本章教学目标
1.阐述信息技术与科学教学整合的意义。
2.列举信息技术与科学教学整合的策略，并能应用于科学教学。
当前，以计算机多媒体技术与网络通信技术为核心的信息技术已成为影响教育教学最深刻的科学技术之一，信息技术学科与其他学科的综合和相互渗透，是教育发展和改革的强大动力。我国《基础教育课程改革纲要（试行）》明确提出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式，以及教学过程中师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供了丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”
第一节 信息技术与科学教学整合概述
信息技术与课程整合不同于计算机辅助教学。计算机辅助教学是指以计算机为主要教学媒介所进行的教学活动，用计算机代替或帮助教师完成全部或部分教学任务，以向学生传授知识、训练技能，达到激发学生学习的积极性和主动性，增强教学效能的目的。因此是一种以教师为主体运用现代信息技术的信息传递式教学。信息技术与课程整合是一种以先进的教育思想、理论为指导，用信息技术创设教学的情境或学习环境、师生熟练地运用信息技术作为教和学的工具，从根本上改变了传统的学习方式和教学方式的交互式教学。信息技术运用于科学教学，国外早在1970年代初期已引起重视，近年来发展迅速。
一、信息技术与科学教学整合的现状与研究
1972年9月，来自11个国家的18位专家在巴黎联合国教科文组织总部展开了对“利用教育技术进行科学教育”的讨论，他们指出科学教育对媒体具有特殊的要求。唐纳德·比泽尔（Donald Pizer）在该会议中发表了论文《以计算机为基础的科学教育》，他指出：计算机在科学教育的用途，正在不断地增长，既用于直接教学，也用作计算工具……它能模拟综合的现象。在会议的讨论中，他用计算机出色地模拟了果蝇遗传学实验，证明了自己的观点。但是，他也指出：“计算机还不完善，但人也不完善。计算机必须体现对题材内容的理解，不仅是简单的答复。计算机是一种工具，使用者决定它做什么事。”
1996年，美国国家研究理事会发行了《国家科学教育标准》与《科学素养基准》两份文件，文件都将技术列为一项重要的内容来阐述。它们指出通过使用计算机、电子媒体和因特网，教师可以从作为科学事实的唯一权威者或是教学过程的管理者的理念中摆脱出来，而转向组织学生投入到探究活动中去。2000年，国际技术教育协会出版了《美国国家技术教育标准：技术学习的内容》，书中指出技术教育是中小学学习一个至关重要的核心领域，所有的学生都应接受有效的技术教育。
在《美国初中学科能力表现标准》中，“初中科学”标准部分第六项标准就明确规定：“学生运用科学的工具和技术来收集资料，进行观察，分析结果，并有效地完成任务，从而表现出对科学工具和技术的掌握能力，即学生能够：a·运用技术和工具（如传统实验室设备、电视和计算机辅助设备），对物体、生命体和现象进行直接、间接和远距离的观察和测量；b·运用各种形式，如数据库、录音带、录像带，记录和存储；c·运用数学标准4中的概念和技术来收集并分析资料，如计算平均数、展示资料、画图表、表述变化性等，预测结果的可能性和可靠性，以及恰当的数据展示；d·从多种渠道获取信息，如出版物、互联网、计算机数据库和实验等。
例如，学生通过下列活动实例来表现掌握科学工具和技术的能力：运用微型计算机研究比较不同容器中不同碳酸饮料泡沫嘶嘶声消失的速度。进行一个现场研究项目，和本地区的现场指导一起对学校附近的植物分布进行比较，看当地分布和地区分布是否一样。从各种信息来源比较当地天气信息的准确性和及时性。和另一个州或国家的学生交换有关酸雨的数据，并思考，如果数据不同，为什么会这样。运用电子数据库，获取关于长距离太空旅行对健康影响的最新信息。”
在美国，还有不少组织已着手课程开发和研究，探索将技术整合到科学课程中，以支持《国家科学教育标准》和《科学素养基准》中科学教育目标的实现。目前，在这方面卓有成效的包括密歇根州立大学的基于项目的科学课程和“儿童就是科学家”，伯克利加利福尼亚大学的WISE（Web －Based Integrated Science Environment）和西北大学的“为生存而斗争”
以及“全球变暖”等。
在各国的科学教育标准中，也纷纷融进了利用“工具与技术”学习科学的思想，还有的划分了运用的层次，提示了具体的整合点。例如，在澳大利亚的《课程与标准框架》中，在“科学”部分特别指出：“合理地使用信息技术会带来巨大的好处。像数据记录器、传感器、电子制表软件、模拟技术、机器人技术、多媒体和网络等新技术在科学教育的教与学中都具有巨大的实用性。例如：出于安全和伦理方面的考虑，某些学生无法接触到实验和生活，可以用模拟技术来呈现；使用电子制表软件以不同方式来记录和处理数据；用数据记录器记录反应的快慢；使用传感器来测量多种因素；用光盘只读存储器、互联网、authoring 等软件来评价、提供、交流最新观点和相关的观点。”我国《全日制义务教育科学（7～9年级）课程标准（实验稿）》也强调了应充分利用信息技术来学习科学。在课堂教学中，教师可以利用媒体中有关科学技术发展的报道，引起学生对科学技术的兴趣，培养学生关注科学技术发展的意识；教师可以让学生搜集与课堂教学内容相关的各种信息和资料，培养学生获取信息的能力；对于那些超出人类感官极限的自然现象，或是难以亲身经历或具有某种危险性的科学探究过程，信息技术可以提供必要的补充。
二、信息技术与科学教学整合的分析
科学课程本身的性质和特点，以及课程的组织和构建，都要求信息技术与科学课程进行整合；而另一方面，信息技术在科学教学中也有鲜明的优势，为信息技术与初中科学教学整合提供了可能性。
（一）信息技术与科学教学整合的必要性
科学课程本身的特点决定了其教学过程中整合信息技术是必需的。
1.在科学课程的性质方面：抽象的科学概念与具体的科学现象的统一要求有丰富的材料。科学概念与科学原理是科学课程的重要内容，这些概念与原理是建立在丰富而具体的科学现象之上的，但是，我们生活中的事物是如此丰富复杂，我们不可能通过第一手的直接经验来接触所有事物，信息技术可以为科学课程提供丰富的具象资源。
2.在科学课程的内容方面：技术的发展必然要体现在科学课程中。近几十年来科学技术飞速发展，并日益广泛应用于生产及生活各个领域。科学技术让人类进入一个丰富多彩的世界，但也带来了一些隐患与挑战。这种科学技术对社会的冲击引起各国政府、科学界以及教育界的关注，探讨科学技术与人类社会发展的关系成为科学课程的重要内容，因此，整合科学、技术和社会的问题，从整体上深刻理解它们之间的关系，是科学课程内容上的需求。
3.在科学课程的组织与建构方面：综合课程的组织要求信息技术的参与。传统的科学课程（即物理、化学、生物等）是按照学科逻辑结构建立起来的线性体系，是以科学概念和科学定理为核心的，脱离了学生日常生活，很难引起学生的兴趣。信息技术所具有的非线性特点可以打破这种线性体系，将科学课程的各个内容有机联系起来，并且使封闭、僵化的课程结构走向开放。新的技术与方法的应用，也使科学课程的综合特性得到更好的体现。
由此，信息技术与科学课程整合，是科学课程的内在需求，是由科学课程的特点和性质决定的，也是科学课程的组织与建构的需要。
（二）信息技术与初中科学教学整合的可能性
科学教学的特殊性使信息技术在科学教学中具有鲜明的优势。
1.信息技术可以为科学教学提供丰富的信息和资源
“技术，尤其是互联网的扩展，使得信息如此容易获得，以致学生在探究解决问题的方法时能够容易地找到有关的思想、概念和主题。网上的许多信息源都是原始数据来源，它们常常包括了和科学家使用的相同的数据体系。”信息技术的发展不仅为教师和学生提供了百科全书式的信息资源，并且综合运用语言、文字、声音、图形、动画和视频等多种信息呈现方式，能创设一个图文并茂、有声有色的数字化环境。
2.信息技术可以为科学教学提供探究的工具与平台
参加一项科学实验或观察的一个关键因素就是对数据的收集和分析，数字化信息系统实验室中的各种测量仪、电子表格与数据库等是实现数据采集和处理的理想工具。
随着网络通信软件的不断发展、数据库技术的不断提高和超文本、超媒体标志语言（html、xml 等）的不断扩展，不仅人机交互能力大大提高，而且网络个体之间的交流也变得日益方便和简单。网络的超链接特性、多媒体特性和交互性的结合，特别适合学习者进行探究学习。国外，许多科学教学研究组正在设计一些项目，为学生提供展开网络探究的平台。
3.信息技术对科学概念理解的支持
科学概念是在科学研究过程中逐渐形成的，在某种程度上来说是一种隐喻，具有抽象与深化的特点。可视化模拟软件、交互式多媒体软件、虚拟技术等信息技术能帮助学生建构他们自己对科学概念的理解，提供平常难以看到的科学现象。有些事物的现象可能发生得太快，或是太慢，或是很危险，或是宏观、微观现象而难以观察，信息技术通过创设这类事件的模拟情景，能达到“笼天地于形内，观古今于须臾”的效果。
4.信息技术可以为初中科学教学创设对话、交流、协作的环境
互动、对话、交流、合作在科学教学中十分重要，计算机媒体与以往任何其他的单向视听媒体如广播、电视等最大的区别就是它具有交互性。在信息技术环境中，信息的流通是双向、多向的，类似于反馈、操作、电子邮件、聊天室、BBS、虚拟社区等途径经常作为学习者与教师、教学内容和其他学习者相互作用的手段，真正实现了更广泛的交互，形成一种开放、积极的对话型学习环境。
信息技术与教学整合所探讨和研究的问题就是如何利用媒体技术来提高教学质量和教学效率。由此，信息技术与科学教学整合，就是为了最优化科学教与学的过程，实现科学课程三维目标，提高学生的科学素养。
第二节 信息技术与科学教学整合的策略
信息技术能够促进教和学，但它同样可以使教师的教学过程和学生的学习过程更加复杂化。因此，策略的运用是关键。每一种策略都具有它的特性，对于教师和学生潜存的优势因时因地因人而不同。旧的策略不一定就是差的，新的策略不一定就是好的；教师若仅仅因为这一工具是新的，可以获得而使用它是不可取的——每一种整合的策略都必须与具体的教学和学习的需要相匹配。
从信息技术在运用过程中所体现的功能与在科学教学过程中运用的方式两个方面考虑，信息技术与科学教学整合的典型策略有教学软件运用的策略、创作软件运用的策略、网络探究的策略和数字化信息系统实验室的策略。
一、教学软件运用的策略
教学软件（或课件）是专门设计成用来支持某一教学和学习活动的应用软件，反映了利用计算机进行教学活动的人-机交互方式和所运用的教学策略。在科学教学中，模拟型教学软件和问题解决型教学软件是应用最广泛的教学软件。
（一）模拟型教学软件
模拟型教学软件是指用计算机来模仿真实自然现象或社会现象的模型。模拟是科学家常用的科学研究方法，将模拟用于科学教学也越来越受到教育者的钟爱，尤其对一些自然景观的观察及科学实验过程的操作，由于种种原因学生不能“身临其境”，模拟型软件提供了一个很好的替代学习机会。
艾里斯（S·Alessi）和特罗利普（S·Trillip）确定了模拟型软件的两个主要类型：用来教某些事物的软件和用来教如何做某些事情的软件，并将第一类分为物理模拟和复现模拟，将第二类分为过程模拟和情境模拟。
1.物理模拟（physical simulations）
学习者可以操作显示在屏幕上的物体或现象。如观看化学药品的选择，按屏幕提示混合药品，观看所产生的结果；或是观看各种电子线路是如何工作的。
