利用技术创造新机会的课程设计

技术的一个重要用途就是它能够为课程和教学创造新机会，通过把真实世界的问题带入到课堂，让学生进行探索和解决，参见背景资料9.1。技术能够帮助我们创建一个富有活力的教学环境，在那里学生不仅可以解决问题，还可以发现他们自己的问题。这种学习方式完全不同于典型的学校课堂，因为在那里学生花费了许多时间去学习讲授式教学中或课文中的事实，还要完成各章结尾处的习题。

通过真实世界的环境来学习不是一个新观念。长期以来，学校已断断续续地通过实地考察、实验和半工半读课程为学生提供具体的经验。但是这些活动很少成为学校教学的核心，由于逻辑上的局限和需要涵盖多门学科内容，这些活动很难融入学校的教学中。技术为克服这些局限提供了功能强大的工具，从基于音像的难题、计算机模拟到电子通讯系统，将课堂与在科学、数学以及其他领域工作的实践者共同体联系在一起。

目前许多基于音像、基于计算机的学习项目正在实施，它们具有不同的目的。由邦克大街学院开发的咪咪旅行记便是通过音像和计算机技术把学生引入真实问题的早期尝试（如，Char and Hawkins，1987）：学生“跳入大海”，在学习有关鲸鱼和尤卡坦半岛的玛雅文化的情境中解决问题。最近的学习系列包括贾斯珀·伍德伯里问题解决系列（范德比尔特大学认知与技术小组，1997），十二个交互式音像环境向学生展示了他们面临的挑战，即要求他们理解和应用数学中的重要概念；参见背景资料9.2。利用这个音像系列学习的学生在数学的问题解决方法、交流能力和对待数学的态度方面获得成功（例如，Barron et al.，1998；Crews et al.，1997；范德比尔特大学认知与技术小组，1992，1993，1994，1997；Vye et al.，1998）。

背景资料9.1　把真实世界的问题引入课堂

在田纳西州一所中学的数学课上，孩子们刚刚看过一个贾斯珀·伍德伯里系列中有关建筑师如何解决社区问题的探险录像，例如为儿童设计娱乐的安全场地。这个录像在结束时向全班提出了挑战，即要求他们为当地设计一个操场：

叙述者：特伦顿沙子和木材公司赠送了32立方英尺的沙子，用于建造沙池，另外还赠送了木头、细砂砾。克里斯蒂娜（Christina）和马库斯（Marcus）必须准确地告诉特伦顿沙子和木材公司他们到底需要多少沙子、木头和细砂砾。李氏栅栏公司赠送了长为280英尺的栅栏。罗德里格斯设备公司捐赠了用于溜滑的材料，其长度可以任意切割，还捐赠了为好动的孩子们准备的秋千。罗德里格斯设备公司的员工也一起参与建造操场，所以他们准备搭建栅栏和帮助孩子们安装操场器材。克里斯蒂娜和马库斯得到了他们的第一份工作——建筑设计师，开始做与20年前格洛丽亚所做的相同工作，即设计一个操场。

学生们在课堂上帮助克里斯蒂娜和马库斯设计秋千架子、滑板和沙池，然后制作操场的模型。在解决这个难题的过程中，他们碰到了各种有关算术、几何、测量和其他学科的问题，你怎样才能做到按比例制图？如何测量角度？需要多少细砂砾？有哪些安全性要求？

对学生学习的评估反映出学生获得了对这些和其他几何概念的理解（例如，范德比尔特大学认知与技术小组，1997）。此外，学生提高了与他人合作和向真实的听众（常常由感兴趣的成人组成）交流他们的设计思想的能力。在学生参与那些活动的一年以后，那些活动还历历在目，在谈起时仍然很自豪（例如，Barron et al.，1998）。

背景资料9.2　问题解决和学习态度

让九个州学校班级的学生一年内解决四个贾斯珀探险问题。用于解决贾斯珀探险问题的平均时间大约在3至4周。然后在标准化数学测试的成绩上、在解决问题的复杂程度上和在对待数学和复杂挑战的态度方面，比较这些学生们与非贾斯珀对照班的区别。结果是贾斯珀班里的男女生在标准化测试的成绩上并不落后于对照班，这表明他们具有较好的解决复杂问题的能力，在面对数学和复杂挑战时表现出更积极的态度（参见范德比尔特大学认知与技术小组，1992；Pellegrino et al.，1991）。

下图是贾斯珀班学生和对照班学生回答以下问题的得分情况：（a）识别关键的数据和解决复杂问题所必需的步骤；（b）评价这些难题的可能解决方案；（c）表明他们对数学的自信程度、对数学实用性的信心、对数学的兴趣和对复杂数学挑战的态度。图9.1反映了从学年初到学年末参与交互式音像挑战系列的学生的态度发生了积极变化，而对照班的大多数学生的态度变化是消极的，处在水平线以下。图9.2和9.3表明参与贾斯珀问题解决挑战的学生，其策划能力和理解力发生了积极的变化。显然，交互式音像教材对儿童的问题解决和理解能力具有积极的影响。

图9.1　学习态度的变化(www.xing528.com)

图9.2　高水平的规划挑战

图9.3　子目标理解难题

新学习计划并不只局限于数学和科学。人们已开发出问题解决的学习环境，帮助学生更好地理解工作现场。例如，在一个银行模拟软件中，学生扮演银行副行长的角色，学习承担各种职责所必需的知识和技能（Classroom Inc.，1996）。

这些技术环境的交互性是学习的一个重要特点，交互性使学生容易回到学习环境的特定部分，使他们更充分地探究学习环境，检验观点和接受反馈。非交互式的学习环境，像线性的录像带，对于创建学生独立地或协作地探索和复查的学习环境来说，其有效性更弱。

将真实世界的问题带入课堂的另一种途径是把学生与一线科学家联系起来（Cohen，1997）。在许多这类学生—科学家的伙伴关系中，学生收集数据用于理解全球性问题；不同学校的学生通过因特网加入到不断递增的伙伴关系中。例如，全球实验室（Global Lab）支持由30个国家超过200所学校的学生研究者组成的国际性共同体，就本地或全球的环境来建构新知识（Tinker and Berenfeld，1993，1994）。全球实验室班级选取他们本地环境的某些方面进行研究。通过使用共享的工具、课程、方法，他们制图、描述和监控他们研究的选址，收集和交流数据，把他们本地的发现置于一个更广阔的、全球的环境中。在学生参与了为期一个学期的15个发展技能活动系列以后，全球实验室的学生开始在诸如空气、水污染、背景辐射、生物多样性和臭氧消耗等领域进行高级研究性学习。全球的视角有助于学生识别出在全世界都能观测到的环境现象，包括在丰富植被的地方对流层臭氧水平的下降，学校临近放学时室内二氧化碳水平的不断上升，某种蔬菜中硝酸盐的大量堆积。一旦参与者在他们采集的数据中发现了重要的模式，由学生、教师和科学家组成的这一“远程合作”共同体就会抓住科学中极其严峻的问题——设计实验、开展同伴间的评论和发表他们的研究发现。

类似的方法已经用于天文学、鸟类学、语言艺术和其他领域（Bonney and Dhondt，1997；Riel，1992；加利福尼亚大学校董会，1997）。这些合作的经验有助于学生理解复杂的系统和概念，例如多重因果关系和不同变量间的相互作用。由于教育的最终目标是帮助学生成为有能力的成人和终身学习者，因此我们有充足的理由利用电子方式把学生与同伴、学生与一线专业工作者联接起来。越来越多的科学家和其他专业人员正在建立电子“合作小组”（Lederberg and Uncapher，1989），通过这一“合作小组”，他们阐述和开展他们的工作（如，Finholt and Sproull，1990；Galegher et al.，1990）。这种趋势为创建虚拟的学习共同体提供了理由和媒介。

通过GLOBE计划（改善环境的全球性学习和观察），在超过34个国家的2000多所学校里，有成千上万的学生（从幼儿园到12年级）都在采集有关他们本地区环境的数据（Lawless and Coppola，1996）。学生们使用由主要研究机构的首席调查员们指定的规程从五个不同的地球科学领域采集数据，包括大气、水文和陆地覆盖。学生们通过因特网把他们采集的数据提交给GLOBE数据档案库，科学家和学生们都可以使用这个数据档案库进行数据分析。在GLOBE万维网上提供一组直观性工具，使学生能够看到他们自己采集到的数据与其他地方收集到的数据间的一致性程度。对于环境科学方法和数据解释能力的评价，GLOBE课堂里的学生要比没有参与这个项目的学生表现出更高的知识和技能水平。

新出现的技术和有关教学的新观念正在融合，在“通过合作性可视化（CoVis）来学习的项目（Pea，1993a；Pea et al.，1997）”中重建进入大学前的科学教育。利用宽带网络，来自至少40个学校的初、高中学生们与天各一方的其他学子们合作。成千上万的学生参与进来，通过基于项目的活动共同研究大气和环境科学（包括有关气象学和气候学的课题）。通过这些网络，学生还与“远程导师”——大学研究人员和其他专家进行交流。通过应用为学习而改制的可视化软件，学生们可以获得与科学家们相同的研究工具和数据集。

在一个为期5周的“全球变暖学生研讨会”上，来自各州不同学校的学生通过课程单元、学习者中心的科学直观工具和数据、CoVis地理科学万维网服务器上的评价量表，评价全球变暖现象，思考可能的发展趋势和结局（Gordin et al.，1996）。学习者第一次了解了气候温度的自然变化、人类导致的大气中二氧化碳增加，以及电子表格和科学的直观工具在探究方面的应用。这一阶段性的活动为开放式协作学习项目的展开指明了方向。通过设计用于调查全球变暖对一个国家的潜在影响或一个国家对全球变暖的潜在影响的典型问题和数据，学生们使用总体框架，在框架中他们通过选择一个国家来确定该国家的特定数据和针对项目焦点的特殊问题（例如，由于森林的过度采伐而引起二氧化碳增加、由于海平面上升导致洪水泛滥）。然后，学生们调查一个全球性问题或者某个国家的观点。他们的调查结果会在学校内或学校间的项目报告中交流，参与的学生会根据项目的发现考虑当前国际政策所造成的后果。

与专业人员和远程的学习伙伴一起就项目进行学习，其意义超越了学校的课堂学习，对基础教育阶段的学生们来说是一个巨大的动力。学生们不仅对他们正在做的事情有兴趣，而且当他们能够与气象学家、地理学家、天文学家、教师或计算机科学家进行交流的时候，他们还表现出一些令人印象深刻的、显示才智的业绩。