利用網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)促進(jìn)科學(xué)教育的協(xié)作

儲(chǔ)　鶴

[摘要]目前科學(xué)教育界的協(xié)作現(xiàn)狀不容樂觀。2062科學(xué)教育平臺(tái)利用網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)新技術(shù)，借鑒軟件行業(yè)和2061項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，面向中小學(xué)科學(xué)教師提供協(xié)作研究方面的技術(shù)支持。并希望通過2062平臺(tái)，整合科學(xué)教師社區(qū)的群體力量，建設(shè)一個(gè)開放、規(guī)范的科學(xué)課程資源庫(kù)。

[關(guān)鍵字]網(wǎng)絡(luò)：web2.0；協(xié)作；科學(xué)教育；課程開發(fā)；科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)；2061

[中圖分類號(hào)]G40-057[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[論文編號(hào)]1009-8097(2009)03-0074-04

一科學(xué)教育中協(xié)作研究的現(xiàn)狀

中小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)推出數(shù)年，新標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作也全面展開，眾多科學(xué)教師也開始在新課標(biāo)的基礎(chǔ)上開發(fā)或調(diào)整自己的課程設(shè)計(jì)。但是，過重的教學(xué)任務(wù)使得單個(gè)教師很難有足夠的時(shí)間開發(fā)出一個(gè)高質(zhì)量的課程設(shè)計(jì)。所以，教師之間的合作、教師和教研人員之間的合作在課程開發(fā)中顯得尤為重要。然而，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行的一項(xiàng)問卷調(diào)查表明，科學(xué)教師由于“教學(xué)任務(wù)太重”或“缺少這樣的環(huán)境和機(jī)制”，彼此之間交流甚少。其他研究者也認(rèn)為“研究者單獨(dú)作戰(zhàn)的多，有組織的少”。

網(wǎng)絡(luò)是目前教師開展合作的一種重要途徑，我們可以在網(wǎng)絡(luò)上找到很多關(guān)于科學(xué)教育的論壇、網(wǎng)站和博客。但是，這些通用化的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用由于只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的信息發(fā)布和交流，很難開展深入的討論和協(xié)作，因此出現(xiàn)了很多重復(fù)性的勞動(dòng)，而且，這些通用化的應(yīng)用也缺乏專門面向科學(xué)教師群體的專業(yè)化服務(wù)。

二來自軟件行業(yè)的啟示

計(jì)算機(jī)軟件研發(fā)是一個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)并且飛速發(fā)展的行業(yè)，這離不開計(jì)算機(jī)軟件研究人員對(duì)項(xiàng)目管理、軟件工程和組織架構(gòu)等方面進(jìn)行的深入研究。通過對(duì)計(jì)算機(jī)軟件行業(yè)的考察，我們可以獲得很多啟示。

不論在商業(yè)軟件公司中，還是在開源軟件社區(qū)中，軟件研發(fā)過程都非常強(qiáng)調(diào)“合作”與“規(guī)范”?！昂献鳌币蟾鱾€(gè)成員相互配合，為團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)而努力；“規(guī)范”要求各個(gè)成員的行為符合共同的流程和準(zhǔn)則，確保團(tuán)隊(duì)正常運(yùn)作。二者結(jié)合起來，就是“規(guī)范地合作”。下面作者以“文檔”和“會(huì)議”為例子，分別說明什么是“規(guī)范地合作”。

1軟件項(xiàng)目的開發(fā)過程包含若干階段，每個(gè)階段都要求產(chǎn)生一定的文檔。文檔不僅是一個(gè)階段工作的成果，也是下一階段工作的基礎(chǔ)。對(duì)每一份文檔，在其結(jié)構(gòu)、版本等方面都應(yīng)有嚴(yán)格、規(guī)范的定義，以確保團(tuán)隊(duì)中的每一位成員可以快速、準(zhǔn)確地閱讀文檔。并且，所有成員在同一時(shí)間看到的是同一份文檔，以避免出現(xiàn)因版本問題而導(dǎo)致的混亂。一些細(xì)致而且有效的做法可以使得“文檔”真正成為團(tuán)隊(duì)成員之間跨時(shí)間、跨空間溝通的橋梁。

2會(huì)議是團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行溝通和合作的主要方式，更需要遵循“規(guī)范地合作”這一準(zhǔn)則。會(huì)議前會(huì)發(fā)出電子郵件，明確會(huì)議的議程、時(shí)間、地點(diǎn)、人員、角色安排、做決定的方式等等；會(huì)議中，會(huì)有一些規(guī)范的方法用于指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)如何開展討論，如何做決定等；會(huì)議后，一份會(huì)議記錄會(huì)列出會(huì)議中做出的決定，以明確各個(gè)成員下一步需要開展的工作。在下一次會(huì)議中，各個(gè)成員首先需要檢查上次會(huì)議安排的任務(wù)的完成情況，保證每一件事情都能及時(shí)完成。正是有了這些細(xì)致的做法，會(huì)議的效率才得以保證。

很多大型企業(yè)為了解決員工之間時(shí)空分散的問題，更是把這些“規(guī)范”通過企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)和軟件加以固化，以保證這些“規(guī)范”得到有效執(zhí)行。

計(jì)算機(jī)開源社區(qū)為了解決這樣的問題，也開發(fā)了一系列工具，用來協(xié)調(diào)、加強(qiáng)彼此之間的合作。譬如：用于溝通的電子郵件列表，用于管理程序代碼的CVS、subversion等版本控制工具，用于團(tuán)隊(duì)協(xié)作文檔的在線文檔系統(tǒng)和wiki系統(tǒng)，用于對(duì)外發(fā)布信息的blog系統(tǒng)，用于跟蹤錯(cuò)誤和其他反饋報(bào)告的bug trace。甚至還出現(xiàn)了一些網(wǎng)站，專門幫助團(tuán)隊(duì)開展網(wǎng)絡(luò)協(xié)作，如Google code，Source forge等。最近十年，相對(duì)松散的開源軟件社區(qū)貢獻(xiàn)了很多高質(zhì)量的軟件，這些工具或網(wǎng)站在輔助和促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作方面起到了不可或缺的作用。

我們要提高在網(wǎng)絡(luò)上開展科學(xué)教育協(xié)作研究的質(zhì)量，就需要借鑒這些來自軟件行業(yè)的“合作”、“流程”和“規(guī)范”的方法，更應(yīng)該將這些方法根據(jù)科學(xué)教育的需要，適當(dāng)改造并通過工具或網(wǎng)站的形式加以固化。因此，針對(duì)中國(guó)科學(xué)教育行業(yè)開發(fā)一個(gè)知識(shí)管理系統(tǒng)是必要的，這樣的系統(tǒng)可以比論壇、博客和wiki等通用平臺(tái)提供更多的功能和應(yīng)用。

三對(duì)2061項(xiàng)目的深入研究

美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)發(fā)起的2061項(xiàng)目(我們沒有翻譯為2061計(jì)劃，因?yàn)槲覀冏⒁獾?061是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、系統(tǒng)化的、切實(shí)可行的項(xiàng)目，而不僅僅只是一個(gè)設(shè)想中的計(jì)劃)是科學(xué)教育研究和改革的一個(gè)范例，我們的很多想法也來源于2061項(xiàng)目。

1989年出版的《面向全體美國(guó)人的科學(xué)》一書是2061項(xiàng)目的第一個(gè)里程碑，它給出了每個(gè)學(xué)生在高中畢業(yè)的時(shí)候在科學(xué)素養(yǎng)方面要達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。有200多位來自各個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)家、工程師參與了該書的編寫工作，歷時(shí)4年，為美國(guó)科學(xué)教育的改革奠定了基礎(chǔ)。

1993年出版的《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》一書是2061項(xiàng)目的第二個(gè)里程碑，該書進(jìn)一步給出了學(xué)生在各個(gè)年級(jí)段要求達(dá)到的目標(biāo)，也就是分年級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。來自實(shí)際課堂的教師是這個(gè)階段工作的主體，他們?cè)诳茖W(xué)家和教育研究人員的指導(dǎo)下歷時(shí)4年完成?！犊茖W(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》是團(tuán)隊(duì)協(xié)作的產(chǎn)物，該書的第二部分詳細(xì)描述了這種協(xié)作開發(fā)的過程。

《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》的網(wǎng)絡(luò)版本是一個(gè)成功的知識(shí)管理系統(tǒng)。2061項(xiàng)目將所有基準(zhǔn)都納入到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中，這樣可以及時(shí)更新基準(zhǔn)的內(nèi)容，也可以方便用戶查找和引用基準(zhǔn)，更為后續(xù)計(jì)算機(jī)工具的開發(fā)提供了必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

《面向全體美國(guó)人的科學(xué)》和《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》這兩個(gè)階段的安排是2061項(xiàng)目管理中的特別之處，即：科學(xué)家負(fù)責(zé)制訂K-12科學(xué)教育的最終目標(biāo)，并給出了一些教學(xué)方面的關(guān)鍵性的建議；教師主導(dǎo)制訂分年級(jí)目標(biāo)，充分利用他們來自實(shí)際課堂的經(jīng)驗(yàn)和研究成果。這種安排能最大限度地發(fā)揮科學(xué)家和教師各自的優(yōu)勢(shì)，并使他們處于一種互補(bǔ)的合作關(guān)系，而不是相互懷疑和指責(zé)。

在基準(zhǔn)制訂完成后，2061項(xiàng)目開始關(guān)注收集和評(píng)價(jià)現(xiàn)有的課程資源，而不是從頭開發(fā)所有課程。事實(shí)上，由于地域、自然環(huán)境、種族背景等方面的差異，使得課程的設(shè)計(jì)必須要多樣化；同時(shí)，多樣化的課程又必須納入到統(tǒng)一的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中。2000年出版的《科學(xué)素養(yǎng)的設(shè)計(jì)》提出了一種可行的做法：課程開發(fā)人員從一個(gè)經(jīng)過質(zhì)量認(rèn)證的資源庫(kù)中提取若干符合當(dāng)?shù)貤l件的課程模板，一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助工具對(duì)這些課程模板進(jìn)行合理的排列組合，最終產(chǎn)生一份符合科學(xué)教育基準(zhǔn)要求的科學(xué)課程計(jì)劃。

盡管這樣的工具現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)，但是我們已經(jīng)看到了這種發(fā)展的趨勢(shì)和基礎(chǔ)。我們發(fā)現(xiàn)在全美科學(xué)教師聯(lián)盟(NSTA)的網(wǎng)站中，所有的課程都標(biāo)記出該課程所實(shí)現(xiàn)的

國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中的具體條目。有了這樣的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可以開發(fā)出很多計(jì)算機(jī)工具。譬如：教師可以很方便地找到所有相似的課程，然后進(jìn)行比較，并優(yōu)化自己的課程設(shè)計(jì)；也可以實(shí)現(xiàn)上文提到的計(jì)算機(jī)輔助課程計(jì)劃工具。

2061項(xiàng)目的每個(gè)階段都需要大量教師和科研人員密切配合，各個(gè)階段之間也需要相互銜接，一些里程碑式的書籍起到了承上啟下的作用。在這些書籍的附錄中列出的上百份來自實(shí)際課堂的研究資料，讓我們認(rèn)識(shí)到一份高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)有其大眾化的科學(xué)教育研究的基礎(chǔ)。所以，我們提倡教師在實(shí)際課程中開展實(shí)證研究，并把其研究成果規(guī)范地發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺(tái)上，積少成多，逐步提高我國(guó)科學(xué)教育的水平。

產(chǎn)生于上個(gè)世紀(jì)八、九十年代的這些著作，很多溝通都依靠書信來傳播。我們現(xiàn)在有了強(qiáng)大、便捷的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的支持，更有利于協(xié)作研究的開展。但是，網(wǎng)絡(luò)的力量越強(qiáng)大，我們?cè)叫枰粋€(gè)可以規(guī)范這種網(wǎng)絡(luò)協(xié)作的計(jì)算機(jī)工具，以防止這種協(xié)作只是流于形式、簡(jiǎn)單重復(fù)。

四2062科學(xué)教育平臺(tái)

基于上述論述，特別是在對(duì)2061項(xiàng)目的深入研究的基礎(chǔ)上，我們提出了2062科學(xué)教育平臺(tái)的理念和構(gòu)架。我們提倡：

1)科學(xué)教師在科學(xué)教育研究和課程開發(fā)中需要相互協(xié)作；

2)利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)作工具，如Google“在線文檔”，來促進(jìn)和規(guī)范團(tuán)隊(duì)內(nèi)的協(xié)作；

3)開發(fā)為科學(xué)教育定制的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，積累廣大科學(xué)教師的工作成果，并促進(jìn)彼此工作的重用。

1“在線文檔”協(xié)作平臺(tái)

Google的“在線文檔”是一個(gè)專門為團(tuán)隊(duì)協(xié)作而開發(fā)的工具，在協(xié)同編寫文檔、版本控制、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和安全性等方面，具備傳統(tǒng)單機(jī)文檔處理工具(如：MS Office等)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。以前，我們需要通過電子郵件或聊天工具和其他教師共享我們的文檔，其他教師修改之后再通過電子郵件或其他工具傳回來。這種工作方式很有可以能引起版本問題：假設(shè)別人在修改文檔的同時(shí)，你也修改了這份文檔，這樣就產(chǎn)生了兩份不同的文檔。當(dāng)團(tuán)隊(duì)的規(guī)模再稍微擴(kuò)大的時(shí)候，既要保證各個(gè)成員多樣化的工作，又要維護(hù)文檔的一致性，幾乎是不可能的了?，F(xiàn)在，我們只需要通過“在線文檔”工具編寫文檔，協(xié)作方面可能出現(xiàn)的問題都由計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)解決。兩者之間不同的工作模式由圖1和圖2所示。當(dāng)然，有了工具的支持，還離不開一定的“流程”和“規(guī)范”，只是這種“流程”和“規(guī)范”可以更方便地執(zhí)行。

2科學(xué)教育的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)

開發(fā)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)包括兩個(gè)部分：“課程庫(kù)”和“基準(zhǔn)庫(kù)”。課程庫(kù)中的課程需要指明該課程可以實(shí)現(xiàn)的基準(zhǔn)庫(kù)中的基準(zhǔn)條目?，F(xiàn)在大部分教師的課程設(shè)計(jì)都會(huì)在開頭指明該課程的目的，但是如果不把這部分內(nèi)容連同語(yǔ)義放入數(shù)據(jù)庫(kù)的話，以目前的技術(shù)，計(jì)算機(jī)是很難做進(jìn)一步自動(dòng)處理的。

“課程庫(kù)”用于收集、整理并規(guī)范目前已有的科學(xué)課程資源。課程庫(kù)中的課程需要包括的資料有：

1)基本資料，課程的設(shè)計(jì)，以及實(shí)施建議等；

2)所能實(shí)現(xiàn)的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的具體條目，并按照實(shí)現(xiàn)的先后次序排列；

3)課程需要占用的時(shí)間，包括每一堂課的時(shí)間，以及建議的授課季節(jié)等時(shí)間限制；

4)管理其他教師的反饋和評(píng)論，通過一些工具，方便教師之間開展“規(guī)范”的協(xié)作。

“基準(zhǔn)庫(kù)”用于標(biāo)準(zhǔn)化地維護(hù)國(guó)家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，并記錄基準(zhǔn)之間的依賴關(guān)系?；鶞?zhǔn)庫(kù)中的每一個(gè)基準(zhǔn)都需要：

1)用一個(gè)字母和數(shù)字組合的標(biāo)記來標(biāo)識(shí)，方便教師查找和引用；

2)記錄各個(gè)基準(zhǔn)之間的依賴關(guān)系。譬如：在理解“月相盈虧”的概念之前，學(xué)生必須要理解“有的光來自物體反射原始光源的光”等概念。這種依賴關(guān)系體現(xiàn)了學(xué)生概念和能力發(fā)展的一般途徑，也是設(shè)計(jì)和安排課程時(shí)要遵循的約束。讀者可以通過科學(xué)普及出版社即將出版的《科學(xué)素養(yǎng)的導(dǎo)航圖》一書得到這種依賴關(guān)系的直觀表現(xiàn)。

我們希望通過上述兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，可以嘗試重構(gòu)出2061項(xiàng)目眾多出版物背后的知識(shí)管理系統(tǒng)。

3具體應(yīng)用

在上面這兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，我們可以開發(fā)一系列輔助工具和應(yīng)用，以促進(jìn)科學(xué)教師之間的協(xié)作，并提高科學(xué)教師的工作效率。以計(jì)算機(jī)輔助課程計(jì)劃工具為例：教師根據(jù)自己所處的地理、環(huán)境、時(shí)間等約束條件，選擇一些課程，作為某個(gè)年級(jí)或年級(jí)段的備選課程：計(jì)算機(jī)工具將教師選取的課程進(jìn)行自動(dòng)排序，使得這樣的課程安排既能滿足學(xué)校授課的時(shí)間約束，又可以最好地實(shí)現(xiàn)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提出的要求；計(jì)算機(jī)工具還可以給出一些課程調(diào)整的意見(譬如：刪去一些重復(fù)的課程以留出更多時(shí)間，或者加入一些課程以實(shí)現(xiàn)更多基準(zhǔn)的要求)，并再次自動(dòng)排序，得到更好的課程安排。圖3是一個(gè)基于“課程庫(kù)”和“基準(zhǔn)庫(kù)”進(jìn)行課程安排的簡(jiǎn)化的例子。

五總結(jié)

類似其它社會(huì)性軟件，教師之間可以相互評(píng)論和改進(jìn)課程設(shè)計(jì)、基準(zhǔn)、基準(zhǔn)之間的依賴關(guān)系等眾多內(nèi)容，并且可以把這種協(xié)作方式和工作流程通過計(jì)算機(jī)軟件簡(jiǎn)化并固定下來。我們相信，通過逐步積累每個(gè)教師的每個(gè)細(xì)小的實(shí)證性的科學(xué)教育研究的成果，最終可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)高質(zhì)量的科學(xué)課程資源庫(kù)和科學(xué)課程基準(zhǔn)，并促進(jìn)每個(gè)科學(xué)教師的職業(yè)發(fā)展和中國(guó)科學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展。