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有效的科学学习意味着观察和解释。有专门的课程

研究人员表示,解决问题优于传统方法
通过威廉·r·佩努埃尔- 2021年5月17日 5分钟读取
一群学生科学家在监测火山爆发
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编者按:这是持续的一部分系列 从研究中得到的实际收获。

在过去的一年里,学生们不得不学习很多关于主宰他们生活的现象:COVID-19大流行。要想搞清楚这一点,需要各个家庭一起学习病毒的科学知识,并在巨大的不确定性和社会不平等面前,弄清楚如何保护自己的健康。

随着教育努力走出COVID-19时代,通过现象的视角进行科学教学,为学生提供了一个使这门学科对学生更有意义的机会。最近颁布的美国救援计划为州、地区和学校提供资金,以解决大流行造成的学生学习中断问题。其中一部分资金可以用于为教师提供经验,为学生提供材料,使高质量的基于现象的科学教育成为可能。

“现象”是指世界上可观察到的需要科学知识和实践来解释的事件,如事件的起因和过程 COVID-19大流行 .围绕现象组织教学是许多旨在达到“下一代科学标准”(Next Generation Science Standards)的改革的一个关键特征,这是一套雄心勃勃的标准,在2013年被44个州采用或改编。现象也是美国以外国家教学改革的一个组织特征,比如 高性能芬兰 .但什么是基于现象的学习,有什么证据表明它有效?

在过去,科学教学经常通过演示或展示一个令人惊讶的发现或事件向学生介绍新的主题。在基于现象的学习中,教学单元围绕解释复杂现象或应对设计挑战的任务进行组织。也就是说,现象和问题为学生提出问题、进行调查、建立模型、根据证据进行论证和交流发现提供了主要的背景。现象不仅仅是最初用来吸引人们兴趣的“钩子”。他们是什么激励学生发展他们的科学思想的理解和什么 以一种有意义的方式将课程联系在一起。

我是一项研究的合著者,比较了 广泛使用的基于现象的课程的影响 用更传统的方法。我们随机将学校分配到“治疗组”,即教师实施基于现象的课程,或比较组,即教师遵循地区采用的教科书。

在基于现象的学习中,教学单元围绕解释复杂现象或应对设计挑战的任务进行组织。

这本教科书像许多人一样展示了科学,主要是作为一套事实和词汇来学习,很少有机会接触到现象。相比之下,以现象为基础的课程围绕解释诸如太平洋上的“火圈”这样的事件组织单元,那里的活火山和地震比其他地方要常见得多。

我们的研究发现,与使用教科书的学生相比,接触基于现象的课程的学生在符合下一代标准的测试中学得更多。重要的是,不同种族和民族背景的学生的结果是相似的。

就在今年春天,另外两项随机分配研究(被认为是评估的黄金标准)的结果发现,学生在基于现象的课程中比在更传统的课程中学得更多。在一个研究修订的大学先修课程环境科学课程 在美国,那些学习以有意义的项目为组织的课程的学生,他们必须解释现象,他们的表现优于那些学习以AP考试主题为组织的传统AP课程的学生。一个第二项研究 研究了基于项目的科学课程对小学生的影响,该课程还整合了对社会和情感学习的支持。该研究发现,在密歇根教育部设计的符合下一代标准的测试中,遵循基于项目的课程的学生表现优于对照组的学生。

虽然对基于现象的学习材料的研究仍然很少,但关于基于问题的科学学习的丰富文献表明,学生和学校可能如何使用基于现象的方法。基于现象的学习实际上只是一种特殊的基于问题的学习,也就是说,科学理解的发展是由解决现实世界问题的尝试所驱动的学习。一个荟萃分析 在82项高质量的研究中,记录了基于问题的学习对学生成果的积极影响,如概念知识、解决问题的技能和自我调节技能。

基于现象或基于问题的学习并非没有挑战。一是帮助学生从具体案例中做出概括。当学习是围绕着解释进行的 具体案例或问题 ,学生们可能无法发展出他们可以应用于其他情况的一般原理或大科学思想的知识。一个成功的策略可以是为学生提供遇到和理解的机会对比情况 或与类似科学思想相关的现象。

此外,为了取得成功,现象必须足够引人注目,以在整个单元的课程中保持学生的注意力。教师在这方面发挥着重要作用,帮助学生将课程中呈现的现象与学生的兴趣、身份和生活经验联系起来。我参与的研究-实践伙伴关系,inquiryHub 发现了一个联系 学生的参与度和他们对某节课如何融入更广泛的课程序列的理解之间也存在差异。

过去的一年证明了科学教育在我们社会中所起的关键作用。以现象为基础的教学有可能促进我们学校深入而有意义的科学学习。在州和地区考虑教育恢复和更新的优先事项时,在我看来,在科学教育中,没有比转向基于现象的方法更好的使用资金了。

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