發(fā)達國家非常重視科學教育，將其與母語以及數(shù)學并列（而國內的科學教育一直是“副科”待遇，即使像高中的物理、化學等學科，也是比數(shù)學、語文、英語低一等的），并且有比較成功的經驗，“做中學”被認為是最佳的教學方法。對于國內很多教師來講，每每聽到“做中學”一詞往往很自然地將其與物理、化學、生物等學科中的“實驗教學”聯(lián)系起來，至于信息技術在科學教育中如何應用，比較普遍的情形就是讓學習者在網上搜索某個問題的答案，其他有價值的探索則很少。我認為，這種使用信息技術的方式對課堂教學來講是失敗的，因為科學學科的課堂教學目的不是教會學生應用搜索引擎，網上搜索答案也僅僅只是“讀科學”，而非“做科學”，并沒有培養(yǎng)學生的科學精神和科學方法。本文期望通過幾個國外的實例，能夠引起國內科學學科的教師思考一個問題：信息技術究竟為科學教育帶來怎樣的變化？
　　
　　一、虛擬現(xiàn)實，讓科學思考更深入
　　
　　《廢物及回收利用》是一個以虛擬場景為開端的科學活動課程。雖然在現(xiàn)實生活中，學生都能夠接觸到廢物以及回收利用的問題，但鮮有機會進行系統(tǒng)的綜合研究和思考。
　　網絡探究Recycle City（回收城）
　　您和您的學生可以通過訪問Recycle City(http://www.epa.gov/recyclecity/)網址的方式，參與以下活動和游戲，所有活動和游戲所需的答案和信息被分散在城市的各個角落。每組學生需要選擇并合作完成五項活動。
　　1.假如你是一家超市經理，你會采用哪些做法來減少你所售商品帶來的垃圾數(shù)量呢？
　　2.思考過上面的問題之后，請參觀該市Recycle City的Maria’s Market，看看有沒有可供你參考的建議。
　　3.以下物品除了扔掉，請你說出三種對它們進行整體或部分二次使用的方法：
　　A.厚紙箱；B.塑料牛奶盒；C.玻璃罐；D.木板；E.塑料袋；F.報紙
　　你能在Recycle City中找出以上物品的其他使用方法嗎？
　　4.在Recycle City中找到提供剩余清潔物品使用說明的地方。你所在的城市有沒有獲取此類物品的地方？如果有，在哪里？
　　5.參觀Recycle City中的一些房屋，并尋找一些家庭中存在危險廢物的例子，共有幾處？有更安全、更天然的替代品嗎？
　　6.參觀任何你感興趣的場所。在進入前，先思考你有何舉措可以降低垃圾的產生和能源的消耗，然后點擊進入。看看你有沒有錯過什么，看看我們是否忽略了什么。
　　7.在Recycle City中巡視一番，找出所有可以幫助你減少汽車污染和廢物的提示。
　　8.加油站可不僅僅只是給汽車加油的地方，你能找出在加油站工作的Shaq為保護環(huán)境所做的6件事嗎？
　　9.所有垃圾中，你知道哪種可回收利用的物品占了最大的比例？
　　10.為了幫助班級項目小組籌款，Recycle City的學生們開展的三項回收利用活動是什么？
　　11.假如該市市長Turner女士邀請你代替她管理該市，你可以做些什么來幫助市民減少、重復使用和回收利用垃圾呢？
　　12.找出至少7種減少廢紙或反復使用紙張的方法。
　　13.找出至少3處出售二手書或舊書再利用的地方。
　　14.Recycle City危險廢物中心的Harlin Hazzard先生想雇你做他的經理助理，在你被任用前，你必須說出危險廢物之所以危險的四大特征。
　　15.在經理為你加薪前，你能告訴他哪些做法可以減少被掩埋的危險垃圾量嗎？
　　16.列一張清單，看看你家四周有哪些可以捐贈給慈善機構或社區(qū)而不是被丟棄的物品。
　　17.你或你的家人有哪些辦法減少收取垃圾郵件的數(shù)量？
　　18.Recycle City中有哪幾個地方可以找到廢舊輪胎？
　　在這個案例中，學生不是簡單地在網上瀏覽信息，而是要在虛擬城市中把平時分散在城市生活中的各種廢物集中看過后回答上述系列問題，而且這些問題并不是打開網頁就直接能夠找到答案的。學生在回答這些問題的時候，要分別扮演不同的角色。有的問題甚至具有一定的開放性，不同的學生可能有不同的回答。
　　通過上面的例子，我們可以看到一種基于網絡的虛擬現(xiàn)實的科學探究活動，學生在網上搜索不到現(xiàn)成的答案，而是需要學生通過網站、現(xiàn)實生活和自己的思考等多角度來回答。這個實例對我們的啟示是：教師進行教學設計時候，問題設置是非常關鍵的，這一點對于能否發(fā)展學生的高級思維能力至關重要。
　　
　　二、學習概念性知識的另外一種途徑和方式
　　
　　在科學教育中，科學知識和概念的學習是必不可少的，也是非常重要的。對概念性知識的學習有不同的方式，國內教師多用“講授法”，把知識直接告訴給學生，學生記住就可以了。“講授法”比較適合紙張文字發(fā)明之前，而在如今網絡發(fā)達的信息時代，已經有很多種途徑可以獲取知識，學習科學知識當然也不能僅僅限于“講授法”。
　　下面的例子是高中物理中“加速度”概念的教學案例，與國內普遍使用的教學方式大相徑庭。
　　“加速度”學習過程（本活動計劃至少持續(xù)3天，也可以改變時間表。）
　　
　　準備
　　每4個學生一組，每個小組做一個網站，其中要包括我們生活中關于加速度的各種實例。在每個小組中，學生每天扮演不同的角色。
　　領導者：負責小組的發(fā)展方向。
　　拉拉隊長：負責鼓動小組成員的熱情。
　　員工：負責操作計算機。
　　詢問者：負責和教師討論與學習項目有關的問題。
　　
　　第一天
　　介紹學習目標。要求各小組查找到所必須瀏覽的五種不同類型的網站。
　　利用電子表格軟件（如Excel），借助某個實例中的速度和加速度的數(shù)值繪制曲線圖，每個實例對應一幅圖表。
　　
　　第二天
　　如果學生在前一天的學習中遇到問題，可以通過網絡來查找關于加速度的數(shù)據(jù)，并利用五種方式中的四種來繪制數(shù)據(jù)圖。將找到的聲音片斷、圖片和下載的電影片斷存入網絡公文包中。
　　
　　第三天
　　根據(jù)要求，在網站上用自己的語言表達相應的內容。美化網頁的設計，包括背景和項目。用四段文字來表達自己已經學習的內容。檢查文章的語法，完成最后的修訂，然后在網站上發(fā)布。
　　
　　第四天
　　以小組為單位對網絡公文包中的內容進行評比，對每個文件都要進行點評。
　　對于中學生而言，“加速度”是一個比較難以確立的概念，因為它不同于大多數(shù)能夠直接感知的物理量——日常生活中我們感受到的是速度的變化，而沒有直接感受到加速度的變化。本教學片斷讓學生以小組為單位，從多角度獲取關于“加速度”的知識。團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)也是此案例的特點。與國內大多數(shù)教學不同的是，在教學的第三天和第四天，學生要能用自己的語言進行表達，各個小組要能對有關內容進行評價，國內教學一般認為諸如此類的概念已經是“真理”了，必須按照書本上寫的內容一字不差地記住，關于評價也只能是教師的事情，學生是斷然不能做的。筆者個人認為，雖然國內的教學中學生掌握了準確的“加速度”概念，雖然能夠得到“權威”的認可，但是，抹煞了學生的主動意識以及個性，失去了自己感悟知識的過程。
　　這個案例也為我們打開了另外一種通過網絡學習概念性知識的精彩思路，不是上網在搜索引擎中輸入“加速度”關鍵詞，再記住概念描述就算學習了。同樣是借助網絡，可以讓本來死板的概念活躍起來，讓接受知識的過程變得如此引人入勝、精彩紛呈。
　　
　　三、像科學家那樣進行研究
　　
　　前幾年在國內特別是高中階段被喊得轟轟烈烈的研究性學習，就是要求學生像科學家做科學研究那樣學習科學知識，只有經歷類似“準研究”過程，才能體驗到其中蘊含的科學精神，學習到科學方法。一般而言，這種教育思想是非常正確的，但是在實踐中遇到了很大阻力，其中之一就是無法像科學家那樣獲取大量供研究用的數(shù)據(jù)。沒有這些數(shù)據(jù)，“研究”就變成了走過場；要獲取大量的數(shù)據(jù)進行研究，就要花費比較長的時間，這使得教學實踐實行起來非常困難，更何況有些數(shù)據(jù)是學生根本不能直接獲取得到的。怎么破解？互聯(lián)網讓我們感到了“柳暗花明又一村”。
　　
　　“地殼的運動”研究活動
　　根據(jù)所研究的地區(qū)把學生分成若干小組，每組5～7人。如果課程的重點是美國大陸，就按照美國的不同地區(qū)來劃分小組，不然，就按照全世界的不同區(qū)域來分組。分組時要確保研究對象涉及所有的海洋和大陸。學生們登錄美國地質勘探局的網站，并查看他們所研究的地區(qū)最近有什么地質活動。
　　學生們在一張自然地理圖上標出所選地區(qū)的經度和緯度。（互聯(lián)網上有各種各樣的自然地理圖，可以根據(jù)地理區(qū)域來搜尋所需地圖。）
　　學生們運用上面所述的方法在地圖上標出世界范圍內的活火山和不活躍的火山。思考：活火山和構造板塊的位置之間存在著怎樣的關系？什么是關聯(lián)地震？
　　每周都在網站上查閱最新數(shù)據(jù)。幾周之后，比較一下地震的位置與構造板塊的邊界位置。保存網站上的所有統(tǒng)計資料。繪制曲線圖來展示這些變化。思考：地震的位置與構造板塊的邊界位置有著怎樣的關聯(lián)？
　　學生們在分組收集所研究地區(qū)的每周信息時，還要研究地震的背景和影響。運用互聯(lián)網上的搜索引擎來獲取關于地震和火山的更多信息。思考：在所研究的地區(qū)曾經發(fā)生過地震嗎？查看發(fā)生在過去的大地震。它們是何時何地發(fā)生的？這些信息與該地區(qū)的地質構造活動有何關系？
　　對火山的構造，包括火山噴發(fā)的動力學原理稍做解釋。對鄰近夏威夷活火山的地點進行探察。借助照片來增進對火山的構造和性質的理解。
　　學生們準備用多媒體來介紹他們對地理區(qū)域的研究成果。提供一種通用格式方便學生的表達，把他們的成果加以鏈接，以便做成一個世界范圍的成果展示。
　　將全班同學的研究成果合成一份世界上頻繁發(fā)生地震、火山活動地區(qū)的完整信息，以及這些地區(qū)之間的相互關系，討論地殼的運動特點和規(guī)律。
　　互聯(lián)網是一個海量的信息庫，如何在教學中恰當?shù)貞眠@些信息資源，是值得教師深刻研究的課題。“地殼的運動”一課研究的內容既和學生的生活有關系（因為每個人都生活在地球上，地震、海嘯等自然現(xiàn)象不僅僅見諸媒體，有時候自己也能親身感受到），又和學生的關系遙遠（因為對這些內容的研究似乎只有專業(yè)人員利用專業(yè)的儀器才能進行）。一個中學生怎么能夠完成呢？此案例利用網絡信息資源，讓專業(yè)的數(shù)據(jù)能夠為學生學習所用，學生真切地體驗到研究的過程。筆者認為，研究性學習不是閉門造車，也不是“小兒科”，如果能夠充分利用互聯(lián)網信息資源，研究性學習就能夠讓學生完成一個面向真實世界的大課題。
　　
　　四、讓學生面對真實世界學習
　　
　　在學習科學知識和訓練科學思維的教學中，有很多情況是在虛構的情境或者理想化的環(huán)境中進行的，比如物理學科中的各種習題，往往是假設的物理情境，學生面對的是經過抽象之后的問題，給人的感覺是科學原理都是遠離現(xiàn)實世界的，科學規(guī)律都是干癟無味的。之所以這樣，是由于在教學過程中受主觀和客觀因素的限制，沒有遵循科學探究的要求展開教學。在物理教材和教學中，往往由于實驗設備的限制和實驗方法的不正確，導致實驗數(shù)據(jù)誤差太大，從而不能得到應該得到的規(guī)律，于是教材或者教師就用一句“實驗表明”簡單帶過，直接給出物理規(guī)律。這種做法直截了當?shù)匕呀Y論“拋”給了學生，雖然達到了傳授知識的目的，卻對學生能力的培養(yǎng)有損。
　　在中小學科學課程中，可以說每個知識點都可能對應著一門專業(yè)知識，在互聯(lián)網上都有相應的專業(yè)網站，國外的同行們恰當?shù)乩眠@些專業(yè)網站的信息，讓教學內容變得真實可信。在上面例舉的“地殼的運動”教學案例中，學生重點訪問的是美國地質勘探局的網站。下面的案例是利用美國NASA網站開展的課堂教學，讀后也許您會有更深刻的感悟。
　　
　　“我們有多大”教學案例
　　
　　年級：9～12
　　教學目的：對宇宙的估算是學生分析復雜的天文現(xiàn)象所需要的重要能力，這些復雜系統(tǒng)可以被認為是由抽象的質量概念和一些具體的暗物質概念組成。
　　教學介紹：學生通過在互聯(lián)網上的搜索研究，找到一種估算宇宙中星系數(shù)量、星系中恒星數(shù)量和恒星平均質量的方法，然后利用這些數(shù)據(jù)估算宇宙中的物質（不包含暗物質）的質量。
　　學習活動：2～3名學生組成一個學習小組，教師指導各個小組制定一個計劃來探究如何估算宇宙中星系數(shù)量，向他們推薦國家航空和宇宙航行局（NASA）網站（www.nasa.gov），以此開始他們的探究（查找工具和資源），并且各小組間要分享他們的方法和成果。
　　學生估算出宇宙中星系的數(shù)量后，再制定一個計劃，來估算一個典型星系的恒星數(shù)量。當然，NASA網站仍然是進行這方面探索的優(yōu)秀網站，嘗試著用書面報告代替口頭說明，或者采用各小組中學生自己的天才創(chuàng)造形式。
　　估算了一個星系的恒星數(shù)量后，學生開始探究一顆普通恒星的質量。這個探究可以用原來的方法，有關信息仍然可以到NASA網站上獲取，重點應在探究普通恒星的質量上。在這個學習活動中，要介紹科學家的科學活動，特別是他們具有可借鑒性的研究成果。
　　利用學生在上述學習活動所獲得經驗，分析計算結果的誤差。一般地，誤差在5％到25％之間是合理的。學生應該花一定的時間來討論為什么數(shù)據(jù)結果的誤差在25％也是可以被接受的。
　　根據(jù)上述信息，學生利用簡單的乘法運算確定宇宙中物質的質量，鼓勵他們獨立發(fā)現(xiàn)結論并且證明其方法是正確的。之后，各小組應該給出估算誤差。
　　各小組綜合他們的探究結果，并進行不超過5分鐘時間的陳述。根據(jù)評價標準和協(xié)作情況對小組陳述進行評價。
　　平均和比較各小組得到的宇宙物質質量結果，可以在NASA網站上查找理論數(shù)值，這個數(shù)值每月都在更新，學生從中得到修改結論的必要信息，并且將他們的結果和網站上發(fā)布的數(shù)據(jù)進行比較。
　　作為拓展學習活動，利用“天文村”（即NASA未來教室，這是一款探索宇宙的軟件，網址：http://core.nasa.gov）向學生介紹登月過程。還可以利用NASA的各種資源探索宇宙的有關問題。
　　整個教學活動所需要的所有信息都來自于NASA，如果NASA網站沒有足夠多的相關信息，教學活動是無法開展的。其教學過程圍繞一個專業(yè)程度相當高的網站展開，這在國內還是非常稀少的；其教學內容是一個真實的而又宏大的問題，不是像我們翻來覆去鼓搗的那幾個“小球”、“小車”……筆者認為，這個教學案例的教學內容是目前國內高中教學階段所接觸不到的，應該引起我們的思考。
　　
　　信息技術源自科學，同樣信息技術又讓科學教育發(fā)生了翻天覆地的變化。以上僅簡述幾個案例，試圖管中窺豹，可見一斑。此外還有技術被應用到科學教育中，比如DIS數(shù)字化實驗系統(tǒng)在教學中的應用，使實驗教學更上一層樓，可喜的是國內已經有一些人士進行了有益的探索和研究。
　　我試圖把信息技術在科學教育中的應用感悟進行歸納，探索中發(fā)現(xiàn)技術的發(fā)展會讓科學教育呈現(xiàn)出五彩繽紛的狀態(tài)。
　?。?）網絡成為了學習媒介和對象，不論是課堂教學中用到的所謂“課件”還是資源，均可以來源于網絡。
　　（2）網絡支持下的“做中學”有了更廣泛的含義，把虛擬的和真實的世界結合起來，學生思考的內容更加深遠和廣博。
　?。?）科學教育越來越要求面向真實的世界，解決實在的問題，專業(yè)網站為此提供了強有力的支持。在此特別呼吁國內有關部門的專業(yè)網站應該建設得更有意義一些。與美國的有關網站相比，國內相關部門網站建設嚴重滯后，功能單調，缺乏社會責任感。
　?。?）協(xié)作、質疑、探索、表達等內容貫穿在教育的過程之中，努力使學生的思維更開放。