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中学化学探究学习的教学设计理论与实践研究 |
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作者：未知 来源：网摘 加入时间：2007-4-22 师生下载站 |
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内 容 提 要
倡导探究学习，有助于改变学生的学习方式，培养学生的科学素养，促进学生创新意识与实践能力的发展。实施探究学习，离不开科学精心的教学设计，而传统的教学设计无论从理论到实践都无法满足探究学习的需要，因此开展基于探究学习的教学设计的理论与实践研究很有意义。本研究在分析探究学习的特征和教学设计理论的发展过程的基础上，提出一个以行为理论和建构主义为主导的基于探究学习的教学设计的理论框架，同时结合中学化学教学实际，具体分析了探究学习的教学设计的基本要素，着重研究了教学过程的设计；通过实例研究，初步探索出了教学设计的若干方法策略，并提出了实践中应注意的几个问题。
关键词: 探究学习 中学化学 教学设计 理论框架 实践
Abstract
Initiating inquiry learning is beneficial to change students’ study approaches, train scientific culture, and promote the development of the students’ creative sense and practical ability. Putting inquiry learning into practice demands a scientific and elaborate instructional design, but in the traditional instructional design, neither theory nor practice can meet the requirements of inquiry learning. So it is meaningful to explore the theory and practice of instructional design on inquiry learning. On the basis of analyzing the properties of inquiry learning and the history of the development of instructional design theories, the research brings up a theoretical frame of instructional design on inquiry learning, in which Activity Theory and Constructivism Theory predominate. At the same time, according to the practice of the middle school chemistry teaching, the paper concretely analyzes essential elements of instructional design on inquiry learning, and principally discusses the design of the teaching process. Through some researches on typical cases, some strategies on instructional design are found out, and several noteworthy problems in practice are put up.
Key words: inquiry learning middle school chemistry theories frame instructional design practice
引 言
新一轮基础教育课程改革已进入试点实验推广阶段，学习方式的转变是本次课程改革的主要任务之一。《基础教育课程改革纲要（试行）》要求：改变原有的单一、被动的学习方式，提倡自主、探究与合作的学习方式，逐步改变以教师为中心，课堂为中心和书本为中心的局面，促进学生创新意识与实践能力的发展。在《化学国家课程标准》中，“科学探究”这一学习方式，不仅被作为重要的理念强调、作为教学建议提出，而且被列入了课程目标和内容标准之中，作为必须实施的内容要求。探究学习的有效实施，离不开科学精心的教学设计，而对于教学设计的理论研究我国还处在介绍评析外国的理论阶段，实践的研究更相对滞后。教学设计的理论80年代中期才传入我国电教领域，主要是从教育技术学的角度进行研究，广大一线教师对教学设计的理论与方法还知之甚少，其教学设计还停留在传统“备课”的水平上，其基本理念、内容、方法、程序等都存在不足之处，盲目性、随意性很大，需要完善与创新。因此，结合目前正在进行的课程改革，开展基于探究学习的教学设计的理论与实践研究很有意义。
本课题的主要内容是在分析探究学习的基本含义、特征和回顾教学设计理论的发展历程的基础上，以行为理论和建构主义认识论为主导，兼收并蓄、整合其它理论，构建教学设计的理论框架；同时结合化学学科特点，围绕探究学习这一中心，进行教学设计的实践研究，尝试提出基于探究学习的教学设计的过程、内容与方法，结合具体案例分析，重点研究教学方法策略，即力求能提出一个教学设计的基本模式和处方式的解决教学设计问题的方案，以促进中学化学教师更新教学理念，改进教学设计，提高教学质量。
1.探究学习简述
提倡探究学习是包括中学化学在内的基础教育课程改革的趋势之一。要对探究学习的教学设计的理论与实践作深入的探索，必须追溯探究学习的历史起源及其发展历程，把握其基本特征，明确在中学化学教学中提倡实施探究学习的意义。
1.1探究学习的起源、发展及基本含义
“探究”的思想由来已久，可追溯到希腊哲学家苏格拉底的精神“催产术”，但最早提出在学校科学教育要用探究的方法是美国的教育家杜威（1909 年），首先使用“探究学习”一词的是美国著名科学家、芝加哥大学教授施瓦布(J.J.Schwab)，他认为学生学习的过程与科学家的研究过程在本质上是一致，因此，学生应像“小科学家”一样去发现问题、解决问题，并在探究的过程中获取知识、发展技能、培养能力，特别是创造能力，同时受到科学价值观、科学方法等的教育，并发展自己的个性（1959年）。上世纪60年代开始的美国“教育现代化运动”促使许多教育家、心理学家参与“探究学习”的理论和实践研究，其中以美国教育家布鲁纳提出的“发现学习”理论影响最广，对于创造性教育它与施瓦布的“探究学习”理论有异曲同工之妙。尽管美国的“教育现代化运动”经历了一番曲折，但“探究学习”的理念却得到广泛的传播，从上世纪80年代开始，在世界范围内进行的科学教育课程改革，都大力提倡“探究学习”。[1]1999年，我国启动新一轮基础教育课程改革，现已进入试点实验推广阶段，学习方式的转变是本次课程改革的主要任务之一。在这种形势下,国内学者也开展了探究学习的理论和实践的研究,并取得了一定的成果。[2][3][4]
“探究”一词英文为inquiry, 按照《牛津英语词典》中的解释，“探究”是“求索知识或信息，特别是求真的活动；是搜寻、研究、调查、检验的活动；是提问和质疑的活动”；而《辞海》（1989年版）的解释， “探究”则指“深入探讨，反复研究”。 现在还使用的“科学探究”（scientific inquiry）一词，它具有双重含义，如美国《国家科学教育标准》中对“科学探究”就是这样表述的：“科学探究指的是科学家们用来研究自然界并根据研究所获事实证据做出解释的各种方式。科学探究也指的是学生构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动。”[5]
施瓦布所提的“探究学习”自然指学生的科学探究式学习活动，它在本质上与科学家的科学探究活动有很多相似之处。“探究学习”是学生从各种学科领域或现实生活的问题或任务出发，通过形式多样的探究性活动，以获得知识和技能、培养探究能力和应用能力、获得情感体验为目的学习方式。国内学者基本认同施瓦布的观点，以下是他们对探究学习的基本含义所做的阐释：“探究学习就是从学科领域或现实社会生活中选择和确定研究主题，在教学中，创设一种类似于学术（或科学）研究的情境，通过学生自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、搜集与处理信息、表达与交流等探索活动，获得知识、技能、情感与态度的发展，特别是探索精神和创新能力的发展的学习方式和学习过程。”[6]
1.2探究学习过程的基本特征和主要类型
依据《化学国家课程标准》，探究学习的过程由七个基本要素构成：提出问题、猜想与假设、制订计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析论证、评估、交流与合作。根据对探究学习过程的分析，探究学习在五个方面与科学探究有联系又有区别，这五个方面的特征构成了探究学习的五个基本特征： [7]
（1）提出问题：学习者投入到对科学型问题的探索中
探究学习中所涉及的问题与科学问题（scientific questions）在深度和广度上有所不同，提出问题的过程中接受的指导程度也不同，只能称为科学型问题，它以物体、有机体和自然界的事件为中心，与学校科学教育内容标准中描述的那些科学概念联系在一起，这些问题能引导学习者进行实证调查研究，通过收集和利用数据来形成对科学现象的解释。科学型问题，不能是深不可测的，必须适合学生的发展水平。一开始提出的问题可以来自于学习者、教师、教材、网络、其他一些资源，或结合起来产生。
（2）收集数据：学习者重视实证（evidence）在解释与评价科学型问题中的作用
在科学探究中，科学家用感觉器官或借助工具、仪器，通过自然情境下的观察和测量以及在实验室中进行的实验和测量来收集实证资料。科学家基于实证资料推断不同因素可能的影响。实证资料的正确性则通过检验性的测量、重复观察，或收集与同一现象有关的不同种类的数据来验证，并且要经受来自各方面的质疑和进一步的调查研究。
在探究学习中，学生也要根据实证资料做出对科学现象的解释。一是观察，如观察一种化学物质的颜色、状态、气味等，描述他们的特征；二是测量，如测量密度、熔点、沸点等，认真地做记录；三是实验室中的实验、观察和测量，如在控制条件下的化学反应，将实验过程中的变化和发展情况记录在报告和表格中；四是从教师、教学材料、网络或其他途径获得实证资料，来使他们的探究进行下去。与科学探究不同的是，探究性学习中收集实证资料的过程能够更多地获得和利用他人的帮助。
（3）形成解释：学习者根据实证形成对科学问题的解释
学习者在实证的基础上，根据逻辑关系和推理，找到事件的因果关系和其他解释。他们的解释和观点必须与实验或观察得来的实证材料相一致。所谓解释，指的是在学习新知识的过程中，将自然或实验室观察的结果与已有的知识联系起来，形成超越已有知识和当前观察结果的新的理解。例如，学生可以将观察结果与其他渠道获得的知识结合起来对环境与金属腐蚀的关系提出自己的解释；运用已有的基本知识经验以及调查的结果来分析废电池对环境所造成的危害等等。探究性学习与科学探究都能够产生新知识，所不同的是，由于学生已有的知识有限，探究性学习所产生的新知识可能只是针对学生本人而言。
（4）评价结果：学习者根据其他解释对自己的解释进行评价
“实证材料能够证明所提出的解释吗？解释是否足以回答问题？在将实证材料与解释联系起来的推理中有没有明显的偏见和缺点？根据实证材料能不能得出其他解释？” 学习者问自己这样的问题，即对自己解释的反思或修正，就是一种评价。
学生们还能通过参与对话比较各自的研究结果，或把他们的结果与教师或教材提出的结果相比较来评价各种可能的解释。与科学探究不同的是，学生只要将他们的结果和适应他们的发展水平的科学知识相结合，就达到了探究性学习的目的。
（5）检验结果：学习者交流和验证他们提出的解释
科学家通过重复他人的实验来验证其结果。这就要求对问题、步骤、证据、提出的解释和对其他解释的评价进行明确清晰的描述。它使研究能够经受更多的质疑，也为其他科学家用这些解释来研究新问题提供机会。
让学生们交流他们的研究结果，可以为其他人提供问问题、检验实证材料、找出错误的推理以及根据同一观察资料提出其他不同解释的机会。交流结果还能够引出新问题，引发进一步的探究。
探究学习应充分体现这五个基本特征，但是探究性学习也不是绝对要包含上述五个基本特征的，只要围绕科学型问题的、使学生投入到思考中去的、适应特定的学习目标要求的，那么即使在这五个特征上有所变化，也可以认为是探究学习，只不过探究程度不同罢了（附录1）。例如，对于第一个特征——“学习者探究科学性问题”，探究的问题有些情况下首先是由学生提出的，而有些情况下，学生并没有直接提出问题，而是在教师提供的问题中选择一个问题进行研究，或者在别人提出的问题上稍加修改，使之更为深入。
探究学习从学习结果及采用的具体形式来看，通常包括两种类型：发现型探究、设计型探究。发现型探究包括观察、实验、模拟、调查、文献研究等形式，设计型探究包括产品设计和形式设计（形式设计是为表达抽象的观念或描述复杂事物而创造形式化的表达方式，包括文字、符号、图形、实物模型、数学模型等）两种形式。[8]
探究学习不仅仅局限于传统课堂中学科课程的学习，时间空间的限制正在打破，形式也更加多样。2000年教育部在《全日制普通高级中学课程计划（实验修订稿）》中增设了一种新型课程——研究性学习，研究性课程是一种以探究经验的获得为本位的生成性课程，与传统的学科课程分属于不同的课程范式,它以某一特定的具体问题或主题作为探究对象，以自主探究作为学生的主要学习活动方式，本质上与探究学习是一致的，是探究式的活动课程。[9]
还有一种称为“网络专题调查”（WebQuest）的课程，由美国圣地亚哥州立大学的伯尼•道奇（Bernie Dodge）等人于1995年开发的一种课程计划，是基于网络资源的主题学习，短周期的一般一至三课时完成，而长周期的一般耗时一个星期至一个月，也包含相当的探究成分。 [10]
1.2化学教学中提倡探究学习的意义
传统的中学化学课堂教学有两大特征：一是“以教师为中心”，教师滔滔不绝地讲，学生死气沉沉地听；教师接二连三地问，学生断断续续地答；教师不断地发出指令，学生手忙脚乱地去执行；学生的学习靠“听、记、背”，始终处在被动接受的地位，学生很少有根据自己的理解发表看法与意见的机会，因而兴趣弱、效果差。即便强调“精讲多练”，结果也是“课时训练——单元训练——专题训练——综合训练”重复演练，耗费了师生大量的时间和精力，极大地加重了学生的学习负担，学习失败感不断地困扰着相当比例的学生。二是“以书本知识为中心”，忽视直接经验的获得，教师的教学等同于教书，学生的学习就等同于读书，存在着“重理论，轻实践；重理性，轻感性；重结论，轻过程”的倾向[11]；课堂上大多数教师的教学以讲授为主，而很少让学生通过自己的活动与实践来获得知识，得到发展；依靠学生查阅资料、集体讨论为主的学习活动更少；教师经常布置的作业多为书面习题与阅读教科书，而很少布置如观察、制作、实验、阅读课外书籍、社会调查等实践性作业。
教学模式影响学习方式,而学习方式又与学习结果密切相关。学习方式一般有接受和发现两种；在接受学习中，学习内容是以定论的形式直接呈现出来的，学生是知识的接受者；在发现学习中，学习内容是以问题形式间接呈现出来的，学生是知识的发现者。两种学习方式都有其存在的价值，彼此也是相辅相成的关系。但是传统学习方式过分突出和强调接受与掌握，冷落和忽视发现与探究，从而在实践中导致了对学生认识过程的极端处理，使学生学习书本知识变成仅仅是直接接受书本知识(死记硬背书本知识即为典型)，学生学习成了纯粹被动地接受、记忆的过程。这种学习窒息人的思维和智力，摧残人的学习兴趣和热情。它不仅不能促进学生发展，反而成为学生发展的阻力。事实证明，传统的中学化学课堂教学严重违背了学习规律，不仅直接导致大量厌学和学习困难学生的出现，而且影响了学生创新精神和实践能力的培养。
针对多年来形成的这种现状，化学国家课程标准提出“将科学探究作为改变学生学习方式的突破口”。转变学习方式就是要改变这种状态，把学习过程之中的发现、探究、研究等认识活动突显出来，使学习过程更多地成为学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的过程。
探究学习关注与科学有关的问题和现象，从学生已有的知识开始，使学生积极参与寻找解释和答案的过程。探究学习的过程涉及信息收集和分析，要做出推测和预测，还须主动地构建、修正和放弃一些解释。在教师的指导下，学生在共同讨论证据、比较结论并把结论和科学知识联系起来的过程中，扩展了自己的理解。由于提高了质疑、推理和批判性思考的能力，学生增强了对自己学习的控制。科学知识扩展和探究能力的提高使他们得以探讨其他感兴趣的问题、提出和验证对其他现象的解释。探究学习涉及到深层次思维过程的重组，学习者获得了新的知识和思维方法，获得了对科学的真正理解 [12]。可见，探究学习是以积极的情感体验和深层次的认知参与为核心的学习方式，它能促进学生包括高层次思维在内的全面素质的提高。
化学课程中的科学探究，是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。学生通过亲身经历和体验科学探究活动，激发化学学习的兴趣，增进对科学的情感，理解科学的本质，学习科学探究的方法，初步形成科学探究能力。科学探究对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。同时中学化学教学有着自身的特点与规律，教学的内容与日常生活和生产实际紧密联系，给教师组织学生进行各种探究学习活动提供了丰富的素材。
化学教学中实施探究学习，除了增设研究性课程外，主要是在传统的化学学科课程的学习中渗透探究的因素，也就是实施以探究为主的课堂教学。这有利于克服目前班级授课制“忽视学生的个性，难以因材施教”的弊端，破除“教师中心”，充分发挥学生主体作用，改变传统的讲授型、灌输型的教学模式，变“听化学、记化学、练化学”为“看化学、做化学、用化学”，让学生在“活动”中学习，在“主动”中发展，在“合作”中增知，在“探究”中创新，从而使班级教学焕发出勃勃生机。探究式课堂教学还有利于开发学生的智力，发展学生的创造性思维，培养自学能力，通过自我探究引导学生学会学习和掌握科学方法，为终身学习和工作奠定基础。[13]
2. 构建基于探究学习的教学设计的理论框架
我国对“探究学习”的研究尚处于探索阶段，理论上的模糊认识导致了实践上的偏差，教学实践中提出的问题需要在理论上做出回答；探究学习的有效实施，教师的主导作用不容忽视，教师要为学生的学习设置探究的情境，建立探究的氛围，促进探究的开展，把握探究的深度，评价探究的成败，而这一切都离不开科学精心的教学设计。但传统的教学设计是以“接受学习”为中心的，其基本理念、内容、方法、程序等都存在不足之处，需要完善与创新。为此首先应构建“探究学习”的教学设计的理论框架。
2.1教学设计的理论发展回顾
早期的教学设计研究从属于教学论研究，是教学论研究的微观层面，形形色色的教学设计研究有一个共同目标，那就是建立一座能够沟通学习理论与教育教学实践的知识的桥梁，杜威和桑代克为教学设计研究科学化作出了重要贡献，特别是桑代克根据他自己创立的“联结主义学习理论”建立起一整套包括任务分析、教学方法、教学评价、教学测量的教学设计体系，这在研究内容和研究方法上都为教学设计研究打下了基础。
“二战”以后教学设计研究在西方世界兴起，先是行为主义学习理论的运用，以斯金纳的程序教学法影响最广。行为主义者认为人类的心理行为是内隐的，不可直接观察和测量。可直接观察和测量的是个体的外显行为。他们主张用客观的方法来研究个体的客观行为，并提出“心理即是行为”的观点。他们认为，如果给个体一个刺激，个体能提供预期的反应，那么学习就发生了。这就是著名刺激－反应(S－R)联结公式。行为主义特别强调外部刺激的设计，主张在教学中采用小步子呈现教学信息，如果学生出现正确的反应时应及时予以强化。虽然行为主义将从动物的机械学习实验中所得出的结论不加任何约束条件地应用于教学的做法后来受到了许多严厉的批评，但行为主义学习理论中重视控制学习环境、重视客观行为与强化的思想、尊重学生自定步调的个别化学习的策略至今仍具指导意义。特别是在行为矫正(即态度的学习)方面，行为主义的贡献是其它学习理论所不能比的。
随着脑科学的发展，人们对心理认知的研究逐渐增多，20世纪60、70年代行为主义在心理学领域的主导地位渐被认知心理学所取代，认知学派否定了行为主义所倡导的学习是机械的、被动的S-R联结的观点，主张研究个体的内部心理活动。认知学派认为学习是个体积极的信息加工过程，教学应该按照信息的心理加工顺序准备教学活动。这一时期认知性教学设计理论开始兴盛，其中重要代表性理论有皮亚杰的“发生认识论”，加涅的“学习层次说”，[14]奥苏贝尔的“学与教”的理论。这一时期还产生了一些对教学设计很有影响的教学论流派，如前苏联教育学家赞科夫的“发展性教学论”、美国著名心理学家布鲁纳的 “发现教学论”、德国教学论专家瓦根舍因和克拉夫基为代表的“范例教学论”。综观上述理论，认知学派对教学设计的主要启示包括：学习过程是一个学习者主动接受刺激、积极参与意义建构和积极思维的过程；学习受学习者原有知识结构的影响，新的信息只有被原有知识结构所容纳(通过同化与顺应过程)才能被学习者所学习； 要重视学科结构与学习者认知结构的关心，以保证发生有效的学习；教学活动的组织要符合学习者信息加工模型。可以说，认知学派为教学设计提供了丰富而有力的理论支持，但它与行为主义一样，研究的重点是知识和技能的传递的设计。这种教学设计由于只关注知识的传递，因而被称为以知识为中心的教学设计。在这种教学设计中，教师被看作是知识的主要来源，因此，也称为以教师为中心的教学设计。
进入80 年代教学设计理论有一个基本趋势，那就是把不同教学设计理论的因素与认知科学和教育技术学的发展综合起来，而且学习者与媒体和环境的交互作用成为教学设计关注的重要问题。自20世纪90年代以来，建构主义理论风靡全球，建构主义理论强调人类的知识不是纯客观的；不是他人传授的而是自己建构的；不是独自形成的而是在与外部环境的交互过程中形成的。就这一点而言，建构主义的知识观符合马克思主义哲学。建构主义与认知学派的另一分支——信息加工学派所关心的问题和研究方法不同，前者主要关心的问题是个体的心理加工过程，其主要贡献是信息加工的心理模型。感觉、注意、短时记忆、长时记忆等概念都是这一学派提出的理论范畴。但信息加工学派并没有回答个体加工的结果与原信息是否一致这个问题，默认的是客观主义的观点。即人所学到的知识是客观的。建构主义心理学家关心并不是心理加工的细节，而更多关心的是影响信息加工的心理因素。图式的概念便是这一分支的理论贡献。需要说明的是，信息加工学派与建构主义形成了优势互补，而不是相互排斥。信息加工学派关心的是加工过程，而不关心加工结果，而建构主义关心的是加工结果，认为图式不但会影响信息加工的结果(获得对信息的主观理解)，而且会影响加工过程。尽管对建构主义能否指导教学设计问题上仍有争议，但人们已经开始对建构主义的教学设计模式、原则、方法等展开了研究。[15]因为建构主义者强调教学要以学生为中心，要给学生控制和管理自己学习的权利和机会，学习过程应发挥学生的主动性、积极性，因而教学设计应主要围绕“自主学习策略”和“学习环境”两方面进行。由于以建构主义理论为基础的教学设计的主要任务是设计以学生为中心的学习环境，因此，被称为以学生为中心的教学设计。
2.2教学设计及其理论基础的分析
当前比较权威的教学设计概念的定义是：“教学设计是运用系统方法分析教学问题和确定教学目标，建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和对方案进行修改的过程。”[16]
不难看出，教学设计是一门方法论性质的学科，教学设计理论应该包括以下两方面的内容：（1）各种用于指导、规定教学活动(instructional action)和行为(activity) 的理论，关心的是具体教学问题。（2）教学设计过程模式，即以什么样的步骤和方法进行教学系统的设计，包括教学设计过程模式和教学设计方法等内容，关心的是设计问题。教学设计理论的研究对象是教学问题的解决方法和寻找解决方法的方法，发现、分析和解决教学问题是教学设计的主要外在活动形式。
基于上述分析，以学习心理学为主要理论基础来研究教学的客观机理的教学理论，以及探索人类学习的内部机制，着重研究学生学习的内部心理因素的学习理论，都不同程度地为分析、解决教学问题，为制定和选择教学方案提供了科学依据。因此，教学设计的理论基础首先要包括教学理论和学习理论，它们是教学设计理论的“内核”。当我们把教学过程看成是信息的双向传播过程，包括信息从教师或媒体传播到学生的过程和信息从学生传播到教师的过程，也即是师生人际交流的过程(当然教学过程不只存在师生交流这一种交流活动)；这样我们就可以利用传播理论来解释教学现象，找出某些教学规律，指导教学设计。教学设计应把教学过程各要素看成一个系统，来分析和解决教学问题，以使教学效果最优化，教学设计离不开系统方法的指导。可见系统理论和传播理论构成了教学设计的“外在形式”。
2.3基于探究式学习的教学设计的理论框架的构建
以知识为中心的教学设计和以学生为中心的教学设计，关注教学传递或学习环境的设计，各有千秋，而且产生了许许多多的教学过程设计的模式和方法，但程序化的操作性模式易使教学设计流于形式，难以解决具体的教学问题，如在大班额教学中的“因材施教”问题、实践能力和创新精神的培养问题。其症结所在是没有对学习活动在行为层面上做深入研究，教学设计者眼中的学习者主要作为个体学习者存在，所使用的分析工具和教学处方都是基于个体心理学的，总体来说都忽视了学习的社会文化属性，因而并没有构成一个完整的教学设计理论框架。
未来社会对人才提出新的要求，促使人们对教育和学习概念的重新思考。过去，对学习过程最传统的认识是：动机、接受、理解、记忆。而今人们无论对“教育”还是对“学习”都有了新的认识，更强调“交流”的作用。联合国教科文组织《国际教育标准分类法》（1997年版）对“教育”进行了重新定义，将“教育是有组织地和持续不断地传授知识的工作”改为“教育被认为是导致学习的、有组织的及持续的交流。”在此，学习是指个人在行为、信息、知识、理解力、态度、价值观或技能方面的任何进步与提高。“交流”是涉及两个或更多人之间的信息（包括消息、思想、知识、策略等）转移关系。探究学习是一种由任务（问题）驱动，在教师、学生群体（包括协作小组）、教学资源环境之间的交流互动过程中完成的。这样自然地就把教与学的过程视为一种社会的交往情境，从而产生一种行为理论（Activity Theory）的假设。
行为理论是一个交叉学科的理论，是研究在特定社会文化历史背景下人的行为活动的理论。行为理论的是以前苏联著名心理学家和教育家维果斯基和他的助手鲁利亚和列昂节夫共同提出的“社会文化－历史发展”理论为雏形发展而来的，20世纪90年代开始在美国和其他西方国家广泛流行。其哲学基础是马克思、恩格思的辩证唯物主义哲学，它的基本思想是：人类的行为活动是人与形成社会和物理环境的事物以及社会和物理环境所造就的事物之间的双向交互的过程。人的意识与行为是辩证的统一体。也就是说，人的心理发展与人的外部行为活动是辩证统一的。行为理论认为行为的主体、团体和客体以及将三者联系起来的工具、规则和劳动分工共同构成了行为系统，这个行为系统中包含环境要素(环境要素包含媒体要素)[17]。因而以行为理论为基础，兼收并蓄地吸收认知各学派的学习理论，特别要融合建构主义的基本理念，将教学传递的设计、学习环境的设计与学习行为的设计整合在一起，为基于探究学习的教学设计提供了一个完整的全新的理论框架。
3．基于探究学习的教学设计的实践研究
实施探究学习离不开科学的教学设计,探究学习的具体教学过程的设计必须建立在对其基本要素的正确把握基础之上,不同类型的探究学习的教学设计既有其共同之处,又有各自的特点和要求,针对不同类型的探究学习,借助于具体案例探索教学设计的一般方法和具体策略具有十分重要的实践意义.本课题只涉及课堂教学和网络专题探究(WebQuest)的教学设计,至于研究性课程因其他研究者已作过深入的探讨,故不再论述.
3.1基于探究学习的教学设计的基本要素的分析
基于探究学习的教学设计，同样包括目标、条件、方法、组织形式等四个基本要素。
（1）实施探究学习的条件及对教学设计的要求
学习条件可分为内部条件和外部条件。内部条件包括对学习内容的兴趣、先前学科知识和技能、 学习能力（认知、社会、情绪）等，外部条件包括教师、教材、任务、设备和材料、场所、时间等。外因必须通过内因起作用，学生必须有探究的兴趣、掌握一定的探究技能和方法，才能顺利地开展探究活动，而这也是我们实施探究式教学的出发点；不同学段的学生，其兴趣爱好不同，知识能力和心理发展水平不同，而且还存在个体差异，我们在进行教学设计，特别是探究任务设计是时应充分考虑这些影响因素。从外部条件来看，首先探究学习对教师的素质要求比较高，教师必须了解学习的内容，理解学习的本质，据此采用合理的教学策略，并能获得其他人员（如学校资料管理员、实验室技师和维修人员、家长、 科学研究工作者、社会工作者等）的支持。其次，开展探究性学习要求有物质条件的有力保证，学生应该可以方便、经常地使用多种设备、材料及其它资源，以便进行实验研究和调查研究；教室、实验室（包括校内的、科研机构的实验室）、各类场馆（科学中心、博物馆等）、工厂、社区等都可成为探究学习的场所，网络及多媒体技术也给探究学习提供了有力的技术手段，教师理应善于利用这些资源与手段。教师还必须给学生提供充分的时间，使得学生能够以探究的方式学习科学知识、发展探究能力、以及获得对探究的理解，除了课堂教学的时间以外，教师和学生还需要大量的时间来准备材料、设计活动、营造环境、搜集资料、参观调查等，这些时间必须纳入教学计划；学生必须有合作与交流的机会，包括与教师、其他学生、家长、科研人员等的交流与合作。
从上述的分析可以看出，探究学习体现了 “学生主体、教师主导、多方互动”的关系原则，因此相应的教学设计主要围绕探究任务或活动设计这个中心，从“自主学习策略”和“学习环境”两个方面入手。自主学习策略是指为了支持和促进学生有效学习而安排学习环境中各个元素的模式和方法 ,其核心是要发挥学生学习的主动性、积极性 ,充分体现学生的认知主体作用。常见的自主学习策略有：支架策略、抛锚策略、学徒策略、随机进入策略等。所谓学习环境是指学生学习过程中所面对的人际关系和学习资源的组合。学习环境的设计包括情境创设的设计、协作学习的设计、信息资源的设计。[18]
（2）探究学习目标的价值取向
学习目标即对学习结果的描述，是学习者经过教学后“知情意”方面的发展和变化，包括学科学习目标和一般性发展目标。前者就是我们过去非常重视的“双基”----基本知识（事实、概念、定律、理论）、基本技能（应用基本知识的能力），后者包括认知能力（注意、感知、记忆、概念、判断和推理）、社会能力（合作、表达、交流）、情绪智能（认识、表达、调节）、态度（积极的、中性的、消极的）。若把学习目标仅定位在掌握“双基”和发展认知能力上（此时发展认知能力实质上也只是为能更好地掌握“双基”服务），则教学便蜕化为“传授”与“训练”，学生的学习便只是“理解、记忆和练习”的不断重复。过去我们对基础的理解过于狭窄，是以知识的积累为中心的，强调知识的系统性，追求知识的数量，而忽视了知识的质量，所谓的“双基”过于陈旧，脱离实际，而且多采用灌输的方法，造成学生负担重、兴趣弱，实践能力差，缺乏创新意识。学习的普遍意义在应用、最高境界在创 新，因此我们必须重视兴趣爱好、把握研究问题的方法和统领全局的综合能力等关系学生是否具有创新能力和能否可持续发展的基础。
《基础教育课程改革纲要》要求：“改变课程过于注重知识传授的倾向，强调形成积极主动的学习态度，使获得基础知识与基本技能的过程同时成为学会学习和形成正确价值观的过程。”“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”可见，探究学习的目标应涵盖“知识技能、过程方法、情感和价值观”三个领域，并把后两者作为重点。
（3）探究学习的方法和教学组织形式
探究学习不同于接受学习，也不同于体验学习。接受学习基于陈述性知识，主要通过机械记忆、形式联想、意义联想等方法学习；体验学习基于实例，通过简单感知、机械模仿、应用练习等方法学习，而探究学习基于问题和任务，因此须通过寻求答案、尝试错误、方案论证等方法来学习。与此相对应的教学组织形式也不仅仅只是讲解、练习等，而应采用如发布信息、师生对话（启发式、辅导式）、小组合作、讨论和交流、个别学习等多种形式。基于网络的探究学习（如WebQuest），有其特殊的学习方法和教学组织形式。
3.2探究学习的具体教学过程设计
探究学习的具体教学过程设计通常包括以下几项任务：确定学习内容、选择探究类型、确定探究水平和组织形式、活动设计与材料准备。[19]
（1）确定学习内容
不可能所有的化学知识都以探究的方式来学习。这样做是不值得的，是低效率的，并且也会使人感到枯燥。应该选择学科领域中的核心内容，即那些能反映问题的化学科学逻辑和本质，对学科学习是基础性的内容；如催化剂的概念、质量守恒定律、金属活动性等。应该选择那些对提高学生的理解能力和创造性思维能力具有重要的价值的知识或技能，即对学生发展是有意义的。而且所选择的内容的应考虑到学生的年龄特点和兴趣所在，难度应适合于其力水平并具有一定挑战性。
（2）选择探究类型
① 观察。观察是指研究者围绕一定的问题，在一定的观察和测量工具的支持下，尽可能多地搜集有关研究对象的材料和数据，并据此认识事物的研究方法。观察是化学学习常采用的探究类型，包括展示性观察（观察实验、模型、图表等）和现场考察（考察工厂、研究机构、社区等）两种类型。
② 调查。调查是研究者围绕一定的问题，通过访谈、问卷、测试等形式，有目的、有计划地搜集有关研究对象的材料和数据，并据此认识事物的研究方法。调查往往与现场考察同步进行，一些与实际社会生活联系紧密的化学问题的学习宜采用这种探究类型。如“水资源及其合理利用”、“化肥及其使用情况”、“火灾原因及其防火和灭火方法”等，就可以先组织安排学生进行调查研究。
③ 实验。实验是一种用于确定条件与现象之间因果关系的研究方法。在利用这种方法开展研究时，研究者需要对一些无关因素加以控制，通过系统地变化某些条件来引发不同的实验现象，从而确定条件与现象之间的因果关系。实验根据其影响因素及所设计的方法分为单因素实验、两因素实验、多因素实验或有控制组的实验、无控制组的实验。化学探究学习就是要让学生有机会亲自设计实验探究方案。如“燃烧条件的探究”、“影响化学反应速率的因素的探究”等。
④模拟。模拟是通过制作研究对象的模型，并观察这一模型的行为方式或者对模型进行操作和分析来理解研究对象的特征。我们常通过电脑模拟一些化学实验，特别是一些目前用
中学仪器设备难以完成的实验或耗费时间长、比较危险的实验。
⑤ 文献研究。文献研究是研究者围绕一定的问题，通过检索和阅读文献（对文献的广义理解应是：记录人类知识一切载体，包括各种书籍、报刊、影片、录音带、录像带、幻灯片、电子文件等。），寻找问题的答案的过程。有时也将文献研究称为资料研究，通过互联网进行文献研究将成为化学探究学习的一个重要形式。如“元素周期表和周期律的发现历史研究”主要就是采用文献研究的方法。
⑥ 技术或形式设计。技术设计是指为了解决某个特定的问题，创造新产品或改进已有产品的行为。形式设计是为表达抽象的观念或描述复杂事物而创造形式化的表达方式，包括文字、符号、图形、实物模型、数学模型（表达式、程序）等。如与化学有关的“小发明、小论文、小制作”以及实验仪器或装置的改进等等都属于这种探究类型。
（3）确定探究水平。探究学习可从问题与假设、探究程序和探究结论的开助的不同分成不同的水平。表1[20]
水平等级
问题与假设
探究程度
探究结论
水平1
现成
现成
现成
水平2
现成
现成
开放
水平3
现成
开放
开放
水平4
开放
开放
开放
教学过程设计应根据具体的教学内容与不同的学段来确定相应的探究水平。教师在探究过程中的指导要正确把握一个度，教师的指导可分为操作性指导、辅助性指导和方向性指导。
从问题的提出来说，问题的性质比的来源就更重要，我们关心的是问题对于学生来说是否有探究的价值，而不定都要学生自己提出的才能引发探究，当然，教师首先应该是关注对学生自己的问题，并允许学生对问题先自主进行一些非指导性探究。随着探究的深入，教师的指导与帮助将越来越少，更多的只是起到向导的作用。那种连方案、步骤都由教师事先设计好，学生只要看看现象、记记结果的实验活动，谈不上真正的探究。
从设计与实施方案来说，如对初中学生的要求除了应该学会系统的观察外，还应该初步学会确定和控制变量进行定量实验测定，提出假设或做出预测，通过批判性和逻辑性思维建立证据和解释之间的关系，运用计算机检索、收集、处理有关信息；对于高中生，则要求他们能根据不同性质的问题采用不同的科学探究方法（如对照组、变量的选择与控制）、还应该学会把数学知识运用在科学探究的各个方面（如对实验的误差进行分析），具有较强的数据分析的能力，能较多地使用科学术语，能对探究结果提出一种解释方案或构造一个模型。
（4）组织形式的设计
针对不同的探究阶段采用不同的教学组织形式。在问题的提出常采用信息发布的形式，假设的形成和结论的得出多通过师生对话来完成，而设计实施方案除了个别学习外，自然离不开交流与合作。当然，对于某些有特殊学习困难的学生和有特殊才能的学生，可以考虑利用其他时机（如课外兴趣活动中）设计一些专门适合他们水平和需要的探究任务并采用他们乐于接受的组织形式，如与游戏或竞赛相结合。
（5）活动的设计与材料的准备
活动的设计是整个教学过程设计的重点。首先是确定活动的对象和目标，如为理解“pH值”的概念，而设计一个探究溶液酸碱性的活动；其次，要对活动行为主体---学生的特征进行分析，它涉及智力因素和非智力因素两个方面，与智力因素有关的特征主要包括知识基础、认知能力、能力结构变量；与非智力因素有关的特征则包括兴趣、动机、情感、意志、性格和人际交往特征等学习动力因素。教师必须了解这些有关行为活动主体的特征，同时明确学生在完成学习目标过程中可以利用哪些工具，每种工具的主要性能和特征以及能支持哪种活动和操作等，才能有的放矢地设计各种活动。如果活动需要以团体协作的方式进行，教师需要帮助学生进行划分小组、任务分工、明确责任与义务，制定活动规则、完成结果的评价标准等。在小组合作开展探究活动时，教师要注意观察学生们的行为，防止一部分优秀的探究者控制着整个局面，应该给每一个学生参与探究的机会，尤其是那些性格内向较少发言的学生，应给予特别的关照和积极的鼓励。应该帮助学生学会按照一定规则开展讨论，准确地与他人交流——正确解释表达自己的观点，能倾听别人的意见、善待批评以审视修正自己的观点，学会相互接纳、赞赏、分享、互助等等。生生间的交流十分重要：（1）在一个探究小组内或几个小组间，由于学生经验背景的不同，对问题的理解常常各异，学生在相互倾听中，明白了对同一问题别人也可以有其它的不同解释，有利于他们摆脱自我中心的思维倾向；（2）相互表达与倾听中，学生各自的想法、思路便明晰化、外显化，学生可以更好地对自己的理解和思维过程进行审视和监控，再通过相互质疑和自我反思，可以深化各自的认识；（3）交流、争论还有助于激发彼此的灵感，促进彼此建构出新的假设和更深层的理解；（4
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