解構與重構:將小學科學課程轉換為移動學習課程

[摘要]移動通訊技術可以支持隨時隨地的無縫學習，而傳統的教學材料沒有為學生成為自我導向的社會學習者做好充分準備。文章主要介紹新加坡某小學三年級和四年級將科學課程轉換為學生使用移動設備可以在課堂情境中使用的移動課程的一種方法。作者通過與實驗班教師合作改造已有的課程，總結了解構和重構課程過程中使用的方法以及經驗。第一個三年級實驗班通過實施該課程一年的研究結果表明，實驗班的教師和學生通過重新設計的課堂在思想認識和實踐方面都產生了預期的變化，而且學生的期末考試成績也有了明顯的進步。文章通過分享一種移動課程設計的方法以期為國內的移動課程開發和實施方面的研究提供參考和借鑒。

[關鍵詞]基礎教育；無縫學習；課程開發；解構與重構

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009—8097(2011)09—0017—08

科學教育的改革通常圍繞著科學課程的開發和實施_lj來進行。隨著移動學習設備和軟件用于教育領域的增長，科學教育者對利用移動設備進行科學學習更加感興趣。移動設備為學生在課堂內外開展基于探究的或者基于項目的科學學習提供了平臺，被作為進行探究學習和活動的媒介。如果每個學生有一個(或多個)手持的可連接互聯網的計算設備，科學教育者就有可能開發基于移動技術的課程。目前雖然有基于移動技術的、對學生基于探究的學習的設計方面的研究，但是大部分是短期開發，沒有成為正式學校科學課程的有機部分。為了將移動技術整合到科學學習中，我們需要將已有的科學課程轉化為移動課程。這也是我們在過去幾年里將移動技術作為學校科學課程的核心元素面臨的挑戰。在設計移動技術支持的學習的時候，我們希望和現有的課程計劃保持一致從而使重新設計的科學課程能夠在常規課堂中應用。我們希望我們的移動課程設計模型適于用于學校不同年級科學課程的重新設計。本文中對課程遷移過程的描述和討論主要基于科學課程中的真菌主題。

一 研究對象及背相關課程教材設計

1 研究對象

新加坡的北海岸小學(本文涉及的校名和人名都不是真名)是我們的合作學校。2009年的實驗班在三年級。這個小學三年級共有9個班。前3個班被認為是具有較高能力的班級，學生在二年級末的考試成績高于其他班。余下的6個班是普通班，班級中學生是按照能力水平均勻分布的。普通班中的305班是我們的實驗班。全班共有39名學生，其中有24名男生和15名女生。實驗班和控制班的學生被認為是沒有差別的。選取的實驗班教師Grace有將近三年的工作經驗，控制班的教師教學大部分超過了三年。Grace雖然沒有經過科學教學的培訓，但她對教育技術比較了解，也愿意接受和嘗試新的教學理念。實驗班的學生使用智能手機學習移動科學課程，控制班的學生沒有配備智能手機。

2 為適應移動技術重新設計教材

新加坡小學三年級和四年級的國家科學大綱包含五個主題：多樣性、循環、系統、能量和相互影響。除了能夠看到大綱中的信息外，教師還能夠看到教育部(MOE)的課程開發與計劃部門(CPDD)出版的實施課程大綱的一個導讀。這個導讀的目標就是為教師上好科學課程提供信息和指導。

當前小學三年級的課程材料一般不支持使用移動技術進行探究學習。我們的目標是通過先解構教材的各個部分(例如學習目標及子目標之間的關系，概念和學習活動)，以學習者為中心，利用技術的優勢通過移動探究學習實驗重構教材。我們采用了教師和研究者合作的設計過程，這樣可以產生更加有針對性的教材，同時也是研究者和教師的互相學習、共同提高的過程。我們需要轉變現有的課程，創建新的課程，同時兼顧學校的日程安排。這種轉變是很有挑戰性的，尤其是技術與課程的有效整合，這一點我們將會在文中具體講述。

二 課程移動化設計的原則

我們進入學校后發現必須將課程開發作為移動學習項目的最主要任務，同時將教師專業發展和課程開發融入到教師參與研究的協同設計方法中。根據研究者的建議，學校挑選了幾名科學教師包括班主任Grace加入到移動學習課程設計的研究中。本研究使用的移動設備是帶有拍照、手寫、鍵盤、3G網絡接入的HTC Tytn II手機。我們選擇的設備能夠運行GoKaow等軟件，這些軟件是專門為支持移動學習而開發的。

為了利用移動技術來創造一種無縫學習環境(SeamlessLeaming Environment)，我們需要提取主題作為學習目標。理解學習目標是首要的，它可以幫助研究者和教師在合作過程中識別、構造、排序和實施以移動設備為中介的學習活動。我們設計的是以學生為中心的、探究式的、協作式的移動學習課程。在課程轉化過程中，考慮到科學探究方法的前景和移動通信技術的使用，我們應用了下面的設計原則。

1 充分利用移動通信技術

我們的移動學習課程的開發是建立在對已有研究的基礎上的；以科研帶動課程開發。作為一個開始，我們在正式學習中設計了支架活動去促進有效的探究性學習。我們看到了移動技術在促進探究和以學生為中心的學習中的巨大潛力，而新加坡現有的科學課程沒有利用移動設備的支持學習的案例。下面介紹的是我們整合到移動學習課程的技術舉例，其中一些軟件是我們的合作者美國GoKnow公司免費提供的。這些軟件基于密歇根大學在教育技術方面多年的研究和開發的成果。KWL(我已經懂得什么?我想要知道什么?我已經學會了什么?)允許學生通過一個目標導向的過程去學習。計時表(可以倒計時)支持控制事件的時間。Sketchy是一個制作動畫的簡單工具，Picomap允許學生創建、分享和開發概念圖。這些都是移動學習環境所提供的軟件工具。HTC智能手機還有若干硬件和軟件功能可以支持探究活動，例如照相，錄像和錄音等功能。學生在移動學習活動中可以利用不同的軟硬件來記錄數據及探究過程，軟件工具則支持學生創造自己的作品。

2 使用手機作為學習的樞紐來整合正式的和非正式的學習活動

由于人手一部智能手機，每個學生可以建立多樣的課程單元的文件，例如概念圖、文本文件、照片和視頻。學生的所有作品可以先存儲在智能手機里，然后使用互聯網的備份到GoManage服務器(合作者允許我們免費使用該移動學習支持系統)上。我們將手機和GoKnow移動應用提供的硬件平臺和軟件工具作為學生進行無縫學習的起點，因為人和智能手機都是可移動的，從而將學生的課堂學習延伸到了教室之外。學生需要一個或多個移動設備，這樣他們就可以隨時隨地訪問學習平臺和資源。學生從我們正式的學習設計開始學習。我們希望一個移動設備能夠整合多個學習過程、位置和環境、目的和內容。

3 以學生為中心的探究性學習活動設計

來自國際學生評估項目的研究者認為學生可能沒有對他們生活和工作的世界完全做好準備。進行探究性學習是一種使學生獲得所需的知識和技能的很好的方法。在基于問題的學習的過程中，學生可能進入到自己探索自然或物質世界的過程中，他們需要自己提出問題，去探索，最后檢驗他們的假設。學生是探究性學習的中心，他們需要主動的學習。

4 利用社區的支持和資源

當學生在學習過程中裝備有移動設備時，他們可以將他們周圍的世界作為學習情境。很多社區資源可以用于教育目的，如博物館、科學中心、名勝古跡和公共服務的提供者(例如公共交通系統)。他們為來訪者提供的材料可能會是學生在非正式環境下進行學習的一個很好的起點。利用社區資源的優勢是學習變得情景化和真實性。

5 促進協作知識建構

當學生在公共場合分享他們的觀點和作品的時候，他們喜歡在討論中建構知識，在這個過程中，學生修改自己的觀點，加深他們的理解。21世紀技能(2003)中的合作技能表明僅僅教會學生核心的課程是不夠的，還需要學生學習如何恰當的使用技術和通訊工具去評估、管理、整合和評價信息，建構新的知識，并與他人交流。學生在他們的智能手機上可以使用多個應用程序，通過無線網絡交流，這為社會性的知識建構提供了條件。

6 支持教師成為優秀的課程開發者和輔助者

從固定教學變為移動教學對教師是一個很大的挑戰，尤其對于沒有足夠教學經驗的教師。為此我們選擇性地引入了開發教學材料的過程模式。我們采用的是Davis和Krajcik提出的九段參與式教學中的四種指導策略。第一個是使用教育方法支持教師參與、理解和處理學生對科學的一些誤解。第二個是支持教師去學習并且肯定移動技術對學習的支持。第三，我們支持教師來增加他們的學科知識。采用的最后一種策略是支持教師學習教學的知識(PCK)(例如識別和解決重點和難點)。這將允許沒有經驗的教師快速找出學生普遍存在的誤解和學習方面的困難，并設計合適的教育策略。教師研究者的課程團隊在教學內容知識方面養成了隨時交換意見的機制，因為在長達三年的合作中，我們有兩位全職的研究人員絕大多數時間是在學校辦公的：其中有一名博士研究生，另一位以前當過小學老師。在教師的指導手冊中也有關于學生學習困難的一些信息。我們也意識到需要與研究隊伍中的教師進行頻繁的常規性對話，進而影響或改變他們的信念、知識和課堂教學，使他們能夠在教室中更好的進行移動課程的實施從而達到預期的教學效果。我們每周在教育學院開例會討論和計劃項目的設計及研究方面的問題。我們的國際合作者通常每年到新加坡兩次，聽取教師學習，研究設計和研究進展的報告并提出建議。本文的報告主要取自我們在實驗學校的研究設計和實施小學三年級科學課程的經歷。

三 移動真菌課程概述

在我們描述將真菌課程移動化之前，我們通過集體討論先建立了一個學習的情境(Scenario)。例如設計一系列學生的生活體驗來認識各種真菌，學生用智能手機來拍照，錄像，作筆記，提出問題，假設及給出描述和解釋；然后學生需要一些互動和合作學習以便每個人有機會將自己的思想和其他人分享并得到反饋，有時還要通過辯論，進一步查證等以達到認識上的趨同。在我們安排設計步驟之前，先建立移動課程的框架。課程移動化通過技術組織學習活動，使學生能夠在真實的環境中學習。移動學習環境為開發以問題和學習目標驅動的項目提供了基礎。一個項目包含了相關的和相互依存的學習任務。每個任務都是一個移動計算介入的實例，學生可以決定打開文件及使用不同軟件的順序：允許多個接口和多個學習路徑：支持多模式方法；允許學生即興創作；支持學生在移動的過程中分享和創作作品。一個好的課程設計應該利用這些支持使移動科學課程的學習更加有吸引力、有趣和完整。學生可以以他們自己的方式進行探究，不必按照線性的順序進行。我們采用這種策略的目的是區分出達到理想學習效果的不同的學習行為，并和傳統的課堂做比較。我們不僅改變學生在課堂的學習，也包括學生在課外的學習，同時也顯示了我們要改變傳統課程設計的視角。這也反映了我們隨時隨地使用移動技術的目的。

作為移動課程的一部分，學生通過將他們的智能手機與GoManage服務器同步然后下載教師為他們準備的文件。圖1是學生將會看到的學習目標的一個摘要。這些目標與國家要求的大綱相對應。我們期待項目目標的行為動詞能夠幫助提高學生的過程性技能和高階思維能力。

教師和研究者一起研究國家的課程大綱、教材、相關材料并根據移動技術的支持去定義學習目標。我們的策略是提供一個“結構”，供學生進行探究式、自我導向的學習，培養學生在不受干擾的情況下將所學的技能遷移到非正式的情境中的思維習慣。當非正式學習時，學生可能會重復這種自我導向的、基于探究的過程。雖然我們鼓勵的是以學生為中心的學習，但是教師的角色不可忽視。如果教師不懂得技術也不可能促進學生有效的進行正式和非正式的學習。

四 課程轉換的過程

在這一部分中，我們描述了采用探究方法和利用移動技術重新設計小學三年級科學課程的過程。我們針對一個既定的主題進行基本學習點分析，確定教學重點；觀察當前課堂教學實踐，確定學生的學習需求，并檢查當前課程的設計；通過與教師進行頭腦風暴，關于主題和創建學習場景提出更多的建議，關注內容創作或活動參與的機會。這些活動與自主學習和課外學習的要求是對應的。我們也不斷給予教師反饋以提高他們的教學實踐技能。另外，我們也不斷從學生和教師那里獲得反饋以改進我們對課程的設計。

我們采用解構和重構的隱喻來描述我們重新設計課程的過程。根據從實踐中搜集的數據，我們開發了圖2所示的課程開發模型。接下來，我們帶領讀者進入我們的課程設計過程。我們將會用移動課程的例子解釋周期的作用。這個小周期是嵌入在更大主題的循環設計中的，因此這樣一個循環是一個反復迭代的過程。我們放大一個最基本的范圍來闡述基本的原理和過程，用虛線標明在現實中可能會發生改變的步驟或者在開發過程更有經驗的課程開發者可能會合并的步驟。由于我們采用了質性研究設計和協同設計方法，實線箭頭表明設計的形成性評價都是持續的。

1 第一步：解構——分析學習目標和學生的學習困難

正如前面提到的，小學三、四年級的科學大綱中有五個主題，多樣性是我們解構的第一個主題。從新加坡小學科學課程的教學大綱對多樣性的描述中我們認為學生需要掌握的關鍵技能是識別各種學習目標。更進一步，我們通過7個主題綜合了79個學習目標并識別出學生學習生物和非生物的關鍵特征和目的。解構是理解一個主題的關鍵知識點，使教師和學生看到主題和概念之間的聯系，并且尋求他們在移動課程中的一致性。我們按照知識、理解和應用、技能和過程、倫理和態度對教學大綱中規定的學習目標進行定義和分類。

解構的另一個目的是識別相關的主題和材料。根據學生的學習困難重新組織材料的順序。例如，我們的調查顯示不是所有的學生將真菌這種具體案例和生物的一般特征做聯系。因此，我們為學生設計了一個對比表格去比較他們的特征，如圖3所示。這推動了教科書里知識內容的重新建構。我們也建立了一個更好的學習流程，能夠幫助教師明白相關主題的原理和作用之間的聯系。

2 第二步：頭腦風暴——基于學習情況搜集意見和資源

我們設計過程的下一步包括工作組設計移動學習環境(Mobile Learning Environment，簡稱MLE)中的活動。環境定義了教師想要學生掌握的學習內容和學生需要達到的水平。學生們在這些正式或非正式的學習環境中觀察事物、搜集數據，在線分享和小組合作以及通過創造一個數字動畫去展現真菌的特性以鞏固他們的學習。

在過程中有形成性評價和總結性評價。在活動設計中也會出現對專題的誤解。作為探究學習的一部分，任務組想要學生以小組的形式開展關于面包模具的實驗。學生不得不記錄下他們的觀察的同時進行拍照作為數據搜集的證據。這種嘗試很少有成功，因為學生對“變量”和“控制”很陌生。教師還想讓學生通過“家”小組(Home Group)的方式進行協作學習。最后，教師要求學生識別他們生活的環境中的真菌的例子。教師確認了學生可能出現的誤解并設計活動去揭示并定位他們的誤解，及時給予反饋。

3 第三步：創作——制定學習任務和開發資源

在頭腦風暴階段之后，工作組選擇了相關的想法進行進一步開發。志愿者對所選擇主題的不同方面進行工作；最后再對各自分工的部分進行拼裝。對于真菌主題，活動任務主要包括：建立一個有趣的介紹，使學生對真菌的多樣性留下深刻的印象；尋找多媒體資源向學生介紹真菌作為生物的特性；創建一個資源幫助學生通過拼圖方法研究真菌的特性；創建一個活動幫助學生比較真菌和植物；活動之后學生應該能夠建立真菌的概念圖。

4 第四步：重構——拼接不同的部分去構成一個連貫的移動的課程

在重構過程中，我們根據預期的學習結果和相關的學習活動開發了學習活動和學習事件流程。我們也陳述了預期的教育方法和教師如何去輔助學習。最后，學生的學習資源打包在一個MLE項目中，通過GoManage服務器分發給學生。

雖然任務的介紹建議提出一系列的活動保證學生學習的連貫性和探究過程的邏輯性。學生有更大的靈活性去控制完成任務的速度和步調。他們能夠以任何順序打開文件，并在不同的文件之間隨意切換(例如，Word，Excel，Sketchy，Picomap和KWL)。圖4是真菌微課程的一個說明。學生被要求在規定的日期內完成項目活動。他們小組學習或是獨立學習。課堂教學流程的連貫性很大程度依賴于Grace老師。基于對課堂視頻和學生作品的分析，我們對當前課程進行修改。

5 第五步：實施——學生在課堂內外開展學習活動

教師通過GoMange服務器將MLE課程學習包分發到學生的手持設備上。學生在教師開始課程之前先對課文有一個了解。通過總覽全文，學生對要開展的學習活動有更多的想法，對他們要達到的學習目標也有一個更加清晰的了解。

作為研究者，我們在課堂或課后與教師一起研討。我們給教師提供及時的反饋幫助她提高課堂管理的技能。另外，我們仔細觀察學生對活動設計的反應，搜集了學生的作品去研究MLE課程對學生學習的影響，圖5是實驗班的一名學生畫的概念圖。這些數據有助于我們對下一循環進行迭代設計。

我們幫助教師建立概念模型和推薦具體的教學方法去促進其專業發展。在一些案例中，我們觀察課堂的場景并記錄了教師采取的措施，通過查看服務器上學生上傳到他們的個人學習空間的作品監控學生在課堂內外的學習過程。

6 第六步：評價一反思并評估其有效性與告知新設計周期

課題組人員每周都會見面。有兩名研究者每周至少有3天待在學校觀察科學課程。課程的反思和評價幾乎每天都在進行。研究者和參與培訓的教師一起討論每周形成性評價的結果。幾乎每節課之后研究者都會對課堂觀察進行報告并選擇學生的作品進行分析。

五 教師和學生在移動科學學習課堂中發生的變化

1 學生們更多地參與并且學習動機更強

研究者觀察到在引入移動設備之后課堂發生了很大的變化。開始的時候，教師維持課堂的秩序是很困難的。在介紹過移動學習之后，學生們在完成任務方面表現出了更大的主動性和積極性。例如即使當手機處于充電狀態的時候，一些學生仍然不愿意停止他們的學習任務。即使沒有教師，學生們仍然能夠很好的完成他們的任務。表1顯示了引入移動設備之后教師和學生發生的變化。

2 學生們樂于參與探究性學習

學生通過形成問題、進行在線的研究、搜集數據、制作動畫、概念圖或其他的數字作品進行研究。學生們喜歡使用諸如找出現象、評價他們的發現和作對比等等的探究過程。教學技術的使用也增強了Grace老師辨別學生錯誤概念的能力。例如，在一節使用skeIcby的課堂上，一個學生畫了一個六條腿的蜘蛛，還有一對觸須(見圖6)。其實蜘蛛不是昆蟲，有8條腿。也沒有觸角。只有當學生以多種不同的形式展現科學概念時(圖片、文本，甚至是口頭的)，教師才能及時評價并給學生反饋。

3 學生在期末科學考試中顯示出明顯進步

為了檢驗移動課程在學生學習中的效果，我們對年終考試中6個變量進行分析去顯示協作學習和自主學習的跡象。6個班之間存在很大的差異(F(5，345)=63.228，p<0.01)，除去個人得分差異的影響因素，我們采用協方差分析以在第一節移動課程開始之前進行的測試成績作為協變量，檢驗6個班級科學課程考試分數的差異。結果如表2所示。

協方差分析的結果顯示6個班的年終科學考試成績在控制考試分數之后與移動課程的引入之前有很大差異。在所有的普通班中305班有更高的分數，因此，有移動課程接入的班級比沒有移動課程接入的班級在傳統科學課程評估中表現得更好。

4 學生顯示出了自主學習和協作學習的傾向

學生的日程安排不受限制，他們能夠進行獨立的在線研究。學生在課堂中提出的問題更多關注的是課程內容。相比之前的提問以教師的講述是否清楚為中心，這種變化發生的實質歸功于學生獨立進行科學研究。我們已經引入KWL隨時記錄學生的思考。圖7是Jeremy在他的KWL中提出的一些問題。他和研究者分享了他使用KWL去監督學習過程。為了達到學習目的，一些學生已經開啟了新的應用。他們需要在特定的時間內根據手機上的指導完成學習任務。在這一過程中他們會交換手機去得到快速的反饋。通常采用每個學生參與專題研究成為某個方面的“專家”，然后不同方面的專家在回到自己的“家”小組(Home group)將自己的專長與組內其他成員分享的方法去增強協作學習。這些是教育變革轉向協作知識建構的最重要的指標。

5 教師逐漸將自己定位為學習的促進者

當實施移動課程的時候課堂結構發生了很多變化。作為課堂教師，很愿意給學生更多的時間去建立自己的理解而不是直接為他們提供信息。有了更多時間去觀察學生使用移動設各進行學習，教師學會了識別學生的學習困難。由于使用移動設備重新設計了課程，教師說她在課上有更多的時間去反思教學。她可以實時的控制課堂步調或修改教學。老師認為合作設計課程的經歷幫助她在學科知識、分析學生的學習困難和技術使用等方面為教學做準備。教師也在移動學習中變得更加自信和淵博。

六 結論和討論

在本文中，我們討論了為什么需要重新設計小三科學課程，以及利用移動技術為學生的意義學習提供的情境支持如何解構和重構課程。我們將開發的移動課程遷移到移動學習活動過程，并且分享使用這個框架設計小三科學課程活動的經驗。多樣性主題的移動課程已經開始實施，更多的主題正在開發。新的移動學習活動需要教師使用技術去促進學生的學習。他們的目標是創設一個真實的情境去促進學生的探究學習。我們的目標是提升學校日常教和學的實踐。我們將小學科學課程做成可移動的資源，為學生在課外自主學習做好準備。設計，實施和評價是同時的，以便及時去改進課程的設計和實施。

我們在建構“無縫學習”去連接正式學習或非正式學習，并在這樣一個大環境下去研究移動科學課程。我們長期的目的是通過移動課程培養學生自主學習能力和提供必要的基于科學探究的學習工具，來連接正式和非正式學習。我們將來的工作將會關注移動技術在課堂外的使用，將研究工作從課堂擴展到更大的無縫學習的空間。