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【芥末翻】基于设计思维的教学设计与脚本探究式学习有何异同?

作者:尔瑞 发布时间:

【芥末翻】基于设计思维的教学设计与脚本探究式学习有何异同?

作者:尔瑞 发布时间:

摘要:如何更好地学习

【芥末翻】是芥末堆全新推出的一档学术栏目,由芥末堆海外翻译社群的小伙伴们助力完成。我们致力于将全球经典或是前沿的教育理念、教育技术、学习理论、实践案例等文献翻译成中文,并希望能够通过引进这类优质教育研究成果,在全球教育科学的推动下,让更好的教育来得更快!

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原文:Middle-School Science Through Design- Based Learning versus Scripted Inquiry: Better Overall Science Concept Learning and Equity Gap Reduction;作者:Matthew M. Mehalik, Yaron Doppelt, Christian D. Schunn. 译者:刘博;编辑:尔瑞.(图片来源:百度图片)

一、引言

相对于脚本式探究学习,基于真实设计任务开展科学概念教学时,学生的学习表现会有所不同吗?为获得答案,研究者基于中学科学课程中的电学相关概念教学,开发一门制作电子报警系统的实践性课程模块,并且进行了实际的教学与评估。该课程的实践任务是完全真实的,它要求学生遵循系统设计者惯常采用的设计流程,包括提案、调查,以及开发满足实际需求的具体解决方案。研究者选择基于设计的方法的原因在于其效果已经在基于设计学习(Kolodner et al., 2003)、基于项目的学习(Prince, 2004; Thomas, 2000)和基于问题的学习(Barrows, 1985)等研究文献中给予了证明。与先前的方法不同,研究者本次采用的是系统设计方法(Blanchard and Fabrycky, 1998; Gibson, 1968)来组织设计活动的顺序。该方法的独特之处在于增加了一个特殊环节,就是首先让学生阐述自己对设计的需求,然后再开发需求文档作为后续流程所遵循的设计规范。这样一来,设计流程就从原来由课程或者教师提出设计需求与规范,转变为由学生自主生成的方式。这样,学生应用的设计流程与系统设计师面对政府和商业机构客户所采用的设计流程就没有什么不同了。表1总结了系统设计方法与脚本式探究之间的区别。研究者的假设是如果流程能够始于学生自己的需求,那么他们的动机和参与感将会增加,因为这种方法解决了科学课中学生最核心的问题:我为什么要学这个?如果学生无法回答这个问题,或者无法从老师和课程中获得有说服力的答案,那么从一开始缺少与学生关联的教学任务就会成为学习的障碍。

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在运用设计支持学习方面,研究者们建构了几种被证明有效的方法。Kolodner将一种方法泛称为设计学习(LBD)。该方法整合了一些成功的经验学习模式,例如基于案例推理的研究,(kolodner,1993, 2002),基于问题的学习(Barrows,1985)。基于案例的推理指的是利用过去的解决方案和经验来指导未来问题解决的能力。基于问题的学习是一种从课堂管理角度指导课堂活动组织的方法。这些方法的理念都与Harel和Papert(1991),以及Kafai(1996)提出的建构主义学习方法一致。LBD的另一个种重要特点是遵循认知学徒制(Roth and Bowen,1995),其关键特征是学习的发生主要通过对语言和行为的观察与学习,并且建立一个共同体行动方式的框架。研究者选择这些方法以备使用,是因为它们都具备可迁移学习的特点(Klahr和Carver,1988)。学习设计和工程知识也是参与设计学习的另一项收获。知道工程师设计创造设备和系统,这对学生来说很重要。不仅如此,让学生知道设计和发现都是重要的思维过程,这也非常重要(国际技术教育协会,2000)。设计任务给学生带来了挑战,增加了他们的参与水平,也有助于他们在年轻时开启了解科学和工程的大门。(萨德勒,科伊尔和施瓦兹,2000)。

这项设计学习还有一个目的是帮助学生学习有关电学的基本科学原理,提升他们像科学家那样的推理能力,帮助学生学习开展科学探究的技能。这些技能对学生未来的专业知识、能力和启发式思维的形成都至关重要(Von der Weth出版社,1995)。国家科学教育标准规定了科学探究能力所必需的基本技能:

1.    明确可以通过科学调查获得答案的问题;

2.    设计并开展科学调查;

3.    运用技术采集、分析和解释数据;

4.    利用证据进行描述、解释、预测和建模;

5.    运用逻辑思维和批判思维在证据与解释之间建立关联;

6.    发现并分析可替代的解释和预测;

7.     
交流科学程序与解释;

8. 
在科学探究的各个方面应用数学。

通常,在主要学区采用的是脚本式或者引导式探究方法学习电学等科学内容。课程设计者根据自己对学生完成学习目标的需求分析,为学生提供物料和学习脚手架(例如教学指南包括数码、口头和图片等在内的各种提示信息),帮助学生“发现”电的属性和电学原理,例如使用万用表测量不同电子元件的电压、电阻和电流。

脚本式探究课程为了让学生“体验”科学的基本概念,提供给学生类似菜谱的具有细致方法指导的支架,为学生指明将具体实验作为一种数据采集的方式应该如何组织与实施。脚本式探究在科学探究的第一步和第二步上,对培养学生确定问题和设计科学调研能力给予了很大的限制,而对探究流程的其他环节给予了过度的支持。采用这种方式可能是出于对课堂时间限制,教师能力(例如课堂管理能力)或者其他原因的考虑。

设计学习法则赋予了学生深度体验的机会,有利于培养他们的设计能力和科学调查能力。然而,大多数设计学习法经常是始于设计上的挑战,而不是从提出学生自己富有热情研究,且值得进行科学调查的问题开始,这样就限制了他们的能力培养。

系统设计法让学生从阐明设计需求开始,进一步让学生自己提出值得研究的问题。我们将系统设计法与脚本式探究进行比较,来考察它们之间对于学生学习影响的不同。虽然系统设计法明显有利于提升学生的参与度,但是否有利于学生科学概念的学习就不能轻易断言了。此外,我们还将调查系统设计法是否能够减少因性别、种族和社会经济状态不同造成的学生学业成就差异。例如,设计学习法会像教师猜想的那样,仅仅对最优秀的学生有帮助吗?该方法只能够提升平时不爱参与的学生的参与度吗?让学生从阐述自己的设计需求为起点的流程能够帮助学生取得更高水平的学习成就吗?这些都是本文研究的问题。

A. 系统设计方法

因为系统设计法在K12科学教育中尚未普及,所以这里我们首先对这种方法进行介绍,特别针对强调与脚本式探究的区别进行说明。《电子报警系统:设计、建构与反思》课程是由科学项目官员、科学课程支持团队和教师合作开发。除了满足州立课程标准对电学概念的要求之外,该课程模块专门设计学区要求满足的两个州立和国家标准。一个标准关注设计问题:了解与使用技术设计流程解决问题。另一个标准关注系统思考:解释一个简单系统的组成部分以及各部分之间的关系。该课程模块设计用于补充和部分替代原有四到五周的脚本式探究的电学教学。

研究者开发了学生指南和教师指南,提供阅读资料和支持物料。实施过程中,研究者为教师提供四到五小时的专业开发(PD)工作坊,其中一小时在课程实施前,三个小时在实施中,实施后还有一个小时。大部分教师均参与了全部的工作坊。工作坊解决电学的概念问题、教学问题和实施细节问题。工作坊组织教师以小组为单位,以学习者的身份亲自测试课程,分享课堂经验,对教师和学生的学习进行反思。研究者多次深入课堂提供现场指导,并且针对课堂动态进行了人种志记录。

系统设计课程模块涉及的科学概念,与原有的九个脚本探究式课程模块中的四个相同。在过去,这四个课程模块通常会花费教师四到五周时间,涉及的电学基本内容包括电压、电流、电阻、并行电路、串行电路、电池、电灯、电阻器和欧姆定律。系统设计课程模块替换系统设计小组春季学期的四个单元课程。在完成系统设计单元教学后,小组还将采用脚本式探究完成后续关于电容、电荷、功率和其他电学概念的学习。

B. 整体设计流程

整个课程按照系统设计法的程序实施,为期大概四到五周。基于系统工程师实际采用的设计与分析方法,系统设计法由七个阶段组成,如图1所示:

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这些阶段的划分来自研究者对过往系统工程设计经验的梳理,同时也结合了设计实证研究中对最佳实践的总结。在典型的系统设计法实施过程中,“反思与评估”阶段是将对前面各阶段进行回顾,以优化和调整设计规范,从而便于解决新知识和新问题。尽管让学生对全部流程进行检查并不现实,但是对如图1中箭头所示,整个系统设计流程是鼓励学生和教师不断对前一阶段的工作进行回顾、反思完善的。

C. 设计流程步骤示例

研究者为学生在系统设计的每个阶段以个人和团队方式开展设计工作提供了支架。如图2所示,在系统设计流程的“生成多种方案”阶段,为学生提供的支架用于说明团队如何为设计方案中某一功能模块制定系统输入输出规范。在本示例中,支架材料引导学生首先分析自己的设想:一个提醒用户何时应该服药的设备应该需要哪些材料,能量和信息输入才能进行分析判断,才能实现其预设的功能——为老年人健康提供帮助。同时,支架材料也会引导学生思考他们的设备可能会具有哪些未曾意料到的,潜在的负面影响。

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图2 支架材料——警报系统模型

从支架提供的练习中,学生学习到如何进一步明确新增功能的细节,如何详细描述清楚特定子系统之间是如何协调,以便能够完成他们设想的功能。通常情况下,学生会发现他们的报警系统必须具备一个“检测器(detector)”子系统。该系统要能够检测到一些值得关注的事件或活动是否发生,如一天中需要服药的时间。

他们还发现,报警系统还必须包含一个“指示器”子系统,它在值得关注事件发生时,发出某种形式的警报。最后,他们发现还需要一个“能源(power)”子系统用于调动指示器和检测器子系统工作。这些发现过程都会促进学生分析思维技巧的发展,因为他们需要不断深入思考,将最初的想法分解成更具体的功能细节。例如,到吃药时间时需要检测什么?如何保障供电?什么样的警报方式更能够吸引人的注意?同时,设计也会促进他们开展综合思维,因为他们设法将这些子系统整合在一起,协同工作。在这个阶段,学生最终地开始思考哪些具体的电子和机械元件可以用于建立自己的子系统:哪些电子元件可以作为探测器,光电池、开关还是热感应器?为什么灯泡、LED、蜂鸣器等等可以作为指示器?关于科学内容的思维始终于学生初始的目标关联在一起,并且思考的深入一点点的融入到设计之中。

图3显示了“选择方案阶段”的支架资料,其中学生团队根据他们所构建的一套性能标准对他们的几个设计思想进行了评价。学生们分析需求,基于需求开发具体的决策规范,参与开发了几种不同的方案之后,按照流程选择最符合需求的方案。

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图3中,学生在第一列列出他们的需求。他们的需求可以具体到相应的功能,例如“电量耗尽蜂鸣警报”,以及他们任务设计所需要模块,例如“容积比较”或者“充电电池”。他们的三个设计方案呈现在第一行的最后三列:需要手动复位和药物配方的设备、自动复位和药物配方的设备和手动与自动的组合。学生下一步使用五分评分来量规对每一种方案需求的满足程度,评分最高的方案即为最能满足需求的方案。该联系帮助学生分析思考每种设备的性能,综合思考需求与性能,并且运用评价模型衡量设想与性能标准的差距。

教师鼓励学生在思维方式上再进行挑战:对过程中的选择进行反思。这个结果对你有意义吗?如果没有,结果哪里不符合你的想法?然后,学生们再去检查他们整体的系统需求和替代方案,根据反思来调整他们的思维。最终,学生做出的决策是建立在广泛思考的基础之上。这种思考包括确定清晰的决策准则,对不同想法的实现方式和功能进行深入分析,以及思考此过程中应用的科学内容。

D. 设计中的科学概念学习

图2和图3展示了系统设计小组中学生们作品集中的典型示例。它们表明设计方法在不同阶段为学生实践提供支持,而不必具体说明每位学生和每个小组选择达到的内容项。按照这种进行设计的决策程序,后面学生从已有的探究工具箱中选择电线、跳板(springboards)、电阻、LED等部件,以及辅以其他电阻元件(蜂鸣器、光电池、热敏电阻)组装成电子元件来完成他们的方案。

因此,每个电子元件与具体的子系统相关,每一个功能模块与每个学生的设想相联,科学内容的探究思维与整个设计流程有机融合。由于学生需要选择使用不同的可用元件,并将他们的设计计划体现在可工作的设备中,他们就必须理解每个元件如何工作,以及如何改善他们的性能。这是的一个探究与发现的过程,而且是在与学生们的需求和兴趣密切相关的创造性设计思维中发生的。

E. 系统设计法与脚本式探究的比较

与脚本式探索相比较,系统设计法为学生提供可以验证自己想法的学习框架,这是两者的重要差别。两者的其他差异在表1中进行了比较。系统设计法是根据不同类型的思维方式组织起来的。在图2和图3的示例中,我们可以看到系统设计法引导学生们思考的设计目的、设计需求、多种设计方案、选择标准,这些思考涉及生成和分析思维。诊断系统参数的思考,如材料、能量和信息输入和输出等,涉及分析思维和综合思维。在多种方案和选择方案中涉及到了评价思维。在系统的设计法中,针对科学材料、方法和原理的探究,成为另一种脚手架系列的思维模式。

通过探究引入科学概念主要集中在系统设计过程的最后两个阶段,并且没有提供脚本,学生需要绘制尝试性的电路图,并且在建造过程中进行解释。系统设计鼓励老师在学生多次尝试在电路设计中探索概念和尝试的想法和配置后,才向学生解释科学概念。这是与脚本式探究主要区别,因为脚本式探究对调查各个方面都提供了逐步的指导。脚本式探究主要是由课程设计者决定科学概念的出现,而不是以思维模式选择的科学概念的提出。系统设计作为一种项目学习,因为是从学生兴趣和生活经验展开需求分析,所以能够提升学生的参与水平(Hake, 1998)。

前面内容主要强调了系统设计法相比较脚本式探究的积极效益:学生从自身需求开始展开工作,发展自己的方案,并且进行多种模式的思维。此外,学生必须负起责任,为自己的学习负责。每个学生都要负责管理支持设计活动、草图及反思的资料。他们要能够与团队成员分享想法,然而,他们有责任将他们的作品呈现在不同阶段进行评估,此外当他们呈现最终产品时也需要教师评价和同学互评。

并非系统设计法的各方面都明显优于脚本式探究,特别从教师的角度而言更是如此。首先,系统设计课程是试验课程,需要更多的测试和优化,而脚本式探究这种经过广泛的实地测试和优化方法更加成熟,而且许多理科教师对其应用成效更好。许多教师更加熟悉脚本式探究,因此如果要求教师改用不同的方法,则需要投入额外的准备时间,既包括专业培训,又包括课程前准备工作。该系统设计法还涉及花费很多课堂时间组建学生团队,以教师作为一个催化师,而不是管理学生。因为学生获得更多的自主性,所以得确保学生把时间投入到相关的课堂任务中,这种转换会提高教师的焦虑感,。教师发现不会像原来教学中那样,花费更多的时间来讲授诸如欧姆定律这样的科学概念。系统设计不会直接在科学概念的教授上花费时间,而是在设计过程中进行指导,这种原先科学师范教育中没有的训练也会增加现有教师的焦虑。最后,对于中学科学教师而言,许多科学教师没有接受过电子电荷的教学训练,电学教学本身会产生教师焦虑,再加上不熟悉的概念、系统设计方法交织在一起,焦虑就更为明显。因此,系统设计法的应用会面临教师方面的直接风险和学生方面的间接风险。

F. 系统设计与脚本式探究的假设与研究问题

研究者假设系统设计法会全面提升学生学业成就,同时他们还假设可以通过提供教师专业发展培训和实施过程的支持来规避可能的风险。之前的设计学习实践表明可以促进概念学习(Barton, 1998; Kolodner, 2002; Kolodner et al., 2003; Penner, Lehrer, and Schauble, 1998)。设计学习之前没有与脚本式探究进行直接比较,本文开展研究尝试对两者进行对比分析。

最后,对系统设计法及其效果,以及公平差距进行一下说明。除了整体上的低学业表现之外,美国中小学科学教育在低和高SES(社会经济地位)学生之间的差异很大,另外白种人、亚裔与拉丁裔和非裔美国学生之间差异学业表现差异巨大(马丁等,1997, 2000)。此外,男女在科学上的表现的显著差异从初中开始,在高中加剧(马丁等人,2000)。允许学生选择他们设计的东西可以减少公平差异。此外,学生们需要相互交流自己的想法,这被看作是促进学生拥有自主想法的过程,而且这也将有助于减少学业表现的差距。另一个公平差距问题涉及平等获得设计材料的机会。研究者创建了系统设计学习模块,这样所有的动手操作都在教室里进行,所有学生都使用相同的材料(这与脚本式探究相同)。这种安排并不总是适用于项目学习。当学生被允许使用从家里带来的材料时,他们的学业表现可能会由于获取资源的不平等和课堂外实践的不平等而导致差异加剧。

此外,系统设计课程工具箱有85%的物料与脚本式探究课程是一样的,包括灯泡、LED和电线等等,而与之不同的物料包括两个蜂鸣器、两个电池座、一个热敏电阻和两个光电阻。

二、方法

研究人员使用了一种对比实验方式,10名教师和587名学生(26个班)开展系统设计法的报警系统课程(简称设计组),5名教师和466名学生(20个班)采用脚本式探究学习电学单元(简称探究组)。上述两组是从美国东北部城区学校八年级的27位科学教师中选出的。研究者在2004春季学期为八年级全体科学教师开设了一个专业发展工作坊,帮助他们了解系统设计学习法。与这个工作坊同时开始的还有其他四个学习项目供教师选择。尽管不是必修项目,但是学区强烈鼓励教师在区内参加某种形式的专业发展培训。十九名教师参加了工作坊,12名教师初步同意参加设计组,但是由于两位教师因各种行政原因不能参加,最终有10名教师参加了本次研究。

这10位教师的参与过程基本上是自我选择,出于自愿的。研究者告知教师们可以出于任何原因随时中断。然而,选择教师时必须考虑以下几个因素。首先,学区必须鼓励所有教师参与某种形式的专业发展培训,虽然教师也有选择其他形式教师专业发展培训的机会,但是参与者参与系统设计的动机部分是由这个因素导致的。第二,教师为在专业发展培训中所花费的时间,可以按学区标准费率活动专业发展补偿。虽然是象征性的费用,这确实成为刺激教师参与的经济奖励。最后,与参加其他形式的培训一样,教师参加系统设计教师专业发展培训也会获得继续教育学分。

在项目的课程实施过程中,系统设计小组的教师参加了一个系列的五个专业发展工作坊,每次持续四小时。工作坊聚焦于允许教师亲身体验系统设计学习。每位老师都按照学生最终完成的方法完成系统设计课程。每个工作坊强调系统设计过程的不同阶段,其中包括使用学生的电子元件工具箱动手制作自己的方案。教师们相互展示自己的设想和制作成果,并在相互交流思想的同时,反思他们的设计和过程。教师们还能够在课程实施过程中交换一些在课堂中帮助学生更好学习的想法。教师专业发展工作坊的重点不在于通过电子和电学原理方面的讲座提供课程内容方面的支持。

调查组是从该学区其余教师中招募来的。研究者发送一封请求信(和测试材料)给学区其他教师,和教师管理者开展前测和后测也作为研究的一部分。地区科学项目官也发出参与请求,尽管没有指定的要求。从剩下的教师中,七名教师提交了前测,也有七名教师提交了后测结果,尽管七名教师可能来自不同的学校。这两个组有五位教师同时提交了前测与后测,他们组成了探究组。探究组的成员自愿的程度更高,因为没有学区推荐、经济补偿,也没有赋予继续教育学分。所有探究组在过去三年中参加过脚本式探究的不少于三、四个小时的教师专业发展培训。一名教师出于好奇,自愿同时参加设计小组和调查小组,从而成为一名重点研究对象。该老师决定在一个班实施系统设计课程,在另外三个班使用脚本探究法。

这样的选择过程会由于学校社会经济状态不同,导致设计组和探究组存在一定差异,如表2所示。根据学区各个学校的整体社会经济状态(SES)数据,设计组的成员有较高比例的学生来自低SES范围内的学校(53%的587名学生与32%的466学生相比)。社会经济类别是基于被认为是经济上处于弱势地位的学生比例确定的,其中低组涉及的学校超过66%的学生经济处于不利地位,高组的学生低于40%,剩下的是中等地位组。该学区四个最低的SES学校在设计组。设计组与探究组的差异在中等SES范围偏差较大(14%对38%)。在高SES范围内相差不大。

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在性别方面,设计组相对探究组而言女生比例略高(54%对51%),非裔美国学生的比例是两倍(66%比33%),接受免费午餐的学生比例较高(64%比58%)。

学生参加了前后测用于检测学生电学概念掌握的情况变化。研究者开发了一个知识测试主要围绕电学的核心概念,如电阻、电流、电压、串联和并联电路,以确保对设计组和调查组掌握的科学内容进行有效评估。图4显示了知识测试中的部分试题。知识测试的完整版本在附录A。前测(一天)即时开始,是在系统设计组开始四到五周的系统设计课程前一天,以及脚本探究式开始第一个课程模块之前。在系统设计小组完成了系统设计组的四至五周系统设计模块和脚本查询小组完成前四个脚本询问课程模块后,立即进行了后测试(即第二天)。系统设计模块和脚本查询单元的前四个单元都在四到五周内完成。后测一般是在系统设计组完成四到五周系统设计课程后,以及脚本式探究完成前四个模块课程后马上实施,一般为第二天。系统设计课程和脚本式探究前四个课程模块均会在四到五周之内完成。

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三、结论

A. 科学概念测验整体比较

总体而言,设计组在科学知识内容前后测出成绩提升是探究组的两倍增量,如图5所示。设计组平均提升16%,调查组为7%(t=2.02,p<0.01)。该数据分析包括计算每个班级的平均成绩值,再计算每个班级成绩提升量,然后比较不同条件下班级平均提升量之差。如图5以及后面的分析中,效应值(ES)是不同条件下成绩差除以联合标准偏差计算所得的。

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设计组科学知识前测的整体平均分为29,而探究组前测成绩为38分。初始考试成绩的差异可能是由于在教师选择过程中,设计组和探究组学校社会经济地位差异造成的。后测的成绩设计组为45%,探究组为46%,两组从前测的9%的差距下降至不到1%的差距。从成绩的提升率来看,设计组比前测成绩提高了22.5%。探究组提高11.3%。此外,前测和后测的平均分数均不考虑天花板效应。

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系统设计法总体上对学生学业成就提升的表现更好。它对公平差距的影响如何?如图6A所示,非裔美国学生在设计组的科学知识测验成绩比探究组高出八倍(M =0.16vs.0.02,T =2.05,P<0.01)。设计组非裔之外的美国学生获得的分数比探究组高出近一倍(M 0.21对0.11,T 2.06,P 0.07)。因此,系统设计法并没有消除这种差距,但它确实使非裔美国学生的学习实现从成绩垫底进步到取得比调查组的非裔之外美国学生更好的成绩。

图6b显示设计组和探究组的男生和女生的成绩提升情况。系统设计组的女生和男生的进步几乎相同(女生0.14,男生为0.16),两者差距在测量误差范围内。这一结果表明,系统设计方法不会产生性别之间的成绩差距。设计组的男生取得进步比探究组更显著(M=0.16 VS 0.05;T=2.04,P<0.01)。设计组女生的也取得进步,但是与探究组相比不是很明显(M=0.14 vs 0.08; T= 2.03,P<0.25)。

系统设计方法对低成就的非裔美国学生在科学知识测试成绩的影响最大。根据成绩,非裔学生被分为三个成绩档,低分档为得分低于30%,30–60%之间的为中间档,高分档为正答率超过60%的学生。前测后测均使用这种分类方法。如图7所示,系统设计组的非洲裔美国学生后测成绩相对前测成绩而言实现了向上流动,从较低分档提升至较高分档的学生数量占总数的21%,而且增加的高分档人数占总人数的15%。相比之下,探究组学生在低分档中所占比例略有增加。这一发现表明,系统设计法对非裔学生可能特别有效。

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非裔之外美国学生中又发生了从低分档到高分档的重大转变;然而,设计组中最大的变化发生中间档,其中29%的学生进入高分档,与探究组相比这一比例要高得多。系统设计方法并提高低分档的非洲裔美国学生和中间档的非裔之外美国学生比脚本式探究好,对于其他分数档而言也并不比脚本式探究差。这一发现对于设计组中的学校和学生尤其重要。

如图8所示,女学生在探究组和设计组中表现出相似的进步曲线,尽管在设计组中的提升情况略优。男性学生似乎表现出对系统设计法的更高参与度,提升至高分档的人数相当多。

图7和图8是基于前测后测的高中低三个分数档的整体人数比例变化。图中没有捕捉到学生个体的轨迹。这样,图中就无法显示出从低分数档直接升至高分档的学生比例(或者说,高分档学生直接降至低分档,或其他任何特定的学生轨迹也无法显示)。相反,图中只能显示的是前测全部学生分布的比例和后测全部学生的分布比例。

总体而言,从种族和性别的角度来看,系统设计组对低分段的非裔美国学生最有帮助,对实现非裔之外美国学生和低分档和中分档男生也有较大帮助。在种族和性别的其他维度中,系统设计方法与脚本式探究的效果相似。

B. Summary 总结

采用真实设计任务教授科学概念与利用脚本式探究相比成绩一样吗?从整体成绩而言,系统设计组的测试分数比脚本式探究组明显高,前者达到后者的两倍。对于种族和性别而言,系统设计法对低分段的非裔学生帮助最大,对非裔之外美国学生和低分档和中分档男生也有较大帮助。在种族和性别的其他维度的比较中,系统设计方法与脚本式探究的效果相似。

四、结论

这项研究的结果表明,与脚本式探究相比,系统设计法教授科学概念时,在知识获取、学生参与度和知识保持性等方面具有优势。系统设计法对低分段的非裔美国学生是最有帮助的,尽管该方法对所有学生来说都比脚本式探究好。作者们描述了系统设计法的独特之处在于,学生就像系统分析师和设计师进行新产品或系统设计一样,从自己的设计需求来开始设计过程。通过让学生从他们自己的需要开始学习程序,系统设计法解决了学生经常表达的问题,并且常常成为学习的障碍“为什么我需要知道这个呢?“。系统设计过程允许学生问自己的问题进行调查,以便设计他们的报警系统,并且还允许学生设计自己的实验来调查他们的想法。研究结果表明,当科学探究过程融入到设计环境中,以满足学生的需求为动机时,就可以实现更高的科学概念学习。

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