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计算机支持的 协作概念转变的研究

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计算机支持的 协作概念转变的研究. 徐晓东 认知与技术实验室 华南师范大学 教育信息技术学院 xuxd@scnu.edu.cn. 第一讲:概念转变与教学应用. 信息技术与小学科学教学整合理论. 报告内容介绍. 研究的问题: 教学实践中长期没有解决的 “ 迷思概念 ” 问题; 问题的分析: 从心理学研究结果的分析中发现迷思概念的特征和阻碍转变的原因; 问题的解决的方法: 从教育技术学领域出发提出解决问题的方法、技术并进行系统设计与开发; 分析解决这一问题的过程: 通过准实验研究分析所开发的认知策略和教学如何促进迷思概念的转变,同时验证其有效性;

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Presentation Transcript
slide1

计算机支持的协作概念转变的研究

徐晓东

认知与技术实验室

华南师范大学 教育信息技术学院

xuxd@scnu.edu.cn

slide2

第一讲:概念转变与教学应用

信息技术与小学科学教学整合理论

slide3
报告内容介绍
  • 研究的问题:
    • 教学实践中长期没有解决的“迷思概念”问题;
  • 问题的分析:
    • 从心理学研究结果的分析中发现迷思概念的特征和阻碍转变的原因;
  • 问题的解决的方法:
    • 从教育技术学领域出发提出解决问题的方法、技术并进行系统设计与开发;
  • 分析解决这一问题的过程:
    • 通过准实验研究分析所开发的认知策略和教学如何促进迷思概念的转变,同时验证其有效性;
  • 本研究的结论及其对其他教学的建议
    • 在结论中阐述本研究的结果对其他教学的启示。

粤港澳信息技术教育应用研讨会 华南师范大学 徐晓东

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现代教育技术——专题研修

粤港澳信息技术教育应用研讨会 华南师范大学 徐晓东

徐晓东加收

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研究的经纬与意义
  • 教学实践中的问题
  • 概念是日常生活中认知世界的工具,也是学校教育的主要目标之一。
  • 成年人也存在着迷思概念又称错误概念或称为前概念(Misconception; Preconception;Mayer,1976McCloskey M, Washburn A, Felch L.,1983;Clement,1982)
  • 迷思概念:“运动表示有力的作用”

“电池越多,灯泡越亮”

(Minstrell&Stimpson,1993)

“温度就是(代表)物体的热度”

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迷思概念的产生与改变
  • 实证主义的客观知识观
    • 知识是客观存在的,概念为单一性质的知识产物,科学家、教材中的知识是科学知识,因而学生所具有的迷思概念是错误的,它阻碍对科学理解和学习.
  • 建构主义的相对知识观
    • 不应该以否定的观点来考察学生自我建构的知识,应该尊重学生自发想法的自主性和价值。
    • 另有概念(Alternative conception)、另有架构(Alternative framework)、另有观念(Alternative ideas)。
    • 这些想法非但不是科学教学的障碍,而且是学习的资源。

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研究的经纬与意义
  • 迷思概念的起源和特点:
    • 根据心理学研究表明,我们并非只是根据事例(归纳学习)和标签(概念)学习概念的,大多数情况下都是通过向周围的人和书以及电视的说明等这些环境因素学习概念的(Callanan,1990;Nelson,1988)
    • 迷思概念起源于多样的个人经验,包括对自然的直接观察和知觉、同伴的影响、日常语言的使用、大众传媒影响、以及教师的解释和教材的影响(Wandersee et al., 1994)
    • 因此社会的相互作用、协调至关重要。
    • 非科学的概念,是儿童阶段特有的思维方式。
    • 在正式学习科学课程以前,儿童就通过对日常生活中一些现象的观察和体验而形成的。

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三条早期概念改变研究的线索
  • 科学史类比
    • 托勒密(Ptolemy)建立地球为中心体系,用来描述天体运动。
    • 哥白尼打破地心说建立日心体系。
    • 现今天文学研究来看,太阳依然不是宇宙的中心。
  • 该改变模式强调:
    • 以革命(Revolutionary)的观点来看待学生概念的改变;
    • 主张教学只有改变成为新学习障碍的先前错误,说服学生放弃先前错误改变接受教师和科学家概念才能达此目标。

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三条早期概念改变研究的线索
  • 理论说(The theory-theory)
    • 儿童或初学者对理论的理解与科学家非常相似。
    • 学生带着朴素理论来学习学科知识,这一理论是个人的、与正规科学理论不同的、但却是显著连贯的、表达清晰的理论。
    • 如生物分类.
    • 但现在证实儿童对生物分类是以“生机论”为基础的(波多野谊余夫,稲垣佳代子,2002,2005;迪赛萨,2006)。

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三条早期概念改变研究的线索
  • 理性模式(Rational models)
    • 学生像科学家一样,会坚持当前的观点除除非有好的(合理的)理由来否定它们。

(1)不满足于自己先前的概念;

(2)新的概念是可理解的;

(3)新的概念不仅是可理解的,而且应当是

合理的;

(4)新的概念对后续的工作是富有成效的。

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早期三个线索有三个主要的共同点

(1)学生带着连贯的、一致的朴素理论学习

概念;

(2)学生概念转变需要革命范式,既改变一

部分或抛弃原有的概念,建立新的概念,

因此原有先前知识是消极的,对学习是一

种阻碍;

(3)从组织教学观点来看,理论说和冲突教

学模式具有优先权。

其主要特征是:革命性。

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新近发展的概念改变两条线索
  • 特定领域概念转变内容分析
    • 儿童在早期大概在4岁后,已经具有朴素物理学、朴素心理学、朴素生物学理论。
    • 幼儿期形成的这些朴素理论对成人时期的概念仍具有深刻影响。
  • 零散知识研究
    • 儿童概念改变受到零散知识——直觉观点影响;
    • 而这些知识未必就是一致性的、连贯的,有可能是千变万化的理论的片段,而非完整一致的理论——朴素理论。

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幼儿理解他人心理的理论
  • 幼儿看到他人行为时,需要根据幼儿所获得“心的理论”理解他人行为。
  • 所谓“心的理论”是以下这样一些知识
    • 人皆有“心”(看不见)
    • “心”是由这个人的需求(want)和信念(belief)构成。
    • 人的“行为”,是那个人需求和信念的结果。
      • 早期是黑猩猩研究、近年来是错误信念研究。

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“心的理论”获得调查实验
  • 幼儿能够推测他人之“心”
  • “错误信念课题(False Belief Task)
    • 马克把巧克力放到绿色抽屉里走出房间(场面1)。
    • 趁着马克不在时,妈妈将巧克力转放到蓝色抽屉里(场面1) 。
    • 马克回到房间时,要吃巧克力,马克会到哪里寻找呢?
    • 4岁未满:“蓝色抽屉里”(现在自己信念)
    • 5岁以上:“绿色抽屉里”(推测他人错误信念)。

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“心理”理论
  • 为什么、4岁未满幼儿在错误信念课题上出现误答?
    • 还没有获得如下的理论:“他人按照当人的信念(不一定与“我”的信念相同)和当人的需求,合理地(向着目标最适合地)行动”。
    • 1983年以来,变换各种各样的版本反复实验的结果,学界定论:4岁未满是不会给出正确回答。

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定论为什么是“4岁未满会得出错误答案”
    • 可是,2005年,出生后15个月就可以对错误信念问题给出正确答案
      • “西瓜搬家”实验(Onishi&Baillargeon,2005)
      • 现在证实出生后4个月可以给出正答。
  • “心理”理论,应该在某一年龄以上获得。
  • 获得的“理论”,是法则性的、原则性的知识。

(如与物理法则、生物法则相同的)

  • 一旦获得这一“理论”,就可以在解决新问题之际,超越原来问题情境,根据课题的逻辑结构导出正确答案。
  • 并且,对于“答案”正确性,可以“合理的理由”明确地“自圆其说(进行说明)”。

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simulation theory
模拟理论(Simulation theory)观点
  • 人就是知道,自己在什么场合应该如何做。
    • (隐性知识;即使不假思索,也明白)
  • 关于他人,自己置身于他人立场——既、“变成”他人,于此,就会“知道”他人如何做。(不是根据推论,是直接地)
    • 佐伯 胖(Saiki,1978。拟人认识论):“我将自己分成几个“我”潜入人世的所有世界;在这里活动、体验,当我整合这些小人的多样化体验时,我才理解这个世界。
    • 戈登(Gordon):“我进行模拟时,我不是思考你在所处的境遇中如何行动。我会想象直接变成你,我会问自己我自己应该干什么”。

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simulation theory1
模拟理论(Simulation theory)观点
  • 库瑞(G.Currie,1995):人类天生具有“想象”的能力。模拟正是“变成他人”这一想象、既共感(empathy,移情、同理心)。
  • 托马塞罗(M.Tomasello等,2004):人之所以成为人,是由于“共感而知”发展的缘故。
    • 人类进化是基于“共感”的,是以“与他人协作的智能”为轴进化而来的;
    • 出生9个月:追随他人视线——共同注视
    • 出生12个月:大人看屏风后面,过去确认
    • 婴儿为理解他人适用自己已有经验。

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体现信念的概念

难以改变

信念

直觉理

论要素

容易改变

完全不同的关于“动物”概念

相信“人是动物”

概念改变中什么发生了变化?
  • 概念转变中改变了什么?连贯理论的观点
  • “概念”与“信念”及“直觉理论”

文化的

相关约束太紧,额外转变将是不可逾越的

不容易转变,发生在体系层面的关系上

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概念改变中什么发生了变化?
  • 概念转变中改变了什么?零散知识的观点
    • 协调种类——概念清晰模式
    • 心智模式
    • 叙述
    • 名义上的事实
    • 现象本原

问:为什么夏天热,因为离太阳很近。

现象本原:越近就会越强。

处于抽象层次,即使相同议题切入点不同结果也不

同;不能用学习者本身知识来解释;知识片段。

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概念改变中什么发生了变化?
  • 零散知识观点——丰富观点(原有知识是资源而不是障碍)
    • 一个概念的应用应包括不同情况下截然不同的知识。
    • 有必要收集大量的具体的——情境特有知识应用到不同情境中;
    • 要保障概念在不同的情境下以相同的方式起作用。
    • 问题在于此:概念结构发展、收集和协调现象本原,创建一个与朴素观点形成对比的全新体系,需要花费大量时间。

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教学与直觉认识论
  • 概念转变研究与分析首要价值在于促进教学
    • 理论说:理性决策
    • 零散知识说:长期的、多情境积累和协调
    • 但就干预(教学和指导)效果评价,没有本质差异。
      • 教学是设计和理论复杂混合体,在不考虑理论的良好直觉设计,也可以成功改变概念。但要改善他人模式。
      • 仅仅教会教师对朴素观点的干预就能成功
      • 讨论、类比、隐喻、可视化是广泛模式。

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技术支持概念转变的可能性
  • 技术协助学生理解科学中的“不自然”、“反直观”现象。这些是产生迷思概念的根源。
  • 模拟、微世界、协同实验室等工具,协助学生建立自然界现象的科学模型上扮演认知工具角色。
  • 技术可以实现模拟,帮助思考;改变迷思概念。

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小学生对“温度”与“热度”概念的错误理解
  • 对学生进行调查问卷(10~12岁儿童)
    • “温度就是(代表)物体的热度”(78%);
    • 物体本身就有温度(温度是物质所具有一种物理性质);
    • 热是一种物质,具有“冷”和“热”两种形式;
    • 对不同物质冷热感觉不同,是因为热穿过它们的快慢不同,铁(金属)天生就对冷热具有吸引力,较容易吸收和传递;所以比较快变冷变热;
    • ……
    • 等等

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case1
Case1:本地校内小组的协作对话:

新疆克拉玛依19小彭胜(老师):

我们知道本地最热的水是烧到沸腾的开水,请小组的同学做个试验:看看你们烧开的水有没有最高温度?然后讨论下面的问题:你们测量的是“温度”还是“热”?

……

  • 克19叶安宁(学生) 2004-12-30 我们的水虽然沸腾了,可是沸点不到100度。
  • 克19程思源(学生) 2004-12-30 我们已经将水烧的完全沸腾,可是为什么就是烧不到100度呢?
  • 克19温馨(学生) 2004-12-30 我们在做实验的时候,光是96-97度,为什么总是到不了100度呢?
  • 克19温馨(学生) 2004-12-30 为什么书上说100度呢?哪里能烧到100度?谁来告诉我。
  • 克19吴思达(学生) 2004-12-30 我知道各地沸腾时水的温度,不一样。因为大家所在的地方不同吧。(地理位置不同)
  • 克19程思源(学生) 2004-12-30

看来最好问问别的地方的同学了!

  • 克19温馨(学生) 2004-12-30

测量的当然是热!

  • 克19程思源(学生) 2004-12-30

Yes!

……

缺少”知识互补”,协作绩效不高,交互水平和深度不够

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研究的经纬与意义
  • 迷思概念的科学解释上存在着两种认识论:
    • 实证主义的客观知识观、建构主义相对知识观;两种相异认识论的两学派在概念改变的理论与采用的教学策略上也有所不同;
    • 概念改变早期以及现代模式有以下五种(DiSessa,2006):
      • 科学史类比
      • 理论说
      • 理性模式
      • 并发的转变
      • 零散知识

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先行研究与本研究的教育价值
  • 迪塞萨则认为:概念改变的教学需要创新
    • 可以利用长期教学实践中改变迷思概念的教学经验;
    • 教学中的概念图、类比模式、学习环和POE教学策略、建构诠释的教学设计模式等。
  • 但是,有些研究表明,利用小组讨论引起认知冲突,从而达到改变概念的效果需要根据问题类型而定(Levin&Druyan,1993)。

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先行研究与本研究的教育价值
    • 莱文(Levin&Druyan,1993)研究发现:抗拒发展(development-resistant)的问题;
    • 在小组交流后,持有科学概念的学生反而退步了。
    • 这一研究结果与皮亚杰的认知冲突导致认知发展的理论相矛盾。
    • 我们认为:这可能是知识背景相差无几,都缺少必要关键知识所造成的。
  • 轩尼斯(Hennessey,1993)利用元认知教学策略,尝试错误概念改变和发展的效果,他所探讨的是课堂上如何发展学生的元认知能力,以及元认知如何促进概念的发展问题,结果发现,利用课堂讨论确实可以增进元认知能力发展以及促进概念的改变。

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先行研究与本研究的教育价值
  • 从理论上来说,这是一个可行方案。
  • 但是现实中,发展元认知能力需要提供问题发现与觉知的时机和环境,因此,这一解决方案具有局限性。
  • 有些概念如“经度与纬度”、“天气和气候”、“沸点”、“物理常数g”等概念,如果没有地理位置上的巨大差异,就很难看出不同特征,因此,也就不会引起学生的疑惑;
  • 一个班级的学生由于其所学教材、生活环境、社会经历等相差无几,因此其知识结构也大致相同,也就很难有不同的经验和认识。
  • 因此,概念改变需要引起学习者对相关知识的注意,进而增加相关知识。

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心理学关于概念获得的研究
  • 人是如何获得概念的?
    • 第一阶段:发现属性。
    • 第二阶段:发现属性联系规则。
    • 第三过程中的阶段:假设检验。

如果突出的属性是概念的相关属性,概念容易获得

  • 如何突出相关属性?却没有人从教学这一角度做过相关的研究。

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问题依然没有得到解决
  • 综上所述,有关迷思概念的改变,需要开发新的学习方法或教学策略,来解决这一教学中长期没有得到解决的难题。
  • 本研究试图通过CSCL一种特定类型——基于网络的校际协作学习,来改变学生一部分错误概念,从而建构学生的科学概念之目的。
  • 如:“温度就是物体热度”。科学地辨析温度与热的异同。

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什么是“基于网络的校际协作学习”
  • 校际协作学习是:
    • 根据分布在不同地区学校间的学习者,利用互联网开展校际共同主题学习活动,并关注在不同学校间由于地域和文化不同而产生学习的差异,利用这种差异性和多样性,引起学生的认知冲突,开展知识互补共同建构的学习(徐晓东,2001)。
  • 这种学习活动的特征是:共同性、差异性、共建性(创造性)
  • 本研究设计思路:
    • 设计共同主题,根据主题的共同性及其背景的差异性,促进调查学习结果间差异凸显化,由此引发认知冲突,促进讨论;
    • 同时,调查结果的多样性,更成为学习资源,这些资源促使学生对概念相关属性知识进行互补;
    • 最后,在协作学习机制约束下,学习伙伴分工协作开展网下综合实践活动,通过网上讨论达成共识,归纳温度与热的各自属性,建构科学的温度与热概念。

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UFO

飞机

圆的

白的

共同课题

的认知

协调

交流

协作

计算机与网络支持的校际协作学习过程模式
  • 协作学习过程模式

( Modelof Collaborative Learning Process)

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谢谢各位,请多指教

华南师范大学 教育信息技术学院

徐晓东 博士 教授/博导

认知与技术实验室 主任

教育技术学博硕课程 认知与技术方向 负责人

xuxdscnu@21cn.com

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第二讲:计算机支持的概念转变研究

信息技术与小学科学教学整合的方法

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研究的目标
  • 概念转变界定:
    • 概念改变通常是指学习者由迷思概念改变为科学概念。
    • 本研究,将能够成功辨析或归纳出概念的所有属性进而重构科学概念的认知和相关行动,称为迷思概念的转变。
  • 研究的目标:
    • 利用“基于网络的校际协作学习”活动,通过在共同主题下所开展的南北两地学校间协作学习而造成的知识的差异性,引起学生的认知冲突,从而达到促进学生迷思概念转变或重构科学概念之目的。

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2.方法

2.1.被试

  • 参与本研究的被试来自新疆克拉玛依第19小学、安徽芜湖大官山小学、广州东风东路小学、烟台工人子女小学、长沙开福区东风小学、陕西高新一小、青岛新世纪学校、海南海口第九小学的5、6年级、年龄在11~12岁之间的73名小学生。其中新疆克拉玛依第十九小学作为校际协作学习的主持学校,并作为本研究的主要观察对象,其他学校作为参与学校。这些学校或被试在地域文化上存在差异,在地理气候环境上存在较大差异。绝大多数的实验学校是采用参与课题研究指导教师所担任的班级,这些学校在分班上采取成绩与能力均衡方针;另一些学校根据自愿原则选择了课外兴趣小组的学生,但在选择标准中,对其成绩和能力也没有特殊要求。

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2.方法

2.2.活动和工具

2.2.1.学习活动

  • 在实验学校教师的参与下,根据校际协作学习步骤和方法,著者设计并制定了“温度与热概念辨析”学习活动方案。其中,“协作学习”体现在不同学校的小组成员之间,开展同一问题解决活动。
  • 首先组织参与实验的学生开展为期几周的网上实时交流工具(由腾讯公司开发的RTX聊天软件)、BBS等非实时交流工具使用训练,同时指导教师还为他们讲解了协作学习的方法,也通过预备学习活动熟悉了协作学习过程。这些学生首先是在本校组成5人协作小组,并确定各自的分工。如确定组长、观察员、记录员、协调员等。在开展校际协作学习活动时,主持学校的一名成员与各参与学校的一名成员组成一个校际组,这样的校际组在本实验研究中有7组。

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2.方法
  • 学习活动首先是在各个实验学校组建的5人学习小组中开展,并将学习与观察结果发布到网上;在教师指导下,利用网上的BBS和RTX,与其他参与学校的同学开展网上讨论。
  • 上述学习活动于2004年10月下旬至2005年1月份开展,历时2个半月。四次实验活动时,位于中国最北边的新疆克拉玛依市室外温度平均为-17℃;位于中国最南边的海南省海口市室外温度平均为+27℃;而中部城市青岛、西安、芜湖的平均温度分别是4℃、6℃和12℃

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2.方法
  • 接下来,在著者组织下,主持学校与参与学校指导教师和学生共同制定“温度与热概念辨析”学习活动计划;组织学生开展网下温度与热特征探讨的学习活动;利用实时与非实时交流工具,在网上发布温度与热特征调查学习活动的结果;在主持学校的组织下,归纳网上讨论结果,决定是否开展进一步更深入的探究学习活动。

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2.方法
  • 本研究分别以相同次数在网上与网下不同环境下开展了如下四项学习活动。

实验1:某天上午,实验小组取小半盆水放到盆中,用温度计测量,让水的温度达到25度,温度低的学校可以适当的兑上热水,在教室里,同学们将手伸到水中,说说看,你觉得水是凉还是热呢?

实验2:都说北方冷,南方热,你也这样认为吗?有多大差别呢?各个学校的伙伴们将小组同学合影照片放到网上,我们看看此时大家穿多少衣服呢?衣着的不同与什么有关呢?

实验3:冬天的清晨到了,我们一起去操场,用手分别去握铁质单杠、木质双杠、还有泡沫塑料垫子,你感觉哪个更凉?为什么呢?

实验4:分布在不同地区学校的学习小组将敞口容器中的水加热,同时,用温度计测量水的温度,一直到水沸腾,此时温度计的度数还能升高吗?请各个学校将最后的读数列在网上,我们看看有什么不同,探寻一下原因吧!

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基于网络的校际协作学习促进迷思概念转变

1.感受25度水的冷热程度——温度相同,各地同学的感受相同吗?

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基于网络的校际协作学习促进迷思概念转变

2.同一天的凌晨各地感受室外物体——感觉明显不同,本地的物体温度相同吗?

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基于网络的校际协作学习促进迷思概念转变

3.看看我们的冬装吧!为什么差别这样大?

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基于网络的校际协作学习促进迷思概念转变

4.在敞口的容器中把水烧到沸腾,看看本地最热的水有多热?

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2 2 2
2.2.2.计算机和网络技术支持的校际协作学习系统2.2.2.计算机和网络技术支持的校际协作学习系统
  • 本研究所开发的支撑校际间开展基于网络协作学习的平台,经过4年的“设计开发、实践、修改、再实践”等迭代开发的基础上,在 “ISNET4.0”版本中,设置这样一些功能模块:
    • 综合学习论坛模块:主要是师生用于交换信息、联络、初次见面联系等用;
    • 新闻发布模块:用于实验学校召开在线会议、发布通知所用。
    • 资源中心模块:用于与校际协作学习有关文件、论文等的资源上传和下载;
    • 学生协作学习模块:主要用于在共同主题下的协作学习。又分为:论坛、协作、资源、作品、组员等子模快。其中,又增设了“关键词提取”功能。
    • 网络小档案模块:用于记录学生学习活动过程;设个人内反思日记和同伴间互评排行榜用于支持对学习的回顾与反思、评价;设置的规划指引工具,用于教师、同学等帮助者对学习者的学习与行动进行引导。

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2.2.2.计算机和网络技术支持的校际协作学习系统2.2.2.计算机和网络技术支持的校际协作学习系统

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管理模块中,最主要的是对共同协作主题的管理,涉及到靶子概念的确定。管理模块中,最主要的是对共同协作主题的管理,涉及到靶子概念的确定。

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协作模块中,学习小组按照教师共同体制定的学习计划展开交互协作提交关键词。协作模块中,学习小组按照教师共同体制定的学习计划展开交互协作提交关键词。

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“关键词标识技术”及策略释义

关键词标识技法(策略)

同时学生小组成员在发言中对自己认为重要的关键词进行提交、显示,既整理了自

己的思路,也便于他人了解

发言重点

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2.3.准实验设计
  • 本研究的方法
    • 采用个体(组)内比较的A-B-A-B设计。
    • 本研究的干预是,上述四个实验构成的校际协作概念改变与建构温度与热科学概念的学习活动,开展准实验的目的是检验干预的效果。
  • 实验的时期和实验实施者
    • 2004年11月20--2005年1月10日间,每周安排一次学习活动。在这段时间中,开展四项实验(学习活动);实验是由硕士研究生实施。
    • 按照A-B实验设计,需要在相同的时间内分别观测基线条件和干预条件下单组被试。此实验中,我们选定的单一组是新疆克拉玛依第19小学的学习小组,时间TA=TB,都是在一个星期内的协作学习活动,并且采集对话时间都控制在10分钟左右。

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2.4.数据收集与分析方法
  • 要想促进学生改变温度与热概念,根据前文的讨论,唯一的办法就是让学生在学习活动结果基础上,分别归纳出温度与热的不同属性。
  • 这一过程的关键认知活动是:
    • 交互(次级指标为:提问、引用、肯定、否定、续说);
    • 知识互补(次级指标为:知识信息分享、寻求帮助、知识觉知、差异觉知);
    • 关联(次级指标为:注意相关属性、找出相关属性、推断属性间连接规则、知识利用、归纳整理)。

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content analytic scheme robert heckman hala annabi 2002
Content Analytic Scheme (Robert Heckman&Hala Annabi2002)

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Content Analytic Scheme (Robert Heckman&Hala Annabi2002)

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Content Analytic Scheme (Robert Heckman&Hala Annabi2002)

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编码方法与信度
  • 参与编码的5位研究者中两位是本论文著者,其余三位是来自上述实验学校的指导教师。正式实验编码前,五位研究者对另外一项学习活动(气候概念改变研究之青椒种植协作学习活动)10段会话进行了训练和测验,以观察编码者评判间的信度,这些编码的平均信度是83%。
  • 根据上述编码方法,对校际协作学习过程进行对话分析,满足该编码方法中的一种行为计1分,通过累计10分钟内一个完整实验学习活动中协作会话标的行为,完成数据获取。最后通过T检验,验证基线条件和干预条件间的概念转变水平。

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3.研究结果

3.1.对话分析

首先选择新疆克拉玛依第19小学的5、6年级的学生小组,在本地班级组成小组开展有关温度与热概念的讨论,根据上述编码方法,对学生对话进行编码和评价。

Case1: 校内组 谈谈我对“温度”、“热”的认识 彭胜(学校负责人) 2004-12-1

  • 克市19小吴思达(学生) 2004-12-1 人体的体温或物体的温度都有暖、凉爽炎热的区分。
  • 克市19小吴远鹏(学生)2004-12-1 任何物体或人物体内的热、冷都不一样。
  • 克市19小温馨(学生)2004-12-1 我同意,所有物体或人类体内的冷热都不同。

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对话分析:校内组谈谈我对“温度”、“热”的认识对话分析:校内组谈谈我对“温度”、“热”的认识
  • 克市19小温馨(学生)2004-12-1 冷和热在体内的流速不同,热在体内的流速比冷快一些。因为热对体内的刺激性比较大。
  • 克市19小程思源(学生) 2004-12-1 人体的体温是随着天气和健康状况而变化的。
  • 克市19小叶安宁(学生) 2004-12-1 到一定程度固体会变成液体再变成气体。
  • 克市19小吴思达(学生) 2004-12-1 电烙铁可以融化铁丝。
  • 克市19小叶安宁(学生) 2004-12-1是的,液体热到一定的程度时,会这样。
  • 克市19小程思源(学生) 2004-12-1 每个物体都有它的温度,也有它的熔点。每当它遇到它所承受不住的温度,它就会融化。如果那个物体是固体,就会被融化,变成液体,如果那个物体是液体,就会被气化,变成气体。
  • ……

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对话分析:校内组谈谈我对“温度”、“热”的认识对话分析:校内组谈谈我对“温度”、“热”的认识
  • 对话分析:从“交互”、“知识互补”、“关联”三个维度上进行对话分析如下:

(1)温馨的发言对前面其他同学的发言是一个肯定,体现一定的交互;

(2)吴思达的发言体现出提供自己知识、经验来同大家分享,但是知识觉知产生了问题,可能会引起不必要的混乱;

(3)叶安宁的发言表对前面温馨的发言是一个肯定,也体现一定的交互;

(4)程思源的发言表现出提供自己知识、经验来同大家分享,但是也在背景知识的觉知上存在问题;

(5)对话后半段体现一定的连续性,能够围绕一个话题展开

根据上述编码方法和定义标准,五位评价者的平均得分是5分

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对话分析:校内组你对25℃水的感觉是什么等其他活动对话分析:校内组你对25℃水的感觉是什么等其他活动
  • 同样的情况,本地组开展的以下两个活动Case2:“你对25℃水的感觉是什么?彭胜(老师) 2004-12-10”、Case3:“温度计有没有变化吗?北方冬天一定要穿棉衣才暖和,热从哪里来呢?我们一起再做个试验:用羽绒服包裹温度计,看看温度计的指示有没有变化?”的会话分析结果得分分别是:5分,6分。

(详细讨论会话情况,可以访问网站:http:// www.isnet.org.cn/v3/sub/co_title_list.asp

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对话分析:校际组感受25℃的水

Case5:各地的同学,感受一下25℃的水,大家的感觉一样吗?为什么?

  • [12:46:54]克市19小程思源对大家说:
  • 大家都发表一下自己的感受吧。
  • [12:47:08] 烟台工小林秦对大家说:
  • 我们这儿从自来水里放出的水是十几度,明显感觉比较凉,但后来,我们不断往里加热水,水温达到25度时,我们再次体验了一下,感觉水己经不像刚才那么凉了。
  • [12:475:12] 青岛王梦雪对西安王怡文说:
  • 我们感觉稍稍温一点,清凉,舒服
  • [12:47:34]克市19小吴思达对大家说:
  • 我把手伸进水中,感到水比手温度低,但也不冷,就是那种温温的水。我觉得这盆25度的水开始把手伸进去时还是温温的,过了一会儿,就感到水有点儿凉了。一般我用热水洗完脸,一两分钟后,脸盆里的水就跟着温度差不多。

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对话分析:校际组感受25℃的水
  • [12:47:46]克市19小程思源对大家说:
  • 温暖,舒服,但是不能等温度降了。
  • [12:47:58]海口吴思婧对大家说:
  • 昨天我们也做了同样的实验,感觉跟冲自来水的感觉差不多,感觉很清凉,不温。
  • [12:48:54] 绿影王灵禺对大家说:
  • 我们这边的感觉是25度和自来水的温度是不一样的,
  • 自来水的温度很低,25度水的温度偏高,
  • 自来水比较冷,25度谁让人感到温暖。
  • [12:49:16]西安王怡文对大家说:
  • 注意各地感受的不同,为什么会这样?
  • [12:49:30] 克市19小温馨对大家说:
  • 是呀,为什么会对25度的水有不同感受?
  • [12:49:45] 绿影王灵禺对大家说:
  • 因为手冷暖不同
  • [12:49:58] 西安王怡文对大家说:
  • yes,同意
  • [12:50:16] 西安田甜对大家说:
  • 是吗?我不这么认为.
  • [12:50:32]克市19小程思源对西安田甜说:
  • 为什么?那你觉得呢?
  • [12:50:41]烟台工小林秦对大家说:
  • 我觉得手伸进水里的感觉是由天气的冷热来决定的。
  • [12:50:56] 西安田甜对新疆克市吴思达说:
  • 是,天气的不同,会影响水温和你的感觉.

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对话分析:校际组其他学习活动
  • 这是在校际组间开展上述四个实验协作学习活动中的一个对话,五位评价者对上述对话在“交互”、“知识互补”、“关联”三个维度评价是12分。说明概念改变绩效较高。同样,在Case4:“说说你怎么看温度与热的?”、Case6“北方冬天一定要穿棉衣,是不是棉衣产生热呢?我们一起再做个实验:用羽绒服包裹温度计,看看温度计的指示有没有变化?”
  • 在接下来开展的三个本地组实验中,Case7:“看一看烧开的水是多少度?”、Case8“摸一摸室外的木头、塑料等物品感觉一样吗?探讨一下原因为什么?”、Case9“我们都知道保温瓶能够保温,为什么呢?”,五位评价者的平均得分是:7分、6分、6分。
  • 最后,再次以校际组的形式分别开展了三个校际协作学习活动:Case10:“在粗细不同的两个敞口容器中烧水,哪一个容器中沸腾的水更热?”、Case11“校际协作小组成员分别在各地摸一摸室外的铁、木头、塑料等物品,交流一下感受,感觉一样吗?探讨一下原因为什么?”、Case12“校际组成员讨论一下,我们都知道保温瓶能够保温,为什么?”,这些活动概念改变绩效得分分别是:13分、12分、12分。

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3.2.数据记录与分析

表2 新疆克拉玛依第19小学在基线条件和干预条件下的得分情况

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表2 新疆克拉玛依第19小学在基线条件和干预条件下的得分情况

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表2 新疆克拉玛依第19小学在基线条件和干预条件下的得分情况

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A-B-A-B实验设计结果视认分析图

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3 2 1
3.2.1.视觉确认分析
  • 在第一个为期一周的基线期内,进行了两个阶段的三次观察:从O1到O3的观测值基本是比较稳定的,这使我们确信被试组(新疆克拉玛依第19小学的校内小组)协作学习绩效处在一个较低的水平上
  • 进入第一次实验处理阶段,从模式图中看到从O3到O4,观测值呈急剧上升的趋势,然后从O4开始到O6,观测结果又在允许的范围内趋向另外一个较高水平的稳定;说明在基于网络的校际协作学习中,因为采用上述2个策略构成的教学干预,实现了知识互补,小组协作学习绩效得到明显提升;
  • 在第二次为期一周的基线条件下,继续进行被试校内小组的协作学习,从模式图中看到从O6到O7,观测值呈急剧下降的趋势,然后从O7开始到O9,观测结果又在允许的范围内趋向新的较低水平的稳定;说明没有采用上述2个策略构成的教学干预的小组的协作水平又降回到较低的状态;
  • 最后在进入第二次实验处理阶段,从模式图中可以看到从O9到O10,观测值又呈急剧上升的趋势,然后从O10开始到O12,观测结果又在允许的范围内趋向一个较高水平的稳定状态;说明在基于网络的校际协作学习中,采用上述2个策略构成的教学干预后,小组的协作水平又得到明显提升。

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选择0.01显著水平,t=10.392> t(2)0.01=9.925后测与前测之间存在非常显著的差异

选择0.05显著水平,t=2.000< t(2)0.05=4.303后测与前测之间的差异不显著

选择0.01显著水平,t=12.124 > t(2)0.01=9.925后测与前测之间存在非常显著的差异

3.2.3.T检验结果

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4.讨论
  • 对上述A-B-A-B实验结果进行视认分析,得出了与构想相一致的模式,在导入了校际协作学习的四个实验学习活动后,11~12岁的小学生概念改变绩效明显得到提高,学生概念改变与建构的认知行为得到明显改善,由此可见,由“校际小组(异质构组)”策略和“属性关键词提取” 策略构成的四个协作概念改变学习活动这一干预,对促进小组群体协作概念改变,提升复杂概念建构绩效有非常显著的作用。
  • 另外,这一准实验研究结果还证实了,顺序地“应用”与“撤离”干预这一程序,与学生概念改变绩效间存在着功能关系。

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4.讨论
  • 这是因为,校际协作学习使得知识背景存在差异的校际组成员在交换信息中产生了认知冲突;
  • 这一冲突进一步引发了成员的好奇心,激发了学生进一步探索的动机;
  • 在接下来学生对不同地区调查结果的讨论中,他们相互补充知识,从而发现一些概念属性以及属性间的联接规则;
  • 在教师的指导和“关键词提取”工具帮助下,学生们通过归纳和概括整理,得出了温度与热的属性;
  • 发现了温度包含:可测量、度量值、冷热程度三个属性;而热包含:能量、可辐射、可传到、可感受四个属性。

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4.讨论
  • 在这里,起到引起认知冲突的差异学习方法是学习活动设计的关键。
    • “实验1”中探讨相同时间不同地点,感受相同温度(25℃)的水时,新疆克拉玛依第十九小学同学所处地区正值零下19℃状况下,感受25℃水时感觉非常温暖,而同样是25℃的水,对室外温度为27℃的海口市第九小学的同学们来说,却感觉到非常凉爽,当大家将各自的感觉发到网上时,由于同样的时间和同样的温度但由于地点不同、室外温度不同而感觉不同时,产生了疑惑而引发了认知冲突,同学们在这一问题和好奇心的引导下开展了探究原因的讨论,于此,将“温度是度量值、可测量,而热是可感受的”这两个分属不同概念的不同特征区分开来,而恰好这一明显特征正是温度和热概念的一个属性。

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4.讨论
  • 在“实验2”学习中,同学们通过对比南北方穿衣不同,探究其原因,通过测量羽绒服中温度计测量的温度不发生变化,同学们明白了羽绒服不会产生热量,只是传导能力低不会产生“放出”热量现象而保持体温,保持的是体温(温度)而非热量,于此,将“热是存在于过程之中”这一特征即“可传导或可辐射”这一属性分辨出来了。
  • 在“实验3”学习中,学生们通过触摸放置在室外的铁、树木、暖水瓶时,会感觉铁比树木冷等,但测量物体温度均相同,而物体与手的温度不同,学生们由此得出“温度只与物体的冷热程度有关,与测量者的感觉无关”、“热在温度不同物体间传导”的结论,由此归纳出温度有“冷热程度”这一属性,而“热是能量、可传导”这一属性,又将另外两个属性区分开来了。
  • 在“实验4”中,由于各地海拔高度不同,新疆克拉玛依市地处平均海拔400米高度,与海拔最高度约70米的海口市相差较大,因此,在当地温度最高的水也就是沸水它与海拔高度有关,温度计读数未必就是100℃,但水却一定是本地最热的这一事实下,又一次辨析了不同相关属性,理解了温度与热的区别。

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4.讨论
  • 另外,本研究利用计算机和网络支持的校际协作学习技术来实现基于差异的学习方法,这也是促使该研究成功的关键因素,它说明了学生知识和经验的多样性对学习过程有积极的促进作用。学习者间的差异是动因,它可以产生疑问,唤起好奇心;差异是线索,它会引导学生主动去察觉、去发现,导致学习的发生、发展、深化;差异还是学习资源,它可以使学生看到问题的另一方面,提供看问题的新视角,完善思维建模,形成科学的知识或概念,由此加深理解;另外,差异还可以促使学生个体间性的发展,增强元认知能力,即关注自己的思考,分析自己的思考并进行调整和修正或认识自己的倾向性。

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7、结论
  • 本研究,针对教学实践中长期没有解决的温度与热“概念改变”问题,在科学教育、发展心理学、学习科学等先行研究基础上,从教育技术学的视角出发,设计并开发了解决概念转变的教学策略和支持这一学习活动的学习环境即系统,在准实验研究以及对话分析的基础上,验证了由“异质构组”、“属性关键词提取”策略构成的校际协作学习活动这一干预的有效性,这说明,这一新的学习方法和教学策略对促进概念改变具有明显效果。同时也暗示着,所开发的新的学习环境对支撑上述概念改变和建构性学习活动具有促进作用。

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7、结论
  • 本研究中的实验3采用了“行为改变技术”中常用的“单一被试设计”的ABAB逆向设计,从这一基于个体内比较的个案研究的结果中我们发现:本研究在干预程序导入之前的多次小组学习活动,并没有发生协作辨析或归纳概念属性从而纠正迷思概念的行动;但一旦介入开发的学习活动,便出现了稳定的促进效果;而当这一干预撤离,我们看到的校内组讨论建构新学概念时,又出现了与基线条件相同的情况,即没有成功辨析不同概念属性的行动发生,而接下来的重新介入教学干预却出现了同第一次建构科学概念相同的行动。

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7、本研究的结论与建议
  • 这一顺序性干预,以及意图性的撤离,除反

映了异地协作组合与迷思概念转变之间存在

功能关系之外,还说明了:

    • 网上协作学习活动符合行为科学的原理,可以通过计划了的教学策略或切合的环境增强其出现的可能性。
    • 这一功能性联结反映出是“协作学习绩效”在此发挥着重要作用这一事实。
    • 绩效:将习得或计划的行动付诸施行。

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7、本研究的结论与建议
  • 促进协作学习需要能力和技巧还需要提高绩效
  • 教育技术学者:
    • 协作学习(Cooperative Learning)是一种教学技术或教学形式(Slavin,R.E.1980;Johnson,D.W.,&Johnson,R.T.,1992;Guskey,T.R.,1993).
  • 教育·社会心理学者:
    • 协作学习(Collaborative Learning)是一种能力(Brown&Campione,1990;Salomon,1983;Scardmalia&Bereiter,1991)。
  • 本研究从“行为科学·认知科学”视角出发:我们称“协作学习绩效(Performance of Collaborative Learning )” 。

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7、本研究的结论与建议
  • 协作学习绩效的特征
  • 有效的协作靠的是:社会的相互激励、集体成就感,责任心,小组的凝集力、共享等交互,这些是绩效产生的动因;
  • 有了动因和协作能力和技能,通常我们认为,就可以获得最大的生成性即绩效;
  • 但本研究得出的结论却暗示,只有上述条件还不充分;
  • 因为绩效与能力不同,学生可能很容易学到协作技能而具有这一能力,但如果缺少适当环境或发挥的条件,就不能付诸行动而发挥技能,

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7、本研究的结论与建议
  • 因此,如果强调生成性,就必须训练协作学习技能,最好达到熟练和自动化。这一点没有得到协作学习研究者以及教育与教学的实践者足够的重视。
  • 比如:李芳樂教授就有关华人社区的学习者为什么不善长网上协作学习的原因做过详细的研究 ,在结合其他学者的研究结果基础上(Lee, 1996; Biggs, 1996; Johnson&Cheung , 1991;Schacter & Fagnano, 1999;李芳樂、劉國強、李浩文;2003) 指出,“是傳統教育觀念和華人的學習理念”的影响。

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7、本研究的结论与建议
  • 国内的、新中国的儿童、学生,由于学校教育目标、教育结构、教师的教学策略等因素使然。这一假设,有待进一步的考察和验证。
  • 如;升学等层层筛选的考试制度、在学业发展上,所采用的“竞争”激励机制、教室内的评优措施、同伴间缺乏相互信任。
  • 新中国儿童接受西方思想、可能多于“传统思想”。
  • 社会环境家庭结构的影响,比如独生子女的原因,缺少与兄弟姐妹、邻里同伴等的玩耍机会,逐渐形成不善协调、缺乏同伴意识的习惯。
  • 学校中,学习方式上的提倡独学、学校教师以能否独立完成学业;和提倡竞争、能否在班级互相对立竞争中争得第一作为“好学生”的标准。

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7、本研究的结论与建议
  • 对于我国大多数教师来说,协作学习是一种崭新的教学形式,教师还缺乏足够的经验来应对这样一种从未经历过的学习,对组织这样一种学习活动缺乏必要教学策略。
  • 大量的研究证明:协作学习是一种比较理想的学习形式。
    • 教育制度很难改变
    • 教学方法可以改变
    • 增加协作学习机会
    • 善用协作教学策略
    • 营造协作学习氛围
  • 善用“协作教学”策略。 一揽子计划。

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7、本研究的结论与建议
  • 迷思概念转变研究对教育与教学带来的启示
    • 在该研究的结果以及结合众多的有关先前知识对学习影响的研究基础上,我们认为:
    • 正如“鱼就是鱼”寓言所揭示的,儿童并非是“一块白板”,他们来到学校前带着已有的经验。
    • 备课中不但要“备教材”、“备教法”,还要“备人” 。
    • 了解学生已有的知识非常重要,因为往往这些知识中的错误概念并非百人百色而是有共性,基于这一共性就可以开展真正的“以学生为中心”教学。

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[引用与参考文献]:

[1]Wandersee, J. H., Mintzes, J. J. & Novak, J. D. (1994). Research on alternative conceptions in science.In D. L. Gabel (Ed.), Handbook of Research on Science Teaching and Learning (pp. 177-210). New York: Macmillan.

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[3]DiSessa,A.A. A History of Conceptual Change Research. The Cambridge HandBook of The Learning Sciences[C]. NY: Cambridge University Press, 2006.256~281.

[4]DiSessa,A.A.. A History of Conceptual Change Research: Threads and Fault Lines, The Cambridge HandBook of The Learning Sciences[C], NY: Cambridge University Press. 2006.265~ 282.

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[15]Brown, A. L. & Campione, J. C. (1990).Communities of learning and thinking, or a context by any other name[J]. Human Development, (21):108~125.

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[21]Guskey T. R.著,王坦译.合作掌握学习的策略[M].山东:山东教育科研,1999(5).

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谢谢各位,请多指教

华南师范大学 教育信息技术学院

徐晓东 博士 教授/博导

认知与技术实验室 主任

教育技术学博硕课程 认知与技术方向 负责人

xuxdscnu@21cn.com