论自然科学类课程的e_Learning教学策略

２００７．８中国电化教育总第２４７期

文章编号：１００６—９８６０（２００７）０８—００７５—０４

教学研究

论自然科学类课程的ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ教学策略

陈文冠

（仲恺农业技术学院，广东

广州

５１０２２５）

摘要：大、中、小学的课程可大致分为两大类，一为社会科学知识，二为自然科学知识（如物理、化学、工程学科等）。本文首先论述了自然科学类课程开展ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的必要性及可行性，结合自然科学类课程的特征提出在ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ过程中的教学策略和学习策略，侧重于工程学科的教学内容对六个教学维度的切入和两个输出目标进行理性分析。

关键词：自然科学类课程；ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ；信息技术与课程整合；教学策略

文献标识码：Ｂ中图分类号：Ｇ４２３．０４

一、前言

当前，深化教育改革的主要目标是创建新型的

教学模式，要实现这样的目标，离不开基于因特网的数字化教学，ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ就是在这样的背景下产生的。那么，什么是ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ呢？笔者认为下述定义比较恰当：ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ是指通过因特网或其他数字化内容进行学习与教学的活动，它充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境，实现一种全新的学习方式；这种学习方式将改变传统教学中教师的作用和师生之间的关系，

这个定义强调从而根本改变教学结构和教育本质［１］。

了因特网和数字化，因特网指的是环境和硬件，数字化指的则是基于因特网的学习资源，因此它能较好地将ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ与传统的电化教育从概念上区分开来。事实上，国内正在轰轰烈烈开展的信息技术与课程整合就是ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的典型应用，信息技术与课程整合在一定程度上可与ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ等同。ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ是信息时代课程教学改革的需要，是信息时代人才培养的需要，是提高教学效率的根本途径。以计算机网络为核心的信息技术作为新型的教学媒体，当它与各学科的课程加以有效的整合可以建构出一种理想的学习环境，这种环境可以支持真实的情境创设，不受时空限制的资源共享，快速灵活的信息获取，丰富多样的交互方式，打破地区界限的协作交流，以及有利于培养学习者创造性的自主发现和自主探索，在此基础上就可以实现一种能充分体现学生主体作用的全新学习方式，即信息技术与各学科的教学进程密切结合时，它们可以体现出许多对于教育、教学过程来说极为宝贵的特性，从而为新型

教学结构的创建提供最理想的教学环境［２］。

由于自然科学类课程的知识结构与内容相对繁杂和枯燥，教学内容广泛，学生不仅要学习数、理、化、工的原理，大量的公式推导，各种图形的绘制，复杂的科学实验，最后还要进行课程设计和毕业设计。因此在自然科学类课程中开展与信息技术的整合绝非一件易事，必须按一定的教学策略开展ｅ－Ｌｅａｒｎ－ｉｎｇ（信息技术与课程整合），才能使学生具有浓厚的学习兴趣、较高的学习动机，能够及时地获取信息和长久地保持记忆、能够有效地进行学习的组织与管理，实现能培养合作精神（合作精神的培养相对其他学科尤为重要）并促进高级认知能力发展的协作式学习和实现能培养创新精神和促进信息能力发展的发现式学习，达到培养大批具有２１世纪能力素质的高级人才的目的。

二、自然科学类课程开展ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的教学策略

１．以先进的教育理论为指导

要达到培养大批具有２１世纪能力素质的高级

技术人才的目的，必须实现自然科学类各课程与信息技术的整合，彻底改革传统教学结构与教育本质，由此必将伴随自然科学类课程教育、教学领域的一场深刻变革。既然是一场变革，就必须要有先进的理论作指导，没有理论指导的实践是盲目的实践，将会事倍而功半甚至劳而无功。在２０世纪中叶由皮亚杰（Ｊｅａｎ．Ｐｉａｇｅｔ）等人创建的建构主义直到９０年代初期，才伴随着多媒体和网络通信技术的日渐普及而逐渐发展起来，实践已证明建构主义在这场变革中起着主要的指导作用。但要清醒认识到，由于自然科学类课程认知结构的特殊性，应将“建构主义”理论

教学研

究

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与自然科学类课程的具体问题相结合，才能使ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ在教学中发挥出强有力的威力。

目前流行的教学设计理论主要有“以教为主”的教学设计和“以学为主”的教学设计两大类。由于这两种教学设计理论均有其各自的优势与不足，因此，自然科学类课程实施ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ最理想的办法是将二者结合起来，互相取长补短，形成优势互补的“学教并重”教学设计理论。这种“学教并重”的教学理论尤如专为自然科学类课程“量身定做”的一样，这种理论也正好能适应“既要发挥教师主导作用，又要充分体现学生学习主体作用的新型教学结构”的创建要求。在运用这种理论进行教学设计时，要充分注意的是，对于以计算机为基础的信息技术，都不能把它们仅仅看作是辅助教师“教”的演示教具，而应当更强调把它们作为自然科学类课程当中的一种重要专业知识以及做为重要的学习和工作的手段加以学习和应用，并把这一观念牢牢地、自始至终地贯彻到课程整合的整个教学设计的各个环节之中，形成“计算机网络教学不断线”的崭新特色。

２．自然科学类课程的ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ教学策略

教学策略是指为完成特定教学目标，依据一定的教学理论所采取的教学行动方案，包括教学方法的设计、教学内容的组织、教学媒体的选择、学习组织的管理等方面。教学策略不同于教学方法，教学策略在教学过程中起着灵魂的作用，在设计ｅ－Ｌｅａｒｎ－ｉｎｇ教学系统时，要把这些总体的考虑体现在教学内容的组织、教学任务的安排和教学交互活动的设计中，并用软件来实现。穆瑞尔认为教学策略应该主要关心教学目标、教学内容的结构与课程组织之间的关系，在他提出的教学系统构件设计理论中，针对这些关系确定了相应的规则，这些规则就构成系统的教学策略。在教学设计中首先要根据教学目标和学生特点确定内容结构，并根据内容结构、内容表示规则决定用什么方法展示教学内容。还要根据内容结构、课程组织规则确定具体的课程结构。课程中各个部件的教学顺序要按照教学编排规则来编排，并通过事件运用规则将具体的教学策略体现到各个具体的事件中去。这些事件反映的是教学过程中教学系统与学生之间进行特定的教学交互作用。在每个事件中，描述模式可采用阐述方式或调查方式。每一个内容的表述可能包括一系列的事件，这一系列的事件构成了事件组。根据该理论，我们可以分别开发教学系统的各个组元（事件），然后将各个具体的组元整合成事件组，从而大大提高了教学设计的效果与功能。根据自然科学类课程的特点，笔者侧重于工程学科提出ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的六个切入维度（即“事件组”）

和两个输出目标（如图１所示）。

工程设计原理维度是课程知识的主维度，根据

学科的不同而不同，如机械工程、电子工程、化学工程、建筑工程等。其他维度都是为其服务的。工程设计手册是工程设计的依据，当中提供了大量的数据，如各种繁杂的数表和线图。没有工程设计手册，设计者将无从下手。但这些繁杂的数表和线图用手工操作费时且精确度不高，因此，工程实际中已不同程度引入了计算机技术。所以在自然科学类课程教学中与信息技术的整合不仅解决教学过程问题，更重要的是培养学生计算机应用能力的问题。下面分别论述六个维度的切入。

（１）工程设计原理维度的切入。该维度应以课堂传授为主，教师应根据不同的教学内容设计不同的课件，最好是网络课件，以利于在可上网的多媒体课

网络课件可使室讲授，也可使学生在宿舍自主学习。

用适合于自然科学类课程的ＤｒｅａｍｗｅａｖｅｒＭＸ、Ｆｌａｓｈ、３ＤＭａｘ和ＰｈｏｔｏＳｈｏｐ等工具软件，使课件具有三维实体造型、动画模拟仿真、视频图像显示功能，使工程学中的一些抽象概念形象化，使学生容易学习和理解。

数表转换维度的（２）工程设计手册维度与线图、

切入。这两部分的工程特性极强，如何教会学生在工程设计中将这些大量的线图和数表变成计算机可识别的数据是自然科学类课程ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ成败的关键。笔者在教学实践中采用“曲线拟合的最小二乘法”编制了“线图、数表公式化转换器”，并应用于教学，较好解决了该问题。该转换器另文介绍。

（３）专用图形绘制软件维度的切入。该维度的切入是为解决工程设计教学中图形的正确及自动输出问题。众所周知，计算机屏幕和打印机是按点阵结构输出图形的，但工程计算所得结果（图形）却大小不一，如何使这些结果（图形）以合适的比例在屏幕和打印机显现出来是自然科学类课程ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ至关重要的，笔者在教学实践中编制了“图形自动形成

［４］器”，并应用于教学，较好解决了该问题。该形成器另文介绍。

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（４）高级语言程序设计应用维度的切入。不同的

自然科学类课程，所要求学生掌握的高级语言程序有所不同，但无非是ＶＢ、ＶＣ、３Ｄ等等，应要求学生结合工程教学编制一些应用小程序，一般来说，由于工程问题各异，各种计算模型建立的难易程度不一，有些甚至是十分困难的。因此，计算模型的建立就成为自然科学类课程ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的重点和难点问题。在切入中要充分考虑到这一客观情况，在提出每一个工程问题之后，要详细地介绍计算模型的建立方法，然后在此基础上编制相应的语句段，最后再用滚雪球法或模块法完成整个编程工作。上述过程可用下图表示（图２）。

（５）因特网的切入。进入２１世纪后，工程界借助

因特网得到了极大的发展，例如制造业，网上虚拟制造技术发展迅速，因此利用因特网的ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ不仅仅是教学问题，也是培养学生充分利用因特网学习和工作的问题。如化学工程，可建立网上虚拟实验室［５］，网上虚拟化学实验室不是传统的化学实验室，而是化学计算机实验室。可利用计算机和网络技术对化学实验过程进行模拟（即ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ），能部分代替传统化学实验室功能的综合性设施，同时它还具有传统化学实验室未具有的许多优点（如可开出危险性实验），是传统化学实验室功能的有效补充和发展。由于计算机是强大的信息处理工具，因此以计算机为主体的自然科学类课程网上虚拟实验室可以

图形、文字、动画、充分发挥信息处理功能，如声像、

网络信息的分析、综合、切分、编排等。在虚拟实验室，可通过计算机设计友好的对话窗口，可使学生根据自己的需要和水平选择不同的学习内容或不同的学习层次，从而使学生能真正自主地控制学习进程，并在学习过程中，给不同水平的学生以不同的帮助。虚拟实验自主学习系统按照一定的教学模式对教学过程进行模拟，自动跟踪模拟实验的进展，对操作信息进行分析和矫正。如实验仪器的使用提示、实验危险的警告、实验结果反馈和评价等。

（６）两个输出目标。课程设计和毕业设计是整个ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的输出目标，也是ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ效果的最后检验。通过ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的课程，学生应能运用计算机在教师指导下进行课程设计，整个设计中的计算机化程度应占６０％以上。至于毕业设计，计算机化程度应以专业而论，如建筑工程可高达９０％。当然，测量ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ成功的指标不能仅仅以计算机化的多少来决定，而应以掌握本学科知识的广度和深度以及运用本学科的知识解决实际问题的能力加以评

价。但须知，在当今的自然科学类课程中，运用计算机解决工程问题的能力实在太重要了，以致于在各类工程行业中，都不同程度地流传这样一句话：“不懂计算机无异于文盲。”更不用说去从事行业工作了，因此在工程设计中计算机化的多少不得不被列为一个重要因素。例如电子工程，学生要熟悉电子电路设计，就必须熟悉计算机网络、通信原理及传输网络相关知识以及单片机理论知识，了解无线网络设计，熟悉各种测试仪器的使用，能熟练搭建测试系统对产品进行测试并进行相应改进，按要求编写开发和测试文档。能熟练使用Ｏｒｃａｄ、Ｐｒｏｔｅｌ９９进行线路图和ＰＣＢ的设计，掌握汇编、Ｃ、ＶＨＤＬ语言，熟悉ＦＰＧＡ开发流程，会使用ＱｕａｒｔｕｓＩＩ进行一般的设计。这当中的计算机化程度几乎达到了１００％。

以上虽是侧重于工程学科ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ教学策略的论述，但其原理和理论对其他自然科学类课程具有一定的普遍性和广泛性。

三、学习策略

学习策略是指学生能够自觉地运用技巧来提高学习成效的谋略。它实际上包括两方面：一是认知策略，指学生懂得如何获取、选择、组织信息，复习学得的内容，将新内容与记忆中的信息发生联系，以及保持和检索不同类型的知识；二是元认知策略，是关于

督察、如何“学会学习”的高级认知策略，包括检查、

规划、预测等认知活动。具备元策略的人能够很好地控制自己的思维过程和学习活动。但是若从最有利于创新人才培养的角度考虑，则有两种基于信息技术的学习策略模式：“探究性”学习模式和“协作式”学习模式。

学习策略研究被认为是认知心理学对于教学设计的最重大贡献。认知心理学的发展使人们明白了学习策略的重要性。认知心理学家提出了信息加工理论，他们认为有两种水平的记忆存储系统：工作记忆（也称短时记忆）和长时记忆。人的感官感知到的刺激首先进入短时记忆，而短时记忆只能保持有限的信息，也只能保持很短的一段时间。但是如果新的信息经过演练或者与长时记忆中的已有信息有一定的关系，那么它就进入长时记忆中。学习过程就是把新的信息以一种有意义的形式整合到长时记忆中。学习者对信息进行编码的时候，首先是感知到新的信息并把它从感受器转移到短时记忆。然后学习者激活长时记忆中的相关信息，并在新的信息和已有的知识之间建立起联系。当学习进入长时记忆阶段时，学习才有意义。因此，学生应该更多地把信息整合到长时记忆中。另外，认知心理学家把知识分为三种类型：描述性的

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知识，过程性的知识，条件性的知识。不同类型的知识需要记忆系统发挥不同的功能［６］。

自然科学类课程的知识多属于描述性的知识（如工程原理）和过程性的知识（课程设计和毕业设计）。在描述性知识的学习过程中可采用元认知策略和“探究性”学习模式，在过程性知识学习过程中则采用“协作式”学习模式。这是因为自然科学类课程（如工程学科）问题往往是一个比较大的问题，采用协作式”学习模式不仅可调动全体学习者共同加入“

学习，共同讨论研究问题，还可培养学生的合作精神和团队精神。这对将来毕业后从事工程管理或建设都是十分有益的。

四、结论

为了推进我国自然科学类课程教育的深化改革，以利于具有创新精神、创新能力的自然科学技术人才的成长，必须明确认清自然科学类课程教学过程的本质及特征，在先进的教育科学理论的指导下，改变传统的以教师为中心的教学结构，创建既能发挥教师主导作用，又能充分体现学生主体作用的新型教学结构，这就要求信息技术与自然科学类课程的整合应该紧紧围绕“创新型自然科学技术人才”培养的这一中心来进行，清醒地认识到自然科学类课

程ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ必须要牢牢结合自然科学类课程的特点来进行，切记不可把信息技术与课程的有机“整合”变成技术与教学的简单“叠加”。这样做的结果，不仅达不到ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的目标，而且可能适得其反。如果进行这样的整合，那是没有意义的。要防止上述现象的出现，最关键的是事先做好教学系统的设计，配置合适的教学策略和学习策略，教学策略和学习策略不是一成不变的，而应根据课程性质的不同而不同，还要考虑到学生群体信息化素质的高低。

参考文献：

——信息技术与学科课程的整合［Ｊ］．电［１］何克抗．ｅ－Ｌｅａｒｎｉｎｇ的本质—

化教育研究，２００２，（１）：３—６．

［２］刘铁英．信息技术与课程整合概述［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｒｅｓ．ｘｈｅｄｕ．ｎｅｔ／ｃｏｕｒｓｅ／ｋｃｚｈ／ＩＴ，２００３．

［３］陶书中，秦澄，管曙亮．计算方法［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．

［４］陈文冠．工程材料力学计算机辅助计算［Ｍ］．广州：华南理工大学出版社，１９９７．

［５］梁世强．化学基础课实验教学网站［ＤＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｚｈｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｐａｒｔｙ／ｊｘｚｙ，２００５．

［６］陈至昂，王豪．远程教育教学创新方案与案例［Ｍ］．海口：海南省电子音像出版社，２００３．

! 收稿日期：２００７年４月２８日

责任编辑：朱广艳

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