《African Journal of Research in Mathematics, Science and Technology Education》：Examining Teachers’ Views, Context, and the IREC Model in ICT-inquiry-based Atomic Structure Instruction
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为探究资源匮乏学校中信息技术（ICT）与探究式科学教学（IBST）融合的实践挑战与可行路径，本研究以IREC（探究、研究、评估、构建）教学模型为框架，聚焦“原子结构”主题，对三位中学物理科学教师的认知、实践及情境因素进行了多案例深度剖析。结果表明，IREC模型为教师在IBST中整合ICT工具（如PhET模拟、YouTube视频）提供了有效支架，能提升学生参与度与概念理解。然而，教师时间匮乏、ICT能力不足及基础设施限制是阻碍其持续实施的主要障碍。本研究开发的IREC教学-ICT融合模型，为在资源受限环境下设计抽象科学主题的探究式课程提供了一个有前景的框架。
在当今数字时代，培养具备独立探究、解决问题和创新能力的未来公民已成为全球教育的核心目标。在科学教育领域，这尤其意味着需要从以教师为中心、依赖机械记忆的传统教学模式，转向以学生为主导的探究式科学教学（Inquiry-Based Science Teaching, IBST）。与此同时，信息技术（Information and Communication Technology, ICT）的迅猛发展为这种转变提供了前所未有的工具和资源，例如互动模拟、虚拟实验室和丰富的在线视频，能够将抽象的微观科学概念（如原子结构）转化为直观、可互动的学习体验。然而，理想与现实之间总存在一道鸿沟。尽管IBST与ICT融合被广泛认为是提升科学教育质量的有效途径，但在全球许多地区，尤其是资源匮乏的学校，其实施状况却参差不齐。基础设施短缺、教师ICT能力不足、评估体系偏向内容记忆、以及大班额教学等现实挑战，常常让先进的理念止步于政策文件，难以真正走入日常课堂。
以南非为例，尽管国家层面早已提出推动ICT教育融合的愿景，但停电限电、网络资费高昂、设备老旧、学校管理支持不足以及缺乏持续有效的教师专业发展项目等问题，严重制约了这一进程。具体到“原子结构”这一物理科学中的基础且抽象的主题，学生们往往因难以在宏观现象、微观粒子（亚微观层面）和化学符号（符号层面）这三种表征之间建立有效联系（即约翰斯通的“化学三重表征”模型）而陷入迷思。传统的讲授式教学难以突破这一瓶颈，而探究式教学又常常被教师狭义地理解为“动手做实验”，忽略了提出问题、基于证据推理、合作交流等更深层次的探究要素。那么，在一个既缺乏物理资源（如稳定电力、充足设备）又可能缺乏“认知”资源（如对IBST的深入理解）的环境中，教师们如何看待和尝试融合ICT与IBST？是否存在一种结构化的模型，能够为他们提供切实可行的支架，帮助他们在重重限制下，依然能设计和实施有效的探究式科学课程？为了回答这些问题，一项聚焦于南非资源匮乏公立中学的研究就此展开，其成果发表在《African Journal of Research in Mathematics, Science and Technology Education》上。
本研究主要采用了质性案例研究的方法。研究人员有目的地选取了两所资源匮乏公立高中的三位十年级物理科学教师（化名Dolly, Nathan, Sunny）作为案例。通过多重数据源进行三角验证，包括分析教师围绕“原子结构”主题、按照IREC模型（探究、研究/反思、评估、构建）设计的教案；在课堂中观察他们实际实施教案、整合PhET模拟等ICT工具的过程；在课后对教师进行半结构化访谈，深入了解他们的观点、挑战与反思；以及通过问卷初步探查教师对IBST和ICT的态度。数据分析采用主题分析法，借助NVivo软件对访谈转录文本、观察记录等进行编码，生成词云和层级图表来识别核心主题，旨在深度理解教师的认知演变、实践模式及其背后的情境影响因素。
教师对IBST与ICT的看法与态度
研究初期，三位教师对IBST的理解多局限于“学生做实验”，对将ICT系统性地融入探究式教学持谨慎或怀疑态度，认为在其所在学校的环境下可行性不高。然而，在经历基于IREC模型的教学干预后，教师们的看法出现了分化与转变。Dolly和Sunny开始将IBST视为促进概念和过程性发展的有力工具，并认可了结构化探究的价值。例如，Dolly表示“我愿意继续使用IBST……它让我们的课程开展更有条理。”而Nathan的观点则仍主要与正式实验工作捆绑，并未完全接纳更广泛的探究内涵。尽管看法不同，但三位教师都观察到，使用PhET模拟和视频能显著提高学生的注意力和参与度。
技术能力与数字工具的使用
教师的技术熟练度直接影响ICT的整合深度。Sunny展现出最高的ICT能力，能灵活使用PhET模拟、YouTube视频、PPT甚至WhatsApp等多种工具，并动用个人设备（如投影仪、调制解调器）来弥补学校设施的不足。Dolly在初始能力中等的情况下，通过遵循IREC教案，也成功整合了模拟和视频，并取得了良好的教学效果。Nathan虽自陈熟悉ICT，但在教学中未能将其与教学目标深度结合，使用方式较为零散，限制了其教学效用。
备课实践与时间管理
遵循IREC模型的结构化备课被证明是成功的关键。Dolly和Sunny系统地实施了IREC的四个阶段，使得课堂教学环节连贯，学生参与度高。研究中的一份教案样例展示了如何将“原子结构”主题的学习目标、先备知识与IREC的“探究”阶段提问、以及所需的ICT工具（笔记本电脑、PhET模拟“构建原子”）明确对应起来。而Nathan未能完成“构建”阶段，其课程在模拟活动后便回归传统教科书练习，这反映出时间规划不足和对模型执行不完整会削弱探究学习的效果。所有教师都指出，ICT的准备工作、设备调试以及应对拥挤的课程内容，给实施深入的IBST带来了巨大的时间压力。
情境与基础设施限制
研究揭示了影响ICT整合的多重外在障碍，这些是资源匮乏学校的典型特征：高昂的数据资费和有限的网络连接、频繁的停电（限电）、学校ICT设备短缺、以及对个人设备安全（如被盗）的担忧。尽管面临这些挑战，Dolly和Sunny通过个人投入和灵活规划，仍在一定程度上实现了有意义的ICT整合。Nathan的经历则表明，若缺乏基本的基础设施和支持系统，即使教师具备一定的技术能力，也难以持续开展ICT支持的探究式教学。
专业成长与教学法发展
参与IREC模型的教学实践促进了教师的专业发展。Dolly报告使用模拟软件的信心大增，并有意将此法拓展到其他科学主题。Sunny将此经历视作转型，愿意指导同事进行ICT整合。即便对IBST可行性仍存疑的Nathan，也承认了ICT工具的潜力，并希望在条件更好的环境中进行更多探索。这显示，像IREC这样的结构化框架，能通过清晰指导如何将教学法与数字工具结合，来促进教师的专业成长。
研究的讨论与结论部分对上述发现进行了综合。研究表明，IREC教学-ICT模型为一个将IBST四大探究领域（概念性、程序性、认识性、社会性）与系统化的教学步骤（探究、研究/反思、评估、构建）及ICT工具相结合，提供了可操作的框架。在本研究中，教师们的实践更多地体现在概念性（如联系先前知识理解新概念）和程序性（如执行科学探究步骤）领域，通过PhET模拟和视频有效提升了学生对原子结构的理解。然而，在认识性（如理解科学知识的构建本质）和社会性（如基于证据的辩论、协作）领域的实践则相对薄弱，这表明教师对IBST的采纳仍处于较浅层面。
尽管存在系统性的限制，但Dolly和Sunny的案例证明，在有结构模型支持、教师自身动机驱动并结合一定灵活性的情况下，在资源匮乏学校实施有意义的ICT-IBST融合是可能的。学生表现出的更高参与度和更好的概念保留率，给予了教师积极的反馈，成为他们持续尝试的重要动力。例如，有教师提到“（学生）记住了视频中的知识点，甚至在考试中不复习也能答出来。”
最终，本研究得出结论：IREC教学-ICT模型是一种有前景的框架，能够引导资源匮乏环境下的教师设计并实施整合了信息技术的探究式科学课程，特别是在教授“原子结构”这类抽象主题时。该模型
