基于翻轉(zhuǎn)課堂的“三維鏈式拓展”科學教育模式探索獲獎科研報告

基于翻轉(zhuǎn)課堂的“三維鏈式拓展”科學教育模式探索獲獎科研報告科學教育；翻轉(zhuǎn)課堂；三維鏈式拓展

科學充滿了神奇，神奇的科學世界能吸引青少年的注意力，激發(fā)青少年的創(chuàng)造力，使青少年燃起對知識的渴望。而科學教育能促進青少年的成長，培養(yǎng)適應(yīng)社會需要的創(chuàng)新型人才，助推我國現(xiàn)階段人才培養(yǎng)目標的達成。

目前，我國科學教育主要是以學校課程教學模式為主進行的科學認知和傳承。我國青少年的科技知識系統(tǒng)學習首先是在課堂教學環(huán)境中開始的，在義務(wù)教育階段專門設(shè)置了科學課，有專門的科學教師進行授課，科學教育有條不紊地進行。然而在我國高中教育階段，繁重的課業(yè)壓力和升學壓力致使很多高中學校的科學教育受到影響。如何在高中階段更好地開展科學教育，繼續(xù)培養(yǎng)學生的科學意識、態(tài)度、精神和技能，是廣大科技輔導員或科學教師、科技工作者們需要認真思考的問題。

一、“三維鏈式拓展”科學教育模式概述

“三維鏈式拓展”科學教育模式主要是針對高中階段學生課業(yè)負擔重，沒有大塊的時間進行科學課程的系統(tǒng)學習而提出的。這種模式從學校學科教育的教學實際出發(fā)，基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學平臺，由學科教師在學科教學中滲透科學教育，引導學生把在課堂中迸發(fā)的科學思想和火花記錄下來，以便帶入到二課堂中進行思考和進一步的探究；將有科學實踐意義和科學創(chuàng)新思想的內(nèi)容確立為研究項目，然后帶入科學館、植物園、博物館等科普類場所進行實踐探索，力求獲得科學成果。整個模式實現(xiàn)了科學教育空間由課堂到二課堂再到社會實踐場所的轉(zhuǎn)變；使學生學習科學的時間由課上到課外再延伸到校外；體現(xiàn)了學生知識掌握程度由淺到深再到更深的發(fā)展，從而實現(xiàn)對學生（青少年）科學教育從空間、時間、深度三個維度呈鏈式地開展。

二、“三維鏈式拓展”科學教育模式理論基礎(chǔ)：在學科教育中滲透科學教育

科學教育有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力和想象力，而在我國一些地區(qū)的高中學校，過于重視學生的文化課教育而不重視科學教育，使科學教育常常處于缺失狀態(tài)，導致原本對科學有著濃厚興趣的學生熱情消磨殆盡。長此以往，對學生創(chuàng)造力和想象力的發(fā)展不利。為此，學?？梢詫⒖茖W教育滲透到學科教育中，使學生在學習學科知識的同時也能接觸到科學知識，發(fā)展科技創(chuàng)新精神和實踐能力。

1.挖掘教材中的科技元素，教育學生愛科學

在學科教學中，教師首先要吃透教材，注意挖掘教材中的科學知識和科學方法。在教學過程中，教師要設(shè)法對學生進行科學知識的滲透，延展知識的深度，激發(fā)學生對科學的興趣，增強學生的科學意識。

2.發(fā)揮課堂優(yōu)勢適時滲透，引導學生學科學

課堂上，教師要注意引導學生探究科學知識，激發(fā)學生學習科學知識的熱情。在物理、化學、生物等自然科學課上，引導學生通過完成科學實驗體驗成就感，增強學生學好科學的信心；同時，利用實驗本身帶來的新問題和新想法，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和科學探究能力。

三、以翻轉(zhuǎn)課堂

作為“三維鏈式拓展”科學教育模式的應(yīng)用平臺

自2011年起，翻轉(zhuǎn)課堂逐步進入我國中小學課堂。在這種教學模式下，重新調(diào)整了課堂內(nèi)外時間，將學習的主動權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學生，學生在家中或課外觀看教師創(chuàng)建的視頻，回到課堂上師生面對面交流并完成作業(yè)。由于學生提前通過觀看視頻、閱讀電子資料進行了自主學習，極大地提高了學生學習的積極性和主動性；也使課堂上教師有更多時間與學生進行互動交流，促進了學生的個性化學習?？梢姡D(zhuǎn)課堂改變了傳統(tǒng)課堂模式，將課程學習轉(zhuǎn)變?yōu)楦行实幕顒?，為課堂上開展探究式活動和進行更深入的科學教育奠定了基礎(chǔ)。

1.翻轉(zhuǎn)課堂為“三維鏈式拓展”科學教育模式提供了可能

一是翻轉(zhuǎn)課堂的教學步驟為“三維鏈式拓展”科學教育模式提供了可能。翻轉(zhuǎn)課堂可以節(jié)省課堂上知識講授的時間，將更多時間用于開展科學活動，讓學生進行自主探索。這樣，學生便有機會用科學的思維發(fā)現(xiàn)、研究問題，應(yīng)用所學知識獨立解決問題，進行探究性學習，開展基于項目的學習。

二是翻轉(zhuǎn)課堂的教學環(huán)境為“三維鏈式拓展”科學教育模式提供了可能。翻轉(zhuǎn)課堂的實現(xiàn)有賴于信息化的教學環(huán)境，這也是“三維鏈式拓展”科學教育模式的重要途徑。近年“班班通”特色教室的出現(xiàn)，極大地促進了科學教育在課堂空間的發(fā)展，提高了科學教育的可行性和有效性。

在網(wǎng)絡(luò)信息化學習環(huán)境里，學生根據(jù)學習的內(nèi)容和需要，適時適度地使用信息化工具，進行多樣化的有意義學習，完成從“知識學習為主”向“應(yīng)用知識為主”的層次轉(zhuǎn)變，為實現(xiàn)“三維鏈式拓展”科學教育模式的深度拓展提供了可能。

2.翻轉(zhuǎn)課堂是科學教育“三維鏈式拓展”的起步點

翻轉(zhuǎn)課堂將學生的學習過程進行了重構(gòu)，使學生在課堂上有更多的互動交流、主動思考、動手實踐，由此促成了學生科學教育自主性學習方式、科學教育合作性學習方式、科學教育探究性學習方式的形成，進而促進了科學思維的發(fā)展。培養(yǎng)學生運用科學的思維解決問題，用科學的眼光和態(tài)度對待問題，善于捕捉課堂上有科學研究意義的火花（即問題點），這是整個“三維鏈式拓展”科學教育模式的出發(fā)點。只有尋找到起步點，才能為以后的科學探索和科學實踐提供可能。

四、“三維鏈式拓展”科學教育模式設(shè)計

科學教育要使學生學會探索未知、發(fā)現(xiàn)真理，而且要培養(yǎng)學生獨立思考、勇于創(chuàng)新的精神和提出問題、分析問題、解決問題的能力。那么，如何在課堂教學中激起學生對科學的熱情，激發(fā)學生對科技創(chuàng)新的渴望，進而引導學生將課堂教學中生成的科學火花（問題點）轉(zhuǎn)化成科學成果，是需要認真考慮的問題。而“三維鏈式拓展”科學教育模式能夠?qū)⒏咧须A段科學教育和學科教育很好地結(jié)合起來，利用翻轉(zhuǎn)課堂把科學教育滲透在學科教育中，及時發(fā)現(xiàn)課堂中有科學研究意義的問題點，并能夠在課外、校外繼續(xù)研究，最終將其轉(zhuǎn)化為具有科學價值的研究成果。這種科學教育模式克服了高中階段沒有大塊時間開展科學教育的問題。

圖1為“三維鏈式拓展”科學教育模式平面設(shè)計圖，展示了學科教師、科技輔導員和學生在科學教育三個維度的不同階段的具體行為。

圖2為“三維鏈式拓展”科學教育模式立體設(shè)計圖，展示了隨著時間的延伸、空間的延展和知識深度的增加，科學教育在這三個維度上分別成鏈式拓展，將經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)科學火花、確立項目、形成科學成果三個階段。

五、“三維鏈式拓展”科學教育模式

存在的問題及解決策略

1.問題分析

（1）科學教育依托的教學環(huán)境有待完善

基于翻轉(zhuǎn)課堂的科學教育對學校的辦學條件提出了新的要求，其中包括必要的信息化教學環(huán)境（包括網(wǎng)絡(luò)化信息技術(shù)教室）和豐富的學科資源。另外，對于學校二課堂的設(shè)置也有一定的要求，包括：有能夠供學生繼續(xù)開展探究的固定活動室，活動室內(nèi)設(shè)施要求與學科課程配套；有一定的實驗器材和教具、學具；科技輔導員在二課堂開設(shè)科學探究活動所需要的技術(shù)裝備齊全，并能夠不斷更新。

（2）教師專業(yè)能力尚需提高

基于翻轉(zhuǎn)課堂的科學教育對學科教師提出了新的要求：在學科教學中滲透科學教育。教師不僅要能夠自己制作在線視頻，還要針對執(zhí)教學科在具體的教學內(nèi)容中滲透科學的知識、方法、態(tài)度、精神?？萍驾o導員則需要在二課堂中針對學生提交的問題點，引導學生將其轉(zhuǎn)化為有一定科學意義的項目，此過程需要科技輔導員具有敏銳的信息意識和強烈的科技意識。

2.解決策略

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》指出，在信息技術(shù)與教育深度融合的基礎(chǔ)上，建立新型信息化教學環(huán)境，優(yōu)化教育模式，推動教育改革。前文提到的“班班通”網(wǎng)絡(luò)信息化教室正在全國各地如火如荼地建設(shè)中，而且很多地方開始興建科技活動室，打造校外科學實踐基地。因此，科學教育的環(huán)境問題在不久的將來會得到妥善解決。