计算机支持的科学建模学习:多学段科学教育中科学和计算思维协同发展路径

摘要：

人工智能时代的科学创新人才,需要具备用计算思维解决科学问题的能力.而计算机支持的科学建模学习,可成为科学教育中融入计算思维培养的有效途径,是学生基于计算机建模软件或系统通过模型构建、模型分析、模型修正和模型运用等建模实践活动,来解决科学问题的一种学习方法.这种学习对科学思维和计算思维协同发展的促进机制是怎样的?不同学段的相关教学具体该如何实施?其学习模式是怎样的?为探究这些问题,亟待在梳理科学建模学习理论和研究现状的基础上,论证计算机支持的科学建模学习促进科学思维和计算思维协同发展的内在机制,并构建科学建模学习模式.研究表明:这种学习实践不仅可以培养学生的分析与综合、抽象与概括、归纳与演绎等科学思维,而且蕴含着问题表征、抽象、分解、仿真、数据处理、验证和预测等计算思维技能,进而形成以"创设情境—结构化任务—建模实践—反思总结"为实施环节的科学建模学习模式.而大学生材料科学建模、中学生牛顿第二定律中"力和运动"科学建模、小学生生态系统科学建模的多学段案例分析亦表明:在该学习模式下实施不同学段教学,可促进学生科学思维和计算思维的协同发展.可见,计算机支持的科学建模学习与科学思维和计算思维是相互促进、相辅相成的;该学习模式可以培养"智能+"时代所需的"计算机+"学科的跨学科创新型人才.

关键词：科学建模学习、科学教育、计算思维、科学思维、核心素养、跨学科、实践创新

所属期刊栏目：40

分类号：G420(教学理论)

资助基金：浙江省哲学社会科学规划重点课题22NDJC005Z

在线出版日期：2022-12-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：22-33