數(shù)字教育出版情境創(chuàng)設(shè)的路徑探析

摘要：教育部印發(fā)的《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出，在教學(xué)過程中，教師要選擇恰當(dāng)?shù)恼鎸嵡榫常O(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生要能夠運用科學(xué)思維探討真實情景中的生物學(xué)問題。情境的創(chuàng)設(shè)是數(shù)字出版的重要手段，數(shù)字出版能為教學(xué)創(chuàng)設(shè)更好的情境，二者相輔相成。然而，并非以數(shù)字化手段呈現(xiàn)的情境都是有效的，如果設(shè)計理念不正確，就無法達到預(yù)期效果。所以，數(shù)字出版應(yīng)基于新課程標(biāo)準(zhǔn)要求，注重資源制作中情境創(chuàng)設(shè)的有效性、合理性。文章從教師、教學(xué)素材和學(xué)生三個角度出發(fā)，以初中生物學(xué)中的“光合作用”內(nèi)容為例，闡述在數(shù)字教育出版中通過“創(chuàng)設(shè)交互情境—構(gòu)建概念體系—解決真實問題”模式，有效創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，提升數(shù)字出版質(zhì)量的方法。

關(guān)鍵詞：情境創(chuàng)設(shè)；數(shù)字出版；科學(xué)史；學(xué)科素養(yǎng)；建模

中圖分類號：G434；G633.91 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-8883（2022）23-0204-04

一、教育出版情境創(chuàng)設(shè)現(xiàn)狀

（一）忽視情境創(chuàng)設(shè)

學(xué)生核心素養(yǎng)是否得到了發(fā)展，其根本在于能否利用學(xué)到的知識解決現(xiàn)實生活中的問題。因此，學(xué)生要掌握重要的知識概念，并掌握解決問題的方法。然而，目前已有的大部分?jǐn)?shù)字資源在講解知識概念時，直接呈現(xiàn)知識原理，并不重視情境創(chuàng)設(shè)，即沒有為學(xué)生提供理解概念和解決問題的舞臺。

例如，在初中生物學(xué)“光合作用”這一內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生要掌握概念，就必須要知道光合作用的原料、反應(yīng)條件、反應(yīng)場所及產(chǎn)物等。在策劃這一數(shù)字資源時，可以基于學(xué)生的生活經(jīng)驗提出問題，呈現(xiàn)相應(yīng)的場景，讓學(xué)生在真實情景中分析問題并形成概念。在此基礎(chǔ)上，再將知識遷移到現(xiàn)實生活中，嘗試解決問題。

（二）情境創(chuàng)設(shè)失真

學(xué)生所使用教材的文字是經(jīng)過專家團隊逐字逐句反復(fù)推敲過的。一句看似簡單的話語，一幅看似常見的插圖，其都可能具有豐富的含義。在教師解讀教材信息前，學(xué)生很難深入領(lǐng)悟其內(nèi)涵。數(shù)字技術(shù)可以多維度、立體化、可視化地呈現(xiàn)抽象概念，能提升學(xué)習(xí)興趣，有效降低學(xué)習(xí)難度。

然而，如果情境設(shè)計不合理，則無法達到預(yù)期效果。信息在傳遞和轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的衰減趨勢被稱為“漏斗效應(yīng)”。一些平臺為學(xué)生提供的數(shù)字出版資源，其對教材內(nèi)容的解讀，對某些知識點的講解并未真實、準(zhǔn)確地呈現(xiàn)知識的內(nèi)涵，甚至出現(xiàn)斷章取義的情況，給學(xué)生提供了錯誤的情境元素。

（三）難以體現(xiàn)教師教學(xué)的個性化

現(xiàn)成的情境化教育資源能夠豐富教師的課堂教學(xué)，更好地呈現(xiàn)微觀的、抽象的、豐富多彩的知識世界。學(xué)生是具有獨立思想的個體，需要擺脫束縛、釋放個性，進行個性化學(xué)習(xí)[1]。教師也是獨立的個體，他們也需要根據(jù)自己學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、自身的特長和教學(xué)習(xí)慣，制定一套有利于師生共同成長的個性化教學(xué)方案。然而，目前常見的情境化數(shù)字教育資源，如動畫、視頻等，無法二次編輯，難以滿足教師多樣化的教學(xué)需求。

針對以上問題，筆者嘗試以“光合作用”這一內(nèi)容為例，談?wù)勅绾瓮ㄟ^數(shù)字出版為中小學(xué)教育教學(xué)創(chuàng)設(shè)情境，并兼顧學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)和教師的個性化教學(xué)。

二、課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)有效情境創(chuàng)設(shè)

新課標(biāo)要求高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，要選擇恰當(dāng)?shù)恼鎸嵡榫常O(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生解決真實情境中的問題或完成實踐項目。教師評價時，要以真實的任務(wù)情境為背景……[2]以“光合作用”為例，新課標(biāo)的要求是“學(xué)生能夠運用植物光合作用解釋生產(chǎn)生活中的相關(guān)現(xiàn)象”。教師上課時可以引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)史，了解科學(xué)家探究光合作用的歷程，認(rèn)識到科學(xué)的發(fā)展是眾多科學(xué)家長期探索、共同努力的結(jié)果等[3]。

“光合作用”是中學(xué)生物學(xué)的重要內(nèi)容，科學(xué)家們的探究歷史資料豐富，其中有一系列經(jīng)典實驗。如果能讓學(xué)生站在科學(xué)家們的角度，在相應(yīng)的時代背景下，針對遇到的問題提出解決方案，那么能夠鍛煉學(xué)生的思維能力，有效提升科學(xué)素養(yǎng)。

三、教育出版情境創(chuàng)設(shè)的有效路徑

教育部等部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于大力加強中小學(xué)線上教育教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用的意見》和《關(guān)于推進教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》，均對數(shù)字教育資源建設(shè)提出要求。課堂教學(xué)是教師、教學(xué)材料、學(xué)生三者之間相互作用的過程[4]。優(yōu)質(zhì)的數(shù)字化教學(xué)材料是教學(xué)過程的催化劑，能讓教師的課堂更精彩，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更有效。

例如，“光合作用”是初中生物的學(xué)習(xí)重點。光合作用看不見、摸不著，具有一定的抽象性，學(xué)生理解、運用這個知識點有一定難度。在中學(xué)階段，還有很多與之類似的知識。這一類難點應(yīng)該如何突破？筆者認(rèn)為，可以從根源出發(fā)，找到知識出處，挖掘其背后的有趣故事。

以“光合作用”為例。歷史上，多位科學(xué)家接力式地探索，“謎團”才逐漸被揭開。市面上與科學(xué)史相關(guān)的書籍大多深奧晦澀，數(shù)字出版技術(shù)則能將抽象的科學(xué)史形象直觀地展現(xiàn)出來，為學(xué)生再現(xiàn)歷史情境。在這類數(shù)字資源的建設(shè)中，需要注意六點。

（一）情境素材的選取應(yīng)適切，聚焦有效信息

從范·海爾蒙特到普利斯特萊、揚·英根豪斯、薩克斯、恩格爾曼、魯賓和卡門、卡爾文，這幾位科學(xué)家的經(jīng)典實驗將光合作用的原料、條件、發(fā)生場所、產(chǎn)物描述清楚了。這些科學(xué)史材料適于提供給學(xué)生，而科學(xué)歷史上其他的科學(xué)家，如分離出葉綠素的佩利蒂歐和卡文陶，測出光合作用釋放的氧氣和吸收的二氧化碳體積比值接近1的梅耶等[5]，則無須在教學(xué)情境中為學(xué)生一一呈現(xiàn)。

數(shù)字教育資源增強了信息的承載能力，加速了信息的傳播，同時也易造成信息泡沫[4]，給學(xué)生增加學(xué)習(xí)負擔(dān)，所以選材要適切，不能為了創(chuàng)建情境堆砌素材。教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)是為了讓學(xué)生置身于光合作用探究歷程中，跟隨科學(xué)家的腳步，還原當(dāng)時的探究過程，逐步構(gòu)建出清晰的概念?！叭~綠素的分離”“釋放的氧氣和吸收的二氧化碳體積的比值”這樣碎片化的情境一旦出現(xiàn)在初中生的學(xué)習(xí)素材中，勢必割裂他們的思維過程，分散他們的注意力。對于常年從事科學(xué)研究的，有豐富科研經(jīng)驗的科學(xué)家來說，全面的研究資料能夠讓他們獲取靈感。但對于初中生而言，龐雜而無效的情境碎片，會讓他們迷失在概念構(gòu)建的過程中。

（二）情境素材的呈現(xiàn)須真切，還原真實場景

范·海爾蒙特的實驗發(fā)生在17世紀(jì)上半葉，教學(xué)中呈現(xiàn)他的科學(xué)研究一般是為了分析其“錯誤的結(jié)論”——樹木重量的增加來自雨水而非土壤。但是，反觀其開展實驗的年代，在400多年前，他通過實驗稱量得出“土壤在五年時間里減少了0.6克”，如此精確的實驗結(jié)果令人驚嘆，能有這樣的發(fā)現(xiàn)實在很不簡單。而且，當(dāng)時海爾蒙特做這個實驗是為了證明“水是所有物質(zhì)的源泉”。海爾蒙特對自己的實驗結(jié)果很滿意，他認(rèn)為他的實驗證明了水是植物生長的最基本的要素[6]。雖然他的實驗結(jié)論并不準(zhǔn)確，但這一實驗結(jié)果仍能啟發(fā)學(xué)生思考：海爾蒙特的柳樹實驗中，減少的0.6克是誤差嗎？這些“土壤”是如何“散失”的？其實，這缺失的0.6克“土壤”是植物生長消耗掉的養(yǎng)分。通過對科學(xué)史情境、素材的客觀評價與深度挖掘，能為學(xué)生提供更多可以探尋的教學(xué)切入點。

在展現(xiàn)這一科學(xué)史料時，需要充分了解人物的時代背景，以及科學(xué)研究的前因后果，使數(shù)字資源的畫面背景、人物著裝、人物形象符合時代背景以及人物性格。

海爾蒙特出身于貴族家庭，在學(xué)有所成之后，經(jīng)歷過迷茫而又叛逆的青年時代。得益于偶然的機會，他被點醒，開始博覽群書，成為一位不求名利的科研人員。他悉心鉆研，追求真理，認(rèn)為生命基本上是一個化學(xué)現(xiàn)象[6]。在呈現(xiàn)海爾蒙特實驗這一情境的資料時，可以在動畫或視頻畫面上添加一些元素，讓學(xué)生了解到，海爾蒙特是一位擅長化學(xué)研究的科學(xué)家，讓學(xué)生了解這位偉大的科學(xué)家的重大貢獻。通過對科學(xué)史料的深度挖掘，為學(xué)生呈現(xiàn)更加接近歷史真相的情境素材，而不是一段架空研究背景的現(xiàn)代動畫，這會讓學(xué)生受益匪淺。

（三）情境素材的設(shè)計重交互，鼓勵學(xué)生參與

新課標(biāo)提出，教學(xué)過程重實踐，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是主動參與的過程，要選擇恰當(dāng)?shù)恼鎸嵡榫?，設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生積極參與動手和動腦的活動[3]。怎么讓學(xué)生參與到遙遠的歷史中，“親歷”科學(xué)家的探究之路呢？筆者嘗試通過Html 5技術(shù)，設(shè)計交互程序，讓學(xué)生了解科學(xué)家所處的時代背景，嘗試動手構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ?，觀察“實驗”結(jié)果。

在光合作用研究歷史中，科學(xué)家普利斯特萊發(fā)現(xiàn)，因為動物呼吸或蠟燭的燃燒而使得“有害”的空氣能被植物重新復(fù)原[6]。這個發(fā)現(xiàn)對初中學(xué)生來說，理解的難點不在于實驗結(jié)論本身，而在于普利斯特萊為什么要設(shè)置這樣的實驗，什么是“有害”的空氣？經(jīng)過小學(xué)科學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)熟知空氣、氧氣、二氧化碳等前概念，他們不理解，普利斯特萊所描述的“有害”空氣就是現(xiàn)在所說的二氧化碳。他們獲得的前概念反而成為學(xué)習(xí)該實驗的障礙，要了解普利斯特萊實驗設(shè)計的精妙之處只能通過情境創(chuàng)設(shè)來呈現(xiàn)。

制作交互型數(shù)字資源時，首先要將當(dāng)時的科研背景交代清楚，即人們還不清楚空氣的具體成分。普利斯特萊在實驗前一直認(rèn)為動物和植物對空氣的影響是相同的。并不知道植物能夠產(chǎn)生氧氣。此外，當(dāng)時有科學(xué)家提出，空氣中含有某種“生命的神秘食物”在植物的生長過程中起到了作用[6]。交代清楚這些事實后，在交互程序中為學(xué)生們提供研究“素材”：動物（小鼠）、植物、點燃的蠟燭、玻璃鐘罩，還原研究場景，如圖1。

學(xué)生在交互程序中進行虛擬設(shè)計，通過動手操作，構(gòu)建實驗?zāi)Ｐ?。在本交互程序的設(shè)計中，所有實驗場景都需要以太陽作為背景，以強調(diào)普利斯特萊是在有光照的條件下完成實驗的；玻璃鐘罩罩在任何物體上后，默認(rèn)鐘罩內(nèi)是密閉的環(huán)境，如圖2。

交互程序的響應(yīng)需要符合這樣的邏輯：當(dāng)學(xué)生將點燃的蠟燭單獨放在密閉的玻璃鐘罩內(nèi)，即學(xué)生在電腦上將點燃的蠟燭拖拽到玻璃鐘罩里之后，能夠觀察到（界面呈現(xiàn)的效果）蠟燭燃燒一段時間后，逐漸熄滅；將小白鼠單獨放在密閉的玻璃鐘罩內(nèi)，能夠觀察到小白鼠活動一段時間后，慢慢死亡；將植物與點燃的蠟燭一起放在密閉的玻璃鐘罩內(nèi)，一段時間后，能夠觀察到蠟燭還未熄滅；將小白鼠與植物一起放在密閉的玻璃鐘罩內(nèi)，一段時間后，能夠觀察到小白鼠仍然能夠正常地生活，如圖3。

觀察、分析虛擬的“實驗結(jié)果”后，能夠得出結(jié)論：植物能更新空氣。通過交互程序的虛擬操作，學(xué)生深度“參與”了科學(xué)實驗?zāi)Ｐ偷拇罱?，體會科學(xué)家的設(shè)計思路。

（四）借助思維導(dǎo)圖梳理重點概念，構(gòu)建知識體系

通過動畫為學(xué)生呈現(xiàn)形象的歷史畫面，以及科學(xué)家背后的有趣故事。通過交互程序，讓學(xué)生動手實驗，重走科學(xué)家的探索之路。最后，將科學(xué)家們各自的研究結(jié)論呈現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生基于自己的理解，構(gòu)建光合作用的概念。此時，可以為學(xué)生呈現(xiàn)光合作用科學(xué)史的思維導(dǎo)圖[7]，讓學(xué)生回憶海爾蒙特、普利斯特萊、英根豪斯、恩格爾曼這幾位科學(xué)家的重要貢獻，嘗試構(gòu)建光合作用的概念框架，如圖4。

（五）優(yōu)化資源設(shè)計彰顯教學(xué)個性，展現(xiàn)教學(xué)差異

數(shù)字教育出版資源在技術(shù)要求上有一定的門檻。例如，動畫制作需要用到專業(yè)的軟件，基于Html5的交互設(shè)計需要進行專業(yè)的界面設(shè)計并編寫代碼等。這對于大部分教師來說，即使有數(shù)字資源的源文件在手，也無法通過二次加工融入自己的教學(xué)設(shè)計理念。筆者認(rèn)為，數(shù)字出版行業(yè)可以從以下兩個角度，考慮實現(xiàn)教師的個性化使用數(shù)字資源。

1.提供碎片化的數(shù)字情境資源

對于動畫或視頻類的數(shù)字情境資源，可以為教師提供簡短的、碎片化的資源，同時設(shè)計相應(yīng)程序，方便教師根據(jù)自己的教學(xué)需求選擇視頻資源，調(diào)整視頻的播放順序。根據(jù)學(xué)生的實際情況，自行編寫旁白腳本，對視頻進行重新配音等?；蛘咦尳處煂⑽磁湟舻囊曨l發(fā)送給學(xué)生，讓學(xué)生基于自己對知識點的理解，對視頻進行同步講解，再將合成的視頻提交給教師，作為本節(jié)課的數(shù)字化“作業(yè)”。

教師可以點評每位學(xué)生的講解，評選出優(yōu)秀的“講解員”，給予鼓勵。這個過程，是學(xué)生將所學(xué)的知識輸出并真正內(nèi)化的過程，能夠鍛煉其語言表達能力、邏輯思維能力等，是檢測學(xué)習(xí)效率的有效方法，也是教師從多個角度了解自己學(xué)生的重要途徑。

2.提供多樣化的數(shù)字情境資源

在課堂教學(xué)中，教師提供的情境資源一般源于學(xué)生的生活，與生產(chǎn)生活聯(lián)系密切，經(jīng)典定律或概念的得出與科學(xué)史息息相關(guān)。日新月異的技術(shù)以及最新研究進展則為教材注入了活力。因此，建設(shè)數(shù)字情境資源時，需要根據(jù)不同的學(xué)科知識，基于學(xué)生的知識儲備，創(chuàng)設(shè)多種多樣的教、學(xué)情境，讓教師在教學(xué)中有所選擇。教材的篇幅有限，更新需要一定的周期，而數(shù)字化的資源不受篇幅的限制，在更新速度上更是具有得天獨厚的優(yōu)勢，數(shù)字化出版是提供多樣化情境資源的最佳途徑。

（六）基于真實情境解決實際問題，完成教學(xué)閉環(huán)

學(xué)生在歷史情境中重走科研之路，理解了光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，他們是否能運用所學(xué)知識解決實際問題？遇到問題時，他們是否能從自己的知識庫中尋找到相應(yīng)知識，針對性地解決問題？

筆者嘗試結(jié)合數(shù)字技術(shù)手段，建構(gòu)光合作用檢測模型，包括現(xiàn)實情境問題表達（將現(xiàn)實問題轉(zhuǎn)化為生物學(xué)問題）、在生物世界中求解（運用生物學(xué)理論設(shè)計解決方案）、將結(jié)果翻譯成符合情境的結(jié)果（將解決方案運用于現(xiàn)實問題），最后再評價結(jié)果是否能夠解答現(xiàn)實問題。

以問題情境“如何使農(nóng)作物增產(chǎn)”為例。首先，在數(shù)字資源中以直觀的曲線圖展示糧食的人均占有量隨著人口增長而下降的動態(tài)變化。其次，將這個問題轉(zhuǎn)化為生物學(xué)界的問題——如何增加光合作用的反應(yīng)物，優(yōu)化反應(yīng)條件，使得產(chǎn)物增加？再次，呈現(xiàn)光合作用反應(yīng)式，讓學(xué)生嘗試將現(xiàn)實世界中的問題轉(zhuǎn)化為生物學(xué)問題。

通過反應(yīng)式可以看出，增加光合作用的原料、改善光合作用的條件等都能提高產(chǎn)量。這就在生物學(xué)理論層面上解決了提高光合作用產(chǎn)物的問題。畫面中，在相應(yīng)的反應(yīng)物的反應(yīng)條件旁，直觀地標(biāo)出需要增加的反應(yīng)物，以及需要改善的條件，如圖5。

最后，將這一“理論成果”應(yīng)用到現(xiàn)實世界中：可以在農(nóng)田中增施農(nóng)家肥，讓微生物發(fā)酵，產(chǎn)生大量二氧化碳；同時合理密植、間作套種等。

以3D動畫的形式，將植物體內(nèi)發(fā)生的微觀變化可視化地呈現(xiàn)出來——將葉片逐漸放大，直到“看清”葉綠體的立體結(jié)構(gòu)，再通過三維特效，帶學(xué)生“進入”葉綠體，“觀看”有機物的產(chǎn)生和氧氣的釋放。最終，讓學(xué)生在腦海中清晰地構(gòu)建光合作用檢測模型，如圖6。

四、結(jié)語

學(xué)習(xí)的實質(zhì)是個體參與實踐，與他人和環(huán)境相互作用的過程。這個過程有助于個體形成參與實踐活動的能力、提高社會化水平，為將學(xué)生培養(yǎng)成全面發(fā)展的人才提供了有力抓手。通過數(shù)字化手段，將現(xiàn)實情境問題的提出、分析、解決、應(yīng)用與檢測過程完整地“呈現(xiàn)”給學(xué)生，讓抽象的概念可視化，遙遠的歷史真實化，微觀的知識直觀化，理論知識實踐化，充分發(fā)揮生物學(xué)科的育人價值。在建設(shè)數(shù)字情境資源時，充分考慮不同學(xué)生學(xué)、不同教師教的個性化特點，重視情境化，增強資源的適應(yīng)性、多樣性，更好地為生物學(xué)教學(xué)的情境化創(chuàng)設(shè)提供優(yōu)質(zhì)資源。

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作者簡介 劉瀅，碩士，編輯，江蘇鳳凰電子音像出版社有限公司編輯，研究方向：數(shù)字出版、教育融合出版、知識服務(wù)。