基于交互式“双板”教学系统的高中自然地理探究式教学研究*

基于交互式“双板”教学系统的高中自然地理探究式教学研究*

                                 张家林

摘要：本文首先简要介绍了交互式“双板”教学系统，分析了该系统应用于地理教学的优势，并结合高中自然地理学科特点提出相应的高中自然地理探究式教学过程模式和教学方法，以《山地的形成》一课为例，设计并实施了教学，纪录整个教学过程；其次，运用基于信息技术的互动分析系统（ITIAS）对教学过程录像进行记录和编码，详细分析，并总结出该教学过程的优势和注意事项。

关键词：交互式“双板”教学系统；高中自然地理探究式教学；课堂交互分析；教学总结

近些年来，交互式电子白板作为一种最新的现代多媒体教育技术，以其独特的优势迅速登上现代教育媒体的舞台，并且得到了一线教师和相关教学专家的肯定。本文的研究定位在于将交互式“双板”教学系统与高中自然地理教学过程进行更为有效的融合，为突破目前交互式电子白板在地理教学应用中所存在的问题提供一定的思路。

    一、交互式“双板”教学系统简介

    1.概念

交互式“双板”教学系统是由华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心开发的基于双电子白板的新型数字化教学系统。其硬件系统包括信息展示系统(图1）、信息处理系统（计算机）、终端交互系统（电子感应笔和电子投票器，图2）三部分。软件系统是盘古电子双板课堂教学平台（PanGu Presentation，PGP），主要包括备课平台和教学平台。

             图1信息展示系统                        图2电子投票器

    2.优势功能

(1)提供丰富的地理教学资源

交互式“双板”教学系统下的PGP资源制作平台为地理教师提供了丰富的原始地理教学资源,并且这些地理教学资源与教学资源云平台相连接（图3）。

图3教学资源云平台

(2)实现双轨展示，增强呈现效果

交互式“双板”教学系统能够实现双轨展示（在左板呈现文字材料的同时，右板同步显示相关的图片、动画和视频材料，图4），为学生地理学习过程的连续性、知识编码的高效化提供基本保障。

图4 PGP教学展示平台界面

(3)促进教学交互

交互式“双板”教学系统通过终端交互系统（电子答题器）实现了教师与学生间进行快速、完整、准确地信息交互（图5），从而促进概念性交互。

图5交互式“双板”教学系统交互示意图

(4)利用网络资源，建构开放性地理课堂

交互式“双板”教学系统通过“添加搜索界面”的功能，与网络的无缝连接，可以将网络资源便捷地引入高中地理课堂。

    二、交互式“双板”教学系统下的高中自然地理探究式教学

交互式“双板”教学系统应用于教学有着诸多优势，但是它只是作为教学媒体属于整个教学系统的一部分。因此，教师在教学过程中，应该在系统考虑教学目标、教学内容等教学因素的基础上，充分发挥交互式“双板”教学系统的优势。

    1.交互式“双板”教学系统下探究式教学的一般教学流程

基于交互式“双板”教学系统的教学流程可分为三个阶段（图6）。第一阶段为前期准备阶段；第二阶段为课件制作阶段，是教师在前期准备的基础上利用PGP资源制作平台进行教学资源的搜集和整合，形成完整的PGP标准教学课件；第三阶段为课堂教学阶段，是师生利用PGP教学展示平台进行课堂教学的过程。在上述过程中，PGP资源制作平台和PGP教学展示平台提供了良好的WEB链接功能，使师生能够充分地利用丰富的互联网资源。

图6基于交互式“双板”教学系统的教学流程

    2.交互式“双板”教学系统下的高中自然地理探究式教学法

高中自然地理部分对学生的空间感知能力和抽象逻辑思维能力的要求比较高，这就需要相应的教学方法和模式来进行教学。作为符合学生认知特点的一种学习方式，科学探究活动对激发学生兴趣，保护学生求知欲、好奇心，锻炼学生的思维能力，培养学生求真务实的科学态度起着非常重要的作用。[①]因此，我们将在下面的高中自然地理教学案例中，采用从科学活动探究法发展而来的发现式教学法和小组合作学习法来设计和实施教学。

发现式教学法是指教师通过提供适宜于学生进行知识“再发现”的问题情境和教材内容，引导学生认识和发现问题，积极开展探索、研究和尝试活动，以发现相应的原理或结论，从而培养学生创造能力的方法。[②]发现式教学法是由美国著名教育心理学家布鲁纳在20世纪60年代，基于建构主义理论提出的，一般分为以下五个步骤：①创设问题情境；②提出问题；③进行猜想和假设；④搜集事实证据验证假设；⑤总结归纳和运用迁移。

小组合作学习法是指教学过程的所有环节以小组活动为核心，促进学生在异质小组中彼此互助，共同完成学习任务，并以小组的总体成绩作为评价和奖励依据的教学方法。[③]小组合作学习法是建立在社会建构主义理论上的，主要可以分为以下五个步骤：①建立小组和角色分配；②设立情境，明确学习目标；③开始小组合作学习；④学习成果展示；⑤总结和评价。

    3.交互式“双板”教学系统下的高中自然地理探究式教学实践

笔者以“褶皱山的形成”为例，利用交互式“双板”教学系统进行了实验教学。此次教学采取小班教学的形式，学生人数为30人，时间为45分钟。教学流程（图7）和实施情况如下：

 

 

图7 《褶皱山的形成》教学流程

①导入

师：同学们，在正式开始学习今天的课程之前，我请大家欣赏几张山地照片。第一张是喜马拉雅山脉，波浪起伏绵延千里；第二张正好是一个山脉的横截面，貌似在这个截面上有些纹理......从这些图片里，我们都能发现这些纹理，面对这一有趣的现象，我相信大家一定会有着各种疑问。请大家在自己的小组内先交流一下自己的疑问，然后小组推荐一个发言人说出你们小组的疑问。（教师在左板连续展示多张褶皱山景观照片，与右板褶皱地层图片形成对照。）

生：观察图片，面对褶皱山这一有趣现象展开讨论，并提出了自己的疑问。在老师的引导和总结下，得出了一些有价值的问题。例如：图示地层状况是如何形成的。

    ②探究活动

师：展示归纳出的探究问题：a.描述图示岩层的形态特征；b.分析并绘制岩层原始的分布状况，说明各层的新老关系如何；c.绘制出岩层受力方向，说明其作用过程……

要求每个小组（5个人）合作探究上述所有问题，并由小组记录员将最后的学习成果展示在白板上。（展示完探究问题时，教师使用电子白板的写、划等功能标注出问题中的关键字词和相关提示。）

生：每个小组成员先独立思考上述探究问题，然后展开讨论，最后由小组记录员到电子白板上绘制草图，并书写探究结论。

③成果展示交流和教师初步小结

师：大家都讨论得差不多了，让我们从第一组开始，由小组发言人到前面来展示你们的探究成果，其余小组进行提问或补充。

第一组发言人在电子白板上翻出他们先前记录员在白板上绘制和书写的学习成果（图8）并开始讲解：a.图示岩层呈波状弯曲状；b.此处山地由沉积岩组成，在最底下的岩层是最老的，越往上越新……

其他小组成员补充。（在汇报时，教师将该小组完成的草图和结论显示在电子白板上。小组发言人据此进行解释说明，发言人可在电子白板上书写以辅助说明。）

图8第一小组的探究成果

在所有小组展示完后，教师进行总结纠正和问题补充。

④验证学生的结论并点拨重难点

教师播放动画：让我们来仔细观看有关褶皱山的形成过程和“背斜成谷，向斜成山”的动画视频，并思考其与我们先前提出的猜想有哪些相同和不同。（在播放动画过程中，教师及时定格视频画面，让学生仔细观察。）

    学生在观察动画时，发现先前的探究结论与动画大体一致，成就感油然而生，并和小组成员讨论存在差异的地方。

教师运用动画视频和图片对探究问题进行总结和讲解。讲解结束后，教师对整个课堂的知识进行了结构性地总结，帮助学生进行知识建构。

    ⑤巩固练习，现场反馈

教师打开事先制作好的课堂测试试题，并分发下去。学生认真思考后，运用电子投票器选择答案并发送。计算机在接受到答案后，进行运算并以柱状图的形式将学生的答案分布呈现在白板上。教师公布答案，并有针对性地进行讲解（图9）。

图9教师有针对性地讲解试题

    ⑥布置课外调查活动

    师：课后请同学们上网搜集相关资料，用实例说明关于褶皱山部分的知识在现实生活中的应用。下一节课，我一起来展示和讨论。

    三、课堂互动行为分析

“交互性”是交互式“双板”教学系统的核心优势，是其他教学多媒体所不具有的显著特征。本节笔者将采用基于信息技术的互动分析系统（ITIAS）对上一节的教学案例进行课堂互动行为分析，系统评价该教学过程的交互性。

    1.基于信息技术的互动分析系统（ITIAS）简介

弗兰德斯互动分析系统（Flanders Interaction Analysis System，FIAS）是由美国学者弗兰德斯在1970年提出的以师生课堂语言状况为分析对象的互动分析系统。华东师范大学的顾小清教授等人通过对弗兰德斯互动行为分析系统的改进，发展出了基于信息技术的互动分析系统（Information Technology-based Interaction Analysis System，ITIAS）。该系统由三个部分组成：描述课堂互动行为的编码系统，观察与记录编码的规定标准，显示数据、进行分析和实现研究目的的矩阵表格。

    2.ITIAS对基于交互式“双板”教学系统课堂交互行为的分析

为了方便利用ITIAS对上述课堂教学案例进行分析，笔者在实施教学实践时进行了录像，并依据ITIAS编码表中的行为标准每三秒进行一次取样和编码。《褶皱山的形成》教学录像有效取样时间为40分57秒，获得的编码数是819个。最后，将该案例的课堂行为编码代入ITIAS分析矩阵表格，得出了ITIAS分析矩阵（表1），并经过计算进一步制作出课堂交互行为统计表（表2）。

表1《褶皱山的形成》案例ITIAS分析矩阵

表2课堂交互行为统计表

变量	《褶皱山的形成》
教师言语比率	39.56%
教师间接影响与直接影响比率	76.09%
教师提问比率	27.78%
开放性问题比率	33.33%
封闭性问题比率	66.67%
沉寂比率	2.20%
学生思考比率	55.56%
学生言语比率	22.71%
学生与同伴讨论比率	33.87%
学生主动比率	47.15%
技术比率	35.53%
教师操作技术比率	30.58%
学生操作技术比率	49.48%
技术作用学生比率	19.94%

(1)课堂教学结构分析

据表2的分析数据显示，《褶皱山的形成》案例的言语比率为39.56%，低于50%。学生的言语比率为22.71%，在20%左右。学生与同伴讨论比率为33.87%，由此可以看出学生与学生的交互行为有明显提升，这与课堂上教师用学生探究活动贯穿整个教学过程是一致的。此外，沉寂比率为2.20%。其中学生的思考比率高达55.56%，这说明整个课堂的教学利用率比较高，学生积极思考问题。总之，在这节课中教师在课堂的地位有所下降，由“台前”渐渐转到“幕后”，策划和主导着整个课堂；学生在课堂中的主体地位有所提升，积极思考问题和努力参与整个教学过程，与同学展开有效的合作探究。

(2)教师与学生互动行为分析

在表2中，《褶皱山的形成》案例中教师的提问比率为27.78%，说明教师在交互式“双板”教学系统下善于将所要教授的地理知识转化为探究问题，引导学生思考问题并进行地理知识的建构。教师提出开放性问题的比率为33.33%。有国外研究指出，当课堂内容所强调的行为复杂层次较低时，教师提出开放性问题的最佳比率为30%；当课堂内容所强调的行为复杂层次较高时，教师提出开放性问题的最佳比率为40%。[④]该案例中教师提出开放性问题的比率高于30%，说明教师鼓励学生勇于合作、探索并发表自己的观点。

教师实时发问率反应的是教师对学生意义建构过程的关注程度。经过计算，在该案例中教师实时发问率为57.14%超过常模（约为44%[⑤]），这表明教师在教学过程中善于通过追问的形式来获得学生对地理知识意义建构的程度，从而进一步引导学生学习，与学生进行深层次的交互。

学生主动比率能够反映课堂里学生思维的活跃程度。[⑥]在该案例中学生主动比率为47.15%高于常模（约为34%[⑦]），说明在课堂环境中，学生勇于积极思维，并自由表达出自己的见解和思路，气氛活跃。

(3)交互式“双板”教学技术应用分析

据表2中的数据显示，《褶皱山的形成》案例的技术比率为35.53%，由此可见，师生与交互式“双板”教学系统的交互行为占据了整个教学过程行为的近1/3，这是其它传统教学媒体所无法比拟的。教师与交互式“双板”教学系统的交互行为是操作交互中的组成部分，该课例的教师操作技术比率为30.58%。另外学生与交互式“双板”教学系统的交互行为是操作交互中的另一重要组成部分。学生操作技术比率和技术作用学生比率分别为49.48%和19.94%。总之，交互式“双板”教学系统作为一种新型教学媒体技术已经深深地融入了这两堂课的教学过程。

    四、总结

    1.交互式“双板”教学系统下高中自然地理探究式教学的优点

①操作交互和信息交互显著，最终促进了学生的概念性交互；②利用双轨展示功能，为地理教学提供真实的情境；③提供多种学习方式，促进学生全面发展；④提供即时反馈，优化课堂。

    2.交互式“双板”教学系统下高中自然地理探究式教学的注意事项

（1）根据教学需要，合理运用“双板”系统

①根据教学目标，审慎规划地理教学。教学目标是地理教师根据地理教学需要对整个教学过程的整体设计，具有很强的导向功能。因此，我们在整合的过程中要充分考虑地理教学的“三维目标”，系统考虑基于“双板”在地理教学流程。

②根据教学内容，选择合适的媒体功能。高中自然地理的学习内容具有抽象性、空间性和运动性等特点，因此我们可以选择运用“双板”系统的交互式三维动画来模拟地理事物的运动轨迹以及他们之间的空间关系，来突破重点和难点。

（2）合理控制教学规模，保证教学质量

交互式电子白板的尺寸小于传统黑板的尺寸，所以其受众规模会有一定的限制。因此，我们建议将班级学生的人数控制在30人左右。这样有利于形成信息传输率高，互动性强，以学生主导的高效课堂。

（3）运用互联网络，构建开放性课堂

教师在运用交互式“双板”教学系统进行教学时，一方面要善于利用互联网搜集教学资源，另一方面，要引导和监督学生在互联网中搜集学习所需要的信息，并整理和利用这些信息去解决学习中发现的问题。这样基于交互式“双板”教学系统的高中地理教学空间会得到更大的扩展，由课堂逐渐延伸到我们的现实生活。

参考文献：