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编译：庄纯珍 东南大学脑与学习科学系 研究生导师：柏毅 作者：Joep van der Graaf  【摘要】：探究式课程已被证明可以提高儿童的科学思维（即推理能力和特定领域的知识）。研究证据表明，探究式的学习需要指导，但以前的研究来自两种方法：科学推理的直接教学和对教师语言支持的训练。我们通过比较四种条件：基线组、直接教学、语言支持和组合方法，研究了这两种类型的教学如何单独或结合加强儿童的科学思维。在 301 名四年级学生中研究了以探究为基础的科学推理能力、词汇和特定领域知识（近和远迁移）系列课程的有效性。结果表明，这两种方法都加强了科学推理能力的不同组成部分，并且组合方法对科学推理能力、词汇和特定领域的知识最为有效。因此可以得出结论，每种类型的教学对儿童的科学学习都有独特的贡献，并且这些教学相辅相成，以探究为基础的系列课程在直接教学科学推理和提供语言支持的基础上是最有效的。 【关键词】：科学思维；探究式学习；直接教学；语言支持；小学 1. 科学推理能力的直接教学 科学推理背后的核心能力与探究周期的整体阶段一致：作出假设、实验和基于证据得出结论。作出假设是从研究问题创建假设的过程。实验包括设计和进行实验以获得证据来回答研究问题。结论可以通过逻辑和归纳推理从证据中产生。 变量控制策略 (CVS)指出，为了研究单个变量(焦点变量)，必须操纵该变量，同时保持其他变量(即控制变量)不变。实验中，在没有指导的情况下，儿童往往会同时操纵多个变量。研究表明经过一次短期培训后，小学生的 CVS 技能可以得到提高。 2. 教师语言支持的训练 加强儿童科学思维的另一种方法是，教师支持他们的学术语言使用来丰富儿童的推理过程。例如，帮助他们提出问题，并在推理时引出他们的论点和想法。孩子们可以随着时间推移内化这种支架式推理，从而加强自己的科学思维。研究表明，教师可以有效地接受培训，运用这些语言支架技巧，提高儿童的合作和理解能力到。此外，关于语言促进策略的教师培训可能会提高儿童对学术词汇的使用。 3. 方法 3.1 参与者 荷兰的10 所学校，总共有30名儿童(164名女孩和137名男孩)参加，这些孩子的平均年龄为9岁零5个月。为了确保样本的公平，教室里的所有孩子都参与了这项研究。他们的父母积极同意孩子参与研究。 3.2 设计 我们进行了一项随机对照试验设计，包括前测(T1)、直接后测(T2)和长期后测(T3)。长期后测是在基于探究的课程系列后五周进行的。每个教室被随机分配到四个条件（基线组、直接教学、语言支持和组合方法）之一。所有儿童在连续四周内接受了以探究为基础的系列课程，每周两次，每次一小时。最后对儿童的科学推理、词汇以及特定领域知识的远近迁移进行评估。 3.3 材料 3.3.1 干预材料 探究式课程系列。探究式课程系列包括六节探究式科学课(每节约 60分钟)，主题为(坚固的)结构。探究式系列课程的主要目标有三个：增加儿童的特定领域知识，培养他们的科学能力和发展儿童的语言能力。为了教授学生决定结构坚固性的因素，在课程中使用实践材料涉及四个主题(即变量)，分别是：材料、形状、轮廓和连接。课程是沿着探究周期安排的，在第一课中，向孩子们介绍立体结构和设计问题：建造一座坚固的桥梁。第二节和第三节课开始提出问题和假设。例如，在第二节课中，向孩子们介绍有哪些类型的轮廓以及这些轮廓具有哪些特征。接下来，老师引导如何使用轮廓使结构更坚固。孩子们提出一个假设，并建立一个实验设计，比较两种轮廓的承载能力。然后，孩子们进行实验并写下结论，再进行课堂讨论。在第四课中，孩子们绘制了他们的桥梁草图，在第五课和第六课中进行了建造、展示和讨论。在最后一课中对其他结构进行了连接制作。 儿童教学。直接教学的目的是通过学习变量控制策略 (CVS) 来教孩子们如何识别、设计和进行有效的实验。Joep老师(即本文的第一作者)给孩子们介绍了一个实验。实验材料是两个大型木制坡道，每个坡道有四个变量，最后让球滚下斜坡。该教学主要是纠正两个无效的实验。在介绍无效实验后，孩子们使用他们自己的木制坡道，正确设置坡道变量来进行有效的实验。在这个过程中，教师帮助孩子们注意什么是正确的设计以及变量的设置。每次实验结束时，让球滚动，得出关于所研究变量的结论。第二个实验帮助孩子们将 CVS 策略从木制坡道实验转移到另一个领域。我们使用了纸笔测试和销售饮料的实验。孩子们要设计一个实验，调查开放时间对销售多少饮料的影响。孩子们可以选择如何设置两个柠檬水摊位、摊位开放时间 (12:00 或 15:00)、将柠檬水卖给谁(大孩子或小孩子)以及他们出售什么类型的饮料(柠檬水或冰茶)。 教师培训。关于语言支持的教师培训由本文的第三作者领导。培训围绕四种类型的学习体验而设计:体验、反思、概念化和应用。培训的主要目标是提高教师对语言在科学中的作用的认识，学习教学策略，来提高科学课程中儿童的语言质量。首先，让教师区分学校词汇、领域特定词汇和研究相关词汇。其次，参与者观看视频，视频中老师为6年级儿童提供了有关声音和声学的面向语言的科学课程。参与者反思这些促进儿童语言的策略。教师再进行分组讨论。最后得出语言发展策略的三个组成部分 (1) 教师使用语言和提问；(2)教师的互动能力；(3) 教师的反馈。 3.3.2 测量 科学推理能力。科学推理量表(SRI)用纸笔多项选择任务测量科学推理的组成部分。第一个子任务测量结论和证据的匹配(假设生成和证据评估)。在这个子任务中，孩子们收到了一篇文章，必须从四个备选研究问题中选择一个最能涵盖故事中的研究。其他类型的问题是解释矩阵中的数据。第二个子任务是评估儿童在应用变量控制策略方面的技能。最后一个子任务是三段论推理任务。 验证性因素分析。用三个组件和相应的项目构建了一个模型，在成对的三段论推理项目之间添加协方差。最终模型具有很强的拟合,只有一个问题对实验成分没有显着影响。由于这接近显著性且在预期方向上，因此模型中没有忽略该路径。因此，可以得出结论，在4年级和6年级中发现了与SRI相同的SRI成分，这证实了SRI的内容效度。 词汇。这项测试是为了测量在基于探究的课程系列中教授和使用的学术和领域特定词汇，包括25个关于学术和领域特定词汇的问题，例如什么是研究问题。所有问题都是有四个选项的多项选择题，最高分数是25分，可靠性良好。 特定领域知识: 近迁移。通过儿童在基于探究式结构系列课程获得的特定领域知识进行评估的。为当前研究开发了两个试验：塔式测试和桥梁测试。 塔式测试旨在评估儿童对建筑的主动知识。通过一个开放式问题，他们被要求尽可能多地说明他们将如何建造一座又高又坚固的塔。我们与专业的建设者合作开发了一个严格的注释协议给这个评估打分。该协议遵循了基于探究的系列课程(即材料、形状、轮廓和连接)中包含的尺寸和其他四个主要结构类别。孩子们每提到的这些变量中的一个，则得到一分。两名独立的评分员对大约10%的受试者的答案进行了评分。 桥梁测试由六个选择题组成。孩子们被要求从四座桥中找出最坚固的桥。在这些选项中，我们改变了以探究为基础的系列课程中教授的维度。根据可靠性分析表明，最多有五个正确答案。 特定领域知识：远迁移。远迁移是通过一个关于结构的测试来评估的。该测试展示了四种不同的物体，任务是解释如何使这些物体更坚固。对探究式课程系列的四个变量进行评分。根据可靠性分析表明，其中三个变量有相当大的一致性。 3.4 程序 在本研究开始之前，我们对基于探究的课程系列进行了小型试点，这带来了一些小的额外改进。测试在教室进行，孩子们填写纸笔测试。在系列课之前和预测试之后，根据教室的情况，有对儿童的直接教学、对教师培训、两者结合，或者两者都没有。儿童教学是第一作者在课堂上提供的一小时课程。教师们参观了研究所，参加了三小时培训课程。在前测和后测之间进行以探究为基础的系列课程。研究过程采取多项措施保证真实。首先，两名研究人员随机选择教室进行观察。其次，教师被要求在日志中记录他们的课程和经验。第三，老师们随后接受了关于他们在课程中的经历的采访。总之，这三个信息来源表明，教师遵循了研究人员提供的关于课程系列的说明，并且课堂过程具有可比性。后测在以探究为基础的系列课程后的一周进行，而长期后测在后测5周后进行评估。 4. 结果 4.1 教学条件对学习成果的影响 为了检验科学思维（即科学知识和科学推理）的学习效果，进行配对样本t检验，揭示随着时间的推移（从T1到T2）的总体进展。接下来，通过对T2时的性能进行计划对比的回归分析，研究每个条件是否随时间的队孩子们的变化产生影响。正回归系数表明有指令的条件比空白条件表现更好。关于科学推理，T2的所有科学推理成分的表现都高于T1（理论和证据的匹配）。对比的结果表明，直接教学和语言支持对T2的表现有积极的贡献。在词汇方面，T2组的表现优于T1组，组合指令比基线指令更有效。在领域特定的知识迁移上，T2上的远近迁移性能都优于T1。 4.2 长期后测 长期后测采用与 T2 相同的分析计划，即进行配对样本t检验和回归分析。在科学推理的所有组成部分中，T3的表现都优于T1。在理论和证据的协调方面，T3的表现与T2相同。T3的词汇测试分数高于T1，与T2没有差异。在T3阶段，领域特定知识的近迁移得分高于T1阶段，但T3阶段的得分低于T2阶段。远迁移的得分在T3时高于T1，与T2没有差异。 5. 讨论 两种教学对不同的科学推理能力产生了额外的和在某些情况下不同的影响。在理论与证据的匹配方面，所有组都随着时间的推移而增加，语言支持条件在后测和长期后测中都有显示出额外的效果，但直接教学和组合条件没有。这可能是因为直接教学主要侧重于实验。本研究首次表明，更强的语言支持会进一步改善理论和证据的匹配性。在实验方面，直接教学和组合条件在后测和跟进中显示出最大的学习收益。语言支持与基线条件没有区别，但这并不意味着实验不依赖于语言因素。 在词汇方面，只有结合直接教学和语言支持方法才能进一步加强词汇量的获得。任何一种单独的教学都不会导致词汇量增加，这可能是因为它们的协同效应。 在特定领域知识：远近迁移方面，当结合直接教学和语言支持两种条件的教学时，发现特定领域的知识远近迁移效果。这两种条件结合可能有助于设置和理解实验。 总而言之，小学教育中的探究性学习过程中，科学推理的直接教学和语言支持都提高了探究式课程系列的有效性。当两者相结合时，儿童在科学推理、词汇和特定领域知识方面表现出更大的学习进步。因此，我们建议在小学课堂上使用探究式学习并指导儿童进行实验和培训教师进行语言支持。 原文：https:///10.1080/09500693.2019.1594442 |
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