项华:小小数字科学家的播种者

“给小小数字科学家们有模有样的探究活动点个赞”，这是我国当代教育家顾明远先生看了首届北京市东城区青少年科学技术学院“数码探科学”大赛学生优秀作品后亲笔写下的一行字。

“数码探科学”大赛至今已经举办过两届，面向北京市东城区青少年科学技术学院的六年级全体学生。作为数字科学家计划的实践检验，给项华教授带来更多的认可和肯定。他多年来的探索终于结出了丰硕的果实。

项华，毕业于北京师范大学，曾师从我国著名教育家顾明远先生和物理科学教育家阎金铎先生，现在是北京师范大学物理系教授。他长期从事中学物理教学概论的教学与研究工作，主持过国家级中学物理教学与信息技术整合课题，也主持过国家级新课程中学物理骨干教师培训工作。他很早就意识到将中学物理教学与信息技术整合的必要性。

信息时代的科学思考

身处信息时代，项华教授对科学技术进行了深刻的思考，他在自己的一部专著中写到：“21世纪的科学与技术正在面临着一场全新的、激动人心的转折。这场转折以整合或者聚合信息技术、纳米技术、生物技术和认知科学的整体科学技术观为特征，旨在全面提升人类能力和生命质量。它将关注点聚焦于人。”他意识到，首先，现代科学之形态在实物实验和数学理论之后出现了基于计算机的第三种形态――计算，在现代物理课程和教学之中必须考虑这种形态；其次，传统的物理课程、教学与评价存在着一些缺失，比如缺少采用工程法解决问题的训练，又比如缺少三维运动图景的想象与训练等等，而这些缺失只有通过深度整合来解决；再次，随着宽带互联网、交互式电子白板等设备进入课堂，传统的课堂教学形式将会发生改变，协同教学备受关注，而创新教学模式需要在深度整合理论引领下完成。

数据探究理论就是在这样的背景下被提出来的一种深度整合理论。一些基本概念与教学原理构成了所谓的数据探究理论。

信息是数据探究理论的逻辑起点。数据是数据探究理论的另一个重要概念。探究式教学是一种以科学探究为基本特征的教学模式，其实质是引导学生通过类似科学家的探究过程理解科学概念和科学本质。依据科学的三种形态，将探究式教学分成实物探究、数学推理探究和数据探究。数据探究是一种基于计算机的探究式教学，是提高学生科学信息素养水平的必要途径。数据探究在教师观、学生观、学习观和评价观上均具有新的内涵。首先，教师是数据探究的促进者与合作者。其次，学生是具有创造能力的学习主体。数据探究应该把学生置于一个有社会意义的团体中，培养“共生性”与“交互性”，体验创造的意义和价值。还应该体现STS教育，强调人对自然、社会、人生的责任和义务。再次，数据探究是一个建构的、社会化的综合体验过程。学习者总是依据已有经验、心理结构和信念来选择一些信息或数据，从中经过数据挖掘得到推论，并根据推论来构建关于世界的认识。最后，评价是开放、多元的反馈过程。数据探究评价认为学习是一种建构独特意义的过程，注重对探究过程的评价，关注评价的开放性和多元性。

基于以上的理论探索，项华教授建构了自己的数据探究理论。理论是从实践中摸索出来的，还要再经过实践的检验。项华教授在自己的教学实践中意识到，“数据探究作为一种出现在大数据时代并逐渐兴起的探究方式，不应该只是具有深厚技术基础的人的专利，也不应该因为仪器设备不够顶级、专业而远离普通人的视线。数据探究可以存在于生活中的各个细节中。由于数码工具愈发多样、智能，可探究的事情会更加多样化和生活化，而探究过程也会更简便。”于是，在他心里酝酿已久的数字科学家计划便诞生了。可以说，数据探究理论是数字科学家计划的基石。

数字科学家计划

所谓数字科学家计划，是一种大数据环境下培养学生用数码相机、计算机编程、互联网等手段解决科学问题的潜能的行动计划。

项华教授向记者介绍到：数字科学家计划主要有两方面特征：一是数字科学家是一种科学教育模式符号，以“科学家”符号将抽象的科学教育理念人物化和直观化，既准确地表述了现代的科学教育理念，也便于师生理解和实施。榜样的力量是无穷的，虽然科学不能解决人类所有的问题，但是科学家们为我们积累的知识、思想、方法、科学精神过去是将来也是破解社会难题的重要途径。二是强调发挥大数据环境下第三种科学形态的育人功能，这是当今科技与科学教育创新的重要切入点。

“数字科学家”的核心思想在于以学生发展为基础，通过简单、操作性强的科学分析方法，激发学生进行数据探究的兴趣；通过设定实验计划-进行实验-处理实验数据-分析实验数据-得到科学结论的过程，使学生形成科学的思维方式，提高学生的数据素养水平乃至科学素养水平，从而更好地并独立地进行一系列科学探究活动。

数字科学家的数据探究教学模式是在WebQuest（基于网络的主题探究）模式的基础上改造而成的，主要有5个模块。

核心问题：WebQuest的核心是设置一个开放性的问题。这个问题设定了WebQuest的清晰目标，鼓励学生回顾原先掌握的知识，激发学习者进一步探索的动机。

任务指南：提供一个“脚手架”，引导学生设计、经历和体验专家的思维过程。“脚手架”将令人望而生畏的探究项目打碎成若干个片段，引导学生研究较为复杂的科学问题。

海量资源：创建一些到其他互联网站点的链接来共享网络资源。通过运用多样化的互联网资源，可以为不同学习水平或不同学习方式的学生提供信息资源。

实施“做中学”：要提供高层次的思维指南，体现“做中学”的教学理念，保证动脑和动手的教学方式落到实处。

交流与评价：WebQuest一般用量规提供自我评估的标准，提示学生已经学到了什么，并鼓励把这种探究的经验扩展到其他领域。评价人员可以是教师，也可以是家长和同学。

培养小小数字科学家

基于以上的数字科学家的数据探究教学模式，项华教授带领团队在北京市东城区连续三年开设了“数字科学家课程”，并组织举办了两届“数码探科学”大赛活动。受到了东城区授课教师、学生和家长的普遍欢迎。

北京市东城区史家胡同小学王红老师说：“‘数码探科学’大赛活动给这些即将升入中学的孩子们搭建了实现梦想的平台，激发了孩子们的学习热情。参赛的每个项目的探究都需要经过一个较长的过程。在这个过程中，每一步都有一定的原则、方法和技巧。学生从中学会了一些科学探究的基本方法和技巧，体验了探究过程。探究需要学生综合运用所学知识，需要进一步学习相关领域的专业知识，需要学习科学探究的方法和技巧。这些内容的学习，将极大地提高学生自主学习、探究学习的能力。”北京市东城区府学胡同小学轩宇飞同学说：“探究过程也不是我想象的那么简单，选哪种树木、怎么观察、怎么记录数据，都需要我去实践。到了后期，我渐渐地喜爱上这种探究了，当我沉浸于这些数据的分析时，感到奇妙无穷，这可能就是科学探究的魅力吧！”

目前，数字科学家计划已经从最初的课题研究转向项目推广的阶段。建设了“数字科学家”网站，形成了一种大数据环境下的科学教育模式，形成了“数字科学家”课程的教师培训经验，还形成了低、中、高端数字环境装备的课程实施经验，已经具备了在更大范围实验和推广的条件。

项华教授的努力和实践将科学探究的种子播撒在青少年的心中，让孩子们从小就有了科学探究的意识，并将身边的现象作为自己的研究对象。他希望有更多的教育者关注数字科学家计划，在数据探究教学模式的启发下，摸索出更多教育信息化的新途径和新方法。

作为小小数字科学家的播种者，项华教授正在全国推广自己的数字科学家计划。相信不久的将来，会有更多的孩子爱上科学，爱上利用数码设备以及常见的软件探究身边的科学问题。