适应“整合”的教学设计模式

6.2　适应“整合”的教学设计模式

对适应“整合”教学模式的论述，可以注意《纲要》里的叙述：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”

首先，是“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合。”就是说，二十年来现代信息技术在教学过程的应用就全国范围讲，是少数学校、少数教师作为开拓者的“个别示范”，取得一定推动教学改革的效果，为广泛实现“整合”提供不少可参考的经验。21世纪需要将这一应用推广到全国，目标是要达到“普遍应用”。而“普遍应用”且用得好，需要“逐步”实现，原因是教与学都是复杂的过程，既有科学，也有艺术，怎么实现“整合”（包括新的“教学模式”）还需要“摸着石头过河”地探索。唯一正确的是实行“百花齐放”，不要重复在“长官意志”下搞“一刀切”的弊病。无论外国还是中国关于“模式”的介绍，都属于“个别”经验型，可供借鉴、比较、研究。

关于“整合模式”的讨论和介绍，大体上可分两个不同的角度。一个是从“教育技术学”的角度、或者说从“信息技术”的角度作为起点，国外比较流行，基本思路是“我有这些技术，怎么‘用’到学科教学”。或者说，对“传统教学”提出些需要改革的问题，也是一般性的、从批评以往的“教学法理论”为出发点，没有深入到各学科“课程”里研究和发现问题、提出怎么“整合”的具体方法。国外研究人员出了很多“主意”值得我们研究参考。（国内不少介绍为很多“主义”。这里有东西方文化的差异。“西方”的民主传统影响比较长，个人性格也比较“张扬”，写几篇文章就可以称为“主义”，所以过两三年就有新的“主义”出现，有时候“主义”多如“雨后春笋”，令人目不暇接，其实就是不同意见的讨论。东方人的习惯不同，一般都比较含蓄，一讲“主义”，令人们“肃然起敬”，没有“千锤百炼”至少也是被长期实践所证实的比较完整、严密的理论体系。我认为将国外众多“主义”称为“主意”可能更符合中国语言文字的使用方法，对这些“主意”我们可以取其所长、弃之所短，不同“主意”里有用的部分可以“兼收并蓄”，也就是“整合”。不论外国的还是中国的、古代的还是现代的，也不论称为“主义”还是“主意”、“思想”还是“理论”，通通采取这种处理方法，选其正确者为“我”所用。有些“主意”在某个问题里可用，在另一个问题里不可用，这也是正常现象，辩证唯物论的方法论的要点是“实事求是”、“具体问题具体分析”和“实践是检验真理的唯一标准”。就像著名的《孙子兵法》里讲了“三十六计”，恐怕不能以“书呆子”读法，因为是千古名著就要在同一个问题里都用上来体现“全面贯彻”。对某些“主意”里的错误部分点出来、弃之不用就行了，“不要在一棵树上吊死”，也不必对外国研究人员“求全责备”。这样理解我们就不怕“主意”多了。）

另一个是从各学科“课程”改革需求的角度。基本思路是：以“课程改革”为中心或者出发点，将包括现代信息技术在内的所有信息技术都放在教师的“工具箱”里，根据不同学科、不同课题、不同地区、不同学校、不同学生、不同年龄段等教与学的需求，特别是分析以往教学过程里存在的困难、不足、不当，提出改革的具体目标，根据需求分析确定用什么工具、怎么用这些工具、采用什么模式就能够推动教育现代化进程。这样理解和考虑跟计算机网络在各行各业中的应用都要从“需求分析”入手是一致的，跟《纲要》规定“高中以分科课程为主”以及原教育部部长陈至立在2000年报告中所讲的：“通过课程把信息技术与学科教学有机地结合起来”，基本理念也是一致的。

根据各学科课程的特点，可以分为以下几类。

1.以实验为基础的自然科学课程

前面分析过“以实验为基础”的正确性，所以重点考虑的模式是正确处理好计算机模拟与实验的整合，也就是优势互补。大致可以分为三种情况：

（1）实验基本清晰的教学课题。首先要充分运用真实的实验（包括学生实验和演示实验），围绕实验做教学设计，指导学生通过亲自做实验或观察演示实验获取信息，在此基础上加工信息（包括辨别、筛选、计算、归纳和建构基本概念、发现事物本来的基本规律）。如果属于学习者通过做或者看真实的实验完全能获得认识、理解新知识所需要的信息，培养实际能力的课题，在新知识学习课（包括自主研究性学习）里不一定需要使用现代信息技术。尤其是含有操作技能培训的实验，切不可用计算机模拟代替。（有些文章引用训练航空飞行员的虚拟设备为例来证明虚拟现实在教学中替代真实实验的可行性，是没有以实际条件为出发点。在复杂的模拟设施和人工智能技术的基础上，的确成功地实现了航空飞行员的虚拟训练系统，产生很好的效益。但它除了需要高性能的计算机系统外，还要有配套的仿真的传感器和伺服系统，价格非常昂贵。只有某些真实实验所需要的费用远高于模拟设备时，才考虑使用这类系统。这是我们必须坚持实事求是的地方，不可以用“纯理论”“思考”问题。提出这类论点的人往往是只从字面上接触过“计算机模拟”，而没有亲自研究、实施过“计算机模拟”的“纯理论研究者”。实际上，中学所普及使用的价格低廉的硬件和软件设施还不能解决过于复杂的问题。）有些课题可以用计算机做信息处理分析（如线性回归和误差分析）的工具。在复习（包括学生利用课后时间自己复习）时，可以利用模拟实验或视频记录来辅助。

对于实验虽然基本清晰，但有些课题的实验过程复杂，涉及参量多，从实验直接获得的感性认识到需要学习者理解掌握的规律之间的跨度比较大，形成“传统”教学里的难点，要考虑发挥现代信息技术的优势，在模拟实验的基础上用形象处理叠加分析信息，搭建形象思维到抽象思维之间的“桥”，帮助学习者解决分析理解的困难。

例如物理学科里“简谐振动”的教学。学生在学习这个课题之前所学习的直线运动限于匀速和匀变速范畴，简谐振动是变加速运动，运动的复杂性使它成为高中物理的难点。但简谐振动是生产和科学技术的许多领域中最常见的运动形式，所以又是中学物理的重点内容。根据物理教学的任务和高中学生的接受能力，现行教材安排不要求从理论上推证简谐振动的特点和建立描述简谐振动过程的数学模型，而是希望通过对简谐振动实际物理过程的观察初步认识其特点，为以后的学习打基础。以往进行简谐振动教学，是在弹簧振子演示实验的基础上进行分析和讲解。由于实验时不方便取某时刻（对应于某位置）进行观察，为了进一步分析和理解简谐振动不同阶段的特点，以往教师主要依靠在黑板上画图或者使用挂图、投影片等静态定格信息，跟分析动态连续过程中各物理量的变化之间有些距离，造成学生获得的视觉信息与听觉信息不容易同步，因而需要的教学时间长、教师的劳动强度大，学生理解这种复杂的运动感到困难。另外，真实弹簧振子的振动总不是理想化的，受到阻力的影响使振幅会逐渐减小也是对教学的不利因素。用建模技术提供的模拟实验不仅解决了“传统”教学的难点，还提高了教学效率。

有些研究文章批评这种思路“只考虑了改变知识呈现方式，没有重视教学体制的改革。”应该欢迎和重视关于改革教学体制的建议。但是，“整合”研究需要从“改变知识呈现方式”起步。可以考察对比一下，一位已经有近三十年教龄的老教师，曾对这个教学难点研究多年，由于演示实验里缺少“由形象到抽象思维的桥”，想组织学生讨论很困难，组织“自学”也局限在效果不大的“阅读课本”，只好以教师的讲解为主。用了两个课时后，用提问检查，多数学生还是不能用自己的语言正确描述简谐振动不同阶段里各物理参量的变化。而使用计算机模拟与实验的整合，学习者分层次地“看到”物理过程里形象的分析信息，学生可以自己通过操作、控制获取需要的信息，组织学生讨论，自己构建、表述对物理过程的理解等原来考虑过的教学方法得以实施。学生活动多了，教师讲得少了，只用一个课时，几个班随机抽查的学生都能正确回答。学生获益，教师愉快，生命的意义得到提升。可以想像，没有现代信息技术改变“知识的呈现方式”，而让学生“自主”地到网络上查阅描述简谐振动的文档资料，抄下来写成“自己”的呈现文档……如果以往仅靠阅读课本有困难，听老师分析讲解也还有困难，从网上生搬下来的文档资料能让学生明白吗？没弄明白就抄，除了“培养”些古代都批评过的“文抄公”，还能有什么有“改革”意义的“新”教学体制呢？

（2）实验不够清晰或受到时空条件限制，不能满足教学需求的课题，需要在真实实验的基础上用模拟予以补充。例如机械波这个课题，用弹性较好的绳子或者长水槽都能做演示实验，但不够清晰。所以，20世纪50年代后期就开始有机械模拟的演示设备，当时发到各学校的是仿前苏联的“马哈示波器”。然而，马哈示波器的操作麻烦，各个摆球是完全独立的，体现不了质点之间存在相互作用，而且模拟实验时明显地用一块拨板向前运动，与机械波传播过程中的物质不沿波的传播方向向前迁移的概念相悖，容易使学生产生误解。也就是演示手段提供的低阶的形象信息中，包含了与教学目标不协调、不同步的因素，要靠教师用更多的语言去排除这些信息的影响。教师在黑板上画定格图时，总是先画一个质点，后画一个质点，然后用语言强调它们是在同一时刻。这也是低阶信息与高阶信息之间不协调。总之，原有教学信息手段的缺陷不可能实现各种教学信息手段的优化组合，信息的“质”不够好。如果用多媒体模拟这个实验就能够很好地解决这个问题。又如化学课程里的“原电池”，“传统”教学有很多好实验，例如用西红柿做电池实验等，但都不能“观察”到其本质的电化学过程。在组织学生围绕原电池实验的研究性学习之后，“清华同方教育资源库”提供模拟演示素材，在演示基础上以动画叠加两个电极上电子得失，引导学生通过动态视觉信息与实验信息“整合”来认识原电池、干电池、碱性电池以及燃料电池的原理。

（3）利用现有条件在中学无法做出的实验，完全可以用模拟实验进行教学。如生物课程里的“光合作用”教学，需要认识光合作用中所释放的氧是来源于水而不是来源于二氧化碳。这个实验要用氧的放射性同位素，实验设备也比较复杂，在中学生物实验室里不能做。“传统”教学就是用静态图配合来“讲实验”，印象不深刻。“清华同方教育资源库”提供用计算机模拟美国科学家普宾与卡门的实验，光合作用过程是动态的，对放射性同位素的检测是多媒体（既有模拟仪表，也有检测声响效果）的，学生获得生动的信息，就可以在这个基础上组织学生自己分析并得出结论。实现的不是教师“告诉”学生什么知识，而是学生对获得的信息经过加工获得知识。又如物理课程里“气体分子的运动”，这个课题里学生所学习的“气体分子运动论”是高中物理的重点和难点，在思想上是根据宏观事实的特点分析，建构了大量气体分子无规则运动的科学模型，并以这个模型对宏观事实给出基本上正确的解释。“传统教学”里这个课题主要依靠教师“生动的”讲解，学生基本上是“接受式”学习，效果不理想。用“多粒子两维碰撞模型”技术处理的教育素材给出科学动态模拟，帮助学生通过获取动态视觉信息自己体验、理解气体分子运动的特点，教学效果和效率都得到提高。

2.语言、文字能力型课程——包括语文和外语

这两门课更突出了培养运用语言和文字作为获取、交流及加工信息的能力。当然，能力是以足够的知识（首先是识字，包括必要的记忆训练）为基础，例如教育部制订的《英语课程标准》里，分别提出一般高中毕业生（八级）和高标准高中毕业生（九级）应掌握的英语词汇量。但不是“背下来”或者“写出来”就算达到要求，关键是在识字基础上同步形成运用语言、文字的能力。例如对八级的目标要求有：“在听和读的过程中，借助情景和上下文猜测词义或推测段落大意”；“学习中遇到困难时知道如何获得帮助”；“交际中，善于克服语言障碍，维持交际”；“通过学习英语了解世界文化，培养世界意识”等。达到这些标准，不是死抠课文就能完成的。而且在“课文”的选取上，有些课文不一定是“必须”或不可替代的，将来各个省的课文可能有些区别，关键是达到新“课程标准”，突出全面能力与情感态度的培养。语文课程也有类似之处，要为在全国普及普通话服务，使学生掌握主动获取、交流和加工信息的能力。高中阶段语言类课程的另一个重要特点是学生已有的知识、经验及学习能力的水平存在很大差异，“传统”教学模式和方法明显不能适应学生的个别性需求。“语言实验室”曾帮助解决了这个问题。现代信息技术与这类课程的“整合”在推进课程改革方面的力度较大，主要体现在有利于每个学生个性的发展与能力的全面提高。例如：在“庄周家贫”等这类古文里设计了由学生自主断句的交互式练习，通过断句提高诵读和理解能力，完成练习后有正确断句的答案和用纯正普通话诵读的音频资源，有利于普及普通话的教育和培养诵读能力；又如英语资源库除了提供英语国家语言专家的诵读、交谈示范之外，有很多“任务驱动型”课件（in the lab，shopping等），用多媒体资源设置情境，支持以学生“活动”为中心的学习，锻炼学生的听、说能力；又如语文的“人物描写”、英语的“Nobel Prize”都增加综合性资源，支持学生自主的“研究性学习”、提高在不同领域里运用语言和文字获取信息和表述的能力。

3.突出思维训练的课程——数学

数学无所不在，无论自然界还是社会里都充满数学，著名学者伽利略讲过：“自然界是用数学说话的。”但数学又是人们思维的产物，无论其产生和发展都需要思维能力的支持，使得学好数学有相当的难度。在数学教学中，由小学进入中学，数学课的难点主要发生在由常量数学到变量数学的飞跃过渡，发生在由静态图形研究到动态图形（包括图象）研究的过渡，由平面图形研究到空间图形研究的过渡。形成难点的原因除了知识本身的深度之外，“传统”教学受到落后教学手段的制约，还受到20世纪50年代以前人们对脑科学研究的低水平和在此基础上关于青少年“心理”研究的低水平的影响，在“思维”训练问题上存在片面的理解。忽视形象思维，忽视“数形结合”，在教学方法上形成“一张嘴、一支笔、一本书”的低效率模式，阻碍教学法研究的发展。在教学中突破难点，改革教学，需要提供配合各有关课题的动态形象信息来辅助教学，激发学生的学习兴趣，增强学生学好数学的信心，帮助学生顺利完成这些过渡，培养学生全面的数学思维（全面理解、掌握和应用三种数学语言——图形图象语言、文字语言和专用抽象符号语言及其相互关系）的能力。所有这些要求，正是计算机信息处理和图形显示技术的优势。以往的数学教学里，许多优秀教师也是十分重视启发学生积极思维，强调“思维训练”，采用“问题—解决”教学法，但“数学难”的状况没有根本改变。现代信息技术用智能化的科学动态模拟解决三种数学“语言”的同步与转化（也有称为“多重表示与表示的互相转换”），为讨论式教学法、自主“研究性学习”等改革创造了很好的条件。“整合”就以它为重点，由只强调逻辑推理的数学转变为逻辑推理与数学“实验”并重的数学，突出培养学生自主探究的精神和形象思维、直觉思维与抽象思维综合及相互转化的高级思维能力。例如：“解无理不等式”是在建模的基础上提供可由使用者改变参数（键入数值或用鼠标拖动）的图象描述方法，可支持演示—讨论式和自主研究式等教学模式，突出多重表示的互相转换能力。

4.信息技术与文史及综合实践课程——历史、地理、政治以及“研究性学习”课程

从社会获得信息并进行加工研究，是全面信息素养的重要内容，也是基础教育阶段要培养的重要能力。将学生“封闭”于校园之内、“两耳不闻窗外事，一心只读圣贤书”，与社会状况及发展脱节是“传统”教育里一定程度上存在的弊病之一。在《纲要》里提出“加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系”的要求。在教学方法和模式上，同样要加强跟生活及社会发展的联系，这就要加强社会调查活动。具体的模式应考虑是否受时间、空间的限制做不同选择。

（1）对于基本上没有时空局限的课题，应该指导学生直接参与社会调查，获取“第一手”资料进行研究。例如：政治课关于“按客观规律办事”一课，可以就学校附近水域的水质污染与治理作为研究性学习课题，将社会调查、水样采集、实验分析、用计算机处理数据和编写分析报告等“整合”；又如汽车尾气污染问题、沙尘暴问题和商品价值问题等，都是社会调查与其他信息技术的“整合”的课题。

（2）另一类课题是受到时间（突出的是历史和某些政治问题）和空间（如地理和某些政治问题）局限，不可能做实地调查。这类课题主要依靠现代信息技术从“资源库”或通过互联网获得基本信息。与以往仅依靠课本和教师讲解相比较，“资源库”内的资源内容广泛、丰富，形式生动活泼（多媒体），查阅和加工方便，学习者自主参与性强等优势。例如：我国古代科学与文化成就、丝绸之路、抗日战争等课题。

除了考虑不同学科课程总的特点，对于学习新知识、练习训练、复习和考察考核等不同阶段，对于不同地区的学生，“整合”的模式还会有明显区别。现代信息技术提供的新环境有助于培养自觉学习精神，十年前就有一所被称为“三类校”的学校，原来是单纯教师讲授，上课都有困难，教师认真准备使用计算机软件辅助教学的试验课，立即改变了课堂面貌。校长感受到：“用先进手段能让学生上课认真学习，就是有效，就值！”立即购买全套教学软件进行教学改革。但选用什么具体模式要考虑各种条件，例如：在北京市两所学校里研究同一个课题的过程中，开始都设计了采用学生自主研究性学习的模式。结果是：在一所重点中学里，由于学生基本素质较高，学习的自觉性强，有讨论交流的基础，教学进程顺利，效果很好；在另一所学校里，由于学生学习的自觉性不够，缺少讨论交流的基础，教学不能按原来设计正常进行，没有达到预期效果。实践经验表明，学习者的“自主”学习首先是“自觉”学习，不是“要我学”，而是“我要学”。说明教学设计仅仅考虑技术环境是不够的，需要多方面的教育活动来解决“自觉”这个问题。后一所学校不仅需要设备条件，还需要对学生进行培养、帮助，全面提高其信息素养，特别是提高学习的自觉性，才能逐步实施自主的研究性学习。为了体现教学模式的多样性，教育资源库里每个学科都要有不同类型的“课案”供老师研究、参考。在多媒体电子期刊《信息技术与课程整合》里，为老师提供一个交流平台，以多媒体形式发表老师对“整合”的研究成果。

从整个“基础教育”阶段考虑，还要区分为几个不同的年龄段。特别是小学一年级到六年级，是学生生理发育趋于成熟和在生理发育基础上认识能力也逐渐成熟的阶段，是从“感觉运动”到逐渐形成“形式运算”能力的阶段，是从“在游戏中学习”到逐渐摆脱“游戏习气”、形成自觉“勤奋学习”品质的阶段。不同年龄（年级）的教育，不仅“课程”内容和要求有很大区别，“信息技术与课程整合”的具体目标与实施模式也有很大区别。