《自主建构式学件开发与运用的案例研究》是教育学会系统省级“十五”教育科研课题。该课题于2001年11月立项，进行了为期三年的研究。该课题是于1998年进行的为期三年的市自然课题《多媒体计算机辅助自然教学的案例研究》课题的滚动课题。在省市专家的悉心关怀与指导下，实验教师收集资料，自制学件，认真进行案例研究，大胆尝试网络与自然、科学学科的整合教学，取得了一系列成绩。
      通过三年的实践研究，本课题在探索自主建构式学件开发与运用等诸方面取得了一些新进展。验证了实验假设，证明以建构主义学习理论为指导的自主探究学习与信息技术整合的教学是新型高效的教学方式，可增强教师队伍的现代教学意识，提高教师应用现代教育技术的水平，其次以自主建构式学件、网络等为手段的信息技术在自然、科学课堂教学中的应用，极大提高了学生自主获取新知识的能力、分析问题、解决问题的能力，以及交流与合作的能力，全面提高了学生的信息素养。同时，我们在实验中提出并验证了信息技术与自然、科学学科整合教学的具体操作样式。实践证明这些样式是易操作的，可以增强学生的求知欲望，促进学生自我提高的积极性，进而培养学生的创新精神，提高学生的整体素质。
      
      一、课题的提出：
      近年来，我们进行的多媒体辅助自然教学的案例研究证明，利用传统的教学手段和实验方法不能突破的教学重点和难点，利用CAI（计算机辅助教学）则能很好的解决。它的作用是传统的教学手段无法比拟的。然而在实验研究中，我们也发现，CAI系统在教育领域的开发和运用，还普遍存在着传统教学理论的痕迹：强调教师的“教”而忽视学生的“学”，重知识的传授而忽视学生的个性发展等，不利于创造型人才的培养。这与大家在制作CAI系统和运用CAI时忽略了课堂教学的主体学生以及教学思想观念的落后等因素有关。
      随着教育改革的不断深入，信息技术教育提到了前所未有的高度，《国务院关于基础教育改革与发展的决定》要求“大力普及信息技术教育，以信息化带动教育现代化”。这就要求信息技术与学科教育的整合，以实现“自主学习、主动发展、开放的课堂”这一主体观念。它包含着生存、创新和发展之意，而基点在于学会学习，重点在于倡导创新。
      心理学界公认，建构主义学习理论是认知学习理论的最新发展。建构主义学习理论强调以学生为中心。以建构主义学习理论指导下的CAI学习软件（简称“CAI学件”）的制作和运用是现代化教育的发展趋势和必然要求，新课程标准下的小学科学课程也是以建构主义等先进设计理念为支撑的。教学中，以建构主义为理论基础的CAI和实践相结合的案例在语文、数学等学科已有一些应用，在自然、科学教学中则属罕见，还缺少推广。
      我们具备了先进的多媒体教学设备、学生网络化微机房、校园网以及有多年编程经验和运用多媒体软件制作CAI系统的科研型教师，积累了较为丰富的CAI经验，因此，我们确立了《自主建构式学件开发与运用的案例研究》这一课题。期望在小学自然、科学教学中取得新的进展。

      
      二、课题的界定
      学件：是指以计算机等网络设备为载体，以引导学生主动获取知识、应用知识、解决问题为目的的计算机辅助教学软件。
      自主建构式学件：是指以建构主义等先进课程设计理念为支撑，充分体现“自主探究”这一崭新理念，为利用多媒体、网络等平台进行信息检索与搜集而设计的计算机辅助教学系统。
      本课题旨在自然、科学课程中探索建构主义理论为指导的自主探究学习与信息技术的整合规律，揭示这一课程的基本学习样式，从而进一步掌握实施的规律。研究过程采用“案例研究”的方式，重点研究自主建构式学件的应用，在应用中积累学件开发的经验。
      
      三、理论依据
      1建构主义学习理论。瑞士的皮亚杰(J.Piaget)最早提出。建构主义强调以学生为中心，认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。建构主义认为：知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境，即社会性背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习材料，通过意义建构的方式而获得。多媒体计算机和网络通信技术的发展，为建构主义学习环境提供了理想认知工具，能更有效地促进学生的认知发展。
      2. 交互决定论。当代心理学家阿尔伯特·班图拉认为，人与环境相互作用，是一个交互决定的过程，行为、人的因素和环境都是相互联结着起作用的决定因素，人的心理机能是由人、行为和环境三者之间连续不断的交互作用所决定的。由“交互决定论”所揭示的有关学习过程的规律，对我们的研究具有启示与借鉴作用。
      
      四、     研究目标
      1. 通过典型案例的研究，探索信息技术与自然、科学等学科课程的整合样式，研究并掌握以建构主义学习理论为基础的CAI学件的开发经验，积累便于推广运用的CAI学件库。
      2. 通过研究，提高自然、科学教学的质量，培养学生自主探究、合作创新的能力。
      3. 通过研究，形成一批具有现代教学思想和较高业务能力，善于运用信息技术指导学生自主学习，协作探索的科研型教师。
      
      五、     研究原则
      1.  以“学”为中心原则
      要能体现出学生的首创精神；要让学生有多种机会在不同的实验、探索中去应用他们所学的知识（将知识“外化”）；要让学生能根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案（实验自我反馈）。
      2.“情境”教学原则
      针对学生的学习内容、学习需求，为学生提供各种可以利用的信息资源的工具：如网络资源、虚拟实验室等，创设利于学生自主学习，自由探索的学习环境。激发学生的联想思维，激发他们的学习兴趣和求知欲，调动其自主学习的潜能。
      3.“协作学习”原则
      坚持协作学习环境的构建，重视学习群体的整体效应，培养学生交流、协作创新能力。
      
      六、研究内容及其操作
      运用系统论、信息论、控制论、儿童心理学等相关理论，结合我校自然、科学教学实际情况和学校实际教学条件，我们进行了“自主建构式学件开发与运用的案例研究”的探索。重点研究信息技术与自然、科学学科课程在整合方面的经验途径，积累便于推广与运用的CAI学件库。为便于操作与研究，我们选择了典型案例研究的方式。
      1.   选择典型案例，精心制作学件
      小学自然、科学内容涉及各门科学领域，教学内容可分为观察类、实验类、科普知识类、人体知识类等。我们在分析教学内容的基础上精选典型案例进行自主建构式学件的开发和运用研究。做到所选案例内容上具有共性，选材上具有个性，培养思维品质上具有发展性。对教材进行分析的基础上，我们选择了“鸟”、“恐龙”、“水在自然界的循环”、“水域的污染和保护”、“连接电路”“探索月亮的秘密”、“太阳系”、“探索太阳的秘密”、“月相的成因”、“火山”、“地震”、“血液循环器官”、“呼吸和循环”等案例。这么选择是因为这些案例涉及了生命世界（鸟、恐龙、血液循环器官、呼吸和循环）、物质世界（水在自然界的循环、水域的污染和保护、连接电路）、地球与宇宙（……）。这三个领域是小学自然、科学课程的主要科学知识教学内容，因此案例的选择上有很强的代表性，从这些案例的研究中取得的经验就具有普遍意义。
      在学件的制作中，采用自制、修改、组合或重组网络资源等方式。制作和收集组合资源时，我们做到以下几个方面：
      一是在形式上下功夫，力求能抓住学生的注意力。集中注意力是高效智力活动的先决条件。排除干扰学习因素的前提下，我们在重组、特别是自制学件时充分考虑学生的生理心理特点，充分利用图形、图像、声音及动画等多种形式，使其对学生产生吸引力。
      二是做到操作方便，适应性强。因为我们的学件主要操作对象是学生，所以在设计时我们非常注重学件的人性化设计，音乐设计控制开关，操作导航清楚易懂，交互跳跃灵活，在一个学件中，全部操作均可用鼠标完成，使用方便，一看即会。
      三是注重内涵和娱乐性。娱乐性强的学件一方面可以抓住学生的注意力，另一方面还可使学生心情愉快。心理学研究表明，人在轻松愉快的情绪下进行学习会收到更好的效果。但学习毕竟不同于娱乐，因此学件的内涵才是更需考虑的，我们在制作开发学件的同时多研究学生的心理学年龄特点，注重寓教于乐。在学件运用的课程整合中则突出“学”为主体的教学思想。
      2.   优化教学方法，形成教学样式
      在不断完善课题方案的同时，我们认识到建构环境不等于制作课件，而是为学生提供学习的平台，平台上的信息包括制作的学件，网络资源的超链接，师生的提问应答。这个平台最终确定为传统单机CAI和“论坛”。（单机CAI是目前运用较为成熟的学习软件系统，在此不作讨论。）论坛的交互性、实时性、灵活性是其他课件、网页所无法比拟的。论坛形式的利用体现了师生平等原则和民主学习原则。超越了“教师主导、学生主体”理论，改变了“教师指向那里，学生打到哪里”的做法。师生一体化，都是学习者，共同来学习，共同商定学习方略和要达到的目标，体现民主教学原则。网络资源的利用也把教师从制作课件的繁重任务中解放出来。
      实验中，实验教师有意识地把知识结构报告给学生，使学生对这个学科有兴趣，通过介绍他们认为这个学科值得学习，也就是使获得的知识能在超越原来学习情境的思维中运用。正如布鲁纳所指出的：“不论我们教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构”，“学习结构就是学习事物是怎样相互联系的，学科的结构，就是该学科的基本概念、基本原理或基本规律及其相互联系，学习结构对学生来说就是掌握某一门具体学科的基本概念和原理，而且还应包括培养对待学习和调查研究，对待推测和预感，对待独立解决难题的可能性的态度”。
      在此基础上，形成“设问—探究—评价”课堂教学样式：
      1） 自主研究，提出问题。
      ① 提出探索课题，相机设疑激趣，创设乐学情境；
      通过教师和学生的交谈提出探索问题，或者利用学件，创设自然科学探索的历程，虚拟再现实验过程等形式，将学生引入一定的问题情境。
      ② 围绕研究主题，学生在教学平台上分组或独立提出研究问题，自主建构学习目标。
      在上述情境下，学生提出与当前学习主题密切相关的真实性事件或问题作为学习的中心内容。
      设问环节，保留了“传递—接受”教学过程，同时又体现了以学为中心的教学设计思想。属于主动接受式学习，是探究学习的重点。实验中，运用学件进行“人—机”交互或“人—人”交互，让学生自主探索、思考、发现，让每一位学生体验知识的发现和“创造”过程。
      〈根据教学实际，这一阶段可于课前完成〉
      2）协作学习，进行探究
      ① 教师参与——针对学生提出的问题，共同进行会集、合并、选择，提出研究重点。
      ② 自主建构——学生有针对性地的对所提问题进行探究，自我进行创新性研究。即自己选择探究方法：阅读、实验、上网查阅资料、相互质疑解答等。形成知识技能的意义建构。
      需要强调的是，这里自主建构的过程，是教师参与下的建构，是集体协作下的自主建构。学生在论坛上提出的问题往往有几十个，许多问题还可能是重复的。为此，教师首先应参与讨论，共同规划出探究的重点，并引导学生分组、分工研究，进行“小组协作”学习，通过小组互助协作，使大家的资源互补，得到相互启发，从而使各自“零散”的想法能够相互“凑合”、“碰撞”，使之趋于完整、合理、可行，最终形成集体智慧下的意义建构。
      3）反馈评价，完成建构
      通过实验、提问，学生自我评价、学件测试等手段，对学生在讨论过程中的表现，是否完成相关主题的意义建构作出恰如其分的评价。
      评价是积极的、站在孩子们的角度来进行的评价，成败皆“益”。因为，孩子们完成意义建构的过程，其目的并不是要求他们生产出超历史的新知识，而是要让他们经历知识被发现的过程，让他们能在这一过程中形成发现知识和创造知识的意识和能力。因此，从某种意义上说，只要学生能真正的参与，学生的“自主建构”过程就无所谓“失败”。即使活动没有得到我们预期的正确结论，但学生却经历了一个充满乐趣的过程，他们在这一过程中得到的是比知识更可贵的求知的欲望、实干的胆略、处事的机敏、思索的睿智……即使他们得到的结论是偏谬的，但失败的教训同样是他们一种伟大的收益。
      具体实施过程请参阅案例《信息技术与自然学科整合的教学设计实例》。
      3.   搭建网络平台，凸现主体作用
      建构主义学习理论强调学生的主体地位。在我们的教学中，以学生为主体和落实学生的主体地位经常变为一种良好的主观愿望。在课题研究的第二阶段，我们根据部分学生家庭有上网电脑的情况，申请了网站空间，为学生搭建了“小学科学教育网”。实验老师在教学中有意识地构建新课预习策略：“我们将要学习有关×××
      的知识，如果请你来编写这一课，你会向大家介绍哪些知识或技能呢？请大家把自己的想法或网络收集到的相关资料发表在论坛上”。充分利用儿童心理特点，把学生上网游戏的爱好转化到搜索网络资源、发表科学观点的网络参与学习的意识上来。学生积极参与论坛讨论，积极申请论坛版主，参与专题管理，形成了网络学习的风气，主体参与意识增强了。参与自然、科学讨论的热情十分高涨。学生在参与论坛讨论的同时提高了信息素养。
      在提高学生主体意识的同时，我们还做到网络平台资源的利用面向全体学生。为向每个学生提供公平的学习机会与进行有效的学习指导，我们都考虑学生在性别、天资、兴趣等方面存在的差异，在CAI资料的组合和网络平台资源的选择上，提供不同难度的资源，补充资源的提供考虑丰富多样和灵活性。提供的资源经常有文字为主的和动画演示为主的两种形式，知识技能的建构中，学生具有选择的余地。论坛首页整合了搜索引擎，信息素养高的学生更是可以自由搜索网络资源进行学习，不同层次的学生都得到了应有的发展。
      网络环境下，师生关系发生了根本性的变化。教师不再是管理学生的师长，更重要的是成为学生自主学习、自主探究的指导者、引路人、合作者。
      
      七、研究的成效
      1.   形成了信息技术与学科教学整合的有效策略。
      以往进行信息技术与学科教学整合设计时，教师总要花费大量的精力投入到课件的开发上，导致课程整合在教学实践中出现高难度。好的整合课只出现在公开课教学活动中，评优课中。在实际教学中由于缺乏合适的CAI软件，自制又力不从心等因素制约了信息技术与学科教学整合教学的应用。本实验的成功之一则是以学生的网上家园——论坛为整合载体，充分利用互联网丰富的资源，创设和谐宽松的学习环境，学生通过论坛交流，信息搜索，在协作中发现知识，探讨解决问题的方法与规律，真正体会到了自主学习的乐趣。论坛的利用使信息技术与学科教学整合变得轻松、实际。
      同时，还积累了相当数量的CAI素材资料，便于教师在CAI运用中重组。
      2.  提高了教学质量，培养了学生自主探究、合作创新的能力。
      “自主建构式学件开发与运用的案例研究”使实验班学生更爱自然，科学，教学质量极为提高。由于有先进理论的支撑，在自主建构式学件和网络平台的帮助下，学生进行自主、合作、探究学习，运用已有知识获得新知的能力大大提高了。在自主学习过程中，学生经常利用搜索引擎查找资料，交流心得。这一过程也就是学生对知识的重组过程，是信息素养提高的过程，是各项综合能力提高的过程。在学件及相关平台的支撑下，学生自主获取知识，充分发挥能动作用，他们交流的收获是通过自主建构获得的，学习过程中体现了强烈的学习兴趣和求知欲望。课题潜移默化的影响是巨大的。
      平时，关心“人与自然”、“传奇”、“走进科学”、“奇趣大自然”等科学方面的电视节目的学生增多了，阅览室借阅科普知识类书籍的学生多了，关心并讨论科技动态的学生多了，爱动手实验的学生多了，班内参加信息技术比赛并获奖的学生多了（文后是学生获奖一览表）。
       3.   提高了实验教师的综合教学素养
      在教科研过程中，许多青年教师得到了锻炼，成长为学校教学中的骨干，在各级各类竞赛中获奖。专职科学教师夏祥祥老师是宜兴市学科教学能手，他执教的“血液循环器官”网络课获无锡市自然骨干教师汇课一等奖，学件“血液循环器官”获省二等奖，“地震”获宜兴市多媒体赛课一等奖，学件同时获得宜兴市优秀多媒体课件一等奖，《月相的成因》、《水在自然界的循环》等案例也获实验观摩者的一致好评。《水在自然界的循环》学件获宜兴市优秀课件一等奖。学科网站“科学教师”今年也获宜兴市优秀学科网站建设评比一等奖，“教师家园论坛”则成为实验班学生网上聚会的乐园。
      
      八、理性思考
      今天，科学技术的飞速发展，使社会的信息环境发生了根本性的变化，信息传播的速度日趋迅捷，手段日益先进。我们的教育对象实际生活在这样一个信息环境中，许多学生运用现代技术的能力已经超过了教师，这已是我们的教育不得不面对的现实问题。另一方面，现代化的科学技术也为我们展现了一个全新的教学天地，给教育带来了新的发展机遇。高科技不仅应成为学校教育的重要内容，也应成为学校教学的重要手段和工具。（《科学课程标准解读》）
      自主建构式学件的开发和运用，需要更多的人力和物力。在提高教师的运用素质的同时，必须加大硬件投入，维护和管理好网络，为教师和学生提供更优质的网络服务。
      只有教师运用信息技术的能力提高了，教师才能在教学中游刃有余。同样，学生只有提高了查阅信息速度、打字速度、文本编辑技能等信息素养，才能高效地学习。
      网络资源是丰富的，学生在自主建构知识的过程中，如何避免被随时跳出的广告、不健康视图窗口的影响，去其糟粕，吸其精华是网络运用中的一个大问题。
      
      本课题的研究，由于吸取了国内外先进的教学理论及模式，尊重学生的个性发展，注重学生的自主学习、终身学习、学会学习，并以 学生为主体，谋求创新与发展的途径，实行理论上的开放式，时时关注社会进步的态势，所以必将对自然、科学教学和系统创新产生深远的影响。