移動技術支持下的BWL科學探究式學習案例

　　探究是從學生的體驗中產生真實的問題，因此探究式學習是科學教學的一項重要策略。探究的重要特點是要將手邊的問題連接過去的知識及經驗，并設計程序來發現答案回答問題，通過收集資料來調查現象，通過邏輯證明來建構意義。探究學習模式有四個基本要素：情境話題、主題資源、活動提示和問題反饋。利用移動技術可以方便地組織和銜接以上四個要素。在移動技術支持下探究式學習中，移動設備和技術主要用于檢索信息、搜集資料、協作交流、文本記錄、信息共享等。
　　● 案例簡介
　　本文介紹的臺灣科學探究式學習案例（蝴蝶觀察學習）是利用BWL系統進行的。BWL是一個支持戶外探究式學習的無線移動Ad hoc學習環境，支持學習者在戶外真實情境中進行探究式學習。在這個系統中，每個學習者都有一個無線的PDA，PDA帶有一個IEEE802.11無線網卡和一個小尺寸的CCD照相機。教師用一個帶有Wi-Fi無線局域網卡的筆記本電腦作為本地服務器，服務器上有一個完整的蝴蝶數據庫。所有學習者的無線手持設備以及這個服務器構成了一個移動Ad hoc學習環境。在進行蝴蝶觀察時，每個學習者都可以隨時隨地拍攝下蝴蝶的照片，然后通過無線局域網傳輸到本地服務器上，應用基于內容的蝴蝶圖片查詢技術去檢索最匹配的蝴蝶信息，檢索到的信息也會實時傳送到學習者的無線手持設備上。如果檢索不到匹配的蝴蝶信息，學習者可以將自己拍攝的蝴蝶和相關信息錄入到系統中。教師可以應用BWL系統對學習者進行適當的指導。整個BWL系統的工作流程如圖1所示。
　　
　　● 案例詳細內容
　　這個項目設計遇到的第一個挑戰就是如何將探究式學習模式與傳統的蝴蝶觀察活動結合起來，形成一個BWL蝴蝶觀察學習系統，并通過友好的移動學習環境提供給學習者。整個學習模式包括四個模塊（如圖2）。
　　
　　“自我選擇”體現在用戶可以根據自己的興趣自由地選擇蝴蝶的種類。在組建了Ad hoc網絡之后，通過觀察蝴蝶的活動，每個學習者都能使用CCD照相機拍攝到不同的蝴蝶圖片，然后實時地將圖片發送到本地服務器上。基于內容的蝴蝶圖片檢索系統對蝴蝶圖片文件進行處理，然后系統向學習者的PDA上發送最匹配的蝴蝶數據文件，如蝴蝶圖片、生態學數據和相關信息等。之后學習者就可以很容易地學習他們觀察到的蝴蝶的詳細信息和數據。此YQKe1ACZie9WqROyRDmuJxpBybFdp616y8M4+cAUvSE=外與最匹配的蝴蝶相似的蝴蝶數據還會提供給學習者用于區分和辨別。
　　“自我決策”的目的是培養學習者從提供的所有類似的蝴蝶信息中獨立選擇最精確答案的能力。在系統的圖片數據庫中，有許多蝴蝶具有相似的特點。學習者隨機選擇感興趣的蝴蝶種類后，基于蝴蝶圖片內容的檢索子系統檢索出最相似的圖片，學習者學習從提供的所有類似的蝴蝶信息中獨立選擇精確答案（如下頁圖3）。
　　
　　如果學習者沒有從圖片檢索子系統獲得正確的信息，可以使用日志子系統做注釋，描述他們觀察的結果以及蝴蝶觀察的過程和體驗，之后將注釋傳到服務器，教師就會對每個學習者做出注釋和判斷（如圖4）。
　　
　　“自我修改”主要基于動態評價。因為學習者在自我決策的時候可能選擇不正確的信息，為了避免學習者的錯誤決策，需要幫助學習者快速地修改知識，訓練學習者的獨立學習能力。在教師界面中，教師可以瀏覽所有學習者的日志和注釋，然后返回對學習者的評分和注釋。之后，學習者就可以從自己的PDA上看教師發來的注釋。通過注釋，學習者檢查他們之前的觀察結果，并動態地調整知識。
　　“自我檢測”的目標是實施動態評估。為了實現自我檢測功能，首先設計了前測和后測子系統，協助教師幫助學習者確定自己的學習水平。在動態評估過程中又設計了不同的評價表單評價學習者的學習效果，包括問題、提示和答案在內的所有數據都是從蝴蝶數據庫中自動獲取的。此外，為了能加深學習者對學習對象蝴蝶的印象，測試題采用帶有圖片的問題形式提供給學習者閱讀和測試。
　　通過系統這樣支架式的設計，學習者能真正擁有探究式學習所培養的自主、自立、自信的學習精神。實驗初期，由五年級的24名學生參加用戶實驗。學生被隨機分成兩組進行對比，其中一組有BWL系統支持，另一組有書籍支持。學生兩人一組進行活動。所有的蝴蝶觀察活動在一個蝴蝶養殖農場進行。觀測任務被分成了四項。每一個學習者都必須觀測到三個新的需知的蝴蝶種群和三個已知的蝴蝶種群。這六種蝴蝶種群的知識被安排在前測和后測的系統中進行測試。兩個小組前測和后測的成績如圖5所示。
　　通過學習活動前測和后測的對比分析可知，與沒有BWL系統支持的小組相比，BWL組在學習活動之后較之前呈現了很大的進步。
　　BWL系統是在基礎教育領域起步較早的將探究式學習模式與移動學習環境結合的案例。整個項目為探究式學習模式、學習內容與移動學習環境整合提供了較完善的范例式框架。此外，在設計BWL系統支持科學探究式學習過程中，設計團隊抓住了關鍵的一點：分解學習活動，確保學習者投入此項任務的各項子工作，然后在移動設備上對每項工作給予指導和支援。這樣充分體現了以學習者為中心，又保障了學習者的學習效果。下一步系統還將在學習者之間的協作上增強功能。