美國(guó)ＴＥＬＳ技術(shù)支持科學(xué)學(xué)習(xí)的研究與實(shí)踐

呂　萍

[摘 要] TELS主要通過(guò)科學(xué)課程設(shè)計(jì)、教師專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)、評(píng)估和技術(shù)支持四個(gè)環(huán)節(jié)的研究和實(shí)踐，研究如何運(yùn)用信息技術(shù)提高學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)成就水平。TELS獨(dú)特的研究視角和系統(tǒng)的研究過(guò)程以及濃烈的時(shí)代氣息，期望對(duì)我國(guó)科學(xué)教育的改革、研究與實(shí)踐提供參考和啟發(fā)。

[關(guān)鍵詞] TELS；科學(xué)學(xué)習(xí)；信息技術(shù)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G434[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1672-1128（2009）04-0014-06

技術(shù)支持科學(xué)學(xué)習(xí)（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｌｅａｒｎｉｎｇ ｉｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ，ＴＥＬＳ）研究中心是美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)于2003年秋建立的一個(gè)國(guó)家級(jí)研究中心。TELS主要通過(guò)科學(xué)課程設(shè)計(jì)、教師專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)、評(píng)估和技術(shù)支持4個(gè)環(huán)節(jié)的研究和實(shí)踐，研究如何運(yùn)用信息技術(shù)提高學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)成就水平。當(dāng)前，正值我國(guó)科學(xué)教育改革時(shí)期，TELS獨(dú)特的研究視角，系統(tǒng)的研究過(guò)程和富有時(shí)代特征的科學(xué)教育研究和實(shí)踐范式，給了我們極大的沖擊和啟示，對(duì)于我國(guó)科學(xué)教育中存在的理論研究過(guò)于宏大，理論研究脫離實(shí)踐以及教師教學(xué)方法機(jī)械等都有不同程度的啟發(fā)。

一、TELS概況

近年來(lái)，美國(guó)學(xué)生的科學(xué)成績(jī)隨年齡有不斷下降的趨勢(shì)。據(jù)第三次國(guó)際數(shù)學(xué)和科學(xué)研究（TIMSS）的調(diào)查結(jié)果表明：美國(guó)小學(xué)4年級(jí)學(xué)生科學(xué)成績(jī)?cè)?0個(gè)國(guó)家中排名較高，但8年級(jí)學(xué)生就向一般成績(jī)滑動(dòng)，12年級(jí)學(xué)生則處于最低水平。這一結(jié)果令美國(guó)各界人士震驚。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中，很難掌握復(fù)雜的、相互沖突的、容易混淆的科學(xué)概念和思想，加之科學(xué)教師的專(zhuān)業(yè)水平不高、教學(xué)方法過(guò)于簡(jiǎn)單，學(xué)生很難領(lǐng)悟比較抽象的科學(xué)概念。加上現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)學(xué)校教育教學(xué)所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在這種背景下，TELS應(yīng)運(yùn)而生。

TELS的總部設(shè)于加利福尼亞大學(xué)，由7所大學(xué)、1個(gè)非贏利教育研究和發(fā)展組織、7個(gè)學(xué)區(qū)組成。TELS的研究者與大學(xué)的專(zhuān)業(yè)研究者和初、高中的教育者形成研究共同體，形成了比較穩(wěn)固的伙伴關(guān)系，各自發(fā)揮不同專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)和作用。專(zhuān)業(yè)研究者的主要工作是判定運(yùn)用信息技術(shù)提升科學(xué)教育水平情況，幫助科學(xué)教師充分使用信息技術(shù)營(yíng)造學(xué)習(xí)環(huán)境；研究者則與教師合作，測(cè)試并總結(jié)課程活動(dòng)的進(jìn)行情況，以此提高教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展的水平。研究者還幫助教師制作教學(xué)中運(yùn)用的材料、選用教學(xué)方法。參與研究的教師會(huì)把他們的教學(xué)體驗(yàn)告訴研究者，研究者依此來(lái)修改課程計(jì)劃。

TELS的目的是研究如何運(yùn)用信息技術(shù)提高6～12年級(jí)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)成就水平和科學(xué)教師的教學(xué)能力。主要研究4個(gè)方面的內(nèi)容：（1）設(shè)計(jì)并測(cè)試課程，對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的探究和動(dòng)態(tài)模擬提供循序漸進(jìn)的指導(dǎo)；（2）開(kāi)發(fā)程序與工具，幫助教師和學(xué)校有效應(yīng)用TELS設(shè)計(jì)的新課程；（3）評(píng)估新課程對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響；（4）開(kāi)發(fā)技術(shù)工具，支持課程設(shè)計(jì)者、教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展以及相關(guān)的評(píng)估。

二、TELS的科學(xué)課程設(shè)計(jì)

課程是開(kāi)展教育的關(guān)鍵，TELS的科學(xué)教育研究也十分重視課程的建設(shè)。為了滿(mǎn)足科學(xué)教育的需要，實(shí)現(xiàn)TELS的技術(shù)支持科學(xué)教育的目的，TELS提出其課程應(yīng)具備12個(gè)具體特征：（1）教室里需要有一個(gè)最新的瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)連接；（2）講述跨越整個(gè)年級(jí)的重要科學(xué)主題；（3）運(yùn)用基于課堂的評(píng)價(jià)，揭示學(xué)生是怎樣在學(xué)習(xí)一個(gè)項(xiàng)目中獲得進(jìn)步的、項(xiàng)目的認(rèn)知和社交支持怎樣促進(jìn)學(xué)生理解能力的提高；（4）基于課堂的專(zhuān)業(yè)發(fā)展支持能夠使教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行觀察、評(píng)論和記分；把學(xué)生的學(xué)習(xí)情況匯編進(jìn)檔案袋，這個(gè)檔案袋匯總了學(xué)生在多個(gè)項(xiàng)目中的學(xué)習(xí)情況；（5）讓教師形成一個(gè)共同的觀察和感覺(jué)，以使TELS的一個(gè)主題直接地過(guò)渡到另外一個(gè)主題；（6）讓學(xué)生形成一個(gè)共同的觀察和感覺(jué)，以使學(xué)習(xí)從一個(gè)TELS項(xiàng)目很容易地遷移到另外一個(gè)；（7）支持注冊(cè)和歸檔，以使學(xué)校和研究者能夠很容易地跟蹤學(xué)生在多個(gè)項(xiàng)目和不同年份的學(xué)習(xí)情況；（8）為設(shè)計(jì)者提供TELS的主數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方案——發(fā)表、收集、討論和回顧設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)設(shè)施；（9）支持那些想根據(jù)地方特點(diǎn)、課程次序和學(xué)生需要修訂和調(diào)整項(xiàng)目的教師和研究者；（10）為其他教育軟件開(kāi)發(fā)者提供開(kāi)放資源的接口；（11）充分利用最新出現(xiàn)的技術(shù)；（12）為開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)創(chuàng)作的環(huán)境，這個(gè)環(huán)境可以讓他們綜合成功的課程設(shè)計(jì)模式和原理。

1.科學(xué)知識(shí)的整合

TELS的科學(xué)課程設(shè)計(jì)主要通過(guò)科學(xué)知識(shí)的整合來(lái)進(jìn)行。TELS對(duì)知識(shí)整合特別感興趣。TELS的研究者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中不太容易掌握復(fù)雜的、沖突的、經(jīng)?；煜目茖W(xué)概念和思想。TELS的理事Marcia C. Linn和其他研究者的研究顯示，在以下情形下，教學(xué)是有效的，即當(dāng)教師把學(xué)生的觀點(diǎn)作為調(diào)查研究科學(xué)現(xiàn)象的起點(diǎn)，在學(xué)習(xí)者清楚地說(shuō)出他們?cè)兴枷牒托滤枷氲臅r(shí)候，引導(dǎo)他們，在各種各樣的情境下把他們的這些思想分門(mén)別類(lèi)，在復(fù)雜分析水平上使他們的思想之間建立聯(lián)系；在評(píng)價(jià)思想方面，制定和發(fā)展更為細(xì)微差異的標(biāo)準(zhǔn)。最終，讓學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)現(xiàn)象形成一系列相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)。

一般情況下，教師、管理者和學(xué)生都認(rèn)為建模和可視化是科學(xué)素養(yǎng)的必要組成部分。然而，學(xué)生們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)模擬和可視化理解起來(lái)很困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題，TELS在伙伴學(xué)校中測(cè)試了教師，讓他們辨別那些使學(xué)生感到困惑的科學(xué)主題，并與標(biāo)準(zhǔn)相比較，這項(xiàng)工作有利于進(jìn)行強(qiáng)有力的可視化和模擬。

在此基礎(chǔ)上，TELS進(jìn)行了知識(shí)整合，為每個(gè)初級(jí)中學(xué)選擇了兩個(gè)主題：生命科學(xué)、物理科學(xué)和地球科學(xué)。為每個(gè)高級(jí)中學(xué)也選擇了兩個(gè)主題：生物學(xué)、化學(xué)和物理。TELS利用信息技術(shù)已經(jīng)形成了18個(gè)科學(xué)主題課程模塊，伙伴學(xué)校已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這些課程模塊的重要性和困難。這些課程充分體現(xiàn)了地方和國(guó)家對(duì)初中或者高中制定的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)。這些模塊可以歸為六門(mén)科學(xué)：初中的生命科學(xué)、物理、地球科學(xué)，高中的生物學(xué)、化學(xué)、物理（見(jiàn)表1）。

2.課程設(shè)計(jì)審核環(huán)節(jié)

TELS已經(jīng)形成了一個(gè)設(shè)計(jì)審核環(huán)節(jié)，以確保由協(xié)作小組提出的項(xiàng)目方案能從以前的研究中受益。在形成和測(cè)試伙伴學(xué)校的12個(gè)方案中，TELS的研究者一直遵循這個(gè)程序。TELS的軟件和模擬，使研究者能夠?qū)Ρ姸嗟慕虒W(xué)材料之

間進(jìn)行精確的比較。

三、TELS的教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展

1.教師的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)活動(dòng)

TELS與6個(gè)州的40多所學(xué)校合作，調(diào)查教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展情況并提供機(jī)會(huì)，幫助教師計(jì)劃和實(shí)施TELS的課程方案。為了支持教師應(yīng)用TELS課程計(jì)劃，形成一個(gè)專(zhuān)業(yè)發(fā)展的模型，TELS研究者提出并正在采用循環(huán)方法來(lái)策劃、計(jì)劃實(shí)施、反思和修訂一個(gè)導(dǎo)師專(zhuān)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目（見(jiàn)圖1）。這些導(dǎo)師由TELS的研究者和設(shè)計(jì)者承擔(dān)。同時(shí)，TELS擁有將近50名教師，對(duì)他們進(jìn)行了運(yùn)用教育技術(shù)開(kāi)展教學(xué)的培訓(xùn)。TELS專(zhuān)業(yè)發(fā)展項(xiàng)目運(yùn)用工作坊和私人導(dǎo)師來(lái)幫助教師。

制定一個(gè)方案；

實(shí)施一個(gè)方案；

思考方案中的教學(xué)問(wèn)題；

根據(jù)以上的思考，量身定做方案；

實(shí)施修改過(guò)的方案。

教師可以通過(guò)以下途徑參與。

在所講內(nèi)容范圍內(nèi)，對(duì)學(xué)生的知識(shí)水平進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，并且每年至少實(shí)施一個(gè)TELS課程計(jì)劃；

參加課程設(shè)計(jì)小組；

成為一名導(dǎo)師。

在項(xiàng)目實(shí)施的第一年，TELS主持了第一個(gè)工作坊，與教師個(gè)別交流，幫助教師啟動(dòng)課程計(jì)劃，提供深入的技術(shù)和課堂教學(xué)支持。然后，對(duì)課程方案中的教學(xué)問(wèn)題進(jìn)行深入指導(dǎo)。

到目前為止，200多名教師已經(jīng)開(kāi)展了基準(zhǔn)測(cè)試，并實(shí)施了至少一個(gè)課程計(jì)劃，超過(guò)25個(gè)教師已經(jīng)參加課程設(shè)計(jì)小組，20多個(gè)教師已經(jīng)成為導(dǎo)師。大約25%的教師已經(jīng)實(shí)施過(guò)一個(gè)以上的課程計(jì)劃（見(jiàn)表2）。

教師對(duì)TELS課程活動(dòng)很滿(mǎn)意，但是對(duì)學(xué)校能夠?yàn)殚_(kāi)展這類(lèi)教學(xué)所提供的有限資源（如人力、技術(shù)和材料）很失望。在后期方案實(shí)施的采訪中，許多參與TELS的教師很無(wú)奈，因?yàn)樗麄兯趯W(xué)校的技術(shù)設(shè)施根本不支持這類(lèi)教學(xué)。然而，從總體上來(lái)看，教師對(duì)TELS的計(jì)劃非常熱心。他們表示，絕大多數(shù)學(xué)生在任務(wù)學(xué)習(xí)上，總體上能夠理解復(fù)雜科學(xué)現(xiàn)象的可視化。

如果學(xué)生科學(xué)知識(shí)水平比較低，那么他們的教師需要額外的專(zhuān)業(yè)發(fā)展培訓(xùn)，使他們擁有識(shí)別技巧，以確保所有學(xué)生參與到TELS課程計(jì)劃中。正如評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，他們的努力是成功的。先前在科學(xué)知識(shí)得分比較低的學(xué)生，相對(duì)于他們的起點(diǎn)而言，他們獲得理解能力的成功，與前測(cè)得分比較高的學(xué)生所獲得的成功非常相似。

2.資格水平證書(shū)

TELS為教師提供了一個(gè)三級(jí)證書(shū)。設(shè)計(jì)這個(gè)證書(shū)是用來(lái)配合和幫助教師完成部分職業(yè)進(jìn)修的需要和國(guó)家職業(yè)證書(shū)（見(jiàn)表3）。TELS證書(shū)承認(rèn)那些在運(yùn)用教育技術(shù)提升科學(xué)學(xué)習(xí)方面獲得過(guò)優(yōu)異成績(jī)的教師。獲得證書(shū)的教師必須非常熟練地使用作為科學(xué)探究方案的部分教育技術(shù)。

實(shí)施TELS課程計(jì)劃的49名教師達(dá)到了第一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。15名參與設(shè)計(jì)小組和試點(diǎn)測(cè)試計(jì)劃的教師達(dá)到了第二級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。成為導(dǎo)師的TELS教師和指導(dǎo)教師的其他同事達(dá)到了第三級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.學(xué)校管理者的專(zhuān)業(yè)發(fā)展

TELS與4個(gè)州的16個(gè)校長(zhǎng)合作。TELS的研究者、教育領(lǐng)導(dǎo)和校長(zhǎng)一起調(diào)查在學(xué)校范圍內(nèi)如何有效地實(shí)施和支持有創(chuàng)新意義的技術(shù)提高科學(xué)課程。在訪談中，參與研究的學(xué)校校長(zhǎng)對(duì)TELS研究表現(xiàn)出濃厚的興趣，關(guān)注學(xué)校技術(shù)支持和設(shè)施的缺乏，熱心于教育技術(shù)與提高教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。校長(zhǎng)們認(rèn)為教育技術(shù)能夠極大地提高學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)，并激勵(lì)學(xué)生積極參與科學(xué)課程。

對(duì)于學(xué)校與教師合作識(shí)別有效應(yīng)用教育技術(shù)的方式，所有的校長(zhǎng)都表現(xiàn)出濃厚的興趣。TELS鼓勵(lì)校長(zhǎng)批判性地思考如何調(diào)整技術(shù)來(lái)提高學(xué)習(xí)，以便適合他們學(xué)校。同時(shí)，TELS提供了一個(gè)校長(zhǎng)論壇來(lái)解決問(wèn)題和展望未來(lái)。目前，已有16位管理者作為一個(gè)強(qiáng)有力的團(tuán)隊(duì)出現(xiàn)在TELS的課程計(jì)劃中（見(jiàn)表4）。

四、TELS的評(píng)估活動(dòng)

TELS的目的是測(cè)試它的教育技術(shù)如何有效影響12個(gè)科學(xué)主題知識(shí)的學(xué)習(xí)。TELS評(píng)價(jià)的方法聚焦在測(cè)量學(xué)生成功地評(píng)價(jià)和轉(zhuǎn)變根據(jù)新信息對(duì)科學(xué)的感知。TELS評(píng)價(jià)的目的是讓學(xué)生在各種思想之間建立聯(lián)結(jié)，并對(duì)他們的猜想給予解釋?zhuān)怪R(shí)整合結(jié)構(gòu)與TELS課程資料設(shè)計(jì)保持一致。

1.對(duì)知識(shí)整合效果的評(píng)價(jià)

為了檢驗(yàn)知識(shí)整合的效果，TELS開(kāi)展了知識(shí)整合評(píng)價(jià)，主要是制定測(cè)量知識(shí)整合和建立統(tǒng)一的科學(xué)主題知識(shí)整合標(biāo)準(zhǔn)。TELS組建了12個(gè)多學(xué)科協(xié)作小組，為12個(gè)主題逐一設(shè)計(jì)探究活動(dòng)。協(xié)作小組檢查學(xué)生在TELS基準(zhǔn)評(píng)價(jià)中的成績(jī)，并設(shè)計(jì)活動(dòng)，力圖幫助學(xué)生培養(yǎng)對(duì)TELS主題具有更為綜合的理解能力。

TELS提出了六個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試來(lái)測(cè)量知識(shí)整合，每個(gè)測(cè)試由一些基于研究的和一些標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目組成。測(cè)試覆蓋了初中物理、生命科學(xué)和地球科學(xué)，也覆蓋了高中的生物、化學(xué)和物理。研究者已經(jīng)設(shè)計(jì)了既包括以往研究的問(wèn)題，也包括標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試問(wèn)題的評(píng)價(jià)。把研究結(jié)果和國(guó)家、州或者標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)的結(jié)果聯(lián)系起來(lái)。TELS使用標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目（這些項(xiàng)目來(lái)自測(cè)試設(shè)計(jì)者、國(guó)家評(píng)價(jià)辦公室等方面設(shè)計(jì)的），有助于證實(shí)評(píng)價(jià)結(jié)果。

在學(xué)生對(duì)TELS每個(gè)評(píng)價(jià)問(wèn)題的回答中，為了獲得發(fā)展性的較為高級(jí)的知識(shí)整合，TELS開(kāi)發(fā)了一套分?jǐn)?shù)解釋?zhuān)╯coring rubric）標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表5）。第一年的研究，在30位教師任教的9所學(xué)校的班級(jí)中，采用了基準(zhǔn)評(píng)價(jià)。對(duì)知識(shí)整合項(xiàng)目的研究表明，采用知識(shí)整合解釋標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的項(xiàng)目得分滿(mǎn)足項(xiàng)目反應(yīng)理論（IRT）模型標(biāo)準(zhǔn)。建立統(tǒng)一的科學(xué)主題知識(shí)整合標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)化了TELS的評(píng)價(jià)。初步的研究成果表明，TELS的課程活動(dòng)有助于促進(jìn)知識(shí)整合。

2.對(duì)學(xué)生理解能力的評(píng)價(jià)

一般情況下，教師、管理者和學(xué)生都認(rèn)為建模和可視化是科學(xué)素養(yǎng)的必要組成部分。然而，學(xué)生們經(jīng)常很難理解模擬和可視化，在認(rèn)識(shí)論上來(lái)講也比較復(fù)雜。為了解決這個(gè)問(wèn)題，TELS在伙伴學(xué)校中測(cè)試了教師，讓他們識(shí)別那些使學(xué)生感到困惑的科學(xué)主題，并與標(biāo)準(zhǔn)相比較，這項(xiàng)工作有利于開(kāi)展強(qiáng)有力的可視化和模擬。

TELS的方案通過(guò)具有挑戰(zhàn)性的、合作性的活動(dòng)來(lái)激發(fā)學(xué)生參與科學(xué)探究的興趣，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用信息技術(shù)來(lái)可視化、模擬和調(diào)查研究。有代表性的是TELS的方案包括一個(gè)星期的基于計(jì)算機(jī)的活動(dòng)。為了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入基于探究的TELS課程，教師調(diào)查了解學(xué)生對(duì)個(gè)體學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)的看法，然后，周期性地向全班講解課程內(nèi)容。TELS設(shè)計(jì)了一些課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)，并檢驗(yàn)其培養(yǎng)學(xué)生對(duì)復(fù)雜科學(xué)主題擁有一種更深的、更好的綜合理解能力的程度。這些活動(dòng)是：

讓學(xué)生積極參與科學(xué)探究活動(dòng)；

充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)世界現(xiàn)象；

讓學(xué)生參與收集和分析信息。

為了評(píng)價(jià)學(xué)生的理解能力，并比較學(xué)生在對(duì)照班和TELS提高班的成績(jī)，TELS運(yùn)用基準(zhǔn)測(cè)試開(kāi)展了群組比較研究。在知識(shí)整合評(píng)價(jià)中獲得成功的分?jǐn)?shù)解釋標(biāo)準(zhǔn)也被用于TELS評(píng)價(jià)的每個(gè)項(xiàng)目中。在使用TELS計(jì)劃之前，TELS對(duì)伙伴學(xué)校的學(xué)生開(kāi)展了第一次基準(zhǔn)評(píng)價(jià)。這些基準(zhǔn)測(cè)試的結(jié)果也報(bào)告給了最初的TELS模型設(shè)計(jì)。在第二年和第三年，對(duì)參與TELS研究的教師所教的學(xué)生開(kāi)展了基準(zhǔn)評(píng)價(jià)。參與基準(zhǔn)評(píng)價(jià)的大部分學(xué)生也至少參加一個(gè)TELS項(xiàng)目。分析這些結(jié)果將報(bào)告給新的課程模型設(shè)計(jì)，修訂已經(jīng)存在的TELS模型。這些研究結(jié)果使TELS能夠在學(xué)習(xí)與不學(xué)習(xí)TELS的學(xué)生之間進(jìn)行比較。

基于課堂的評(píng)價(jià)（embedded assessments）提供了關(guān)于學(xué)生漸進(jìn)學(xué)習(xí)方面的準(zhǔn)確信息?；谡n堂的評(píng)價(jià)充分利用學(xué)生在課堂上的活動(dòng)和表現(xiàn)，能夠真實(shí)地展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和教學(xué)情況。許多TELS計(jì)劃中的基于課堂評(píng)價(jià)，先于并延續(xù)使用科學(xué)可視化，以獲得這些可視化對(duì)學(xué)生理解能力所起作用的觀察。如在電的教學(xué)計(jì)劃中，Casperson and Linn（２００５）發(fā)現(xiàn)，之前使用能夠獲得介于宏觀和微觀的靜電本質(zhì)要素的可視化，學(xué)生會(huì)更加容易地提高理解靜電的能力，特別是歸納推理概念的能力。

許多評(píng)價(jià)過(guò)的方案得益于以前的知識(shí)和其他相關(guān)教學(xué)變量。這些研究顯示，良好設(shè)計(jì)的方案（包括飛行員測(cè)試和課堂教學(xué)情境的精心設(shè)置），以前知識(shí)成績(jī)高和低的學(xué)生，科學(xué)理解能力一般都會(huì)得到提高。綜合起來(lái)看，這些研究說(shuō)明，蘊(yùn)含于探究學(xué)習(xí)方案中的科學(xué)現(xiàn)象可視化能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)復(fù)雜科學(xué)概念，如電、有絲分裂、巖石循環(huán)等。

對(duì)第一年項(xiàng)目計(jì)劃的實(shí)施，TELS分析了前測(cè)和后測(cè)成績(jī)。在每個(gè)計(jì)劃的研究中，學(xué)生在整合理解能力上都有了一個(gè)非常有意義的提高。例如，所有學(xué)生在理解復(fù)雜科學(xué)如解釋化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生溫室氣體，都取得了非常有意義的進(jìn)步。

TELS已經(jīng)吸納了28所學(xué)校的14000多名學(xué)生和200名教師參與研究。許多學(xué)生家庭經(jīng)濟(jì)情況不是很好，在家也不說(shuō)英語(yǔ)。至今，TELS的研究已經(jīng)證實(shí)，在理解復(fù)雜科學(xué)概念，如化學(xué)反應(yīng)、動(dòng)力、地質(zhì)變化過(guò)程等，參與TELS的所有學(xué)生都有了很大的提高。TELS的研究者已經(jīng)在28個(gè)參與學(xué)校中針對(duì)不同學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)和測(cè)試了20個(gè)項(xiàng)目。在其中5所參與學(xué)校，有9%～25%的學(xué)生在家不講英語(yǔ)。平均來(lái)看，25%的學(xué)生接受了免費(fèi)的或者說(shuō)便宜的營(yíng)養(yǎng)豐富的午餐。9所學(xué)校就讀的學(xué)生有50%以上都不是具有代表性的文化群體。5所學(xué)校有20%～49%的學(xué)生也來(lái)自非代表性的文化群體。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，針對(duì)所有學(xué)習(xí)者的這種教學(xué)方法，有高和低兩種前測(cè)分?jǐn)?shù)。

五、TELS的技術(shù)支持

TELS的信息技術(shù)與課程開(kāi)發(fā)目的是讓教師能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)創(chuàng)設(shè)一些使科學(xué)現(xiàn)象可視化、豐富多彩的學(xué)習(xí)環(huán)境，并通過(guò)對(duì)不同學(xué)生群體開(kāi)展教學(xué)，來(lái)測(cè)試這些學(xué)習(xí)環(huán)境的有效性。預(yù)期結(jié)果是能夠提高學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)成績(jī)，并提高學(xué)生中學(xué)后應(yīng)用科學(xué)教育知識(shí)的數(shù)量和質(zhì)量。TELS的課程把交互式的軟件和模擬有機(jī)結(jié)合起來(lái)，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，以便學(xué)生在學(xué)習(xí)復(fù)雜科學(xué)主題的時(shí)候?qū)W會(huì)運(yùn)用科學(xué)探究。

TELS的研究者創(chuàng)造了一種新型的、基于一種新型計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的建構(gòu)系統(tǒng)，用于設(shè)計(jì)、發(fā)展和上傳課程，來(lái)指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究過(guò)程，得益于高度互動(dòng)、動(dòng)態(tài)的可視化和模擬。主要是基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究環(huán)境（ｔｈｅ Wｅｂ－ｂａｓｅｄ Iｎｑｕｉｒｙ Sｃｉｅｎｃｅ Eｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＷＩＳＥ）和互動(dòng)學(xué)習(xí)升級(jí)系統(tǒng)（Scalable Architecture for Interactive Learning，SAIL）。

借助WISE，SAIL來(lái)支持課程的設(shè)計(jì)和上傳：（1）指導(dǎo)教師和學(xué)生；（2）收集能夠用于評(píng)價(jià)和分析的數(shù)據(jù)。

借助于教學(xué)法，SAIL：（1）支持豐富互動(dòng)的模型建構(gòu)和可視化活動(dòng)；（2）記錄學(xué)生在這些環(huán)境中的行為。

TELS的方案通過(guò)使用WISE軟件和TELS的伙伴研制開(kāi)發(fā)的其他軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果使用TELS課程方案，訪問(wèn)者必須在WISE上注冊(cè)登記。注冊(cè)非常隨意和容易。

1.基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究環(huán)境

基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究環(huán)境由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，是一個(gè)自由的在線科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境。在WISE系統(tǒng)中，學(xué)生學(xué)習(xí)已經(jīng)存在的探究學(xué)習(xí)計(jì)劃，如關(guān)于地球氣候變化、人類(lèi)遺傳學(xué)、汽車(chē)混合動(dòng)力和循環(huán)等主題。學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)、辯論、批判解決問(wèn)題等方式，學(xué)生了解當(dāng)前的科學(xué)爭(zhēng)議，并對(duì)這些科學(xué)爭(zhēng)議做出回答，所有這些都在WISE系統(tǒng)上進(jìn)行。

WISE的大多數(shù)活動(dòng)都在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器。專(zhuān)門(mén)的WISE軟件指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)使用所提供的證據(jù)和信息頁(yè)，“說(shuō)明”“提示”和“討論”工具激發(fā)學(xué)生去反思和相互協(xié)作，其他工具用來(lái)使數(shù)據(jù)可視化、因果關(guān)系建模、模擬和評(píng)價(jià)。

互動(dòng)和相互協(xié)作是使WISE獲得成功的關(guān)鍵。學(xué)生結(jié)對(duì)學(xué)習(xí)WISE模塊。親密的協(xié)作激勵(lì)學(xué)生分享他們的想法并相互支持。構(gòu)建WISE學(xué)習(xí)模塊使生生、師生之間更容易產(chǎn)生深入的互動(dòng)。這種方法為學(xué)生提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，一個(gè)表達(dá)自己、分享想法的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)建構(gòu)性的社交互動(dòng)。

在WISE模塊中教師也發(fā)揮著互動(dòng)的作用。當(dāng)學(xué)生結(jié)對(duì)學(xué)習(xí)，教師就可以自由地在教室巡視，檢查每個(gè)小組的進(jìn)展，并討論想法。教師也經(jīng)常把全班集中起來(lái)，討論研究成果、問(wèn)題和方案中潛在的問(wèn)題。最后，WISE模塊通常花費(fèi)大概一周的上課時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)，也就意味著被整合進(jìn)了現(xiàn)存的科學(xué)課程。

2.互動(dòng)學(xué)習(xí)升級(jí)系統(tǒng)

互動(dòng)學(xué)習(xí)升級(jí)系統(tǒng)融進(jìn)了WISE和教學(xué)法教育軟件，由加州大學(xué)伯克利分校和康科德財(cái)團(tuán)各自獨(dú)立開(kāi)發(fā)?？偟哪繕?biāo)是構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放的資源社區(qū)，開(kāi)發(fā)者具有不同的興趣和觀點(diǎn)，但是他們都從構(gòu)建同一個(gè)核心技術(shù)平臺(tái)受益，這個(gè)平臺(tái)包括學(xué)習(xí)內(nèi)容管理系統(tǒng)和數(shù)字圖書(shū)館維護(hù)（如元數(shù)據(jù)加密）。

參考文獻(xiàn)

[1]嚴(yán)芳、呂萍.試析PISA科學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng).外國(guó)中小學(xué)教育[J].2009（1）.

[2]趙學(xué)漱．中小學(xué)科學(xué)教育改革[M]．廣州：廣東教育出版社，1995．

[3]周琴.TIMSS科學(xué)素養(yǎng)檢測(cè)報(bào)告[G].新華社通訊,2005，（30）：56.

[4]韋玨.國(guó)際探究式科學(xué)教育評(píng)估工作會(huì)議綜述[EB/OL]. http//blog.handsbrain.com/weiyu/archive/2005/9/26/10544.html.

[5]TELS網(wǎng)站, http：//www.telscenter.org/about/index.html.

作者單位 上海市浦東教育發(fā)展研究院

（責(zé)任編輯 潘靜波）