜的推導(dǎo)換算，如時(shí)差的推斷，地圖的判讀等。這需要學(xué)生具有良好的空間思維能力并能靈活思考。另外，根據(jù)我們的調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果顯示，大多數(shù)初一同學(xué)希望通過(guò)地理課能夠?qū)W到更多的人文知識(shí)，對(duì)那些等高線、等溫線感到懼怕和不感興趣。學(xué)生相應(yīng)學(xué)科知識(shí)的缺乏和興趣的不足，地理的入門(mén)課程地球與地圖、宇宙變成了 “攔路虎”、一塊難啃的硬骨頭。事實(shí)上，地理學(xué)要求學(xué)生在腦海中具有基本的地球模型：由經(jīng)緯網(wǎng)構(gòu)成的、易于定位和描述相互位置關(guān)系的模型。在自然地理的學(xué)習(xí)中，地球的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)及姿態(tài)成為影響地球表面自然地理事物成因的關(guān)鍵，此時(shí)這一模型不再是孤立單獨(dú)存在的，而是運(yùn)行在一定的系統(tǒng)中的天體。海陸的分布和各個(gè)圈層的認(rèn)識(shí)，促使同學(xué)們?cè)谀X海中將地球模型進(jìn)一步完善，在經(jīng)緯坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，將地球表層的面貌覆疊上，經(jīng)緯儀就變成了地球儀。所以，空間概念的形成從地理學(xué)習(xí)的一開(kāi)始就是最基本的。不想辦法解決這些難點(diǎn)，就會(huì)影響到其它內(nèi)容的理解。問(wèn)題2：人類在形成唯物的宇宙觀過(guò)程中的痛楚與希望。北宋蘇軾有詩(shī)曰：“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中?！倍祟愊鄬?duì)于宇宙來(lái)說(shuō)，如白駒過(guò)隙，短暫而渺小，所以難怪人類在認(rèn)識(shí)地球以及宇宙的過(guò)程中經(jīng)歷著這樣或那樣的坎坷，日心說(shuō)與地心說(shuō)的斗爭(zhēng)，是人類宇宙觀發(fā)展過(guò)程中的最大痛楚。盡管如此，浩瀚而璀璨的星空對(duì)于人類來(lái)說(shuō)卻又充滿了神奇的魔力，我們渴望了解其中的奧秘，我們從未停止探索；在現(xiàn)代，航天科技的發(fā)展，信息技術(shù)的介入，遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）的廣泛應(yīng)用，數(shù)字地球概念的建立，給人類形成新的宇宙觀帶來(lái)了又一契機(jī)，同時(shí)也給地理課程注入了新的活力，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和手段已經(jīng)很難滿足當(dāng)今學(xué)生的需求了。二、建站思想 1、在學(xué)習(xí)方式上借助理科的教學(xué)模式 地理是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，在大學(xué)屬于理科，在中學(xué)卻屬于文科，雖然這個(gè)現(xiàn)象讓人啼笑皆非，但我們只能接受。在“最美麗”的十大物理實(shí)驗(yàn)評(píng)選中，地理學(xué)鼻祖埃拉托色尼測(cè)量地球圓周長(zhǎng)，以及物理學(xué)家米歇爾傅科鐘擺實(shí)驗(yàn)（說(shuō)明地球是在圍繞地軸自轉(zhuǎn)）兩項(xiàng)榜上有名。由此我們得到啟示：對(duì)那些難以理解的天文地理教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該借鑒理科的教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)中探究，這對(duì)于宇宙天文部分的內(nèi)容來(lái)講，是一種學(xué)科的回歸。但由于是課堂教學(xué)，不可能做大時(shí)間跨度的實(shí)驗(yàn)，所以我們只能主要采用虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)解決，這就要用大量用到電腦和網(wǎng)絡(luò)。 2、在教學(xué)設(shè)計(jì)思想上借鑒建構(gòu)主義的支架理論 維果茨基主張學(xué)習(xí)的過(guò)程是由教師根據(jù)學(xué)習(xí)者背景知識(shí)安排提供一個(gè)暫時(shí)性的支持來(lái)協(xié)助學(xué)生發(fā)展學(xué)習(xí)能力，這個(gè)暫時(shí)性的支持可能是一種教學(xué)策略或教學(xué)工具，隨著學(xué)習(xí)者能力的提升，教師會(huì)逐漸將學(xué)習(xí)的責(zé)任轉(zhuǎn)移到學(xué)生身上，最后讓學(xué)生能主導(dǎo)學(xué)習(xí)。針對(duì)課程設(shè)置與學(xué)生認(rèn)知水平之間存在的斷層，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中盡量設(shè)計(jì)詳細(xì)的步驟，搭建學(xué)習(xí)的支架scaffolding，使學(xué)生能夠順利地達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。3、在教學(xué)手段上借助信息技術(shù)的新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真互動(dòng)虛擬技術(shù)的大量運(yùn)用，加之網(wǎng)絡(luò)中Java applet、Flash、Shockwave等互動(dòng)媒體的豐富資源，為我們建立一個(gè)地理的虛擬實(shí)驗(yàn)室提供了有力的支持，使基于網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)課程的實(shí)施得以實(shí)現(xiàn)。三、網(wǎng)站表達(dá)1、對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了深度和廣度上的拓展和超越。宇宙Science網(wǎng)站中的互動(dòng)程序與互動(dòng)課程的設(shè)計(jì)是以建構(gòu)主義尤其是腳手架理論作為其理論基礎(chǔ)的。教師通過(guò)電腦與網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供不同階段的學(xué)習(xí)腳手架（互動(dòng)程序），并模擬相關(guān)的學(xué)習(xí)情景（腳手架策略），讓學(xué)生在理想的學(xué)習(xí)情景中與電腦進(jìn)行互動(dòng)，促成學(xué)習(xí)者的自我反思，逐步地建構(gòu)出知識(shí)的意義與內(nèi)涵，并能順利完成不同階段的學(xué)習(xí)任務(wù)。那些在傳統(tǒng)教學(xué)中無(wú)法講懂講透的、“似是而非”的教學(xué)難點(diǎn)迎刃而解，學(xué)生在對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生濃厚興趣之余可以進(jìn)行更深層次的探究，而非僅僅是在被動(dòng)的事實(shí)與規(guī)律的片段資訊中獲取和記憶。可以說(shuō)，它對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了深度和廣度上的拓展和超越。2、學(xué)習(xí)資源專題式呈現(xiàn)，按需取用。在這個(gè)網(wǎng)站中，我們建立了一個(gè)與新課程標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)的課程學(xué)習(xí)資源中心，其中包括相應(yīng)的學(xué)習(xí)活動(dòng)區(qū)（互動(dòng)實(shí)驗(yàn)區(qū)）、學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)區(qū)和課外閱讀區(qū)，還有隨時(shí)可供查閱的課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)設(shè)計(jì)。并涵蓋了小學(xué)科學(xué)、初中、高中地理的有關(guān)內(nèi)容。在這個(gè)網(wǎng)站中的程序全部提供了下載連接，教師或?qū)W生根據(jù)需要下載安裝后，進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)。對(duì)于原來(lái)是英文的JAVA插件進(jìn)行了翻譯，并提供了詳細(xì)的使用說(shuō)明，教師可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)符合自己學(xué)生的實(shí)驗(yàn)步驟，網(wǎng)站中提供了許多這方面的范例。3、仿真模擬，互動(dòng)探究，以“短”見(jiàn)“長(zhǎng)”，以“小”顯“大”。這就是虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，在本網(wǎng)站中，我們提供了這方面的教學(xué)范例。下面是這些范例的簡(jiǎn)單介紹。范例1：觀察地球的自轉(zhuǎn)方向?qū)嶒?yàn)玩轉(zhuǎn)地球 傳統(tǒng)教學(xué)手段：用地球儀來(lái)演示。往往遇到地球儀的地軸轉(zhuǎn)動(dòng)不靈，即使能順利地在一直轉(zhuǎn)動(dòng)中讓學(xué)生觀察地球自轉(zhuǎn)的方向，也因?yàn)橹車鷱?fù)雜環(huán)境的影響，使學(xué)生懷疑或不能確認(rèn)自己的觀察所見(jiàn)。教師在演示時(shí)常有力不從心之感。但使用Winglobe進(jìn)行觀察，可以即刻幫助學(xué)生排除干擾，并在1分鐘內(nèi)對(duì)地球的自轉(zhuǎn)方向有深刻的直觀認(rèn)識(shí)。虛擬實(shí)驗(yàn)手段：應(yīng)用Winglobe三維地球儀軟件。將地球儀拖動(dòng)至如下圖所示位置，點(diǎn)擊右鍵，在“選項(xiàng)”中選擇“旋轉(zhuǎn)”，設(shè)置為每12秒旋轉(zhuǎn)1度，點(diǎn)擊應(yīng)用，使地球儀旋轉(zhuǎn)起來(lái)，觀察并記錄：記錄： 從北極上空（左圖）觀察地球自轉(zhuǎn)的方向是 時(shí)針?lè)较蛴涗洠?從南極上空（右圖）觀察地球自轉(zhuǎn)的方向是 時(shí)針?lè)较蚍独?：觀察晨昏線的位置（軟件Winglobe；虛擬實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了多種學(xué)習(xí)途徑） 方法1：?jiǎn)?dòng)Winglobe ，改變系統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置為：3月21日、6月22日、9月23日、12月22日，仔細(xì)觀察晨昏線的位置。操作方法：在電腦屏幕的右下角雙擊時(shí)間，出現(xiàn)下面的對(duì)話框，改變相應(yīng)的時(shí)間即可。提示：特別注意觀察南北兩極地區(qū)白天黑夜情況。晨昏線：晝與夜的分界線,與太陽(yáng)直射光相垂直. 思考并回答：造成這種現(xiàn)象的原因是什么?并隨之產(chǎn)生什么其他的地理現(xiàn)象?方法2：用 Earth Viewer軟件，觀察3月21日、6月22日、9月23日、12月22日晨昏線的移動(dòng)情況。步驟1：利用日期和時(shí)刻按鈕改變?yōu)槟阈枰臅r(shí)間。按Reset to Current清除鈕可以恢復(fù)當(dāng)前日期和時(shí)間，也就是在你的電腦中被固定的當(dāng)?shù)貢r(shí)間。步驟2：當(dāng)你點(diǎn)擊Animate按鍵，影像將被激活。Daily展示每十五分鐘地球晨昏線變化情況，Seasonal展示每7天地球晨昏線變化情況. 范例3：四季的形成（地球的運(yùn)動(dòng)Flash動(dòng)畫(huà)）四季的形成變化周期漫長(zhǎng)，我們無(wú)法將其全過(guò)程在課堂上展示出來(lái)，運(yùn)用電腦模擬可反復(fù)觀察春分、夏至、秋分、冬至等四個(gè)季節(jié)時(shí)刻的瞬間特征，教學(xué)難點(diǎn)迎刃而解。學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)如下：點(diǎn)擊地球的運(yùn)動(dòng)，至畫(huà)面仔細(xì)觀察南北回歸線之間各地每年被太陽(yáng)直射 次。填寫(xiě)下表：春分日夏至日秋分日冬至日日期太陽(yáng)直射點(diǎn)位置北半球晝夜長(zhǎng)短提示：晝弧越長(zhǎng)白晝時(shí)間越長(zhǎng)，反之亦然。范例4、在宇宙中穿行，探索天體的奧秘（Starry Night pro 4）為了提高學(xué)生的興趣，地理虛擬實(shí)驗(yàn)室還提供了Starry Night pro 4，這是一個(gè)很漂亮的虛擬天文軟件，晨昏蒙影、斗轉(zhuǎn)星移、日食月食、九星聯(lián)珠、彗星回歸、深空天體、宇宙穿行等等景象都可在這套天文專業(yè)軟件中實(shí)時(shí)虛擬得到。我們把針對(duì)Starry Night 的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的MiniQuest學(xué)案放到網(wǎng)上，通過(guò)“真實(shí)的天文事件引入基本的軟件操作學(xué)習(xí)模擬該事件的天象 擴(kuò)展探索的模擬活動(dòng)形成解釋運(yùn)用”這一探究模式，成套地開(kāi)發(fā)了網(wǎng)絡(luò)學(xué)案。如學(xué)習(xí)日食的過(guò)程設(shè)計(jì)：欣賞2001年6月21日在非洲贊比亞首都盧薩卡拍攝的日食影像；Flash動(dòng)畫(huà)指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)Starry Night的操作；模擬當(dāng)時(shí)的日全食過(guò)程和2008年即將在北京發(fā)生的日全食過(guò)程；日食時(shí)，將自己放到太陽(yáng)或者月亮的位置，觀察日食發(fā)生時(shí)3個(gè)星球的位置；得出結(jié)論，是月球擋住太陽(yáng)的光形成日食；遷移前面的學(xué)習(xí)，模擬月食，探究月食的成因。通過(guò)這樣的學(xué)習(xí)和輔導(dǎo)，學(xué)生能通過(guò)這樣的虛擬軟件自主探究天文奧秘，取得了良好的效果。四、網(wǎng)站應(yīng)用效果1、培養(yǎng)了高級(jí)思維，為理解而學(xué)，為理解而教，把探究落到了實(shí)處。通過(guò)互動(dòng)的多媒體活動(dòng)程序?yàn)閷W(xué)生提供學(xué)習(xí)活動(dòng)的腳手架，使學(xué)習(xí)者能夠進(jìn)行比較復(fù)雜的學(xué)習(xí)活動(dòng)，投入到高級(jí)的思考和問(wèn)題解決活動(dòng)中去，這些活動(dòng)在沒(méi)有幫助的情況下是達(dá)不到如此高度的，也使“探究”真正成為學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的互動(dòng)的活動(dòng)程序與傳統(tǒng)的課件不一樣，它不是教師“教的工具”，而是學(xué)生“學(xué)的工具”。它主要通過(guò)交互的活動(dòng)，把關(guān)注的焦點(diǎn)集中于地球與宇宙的空間概念和關(guān)系上，使學(xué)生借助于可視化的模擬來(lái)探究其內(nèi)在規(guī)律。因此，與單純的“做中學(xué)”不一樣，它強(qiáng)調(diào)的是在理解的基礎(chǔ)上的“做中學(xué)”，最后使學(xué)生能達(dá)到“理解地理規(guī)律”這一最重要的新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，真正實(shí)現(xiàn)“為理解而教，為理解而學(xué)”。2、