电子书包学习环境的设计

[摘 要]随着信息技术的发展,电子书包已成为广大师生关注的热点,然而它在教学中的应用没有普遍开展,现今只是探索性的,其最大瓶颈是缺乏电子书包在课堂应用的软件环境和资源环境.如何设计电子书包,为学生提供一个理想的学习环境,是电子书包应用在学习中的首要问题.文章基于电子书包的功能、特点,针对目前学习环境中存在的问题,提出电子书包学习环境的总体设计框架,对其中的功能进行了详细分析,并以小学科学为例给出具体应用案例和实际应用效果分析,对当前电子书包学习环境建设,以及电子书包支持的教学活动设计具有重要的实践意义.

[关 键 词]电子书包；学习环境；小学科学

[中图分类号]G434[文献标志码]A

[作者简介]钟士军（1966—）,男,吉林长春人.副教授,博士,主要从事数字化学习环境研究.E-mail：zhongsj1966@126..

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》明确提出,要加快教育信息化进程.电子书包的设计、开发、应用无疑将推动教育信息化的发展.电子书包在我国试行已有十二年之久,但仍处于初级发展阶段,如何构建电子书包学习环境,为学生提供学习资源,解决目前学习环境中存在的问题,这些是本文主要研究的内容.电子书包决不是将书本装进电脑那样简单,抑或再装进练习、题库等,将书本、题海等资源电脑化.[1]电子书包除了为学生提供更加丰富的学习资源,其强大的软件环境将传统课堂转为“电子课堂”外,还能解决当前学习环境中难以解决的问题.本文基于小学科学“眼睛的科学”一课,设计了电子书包学习环境总体框架,从学生角度出发,考虑到学生课前、课上及课后的学习,主要设计了电子教材、导学案、个性化怎么写作等三部分内容.交互功能的实现是该学习环境的最大优势,包括人机交互、人人交互,便于学生课前自主学习、探究学习,保障学生课上主体地位,使学生课后突破时空限制进行学习.

一、目前学习环境中存在的主要问题

学习环境是学习资源和人际关系的组合,学习资源包括学习材料（即信息）、帮助学习者学习的认知工具（获取、加工、保存信息的工具）、学习空间（如教师或虚拟网上学校）等.人际关系包括学生之间和师生间的人际交往,学生不仅能得到教师的帮助与支持,而且学生之间也可以相互协作和支持.

学习环境是影响学习者学习的外部环境,是促进学习者主动建构知识意义和促进能力生成的外部条件.对学习环境的研究可以追溯到20世纪30年代Lewin关于心理动力场的理论研究,该研究拉开了学习环境研究的序幕.[2]尽管学习环境的改善对学生的学习与发展效果显著,但还是存在一些问题,这些问题主要集中在以下几个方面.

(一)学习目标定位偏低

学习目标是学生学习的出发点,也是学习的归宿,学生学习的知识可以分为三个层次,即概念层（描述性知识）、方法层（技能性知识）、控制层（驾驭性知识）.不同层次的知识对应的学习目标不同,概念层知识要求学生掌握基础知识、基本能力.在现有学习环境中对学生学习目标的要求大多停留在这一层次.方法层知识要求学生掌握相应学科知识的基本思想和基本思维,控制层知识的学习目标难度最大,主要培养学生具有对知识的基本态度和基本经验.培养创新人才,仅要求学生完成概念层的学习目标是不够的,但高层知识能力的培养在现有学习环境中又很难实现,这是学生学习目标定位偏低的根源所在.

(二)学习过程单一死板

不同地区的学生学习过程存在差异,条件差的地方仍停留在教师以板书形式向学生授课的模式；条件好的学校虽然不同程度地在教学中应用了信息技术,但基本是新瓶装旧酒,只是简单地将教学内容平移到PPT上,没有发生实质性改变.因此,学生学习过程普遍存在激发学习动机方式简单、感知教学材料基本通过课本或PPT、理解教学材料不深入、巩固知识经验方式老套、运用知识经验难以实现、测评教学效果不及时甚至被忽略等问题.

现代教学论认为,教学过程不单是传授与学习知识的过程,同时也是促进学生全面发展的过程.这就要求实现高层学习目标,打破现有的学习方式,加强师生互动,找准学科与信息技术的整合点,合理运用信息技术手段弥补现阶段学习过程的不足,个性化为每个学生量身写作学习环境.

(三)学生主体地位形式化

学生在课堂中的主体地位越来越受到重视,但基本还停在理论阶段,在实际学习过程中,学生的主体地位难以实现,在一对多授课模式下,现有的学习环境难以发挥学生的主体性.教师由知识的灌输者变成了教学内容的演讲者,整个教学过程是在教师的安排下进行的,学生只是被动参与,并没有真正成为主导者,更像是由知识的接受者变成课堂活动的执行者.不能充分发挥学生学习的主动性,探究学习效果不够理想,教师不是指导者,而只是指挥者.学生在整个学习过程中几乎没有自主选择权,不能按需学习,这些都是亟待解决的问题.

二、电子书包学习环境的总体设计

目前,电子书包尚没有统一、确切的概念界定.国外有两种代表性的观点.第一种观点认为,“电子书包是一个计算机支持的数字化协作学习空间,它以网络为环境基础,支持师生、生生间的同步或异步交流与资源共享”.[3]第二种观点认为,“电子书包是一种支持非正式学习的通用网络设施,学生可以使用基于蓝牙、无线网络等技术的设备,随时随地登录、退出电子书包,管理自己的数字资源”.[4]国内,祝智庭教授认为：“‘电子书包’目前还没有一个特别明确的概念,比较常见且较为贴切的一种理解是将‘电子书包’作为一种未来形态的教育电子产品.它将学生书包里的教材、作业、课内外读物、字典等学习用品全部数字化后整合在一个轻便移动终端中（重量约1公斤）.这样,相对于平均重量达3.5公斤的小学生书包、平均重量达5.5公斤的初中生书包,‘电子书包’首先被认同的优势就是其减负作用,当然主要是身体上的减负.”[5]“电子书包”替代传统的书包,减轻学生的肩膀负担,减少纸质材料的浪费.一方面,书本中静态的教学内容可以变成电子书包中绘声绘色的多媒体形式的教学内容；另一方面,这些智能终端还可以加入测试、反馈、网络交流等功能,为学生学习提供支持和怎么写作.[6]电子书包的功能强大,突出特点是可以实现实时交互,对学习环境中遇到的问题能很好地解决,平板电脑只是硬件,只有对电子书包进行合理、创新性的学习环境设计,才能解决现阶段教学环境中存在的问题.

(一)电子书包学习环境的结构设计

基于电子书包的功能、特点,本文按学生学习流程以课前预习、课堂学习、课后巩固为主线,设计了电子书包学习环境框架结构,主要包括以下几个部分（如图1所示）.

电子教材绝不是现行纸质教材的电子翻版,而是具有富媒性（丰富的媒体且具互动特性）、交互性（多维多向互动）、关联性（针对教学目标关联及知识结构重组）、开放性（内容可扩展）特征的电子教材.[7]电子教材是信息环境下数字化的纸质教材,是信息技术与传统教材整合后的数字化教材.主要用于学生的课前预习和课后复习.它具备了多种传统教材不具备的优势,虚拟教具的使用便于学生进行自主学习,强大的媒体功能向学生恰到好处地呈现知识内容.读书笔记帮助学生记录学习过程,既可以在相应知识点处记录,方便查找,也可以在专门区域单独记录,便于整理复习.

导学案包括“互动课堂”、“自学内容”、“拓展知识”等三个板块,主要用于课堂学习.“互动课堂”部分真正实现以教师为主导、学生为主体的学习.电子书包强大的数据统计及智能分析功能使得学生能真正参与到学习中.“自学内容”的设计辅助学生进行自主探究及小组合作学习,学生根据自己对知识的掌握情况选择相应难度的知识进行自学.“知识拓展”的设计主要满足对知识掌握较好的学生的高层次的需求,以不同媒体形式展现相关知识内容,解决了传统课堂既有学生“吃不饱”还有学生“消化不了”的情况,实现电子书包环境下的学生个别化学习.

个性化怎么写作的设计是学生课堂知识学习的延伸,突破传统课堂时空的限制,学生可以随时随地进行学习.“在线交流”便于学生建立自己的学习伙伴,共同学习、分享知识、交流经验,还可以向教师咨询学习中的困惑.“课后作业”是对课堂知识的巩固、运用,相对传统作业,电子书包学习环境下课后作业的设计,更利于培养学生运用知识的灵活性、创新性.教师通过统计功能,能够准确掌握学生对知识的掌握程度,及时进行教学调整.“测试习题”是学生自我检测板块,知识按照学习目标进行分层设计,每层随机抽取相应数量的习题,学生过关即可进入下一层次测试,否则重新抽题,这种测试方式避免了学生在已掌握的知识目标上耗费过多时间,做到对知识掌握薄弱环节重点突破.

(二)电子书包学习环境的功能设计

围绕电子书包系统的功能架构,研究者们从不同的视角出发提出了设计方案.本论文设计的电子书包学习环境针对性地解决目前学习环境中存在的主要问题：学习目标定位偏低、学习过程单一死板、学生主体地位形式化.分别对教学内容、互动系统、管理系统进行设计以实现电子书包学习环境下的独特功能.

1.教学内容设计

电子书包学习环境下教学内容的设计包括电子教材内容的设计、导学案内容的设计、课后作业的设计以及习题测试内容的设计.各部分的设计依据学生学习方式有所区别,形式除了静态图文形式,还包括动画视频、虚拟仿真等.这些媒体的使用建立在深度整合信息技术与课程的基础上,准确把握学科与电子书包学习环境的最佳整合点.

教学内容以教学目标为导向,电子书包学习环境下的学习目标设计更加注重学生对技能性知识的学习.本文设计的学习环境中结合相应课程及不同年龄段学生的特点界定恰当的学习目标,对传统教材的内容进行改进,着重设计培养学生高阶能力的教学内容,这部分内容主要通过虚拟仿真技术、三维动画等实现,如化学实验课利用虚拟仿真实验让学生体验一些现实生活中操作具有危险性的实验,生物课上通过三维动画向学生展示人体结构等.

2.交互系统设计

韩国从教育内容视角提出基于XML的电子课本标准并关注书包的交互特性.[8]电子书包交互系统的设计真正实现了学生的主体地位.课前学生与电子教材进行人机交互,学生用手或专用数码笔在平板电脑上操作进行自主探究,通过点击相应的动画视频等媒体资源,加深对图文内容的理解,教材中的习题点击答案按钮可显示正确答案和讲解,附带的读书笔记实现实时记录功能.

导学案中交互系统的设计是电子书包学习环境设计的重点,是电子书包对传统学习环境颠覆性的改革.班级授课一对多形式,传统课堂教师很难顾及学生的个别情况,通过交互功能的实现,教师能在最短时间内了解学生对知识的掌握情况,及时调整教学,给予个别学生特殊指导.学生学习过程不再是被动接受教师讲授的知识内容,而是小组进行合作学习,小组内互相交流学习收获或向全班展示收获.

系统的统计功能可将每个学生的情况及时汇总,如对一个知识点有哪些学生还没有掌握,没有掌握的原因是什么,这些在传统课堂要完成需占用很多时间进行统计,而在电子书包学习环境下,每个学生只需在自己的平板电脑上提交问题,教师机就会自动显示分析结果,既提高了课堂效率,又调动了学生主动参与的积极性.

3.管理系统设计

管理系统的设计包括学生的自我管理和教师对学生学习的管理,贯穿于学生学习活动的始终.学生的自我管理从课前预习开始,电子书包学习环境为学生提供了学习电子教材的自我学习管理工具——读书笔记,学生借助工具能够实时记录.导学案中自学内容和知识拓展部分内容的学习也要求学生自我管理,学生按需进行学习.习题测试也是针对学生自我管理进行设计的,以游戏闯关的形式激发学生的学习动机,满足学有余力的学生在完成作业后对自己的知识进行管理,系统自动记录学生学习过程,针对答题情况提供学习建议,学生根据系统建议进行主动学习.教师对学生的管理主要包括“课堂互动”、“课后作业”、“在线交流”等部分.“课堂互动”中学生以小组方式交流讨论,提交讨论结果,教师根据系统统计结果指导学生下一阶段学习.这部分内容的设计较传统学习环境最大的优势在于可以在课堂上快速统计出学生对知识的掌握情况,教师按学生需要讲解,而不是教条式完成教学目标.“在线交流”不但是教师对学生学习情况的管理,同时也可以管理学生的生活,及时发现不同年龄段学生的心理问题,进行心理调节,使学生身心得到健康发展.“课后作业”完成的情况反映了学生掌握知识层次的情况,教师根据系统统计结果,在下次课堂互动环节对学生给予指导,在自学内容方面给予建议.

三、电子书包学习环境在小学

科学课中的教学应用

以小学科学课《眼睛的科学》一课为例来介绍电子书包的教学应用情况.

(一)课程分析

1.教学内容分析

《眼睛的科学》（第一课时）是天津路小学科学校本课程“我们的身体”单元中的第三课,本课让学生认识眼睛构造；使学生初步了解近视和眼睛构造的关系,并培养学生发现、整理、筛选问题的能力,让学生能在已有问题、经验和现有信息的基础上,通过简单的思维加工,作出自己的解释或结论；能用自己擅长的方式表达探究结果,进行交流,并参与评议,能够对别人研究的结论提出质疑.同时,培养学生搜集、整理信息的能力和自学能力.

2.教学对象分析

四年级学生富于好奇心,思维活跃,勇于表现自己.他们在之前的各学科学习中已经有了探究学习的经验,喜欢动手实验,并积极思考.但是在探究过程中,兴趣仅停留在探究工具上,并不重视探索事物本质、追寻问题解决的方式方法,教师要适时适度地给予帮助指导.学生在学习本课前对眼睛的有关知识有浅层次的认识,在日常生活中,听说过检测性近视、近视等相关名词,但是并不知道眼睛的内部结构和近视的成因.

3.教学目标分析

知识目标：认识眼睛构造,初步了解近视和眼睛构造的关系.

过程与方法：善于提出问题,并能进行问题筛选分析.应用感官观察并结合电子书包“解暗箱”的体验活动,了解眼睛的构造,并在不断认识的过程中,有意识地对与眼睛相关的知识进行补充和完善.

情感、态度、价值观：保持发展、探究与发现的.同时,具备在科学学习中注重事实、克服困难、乐于合作与交流的科学态度.另外知道保护眼睛对于青少年的重要性.

4.教学重难点分析

教学重点：了解关于眼睛构造的名称及位置.教学难点：近视和眼睛构造的关系.

5.教具媒体应用

为了较好地突出本节的教学重点,并巧妙地突破难点,完成本节课的教学任务,本课应用电子书包多媒体教学系统辅助教学.

6.“明”教法“会”学法

依据《科学课程标准》,本课在教学中更注重过程.教师在教学中作为专题学习的引导者,借助信息资源创设情境,利用电子书包提供交流探究的平台.让学生在电子书包的虚拟空间中进行探究式的、发现式的学习,通过“提出问题—合作探究—协作查找—交流发布”的递进活动,提高学生的科学素养和信息素养.

7.教学意图简析

让学生通过电子书包的应用,在虚拟环境中得到体验,在形象基础上达到理解,在理解基础上解决关于眼睛的问题,关注眼睛的科学.

(二)教学应用

1.教学流程结构设计（如图2所示）

2.教学环节设计（见表1）

(三)教学效果分析

电子书包里有很多专业的“眼睛”专题学习平台.教师事先根据教学内容,从不同的角度入手,进行多方面知识的有机整合,形成专题知识库,让学生从整体来认识事物.

电子书包资源平台不仅为学生提供了完备的知识,而且还创造了自主学习和协作学习的互动环境,促进学生学习方式的变革.

同时,电子书包成为学生家长共享应用的平台,为学生的课外学习和家校互通交流抹上更亮丽的一笔.

总之,这节课在快乐的学习、多元的思考、知识的深层次理解中挖掘了学生的学习潜能.这种在电子书包应用中体验乐趣,在探究中思考,在资源中拓展知识的方法,也更加有效地提高了学生的科学素养.

四、总结与展望

电子书包的功能还在不断完善,设计电子书包学习环境迫在眉睫.本文描述了电子书包的学习环境设计,并将它应用到实际教学中,在此基础上对电子书包的设计提出以下几个原则.

第一：教学内容的设计注意培养学生创新能力和解决实际问题的能力.

第二：课堂互动的设计要在教师可掌控的范围内,在体现学生主体地位的同时,不能忽略教师的主导作用.

第三：管理系统的设计要调动学生参与到相应项目中,充分发挥系统的统计、管理功能.

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