返回首页

反省性支持对基于计算机模拟的科学发现学习的影响

时间:2010-06-24 09:39来源:知行网www.zhixing123.cn 编辑:麦田守望者

 

【摘 要】 如何为基于模拟的科学发现学习提供学习支持是当前研究者关注的一个重要问题。科学发现学习可能主要受三个内在条件的制约:意义性、系统逻辑性和反思概括,相应地,计算机模拟环境可以针对这三个侧面设计学习支持:解释性支持、实验性支持和反省性支持。作者以实验方法集中考察了反省性支持的效应,结果表明,反省性支持在知识整合和变量控制技能等后测上具有明显的作用,这种学习支持应该成为模拟环境中的一个重要支持措施。
【关键词】模拟 科学发现学习 学习支持 发现学习 反思
【中图分类号】 G123 TP45

Research on Reflective Support in Simulation-Based Scientific Discovery Learning
Jianwei Zhang1 Qi Chen2 David J. Reid3
(1 Educational Technology Center, Tsinghua University, 100084)
(2Department of Psychology, Beijing, Normal University, 100875)
(3School of Education, University of Manchester, UK)


Abstract An increasing number of studies have been focused on how to support simulation-based scientific discovery learning in the years. It is hypothesized that three interrelated main conditions may constrain the effect of scientific discovery learning: the meaningfulness, systematical logicality of discovery activities and the reflective generalization over the discovery processes. Three types of learning supports were designed accordingly, (a) interpretative support (IS) that helped learners with knowledge access and the generation of integrative understanding, (b) experimental support (ES) that scaffolded learners in the systematic and logical design of experiments, the prediction and observation of outcomes, and the drawing of conclusions, and (c) reflective support (RS) that increased learners’ self-awareness of the thinking and understanding processes and prompted their reflective abstraction and integration. The effect of RS is particularly investigated in the present study, which reveals that RS has positive effect on the posttest of knowledge integration and the experimental design skills (esp. variable control skill). Overall, learning supports geared to the above three spheres should be taken into account when designing simulation-based discovery learning environment.
Keywords: scientific discovery learning, simulation-based learning, learning support, discovery learning

1 问题提出
科学发现学习是近年来倍受关注的学习形式,计算机模拟可以为学习者提供开放的探索性学习环境,因而常被用作科学发现学习的工具。但许多研究表明[[i]],基于模拟的发现学习的效果往往并不一定优于传统学习方式,一个重要原因是因为学习者在这种学习中遇到了许多新困难,这使得他们无法有效地利用模拟进行发现学习。比如学习者往往难以提出假设和针对事实证据修改假设;难以恰当地设计科学实验;难以正确地理解解释实验数据;不能对发现学习进行有效的自我调节,等等。如何把发现学习环境和学习支持结合起来,在模拟环境中嵌入适当的学习支持,这是当前研究者所关注的重要问题。一些研究者试图把计算机模拟扩展为所谓的“智能辅导系统”(ITS) [[ii],或者“智能模拟学习环境”(Intelligent Simulation Learning Environment, 简称ISLE)[[iii],在计算机模拟中设置各种智能性的学习支持。这种系统包括有关该系统的操作规则的“专家模块”,用以随时评价、判断学生的行为的“诊断和学生模块”,以及将学生的行为与教学干预联系在一起的适应性的“辅导模块”等。另外,计算机模拟可以作为基于互联网的探索性学习环境的一部分,利用丰富的网络资源为学习者的发现学习提供支持。但是,当前这些想法仍处于探索阶段,到底应该从哪些侧面为发现学习提供支持?其效果如何?条件是什么?这些问题都还有待进一步研究。 ]]
我们认为,科学发现是理论假设与实验证据之间的相互协调过程,而科学发现学习是以这种科学推理活动为基础而实现的知识建构,在这种学习中有三种相互交织的活动:问题表征与假设生成,实验检验,自我监控与反思概括。由此看来,科学发现学习可能主要受三个内在条件的制约:(1)发现活动的意义性(meaningfulness):指当前的发现学习活动能够与学习者已有的领域性知识建立适当的联系,从而带着理解去进行发现活动。(2)发现活动的系统逻辑性(systematicy and logicality ):学习者要按照科学实验的思路和标准系统地对各种假设作出检验,逻辑地操纵自变量,控制干扰变量,准确地观测因变量的变化,并基于结果作出合乎逻辑的推论。(3)基于发现活动的反思概括(reflective generalization):学习者需要以发现学习活动为基础,有意识地进行反省性抽象和反省性整合。与此相应,在计算机模拟环境中,我们可以针对这三个侧面分别设计不同类型的学习支持:(1)解释性支持(interpretative support ,简称IS):旨在促进发现活动的意义性,具体说,帮助学习者激活有关的背景知识,基于背景知识对问题情境进行分析,形成假设,并结合有关原理对结论作出解释。(2)实验性支持(experimental support, 简称ES):促进发现学习的系统逻辑性,具体说,解释科学实验的设计思路和标准,明确实验目的,作出预测,明确实验结果,合乎逻辑地发现规则。(3)反省性支持(reflective support, 简称RS):帮助学习者基于发现活动进行反思概括。现有研究对这三种学习支持都有不同程度的涉及,但主要集中在用以提高发现活动系统逻辑性的实验性支持上,对其它两类学习支持研究较少。因此,我们对IS、ES、RS对科学发现学习的影响做了系列研究[[iv]],通过两个实验对ES、IS的影响做了集中考察,表明ES和IS对基于模拟的科学发现学习具有明显的作用。本实验将以前两个实验为基础,检验旨在促进反思概括活动的反省性支持(RS)对基于模拟的科学发现学习的影响,并说明如何从这一角度为发现学习活动提供学习支持。
2 方法
2.1计算机模拟软件
选择初中物理中的“浮力”作为发现学习的内容,设计开发了计算机模拟软件:“浮力探索”。在本实验中学习者要探索的任务是:“对于漂浮在水上的物体来说,所受浮力的大小与哪些因素有关:物体的形状?质量?体积?”学习者对于此问题常常抱有错误观念,认为此时的浮力大小与物体的形状或体积有关。实际上,如果一个物体处于漂浮状态,它所受到的浮力等于它的重力。因此,在上述三个因素中,浮力大小只与物体的质量有关。本模拟程序采取了配对实验的设计思路,要求学习者每次考察、比较一对物体的浮力。为帮助学习者明确实验过程及结果,软件将记录他们设定的每对物体的形状、体积和质量以及结果上的浮力大小,用表格的形式呈现在屏幕右下方。另外,屏幕左上角有一个永久性按钮“主要步骤”,用以提示学习者做实验的主要步骤。
 

 





图1 包含RS的模拟软件界面
模拟软件中也包含了解释性支持和实验性支持,作为对所有被试共有的支持。在此基础上,我们设置了本实验的实验处理:反省性支持(RS),包括:(1)发现学习过程的详细记录和显示。在控制组中,模拟程序的数据表只记录、显示被试每次实验中自变量和因变量的情况,只包括其数据结果。而在接受RS的被试中,程序将进一步记录显示学习者在每次实验中所确定的实验目的、实验前所做的预测、以及实验后所总结的结论,将这些信息连同变量数据都显示在屏幕上的表格中(见图1),以帮助学习者对自己实验的目的、过程及结果有更明确的自我觉察。为了便于学习者查看自己的记录,本程序设置了“放大”按钮,点击此按钮可以将记录表放大至全屏高度。(2)反思记录表。在每对实验的结论之后,程序将要求反思组被试填写“反思记录表”,引导学习者对每次实验进行反思提炼,回忆自己本来的预测及其与实验结果的一致性,并思考当时为什么会这样预测,以及由实验结果想到了什么,或写出其它的经验体会。(3)实验总结概括。在被试点击“退出”按钮结束实验时,程序将要求被试填写“实验总结”,回答其中的问题,包括实验设计的基本思路,自己是怎样考察形状、质量和体积等因素对浮力的影响的,有何结论,怎样用有关的概念原理来对实验的最后结论作出解释说明,即为什么会存在这样的规律性关系。
2.2实验设计
本实验所采用单因素实验设计,检验有、无RS对基于模拟的科学发现学习的影响,同时利用模拟软件生成的记录文件对被试的发现学习进行过程性分析。为了控制学生学业水平的影响,我们将最近一次期中考试中的物理成绩作为协变量予以考察。
2.3被试
被试为初中二年级学生30名,男生10名,女生20名,平均年龄13.55岁。这些学生已经学习了一些基础性知识,如力、重力、二力平衡等,在小学自然课中学习过浮力的最初步的知识,但还没有学习浮力大小及其规律。他们能使用鼠标、键盘进行基本的计算机操作。参加本实验的被试被随机分为两组:RS组和无RS组,人数分别为14人和16人。
2.4测验材料
本实验从以下侧面来测查发现学习的效果,(1)原理性知识:用以考察学习者是否发现了正确的规则以及对规则的基本理解和记忆;(2)直觉性理解:所关心的不是学习者知不知道一般原理,而是他们在具体情境面前所生成的直觉理解和判断。(3)灵活应用:用来测查学习者能否将所发现的原理灵活地概括和应用到新的情境中。(4)知识整合:测查所发现原理与原有相关知识(特别是关于“力的平衡”的知识)的联系强度,以揭示认知结构的组织情况,这是当前教育研究中的一种重要方法[[v]];(5)变量控制技能:“一次只改变一个因素”(即变量控制)是科学实验的重要原则,而学习者却常常在一个实验中改变很多因素,因而无法得出任何有意义的结论

------分隔线----------------------------
标签(Tag):科学发现学习 学习支持
------分隔线----------------------------
推荐内容
猜你感兴趣