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基于报纸故事问题的情境科学教育：动机与学习效果研究[1]☆
Jochen Kuhna，[2]*，Andreas Mullerb报道
a德国凯撒斯劳滕大学物理系/物理教育组，Erwin-Schrodinger街46号，67663德国凯撒斯劳滕
b日内瓦大学，理学院/物理系和教师教育研究所，帕维隆大学邮政（IUFE），阿尔夫桥40号，1211日内瓦，瑞士
2014年3月16日收到；2014年6月1日接受
2014年6月21日在线可用
摘要
现实生活情境的运用具有悠久的传统，并且被认为是当前科学教育和教育心理学的一个重要问题。根据这两个领域的研究以及科学课堂的实践报告，本文讨论了建立这种背景的一种具体形式，即通过报纸故事问题（NSP）来建立情境。利用报纸文章中科学问题的特殊形式及其所提供的现实情境，研究了科学问题对学习动机和学习效果的影响。
在准实验比较中，6个中学一级物理班（N=122；10年级；主题：能量）以报纸问题为基础的学习和传统教材问题的学习（内容相同，教案相同，教师相同），两者表现出相当积极的影响。这适用于一般动机，包括几个分量表（plt;0.01，omega;2=0.52）以及成果，包括转移（plt;0.01，omega;2=0.20）。此外，这些结果显示了对不同个人和课堂特征的稳健型（例如性别，非语言智力及学校类别），至少表现了中期时间稳定性。因此，报纸故事问题成为情境科学教育的一个有用元素。
2014年作者。由爱思唯尔股份有限公司出版。本文是CC BY-NC-ND许可下的开放访问文章。
(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/)。
关键词：情境科学教育；报纸故事问题；真实性；叙事嵌入；抛锚式教学
引言：情境科学教育和故事情境
最近几次评论指出，基于情境的方法和现实生活中的联系目前被认为是一般科学教育（Fensham，2009；Bennett等人.,2007），尤其是物理教育的中心议题（Taasoobshirazi and Carr, 2008; Kuhn,2005, 2010; Kuhn and Muller, 2005a, 2005b）。从广义上讲，基于情境的科学教育（CBSE）被定义为在现实生活中使用与来自不同背景的学生相关的概念和过程技能（Glynn and Koballa，2005，p.75）。提出（或试图这样做）与学生自身、家庭和同龄人相关的科学问题，与人们普遍认为的特别是物理学（或更普遍地说：科学）枯燥、客观和无关紧要的看法相反，这应该对动机和学习都有积极影响（Bennett等人，2007）。PISA（OECD经合组织，2006年）遵循对CBSE的类似理解，反复强调任务和问题的重要性，“这些任务和问题可能是参与者在某些现实环境中的实际经验或实践的一部分”，并且“它最重视在各种现实情况下可能遇到的任务”（从研究中使用的项目也可以看出）。此外，PISA还指出了基于情境的学习的以下特点：现实世界中遇到的问题通常不会用要学习或应用的学科术语来陈述。由此引发了一种翻译，即术语和概念的重新建构，代表了认知激活的一个重要步骤。必须强调的是，即使对“语境”的这种基本理解在教育上绝不是微不足道的浅薄，尽管有人围绕CBSE的想法进行了讨论，其立场远不止于此（参见Gilbert等人，2011）。本论文致力于这一领域的研究和开发，旨在将CBSE的一般方法与特定的情境建立形式结合起来，即“将故事作为情境”。用一个有趣的故事开始、嵌入、连接教学内容和序列，是一个很有前途的方式，可以将其与校外的环境联系起来。这样做的一种特殊形式是报纸故事问题（NSP）。这些问题与包含科学相关问题的报纸文章有关，并且在文本和版式上（稍作修改）没有变化（参见图1a）。
从实践的角度来看，NSP背后的双重理由是：（i）报纸和报纸文章本身代表校外、现实生活的背景；（ⅱ）记者应该是撰写有趣、好故事的专家（因此，借鉴这方面的知识是个好建议）。在国际和几个国家层面上，都有关于成功实现和现有的利用报纸进行数学和科学扫盲的实例收集的良好实践报告（广泛地在数学方面，见Herget和Scholz，1998；Paulos，1995）。生物学（Gardner等人，2009年；Hoots，1993年；Jarman和McClune，2001年），化学（Haupt，2005年；Glaser和Carson，2005年；Toby，1997年，以及物理学教育（Armbrust，2001年）在某种程度上也是如此。Jarman和McClune（2007年）用许多关于报纸在一般科学教育中的应用例子做了很好的介绍。
有关报纸科学教学的用途和目的的评论见Jarman和McClune（2002年）。考虑到CBSE，有趣的是，在他们的样本(北爱尔兰)中，“与日常生活的联系”到目前为止，被认为是最常见的主要意图(76%)和主要利益（62%）。从理论的角度来看，Norris和Phillips（2003年）令人信服地论证了基本或基本意义上的读写能力(包括报纸)是科学素养的核心。
此外，这一理念在普遍读写能力目标方面有着悠久的传统，从《阅读杂志》（Kossack，1987年）上的“利用新闻”系列，到几个国家报纸协会的“教育报纸”（NIE）计划（KMK/BDZV，2006年；NAAF，2007，2010a，2010b，2011）。
从研究的角度来看，Fesham（2009年）在其综述的“对教育的影响”一节中强调了科学教学中采用“故事情境”方法的机会，特别是在动机/情感方面。作为其中一项重要的研究发现，他指出，在2000年国际学生评估项目PISA中，许多国家意外发现了性别中立，至少在一定程度上是由许多涉及到人和科学的故事构成的。（Fesham，2009）
更近一步看，研究提出了几个理论和经验的论点，支持“故事情境”、“叙事情境化”和类似的方法，并对其潜力进行了解释。以下将对动机和认知/学习进行回顾。
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a“报纸故事问题”格式 |
b“传统任务”格式 |
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Lausanne/ngn（洛桑/新闻集团报业公司）。另一个伟大的环球探险——上个月Steve Fossett的单人飞行。现在看来，探险家Bertrand Piccard将尝试世界上第一个太阳能环球飞行 Piccard来自一个探险者家族，1999年3月，他驾驶Breitling轨道飞行器3号进行了一次不间断的环球飞行，创造了历史。但是太阳能方面呢？这真的有可能吗？飞机的整个机身将由287平方码（240平方米）的太阳能电池覆盖。Piccard估计，可以产生足够的电力来维持大约每小时60英里（97km/h）的飞行速度。这架飞机的电池必须非常重，能够储存每公斤200瓦的电量，这样飞机才能在夜间飞行。 Godling，2005-04-13 |
2007年，探险家Bertrand Piccard将尝试世界上第一次太阳能环球飞行。他估计，飞机上的太阳能电池板可以产生足够的能量，以维持大约每小时60英里(每小时97公里)的飞行速度。这架飞机的电池必须非常重，能够储存每公斤200瓦的电量，这样飞机才能在夜间飞行。 |
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1.伯特兰·皮卡德的环球之旅还会持续多久? 2.每千克至少要产生多少电能每千克至少要产生多少功率? 3.如果皮卡德能在白天驾驶飞机75%的飞行时间，那么太阳能电池板至少能产生多少电能和多少电能? 4.每千克至少有多少电能是由电池产生的? 5.批判性地讨论你的结果，例如关于能量转换过程，并使用物理论据 |
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图1 “报纸故事问题”格式和“传统任务”格式。两者的问题是相同的（下半部分）
研究背景
故事情境
动机
在动机方面，故事的一个基本优点是，人们从小就将心理（即主观）现实和熟悉感归因于故事（Mandler，1987，2004）。将课程（如科学）内容与叙事情境（如通过NSP）联系起来，可以转移或继承后者对前者的熟悉，从而帮助克服众所周知的冷淡和客观的科学形象。虽然这是一个清晰而合理的论点，但它仍有待于经验证明，NSP（作为基于故事的情境一种特殊形式）是否真的被学习者视为动机。
这些关于叙事情境的“真实感”的一般理论论述，可以从几个重要方面为基于报纸的教与学指明方向。Rhoades和Rhoades（1980）已经注意到有用性是感知报纸的一个因素。这是基于这样的经验：报纸是各种现实生活问题的主要信息来源，从严肃的（工作、健康等）到更令人愉快的问题（休闲、时尚、体育等）。同样，对有用性的认知应该从报纸转移到基于报纸的教学中去。Rhoades和Rhoades（1980）强调的另一个潜在的重要因素是通过提供参与机会来培养学生的自我概念，将其作为动机的一个重要组成部分（Shavelson等人，1976年；Hattie，2009年）：报纸是年轻人能够与成年人（和同龄人）进行对话，因此，在不同的社会背景下，交流、感觉和经验变得更加开放——这一特点培养了可能是任何人的积极自我概念，而不仅仅是年轻人。如果这被证明是正确的，它将在教育上受欢迎，因为Shymansky等人（1983年）对科学课程开发进行的元分析表明，与科学相关的自我概念通常很难改善（除了自我概念外，在所有18个调查结果中都发现了积极的影响）。此外，Hattie（2009年）指出，最难改变的领域与学习归因（如自我效能感和努力）有关。NSP作为支持这种变化的工具，将是一个有待检验的合理而有趣的假设。
最后，在激励的背景下，一个普遍的问题必须得到解决。教育界普遍认为，更好地动机将导致更好的学习，这也是CBSE许多工作背后的一个明确理由（见Bennett等人，2007年）。然而，一般来说，动机和学习测量之间的相关性低于预期，通常在r=0.30左右（Uguroglu和Walberg，1979年；Wild等人，2001年）。对于2006年的PISA研究，Fensham（2009）甚至讨论了弱负相关（OECD子样本，r=-0.06）。有了这些一般性的发现，就有必要考虑除了支持NSP改进学习的相关论据之外的其他论据，这将在下一节中完成。
认知和学习
在认知和学习方面，关于叙事语境的第一个相关的和完善的研究发现是关于提高对内容的记忆。例如，在《教育心理学百科全书》的长期记忆条目中（Salkind，2008，第620页，以及此处引用的其他文献）中，“将要记住的事件编成一个简单的故事或叙述是有效的；（Salkind，2008，第860页；作为这种叙述嵌入的定量例子，记忆世界清单的准确度可以提高7倍）。
除了这一关于记忆改善的普遍发现之外，在故事记忆的情境中还建立了一个特定的认知过程，即它们的组织结构为“图式”（Anderson，2010）。这些被认为是“领域特定信息的认知模式，被个人用作模板来帮助他们解释、诠释、感知、编码和应对复杂的任务和经验。[hellip;]他们通过组织和确定复杂信息集中的模式，从情境、数据和事件中创造意义”（Salkind，2008，第864页）。一个令人印象深刻的研究路线已经确立（Rumelhart，1975；Mandler和Johnson，1977；Mandler，1984），故事在这个意义上被感知、组织和记忆为图式[3]，它们甚至被视为范例，正如下面的陈述所支持的：“可能在任何地方，人们拥有的最强大的一般图式是关于故事如何组织的知识”（Salkind，2008，第864页）。
一般的认知图式，尤其叙述图式至少在两个基本的重要方面支持学习：
（i）为组织和解释新的经验和现有的记忆内容提供一种认知模式；
（ii）对将要或应该发生的事情抱有期望，以及类似的重建（即期望，转移到过去）。
因此，故事和故事图式为意义的建构和意义的学习提供了重要的途径（Zabel，2004，2007）。
作为对认知和学习的进一步阐述，一个非常重要的问题，也是大多数基于情境的学习所共有的问题，必须得到解决，即迁移的问题。鉴于众所周知的“惰性知识”问题（Renkl等人，1996年），目前尚不清楚的是，在加强对情境的嵌入（根据定义，情境是CBSE的核心）之后，是否容易实现迁移所必需的去文本化。迁移对科学素养的指导思想尤其重要，这是CBSE许多工作的基础（Fensham，2009年；Roberts，2007年），在这里，联系情境不仅是一种有前途的教学方法，也是教育的主要目的。在这种紧张情境和去文本化的情况下，转移可能遇到的困难尤其令人关注。事实上，PISA发现这类困难相当突出（例如德国学生；见Baumert等人，2001年）。因此，在使用故事情境时，也必须记住迁移的问题。
在上述理论和实证基础上，我们现在将转向一个框架，为用报纸故事问题进行情境科学学习的课堂实施提供详细的设计原则。
抛锚式教学及其设计原则：动机与学习
可能最成熟的教学方法之一是抛锚式教学，它一方面将动机和学习的观点与叙事情境结合起来作为一个关键特征，另一方
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