用建構(gòu)主義的觀點構(gòu)建游標卡尺的認知工具

1、 用建構(gòu)主義的觀點構(gòu)建游標卡尺的認知工具省第一高級中學燕鳴摘要：我從建構(gòu)主義的觀點出發(fā)應(yīng)用認知工具的設(shè)計思想，針對中學物理教學中游標卡尺這一難點問題，設(shè)計制作了游標卡尺的認知工具軟件，并通過對比實驗證實教學效果顯著。本文著重討論了制作過程中的教學設(shè)計。關(guān)鍵詞：建構(gòu)主義；認知工具；游標卡尺；教學設(shè)計。一問題的提出： 80年代初，美國著名的計算機教育專家泰勒（Taylor）曾提出計算機應(yīng)用于教育有三種模式：計算機作為輔導(dǎo)者（Tutor）、計算機作為工具（Tool）和計算機作為學習對象（Tutee）。隨著人們對“計算機文化”涵義的深入理解和計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機作為輔導(dǎo)者模式發(fā)展成為能滿足多種教學

2、要求的計算機輔助教學模式即CAI模式。計算機作為工具模式，則由數(shù)據(jù)處理工具、文字處理工具發(fā)展成為基于建構(gòu)主義教育理論下輔助學生學習的有效的認知工具。目前，我國許多學校把計算機應(yīng)用于課堂教學中多采用CAI模式，普遍的作法是為重點和難點提供演示，這種作法雖然有助于對重難點的理解，但信息技術(shù)的使用權(quán)控制在教師手中，實際上并未擺脫以教師為中心的教學觀念束縛。近年來，研究者開始強調(diào)認知工具模式的應(yīng)用，認為認知工具模式的效果優(yōu)于輔導(dǎo)者模式，認知工具不但有利于具體知識的學習，也有利于一般技能和策略的學習，它可以使學生從事深層次的信息加工。在一定意義上說，它是一種智力資源，是一種知識建構(gòu)工具，而且是由學生控制

3、的(1) 。敏、琦對小學數(shù)學的實證研究也表明：合作工具模式在幾何知識與技能、推理能力方面效果顯著優(yōu)于合作CAI演示，而且合作工具模式能激發(fā)學生的積極態(tài)度。且對低學業(yè)水平的學生更為有效(2)。隨著我國計算機網(wǎng)絡(luò)教室在中小學的逐漸普與，在課堂教學中應(yīng)用工具模式已經(jīng)成為可能。工具模式強調(diào)學生在認知過程的主體地位，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的一條有效途徑。目前我國應(yīng)用認知工具模式輔助課堂教學較少，適合于學科教學的認知工具軟件缺乏。因此，研制適合于我國國情又適合于學科教學的認知工具軟件，有著一定的實際意義。我應(yīng)用認知工具的設(shè)計思想，針對中學物理教學中游標卡尺這一重、難點問題，利用Authorware設(shè)

4、計制作了游標卡尺的認知工具軟件探究游標卡尺（發(fā)布在的），并應(yīng)用于課堂教學中取得很好的教學效果。二認知工具的理論基礎(chǔ)：戴瑞（Derry）把認知工具定義為：“認知工具是一種支持、指引、擴充使用者思維過程的心智模式和設(shè)備”。計算機認知工具是輔助學習者學習的外部認知工具。認知工具模式以建構(gòu)主義的學習理論為基礎(chǔ)，其基本思想是將學生放在認知的主體地位上，學生具有自身糾錯，選擇認知策略的能力。根據(jù)建構(gòu)主義的學習理論，可以將基于建構(gòu)主義的教學模式概括為：“以學生為中心，在整個教學過程中由教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者的作用，利用情景、協(xié)作、會話等學習環(huán)境要素充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達

5、到使學生有效地實現(xiàn)對當前所學知識的意義建構(gòu)目的。在該模式下，媒體不再是幫助教師傳授知識的手段、方法，而是用來創(chuàng)設(shè)情景、進行協(xié)作學習和會話交流，即作為學生主動學習、協(xié)作探索的認知工具?！?3)認知工具模式以建構(gòu)主義的觀點來看待媒體的教學輔助作用，它把重點放在思維技術(shù)和思維環(huán)境的開發(fā)上，為學習者提供一種開放的、探索式的學習環(huán)境。永健、何克抗提出將多媒體教學系統(tǒng)作為認知工具的學習環(huán)境的教學設(shè)計主要解決三個問題，遵循五條原則。解決的三個問題是：（1）幫助學習者掌握某項知識與技能應(yīng)創(chuàng)設(shè)什么樣的情景；（2）如何激發(fā)學習者的主動性去探索學習；（3）為學習者的探索提供什么樣的幫助。五條原則是：（1）為避免學生

6、在教學活動中受負面的、消極的影響，打擊學生的學習積極性，應(yīng)在學生與實際教學之間建立緩沖區(qū)，以保護學生不受負面影響；（2）提供一種支持學生自主學習以與符合學生發(fā)展水平的學習背景；（3）把學習需求體現(xiàn)在學習活動本身；（4）通過培養(yǎng)能使學生對于發(fā)展著的建構(gòu)過程增強責任感的技能和態(tài)度，來支持對于學生的學習過程進行自我監(jiān)控過程；（5）通過策略的使用糾正學生的學習錯誤，增強學生從事有意義學習的趨勢(4)。三構(gòu)建游標卡尺的認知工具：（一）游標卡尺的教學分析：游標卡尺是中學物理中的重點和難點容之一，由于學生的知識背景中已經(jīng)牢固地形成了用尺子直接去比較測量長度的“圖式”，再加上游標卡尺呈現(xiàn)的信息較為復(fù)雜，造成學

7、生對測量原理進行意義建構(gòu)時，難于重組和改造原有“圖式”，而傳統(tǒng)教學方法是設(shè)法將測量原理傳授給學生，較少顧與學生主動地進行意義建構(gòu)，更難借學習過程培養(yǎng)學生的思維能力，因而造成較多的學生機械識記，不能在真正意義上對測量原理進行意義建構(gòu)，常講常錯。分析學習游標卡尺的元認知策略，有兩種常見方式，一是采用探究的方法學習，該方法強調(diào)在學習過程中充分發(fā)揮學生的主動性，能體現(xiàn)出學生的首創(chuàng)精神，重在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力；二是通過觀察，抓住其主要問題并加以研究，重在培養(yǎng)學生的觀察能力和分析綜合能力，這也是我們掌握一種新測量工具常用的方法。再從建構(gòu)主義的教學方法看，前者適合于支架式教學方法，后者適合拋錨式教學方法。（

8、二）游標卡尺認知工具的設(shè)計：根據(jù)以上教學分析，游標卡尺的認知工具軟件探究游標卡尺包括探究學習和觀察分析學習兩大部分，學生可以根據(jù)需要進入不同的學習方法學習。其教學設(shè)計如下： 1. 創(chuàng)設(shè)學習情景：（1）巧設(shè)問題情景，激發(fā)學生主動探究學習：游標卡尺的學習有兩個關(guān)鍵問題：一是利用不同刻度的主尺和游標尺巧妙配合，提高其測量精度，二是利用測量腳和窄片測量外徑、徑和深度。結(jié)合學生的知識背景，可設(shè)計如下問題情景。支架式教學的問題情景設(shè)計：首先提出問題：我們通常用一根直尺測量物體的長度，如果用兩根直尺配合還能測量物體的長度嗎？將學生引入問題情景，激發(fā)學生在計算機提供的探索環(huán)境下主動探索。弄清該問題后再引深到：

9、如何測量？其讀數(shù)原則是什么？如何將它改造成測量工具？再觀察游標卡尺的結(jié)構(gòu)。然后讓學生獨立地探索20分度、50分度游標卡尺以與估讀問題。拋錨式教學的問題情景設(shè)計：學生觀察游標卡尺實物與計算機呈現(xiàn)的模擬游標卡尺，先從整體觀察其主要結(jié)構(gòu)，然后深入局部探索測量腳、窄片的作用和刻度部分的作用，抓住利用主尺和游標尺這樣的刻度為什么能使測量精度更高？的主要問題拋錨。激發(fā)學生利用計算機提供的探索環(huán)境主動探索，得出結(jié)論。再獨立地探索20分度、50分度游標卡尺和估讀問題。（2）創(chuàng)設(shè)開放的、探索式的學習環(huán)境學習環(huán)境一（如圖一）：探索不同刻度的二根直尺巧妙配合，能測量物體長度，且精度更高；探索利用其測量的讀數(shù)原則。利

10、用Authorware的交互功能實現(xiàn)： a. 計算機屏幕上呈現(xiàn)兩根直尺（實質(zhì)上是10分度游標卡尺主尺和游標尺刻度部分的放大圖），下面直尺可用鼠標拖動，也可單擊按鈕移動。 b. 呈現(xiàn)不同已知長度的被測量物體，也可用鼠標自由拖動。 c. 巧設(shè)反饋，當兩根直尺刻度對齊時，對齊刻度線變紅。學生通過移動直尺，發(fā)現(xiàn)刻度對齊后，刻度線變紅這一反饋提示，使其注意到刻度對齊與測量可能存在關(guān)系。進而可以選擇觀察兩根直尺刻度差異的認知策略，也可以選擇用已知長度的被測物體試探測量的策略，利用這些策略都能作進一步探索，且還能讓學生自我糾錯，最后達到探索的目的。值得指出的是：（1）以上學習環(huán)境的設(shè)計，并不是知識容的呈現(xiàn)，

11、而是提供一種開放的探索的工具。學生利用該工具學習，是在活動中學，是在主動地進行意義構(gòu)建。（2）該探索工具也不同于利用一般實物工具，它充分體現(xiàn)了多媒體計算機信息載體的多樣性、集成性和交互性，利用它能輕松完成大量單調(diào)冗長的工作、狀態(tài)迅速改變、高效省時，使得學習者的腦力能從事高級思維活動，而且利用它還能提供反饋。學習環(huán)境二：（如圖二）探究游標卡尺測量外徑、徑和深度的設(shè)計： a. 提供10分度游標卡尺的模擬圖，游標尺可用鼠標移動。 b. 提供被測物體，可用鼠標移動。利用它們可仔細觀察測量徑和深度的道理，體會其設(shè)計的巧妙。學習環(huán)境三：提供20等分、50等分游標卡尺的模擬圖，游標尺也可以移動。不提供反饋，

12、讓學生自主探索。2提供適當?shù)膸椭Ｗo學生不受到負面的、消極的影響。幫助容的設(shè)計僅對認知策略和元認知策略提供幫助，不作知識性的述，這樣既能提供幫助，又保證學生能夠獨立探索。在幫助設(shè)計時，采用下拉菜單，學生能方便地選擇學習中需要幫助的問題，且在呈現(xiàn)幫助容時仍保留探索環(huán)境。3加強自我監(jiān)控，把探究的問題引向深入：為了把學生的自主探索引向深入而不流于形式，對探索的主要問題游標卡尺的測量原理，設(shè)置了深入思考的問題即測量精度是多少？有無讀數(shù)原則？讀數(shù)原則是什么？精度還能夠提高嗎？，并且設(shè)置交互，學生只有完全答對以上問題才能進入進一步的學習。練習的設(shè)計也是只有答對才能進入下一題。通過這樣的人機交互有助于學生

13、深入探索問題，也有助于提高學生的自我監(jiān)控能力。4通過總結(jié)和練習糾正學生的學習錯誤，增強學生從事有意義學習的趨勢：為了糾正學生學習過程中可能出現(xiàn)的錯誤，增強學生從事有意義學習的趨勢，軟件中設(shè)計了總結(jié)和練習兩部分?？偨Y(jié)部分除對學習的知識總結(jié)外，還對學習的元認知策略進行總結(jié)，并提供探索20分度和50分度游標卡尺的學習環(huán)境讓學生自主探索。練習的設(shè)計除提供典型讀數(shù)練習外，還提供游標卡尺放大的活動圖，學生可移動游標尺出題，比賽答題，計算機可以提供答案，激發(fā)學生學習積極性。5 其他考慮：教學中采用二人或三人一組同用一臺計算機學習，利用學生間的協(xié)商、對話實現(xiàn)協(xié)作學習。軟件中還提供了“游標卡尺要不要估讀”的摘錄

14、文章和Internet網(wǎng)下載的各種游標卡尺圖片的參考資料。意在除了給學生進一步地自學、擴展思維空間提供資料外，還想通過給出資料的出處、作者，暗示學生在學習過程中還需要善于收集信息。三教學效果：我利用該軟件對高一年級上學期的兩個平行班進行對比實驗，實驗班58人，對比班51人。實驗班在計算機網(wǎng)絡(luò)教室利用該軟件采用認知工具模式教學，教學時間兩課時，學生兩人一組共用一臺計算機，利用該軟件合作學習，并提供50分度的游標卡尺讓學生實際測量彈殼的外徑、徑和深度，教師組織和輔導(dǎo)。對比班在多功能教室采用計算機大屏幕投影的CAI模式教學，教學時間仍然為兩課時，學生兩人一組合作學習，教師利用該軟件演示（為了保證教學

15、容的一致性）并組織學生討論學習，完成后提供50分度的游標卡尺讓學生實際測量彈殼的外徑、徑和深度。前測：利用入學考試的物理成績和兩次平時物理測驗成績的平均分作為前測成績，對實驗班和對比班的前測成績進行Z檢驗，無顯著差異（Z=0.26，Z1.96，p0.05）。后測：用一課時對知識和遷移能力進行檢測，知識檢測主要測量學生能否對學過的10分度和50分度游標卡尺正確讀數(shù)；遷移能力主要從20分度游標卡尺的讀數(shù)、有零誤差游標卡尺的讀數(shù)和有游標尺的氣壓計讀數(shù)進行檢測（實驗中刪除了20分度游標卡尺的容，不學習零誤差）。對檢測成績進行方差分析顯示，實驗班在掌握知識的水平上顯著優(yōu)于對照班（F（1，107）=7.888，P=0.006），在遷移能力上