用建構(gòu)主義的觀點(diǎn)構(gòu)建游標(biāo)卡尺的認(rèn)知工具

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

2、要求的計算機(jī)輔助教學(xué)模式即CAI模式。計算機(jī)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(xué)生學(xué)習(xí)的有效的認(rèn)知工具。目前，我國許多學(xué)校把計算機(jī)應(yīng)用于課堂教學(xué)中多采用CAI模式，普遍的作法是為重點(diǎn)和難點(diǎn)提供演示，這種作法雖然有助于對重難點(diǎn)的理解，但信息技術(shù)的使用權(quán)控制在教師手中，實(shí)際上并未擺脫以教師為中心的教學(xué)觀念束縛。近年來，研究者開始強(qiáng)調(diào)認(rèn)知工具模式的應(yīng)用，認(rèn)為認(rèn)知工具模式的效果優(yōu)于輔導(dǎo)者模式，認(rèn)知工具不但有利于具體知識的學(xué)習(xí)，也有利于一般技能和策略的學(xué)習(xí)，它可以使學(xué)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(xué)生控制

3、的(1) 。敏、琦對小學(xué)數(shù)學(xué)的實(shí)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(xué)生的積極態(tài)度。且對低學(xué)業(yè)水平的學(xué)生更為有效(2)。隨著我國計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教室在中小學(xué)的逐漸普與，在課堂教學(xué)中應(yīng)用工具模式已經(jīng)成為可能。工具模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生在認(rèn)知過程的主體地位，是培養(yǎng)學(xué)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(rèn)知工具模式輔助課堂教學(xué)較少，適合于學(xué)科教學(xué)的認(rèn)知工具軟件缺乏。因此，研制適合于我國國情又適合于學(xué)科教學(xué)的認(rèn)知工具軟件，有著一定的實(shí)際意義。我應(yīng)用認(rèn)知工具的設(shè)計思想，針對中學(xué)物理教學(xué)中游標(biāo)卡尺這一重、難點(diǎn)問題，利用Authorware設(shè)

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

5、到使學(xué)生有效地實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前所學(xué)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(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)和會話交流，即作為學(xué)生主動學(xué)習(xí)、協(xié)作探索的認(rèn)知工具。”(3)認(rèn)知工具模式以建構(gòu)主義的觀點(diǎn)來看待媒體的教學(xué)輔助作用，它把重點(diǎn)放在思維技術(shù)和思維環(huán)境的開發(fā)上，為學(xué)習(xí)者提供一種開放的、探索式的學(xué)習(xí)環(huán)境。永健、何克抗提出將多媒體教學(xué)系統(tǒng)作為認(rèn)知工具的學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)者的主動性去探索學(xué)習(xí)；（3）為學(xué)習(xí)者的探索提供什么樣的幫助。五條原則是：（1）為避免學(xué)生

6、在教學(xué)活動中受負(fù)面的、消極的影響，打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，應(yīng)在學(xué)生與實(shí)際教學(xué)之間建立緩沖區(qū)，以保護(hù)學(xué)生不受負(fù)面影響；（2）提供一種支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)以與符合學(xué)生發(fā)展水平的學(xué)習(xí)背景；（3）把學(xué)習(xí)需求體現(xiàn)在學(xué)習(xí)活動本身；（4）通過培養(yǎng)能使學(xué)生對于發(fā)展著的建構(gòu)過程增強(qiáng)責(zé)任感的技能和態(tài)度，來支持對于學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行自我監(jiān)控過程；（5）通過策略的使用糾正學(xué)生的學(xué)習(xí)錯誤，增強(qiáng)學(xué)生從事有意義學(xué)習(xí)的趨勢(4)。三構(gòu)建游標(biāo)卡尺的認(rèn)知工具：（一）游標(biāo)卡尺的教學(xué)分析：游標(biāo)卡尺是中學(xué)物理中的重點(diǎn)和難點(diǎn)容之一，由于學(xué)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(biāo)卡尺呈現(xiàn)的信息較為復(fù)雜，造成學(xué)

7、生對測量原理進(jìn)行意義建構(gòu)時，難于重組和改造原有“圖式”，而傳統(tǒng)教學(xué)方法是設(shè)法將測量原理傳授給學(xué)生，較少顧與學(xué)生主動地進(jìn)行意義建構(gòu)，更難借學(xué)習(xí)過程培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，因而造成較多的學(xué)生機(jī)械識記，不能在真正意義上對測量原理進(jìn)行意義建構(gòu)，常講常錯。分析學(xué)習(xí)游標(biāo)卡尺的元認(rèn)知策略，有兩種常見方式，一是采用探究的方法學(xué)習(xí)，該方法強(qiáng)調(diào)在學(xué)習(xí)過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，能體現(xiàn)出學(xué)生的首創(chuàng)精神，重在培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(xué)方法看，前者適合于支架式教學(xué)方法，后者適合拋錨式教學(xué)方法。（

8、二）游標(biāo)卡尺認(rèn)知工具的設(shè)計：根據(jù)以上教學(xué)分析，游標(biāo)卡尺的認(rèn)知工具軟件探究游標(biāo)卡尺包括探究學(xué)習(xí)和觀察分析學(xué)習(xí)兩大部分，學(xué)生可以根據(jù)需要進(jìn)入不同的學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)。其教學(xué)設(shè)計如下： 1. 創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景：（1）巧設(shè)問題情景，激發(fā)學(xué)生主動探究學(xué)習(xí)：游標(biāo)卡尺的學(xué)習(xí)有兩個關(guān)鍵問題：一是利用不同刻度的主尺和游標(biāo)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(xué)生的知識背景，可設(shè)計如下問題情景。支架式教學(xué)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(xué)生引入問題情景，激發(fā)學(xué)生在計算機(jī)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(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)。然后讓學(xué)生獨(dú)立地探索20分度、50分度游標(biāo)卡尺以與估讀問題。拋錨式教學(xué)的問題情景設(shè)計：學(xué)生觀察游標(biāo)卡尺實(shí)物與計算機(jī)呈現(xiàn)的模擬游標(biāo)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(biāo)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(xué)生利用計算機(jī)提供的探索環(huán)境主動探索，得出結(jié)論。再獨(dú)立地探索20分度、50分度游標(biāo)卡尺和估讀問題。（2）創(chuàng)設(shè)開放的、探索式的學(xué)習(xí)環(huán)境學(xué)習(xí)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(shí)現(xiàn)： a. 計算機(jī)屏幕上呈現(xiàn)兩根直尺（實(shí)質(zhì)上是10分度游標(biāo)卡尺主尺和游標(biāo)尺刻度部分的放大圖），下面直尺可用鼠標(biāo)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(biāo)自由拖動。 c. 巧設(shè)反饋，當(dāng)兩根直尺刻度對齊時，對齊刻度線變紅。學(xué)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(jìn)而可以選擇觀察兩根直尺刻度差異的認(rèn)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(jìn)一步探索，且還能讓學(xué)生自我糾錯，最后達(dá)到探索的目的。值得指出的是：（1）以上學(xué)習(xí)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(xué)生利用該工具學(xué)習(xí)，是在活動中學(xué)，是在主動地進(jìn)行意義構(gòu)建。（2）該探索工具也不同于利用一般實(shí)物工具，它充分體現(xiàn)了多媒體計算機(jī)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)環(huán)境二：（如圖二）探究游標(biāo)卡尺測量外徑、徑和深度的設(shè)計： a. 提供10分度游標(biāo)卡尺的模擬圖，游標(biāo)尺可用鼠標(biāo)移動。 b. 提供被測物體，可用鼠標(biāo)移動。利用它們可仔細(xì)觀察測量徑和深度的道理，體會其設(shè)計的巧妙。學(xué)習(xí)環(huán)境三：提供20等分、50等分游標(biāo)卡尺的模擬圖，游標(biāo)尺也可以移動。不提供反饋，

12、讓學(xué)生自主探索。2提供適當(dāng)?shù)膸椭?，保護(hù)學(xué)生不受到負(fù)面的、消極的影響。幫助容的設(shè)計僅對認(rèn)知策略和元認(rèn)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(xué)生能夠獨(dú)立探索。在幫助設(shè)計時，采用下拉菜單，學(xué)生能方便地選擇學(xué)習(xí)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(qiáng)自我監(jiān)控，把探究的問題引向深入：為了把學(xué)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(biāo)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(xué)生只有完全答對以上問題才能進(jìn)入進(jìn)一步的學(xué)習(xí)。練習(xí)的設(shè)計也是只有答對才能進(jìn)入下一題。通過這樣的人機(jī)交互有助于學(xué)生

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

14、文章和Internet網(wǎng)下載的各種游標(biāo)卡尺圖片的參考資料。意在除了給學(xué)生進(jìn)一步地自學(xué)、擴(kuò)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(xué)生在學(xué)習(xí)過程中還需要善于收集信息。三教學(xué)效果：我利用該軟件對高一年級上學(xué)期的兩個平行班進(jìn)行對比實(shí)驗，實(shí)驗班58人，對比班51人。實(shí)驗班在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教室利用該軟件采用認(rèn)知工具模式教學(xué)，教學(xué)時間兩課時，學(xué)生兩人一組共用一臺計算機(jī)，利用該軟件合作學(xué)習(xí)，并提供50分度的游標(biāo)卡尺讓學(xué)生實(shí)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(jī)大屏幕投影的CAI模式教學(xué)，教學(xué)時間仍然為兩課時，學(xué)生兩人一組合作學(xué)習(xí)，教師利用該軟件演示（為了保證教學(xué)

15、容的一致性）并組織學(xué)生討論學(xué)習(xí)，完成后提供50分度的游標(biāo)卡尺讓學(xué)生實(shí)際測量彈殼的外徑、徑和深度。前測：利用入學(xué)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(shí)驗班和對比班的前測成績進(jìn)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(jìn)行檢測，知識檢測主要測量學(xué)生能否對學(xué)過的10分度和50分度游標(biāo)卡尺正確讀數(shù)；遷移能力主要從20分度游標(biāo)卡尺的讀數(shù)、有零誤差游標(biāo)卡尺的讀數(shù)和有游標(biāo)尺的氣壓計讀數(shù)進(jìn)行檢測（實(shí)驗中刪除了20分度游標(biāo)卡尺的容，不學(xué)習(xí)零誤差）。對檢測成績進(jìn)行方差分析顯示，實(shí)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