項(xiàng)華：小小數(shù)字科學(xué)家的播種者

盧秋紅

“給小小數(shù)字科學(xué)家們有模有樣的探究活動(dòng)點(diǎn)個(gè)贊”，這是我國當(dāng)代教育家顧明遠(yuǎn)先生看了首屆北京市東城區(qū)青少年科學(xué)技術(shù)學(xué)院“數(shù)碼探科學(xué)”大賽學(xué)生優(yōu)秀作品后親筆寫下的一行字。

“數(shù)碼探科學(xué)”大賽至今已經(jīng)舉辦過兩屆，面向北京市東城區(qū)青少年科學(xué)技術(shù)學(xué)院的六年級全體學(xué)生。作為數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃的實(shí)踐檢驗(yàn)，給項(xiàng)華教授帶來更多的認(rèn)可和肯定。他多年來的探索終于結(jié)出了豐碩的果實(shí)。

項(xiàng)華，畢業(yè)于北京師范大學(xué)，曾師從我國著名教育家顧明遠(yuǎn)先生和物理科學(xué)教育家閻金鐸先生，現(xiàn)在是北京師范大學(xué)物理系教授。他長期從事中學(xué)物理教學(xué)概論的教學(xué)與研究工作，主持過國家級中學(xué)物理教學(xué)與信息技術(shù)整合課題，也主持過國家級新課程中學(xué)物理骨干教師培訓(xùn)工作。他很早就意識(shí)到將中學(xué)物理教學(xué)與信息技術(shù)整合的必要性。

信息時(shí)代的科學(xué)思考

身處信息時(shí)代，項(xiàng)華教授對科學(xué)技術(shù)進(jìn)行了深刻的思考，他在自己的一部專著中寫到：“21世紀(jì)的科學(xué)與技術(shù)正在面臨著一場全新的、激動(dòng)人心的轉(zhuǎn)折。這場轉(zhuǎn)折以整合或者聚合信息技術(shù)、納米技術(shù)、生物技術(shù)和認(rèn)知科學(xué)的整體科學(xué)技術(shù)觀為特征，旨在全面提升人類能力和生命質(zhì)量。它將關(guān)注點(diǎn)聚焦于人?！彼庾R(shí)到，首先，現(xiàn)代科學(xué)之形態(tài)在實(shí)物實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)理論之后出現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)的第三種形態(tài)——計(jì)算，在現(xiàn)代物理課程和教學(xué)之中必須考慮這種形態(tài)；其次，傳統(tǒng)的物理課程、教學(xué)與評價(jià)存在著一些缺失，比如缺少采用工程法解決問題的訓(xùn)練，又比如缺少三維運(yùn)動(dòng)圖景的想象與訓(xùn)練等等，而這些缺失只有通過深度整合來解決；再次，隨著寬帶互聯(lián)網(wǎng)、交互式電子白板等設(shè)備進(jìn)入課堂，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式將會(huì)發(fā)生改變，協(xié)同教學(xué)備受關(guān)注，而創(chuàng)新教學(xué)模式需要在深度整合理論引領(lǐng)下完成。

數(shù)據(jù)探究理論就是在這樣的背景下被提出來的一種深度整合理論。一些基本概念與教學(xué)原理構(gòu)成了所謂的數(shù)據(jù)探究理論。

信息是數(shù)據(jù)探究理論的邏輯起點(diǎn)。數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)探究理論的另一個(gè)重要概念。探究式教學(xué)是一種以科學(xué)探究為基本特征的教學(xué)模式，其實(shí)質(zhì)是引導(dǎo)學(xué)生通過類似科學(xué)家的探究過程理解科學(xué)概念和科學(xué)本質(zhì)。依據(jù)科學(xué)的三種形態(tài)，將探究式教學(xué)分成實(shí)物探究、數(shù)學(xué)推理探究和數(shù)據(jù)探究。數(shù)據(jù)探究是一種基于計(jì)算機(jī)的探究式教學(xué)，是提高學(xué)生科學(xué)信息素養(yǎng)水平的必要途徑。數(shù)據(jù)探究在教師觀、學(xué)生觀、學(xué)習(xí)觀和評價(jià)觀上均具有新的內(nèi)涵。首先，教師是數(shù)據(jù)探究的促進(jìn)者與合作者。其次，學(xué)生是具有創(chuàng)造能力的學(xué)習(xí)主體。數(shù)據(jù)探究應(yīng)該把學(xué)生置于一個(gè)有社會(huì)意義的團(tuán)體中，培養(yǎng)“共生性”與“交互性”，體驗(yàn)創(chuàng)造的意義和價(jià)值。還應(yīng)該體現(xiàn)STS教育，強(qiáng)調(diào)人對自然、社會(huì)、人生的責(zé)任和義務(wù)。再次，數(shù)據(jù)探究是一個(gè)建構(gòu)的、社會(huì)化的綜合體驗(yàn)過程。學(xué)習(xí)者總是依據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)、心理結(jié)構(gòu)和信念來選擇一些信息或數(shù)據(jù)，從中經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘得到推論，并根據(jù)推論來構(gòu)建關(guān)于世界的認(rèn)識(shí)。最后，評價(jià)是開放、多元的反饋過程。數(shù)據(jù)探究評價(jià)認(rèn)為學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)獨(dú)特意義的過程，注重對探究過程的評價(jià)，關(guān)注評價(jià)的開放性和多元性。

基于以上的理論探索，項(xiàng)華教授建構(gòu)了自己的數(shù)據(jù)探究理論。理論是從實(shí)踐中摸索出來的，還要再經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)。項(xiàng)華教授在自己的教學(xué)實(shí)踐中意識(shí)到，“數(shù)據(jù)探究作為一種出現(xiàn)在大數(shù)據(jù)時(shí)代并逐漸興起的探究方式，不應(yīng)該只是具有深厚技術(shù)基礎(chǔ)的人的專利，也不應(yīng)該因?yàn)閮x器設(shè)備不夠頂級、專業(yè)而遠(yuǎn)離普通人的視線。數(shù)據(jù)探究可以存在于生活中的各個(gè)細(xì)節(jié)中。由于數(shù)碼工具愈發(fā)多樣、智能，可探究的事情會(huì)更加多樣化和生活化，而探究過程也會(huì)更簡便?！庇谑?，在他心里醞釀已久的數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃便誕生了?？梢哉f，數(shù)據(jù)探究理論是數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃的基石。

數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃

所謂數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃，是一種大數(shù)據(jù)環(huán)境下培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)碼相機(jī)、計(jì)算機(jī)編程、互聯(lián)網(wǎng)等手段解決科學(xué)問題的潛能的行動(dòng)計(jì)劃。

項(xiàng)華教授向記者介紹到：數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃主要有兩方面特征：一是數(shù)字科學(xué)家是一種科學(xué)教育模式符號，以“科學(xué)家”符號將抽象的科學(xué)教育理念人物化和直觀化，既準(zhǔn)確地表述了現(xiàn)代的科學(xué)教育理念，也便于師生理解和實(shí)施。榜樣的力量是無窮的，雖然科學(xué)不能解決人類所有的問題，但是科學(xué)家們?yōu)槲覀兎e累的知識(shí)、思想、方法、科學(xué)精神過去是將來也是破解社會(huì)難題的重要途徑。二是強(qiáng)調(diào)發(fā)揮大數(shù)據(jù)環(huán)境下第三種科學(xué)形態(tài)的育人功能，這是當(dāng)今科技與科學(xué)教育創(chuàng)新的重要切入點(diǎn)。

“數(shù)字科學(xué)家”的核心思想在于以學(xué)生發(fā)展為基礎(chǔ)，通過簡單、操作性強(qiáng)的科學(xué)分析方法，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)探究的興趣；通過設(shè)定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃-進(jìn)行實(shí)驗(yàn)-處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)-分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)-得到科學(xué)結(jié)論的過程，使學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，提高學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平乃至科學(xué)素養(yǎng)水平，從而更好地并獨(dú)立地進(jìn)行一系列科學(xué)探究活動(dòng)。

數(shù)字科學(xué)家的數(shù)據(jù)探究教學(xué)模式是在WebQuest（基于網(wǎng)絡(luò)的主題探究）模式的基礎(chǔ)上改造而成的，主要有5個(gè)模塊。

核心問題：WebQuest的核心是設(shè)置一個(gè)開放性的問題。這個(gè)問題設(shè)定了WebQuest的清晰目標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生回顧原先掌握的知識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)者進(jìn)一步探索的動(dòng)機(jī)。

任務(wù)指南：提供一個(gè)“腳手架”，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、經(jīng)歷和體驗(yàn)專家的思維過程?！澳_手架”將令人望而生畏的探究項(xiàng)目打碎成若干個(gè)片段，引導(dǎo)學(xué)生研究較為復(fù)雜的科學(xué)問題。

海量資源：創(chuàng)建一些到其他互聯(lián)網(wǎng)站點(diǎn)的鏈接來共享網(wǎng)絡(luò)資源。通過運(yùn)用多樣化的互聯(lián)網(wǎng)資源，可以為不同學(xué)習(xí)水平或不同學(xué)習(xí)方式的學(xué)生提供信息資源。

實(shí)施“做中學(xué)”：要提供高層次的思維指南，體現(xiàn)“做中學(xué)”的教學(xué)理念，保證動(dòng)腦和動(dòng)手的教學(xué)方式落到實(shí)處。

交流與評價(jià)：WebQuest一般用量規(guī)提供自我評估的標(biāo)準(zhǔn)，提示學(xué)生已經(jīng)學(xué)到了什么，并鼓勵(lì)把這種探究的經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)展到其他領(lǐng)域。評價(jià)人員可以是教師，也可以是家長和同學(xué)。

培養(yǎng)小小數(shù)字科學(xué)家

基于以上的數(shù)字科學(xué)家的數(shù)據(jù)探究教學(xué)模式，項(xiàng)華教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在北京市東城區(qū)連續(xù)三年開設(shè)了“數(shù)字科學(xué)家課程”，并組織舉辦了兩屆“數(shù)碼探科學(xué)”大賽活動(dòng)。受到了東城區(qū)授課教師、學(xué)生和家長的普遍歡迎。

北京市東城區(qū)史家胡同小學(xué)王紅老師說：“‘?dāng)?shù)碼探科學(xué)大賽活動(dòng)給這些即將升入中學(xué)的孩子們搭建了實(shí)現(xiàn)夢想的平臺(tái)，激發(fā)了孩子們的學(xué)習(xí)熱情。參賽的每個(gè)項(xiàng)目的探究都需要經(jīng)過一個(gè)較長的過程。在這個(gè)過程中，每一步都有一定的原則、方法和技巧。學(xué)生從中學(xué)會(huì)了一些科學(xué)探究的基本方法和技巧，體驗(yàn)了探究過程。探究需要學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，需要學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法和技巧。這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)，將極大地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的能力。”北京市東城區(qū)府學(xué)胡同小學(xué)軒宇飛同學(xué)說：“探究過程也不是我想象的那么簡單，選哪種樹木、怎么觀察、怎么記錄數(shù)據(jù)，都需要我去實(shí)踐。到了后期，我漸漸地喜愛上這種探究了，當(dāng)我沉浸于這些數(shù)據(jù)的分析時(shí)，感到奇妙無窮，這可能就是科學(xué)探究的魅力吧！”

目前，數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃已經(jīng)從最初的課題研究轉(zhuǎn)向項(xiàng)目推廣的階段。建設(shè)了“數(shù)字科學(xué)家”網(wǎng)站，形成了一種大數(shù)據(jù)環(huán)境下的科學(xué)教育模式，形成了“數(shù)字科學(xué)家”課程的教師培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)，還形成了低、中、高端數(shù)字環(huán)境裝備的課程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)具備了在更大范圍實(shí)驗(yàn)和推廣的條件。

項(xiàng)華教授的努力和實(shí)踐將科學(xué)探究的種子播撒在青少年的心中，讓孩子們從小就有了科學(xué)探究的意識(shí)，并將身邊的現(xiàn)象作為自己的研究對象。他希望有更多的教育者關(guān)注數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃，在數(shù)據(jù)探究教學(xué)模式的啟發(fā)下，摸索出更多教育信息化的新途徑和新方法。

作為小小數(shù)字科學(xué)家的播種者，項(xiàng)華教授正在全國推廣自己的數(shù)字科學(xué)家計(jì)劃。相信不久的將來，會(huì)有更多的孩子愛上科學(xué)，愛上利用數(shù)碼設(shè)備以及常見的軟件探究身邊的科學(xué)問題。