【芥末翻】是芥末堆全新推出的一檔學(xué)術(shù)欄目，由芥末堆海外翻譯社群的小伙伴們助力完成。我們致力于將全球經(jīng)典或是前沿的教育理念、教育技術(shù)、學(xué)習(xí)理論、實(shí)踐案例等文獻(xiàn)翻譯成中文，并希望能夠通過引進(jìn)這類優(yōu)質(zhì)教育研究成果，在全球教育科學(xué)的推動(dòng)下，讓更好的教育來得更快！

原文：Middle-School Science Through Design- Based Learning versus Scripted Inquiry: Better Overall Science Concept Learning and Equity Gap Reduction；作者：Matthew M. Mehalik, Yaron Doppelt, Christian D. Schunn.譯者：劉博；編輯：爾瑞.

一、引言

基于設(shè)計(jì)思維的學(xué)習(xí)（系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法）是什么？

Kolodner將一種方法泛稱為設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)（Learning Based on Design, LBD）。該方法整合了一些成功的學(xué)習(xí)模式，例如基于案例推理的研究、基于問題的學(xué)習(xí)。基于案例的推理是指利用過去的解決方法和經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)未來問題的解決。基于問題的學(xué)習(xí)是一種從課堂管理角度組織課堂活動(dòng)的方法。這些方法的理念都與建構(gòu)主義學(xué)習(xí)方法一致。LBD的另一個(gè)重要特點(diǎn)是遵循認(rèn)知學(xué)徒制，其關(guān)鍵特征是通過對語言和行為的觀察進(jìn)行學(xué)習(xí)，并建立一個(gè)共同體行動(dòng)方式的框架。

相對于腳本式探究學(xué)習(xí)，基于真實(shí)設(shè)計(jì)任務(wù)開展科學(xué)概念教學(xué)時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)會(huì)有所不同嗎？為獲得答案，研究者基于中學(xué)科學(xué)課程中的電學(xué)相關(guān)概念教學(xué)，開發(fā)一門制作電子報(bào)警系統(tǒng)的實(shí)踐性課程模塊，并且進(jìn)行了實(shí)際的教學(xué)與評估。與先前的方法不同，研究者本次采用的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法來組織設(shè)計(jì)活動(dòng)的順序。該方法的獨(dú)特之處在于增加了一個(gè)特殊環(huán)節(jié)，就是首先讓學(xué)生闡述自己對設(shè)計(jì)的需求，然后再開發(fā)需求文檔作為后續(xù)流程所遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范。這樣一來，設(shè)計(jì)流程就從原來由課程或者教師提出設(shè)計(jì)需求與規(guī)范，轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓪W(xué)生自主生成的方式。研究者假設(shè)如果流程能夠始于自己的需求，那么他們的動(dòng)機(jī)和參與感將會(huì)增加，即解決科學(xué)課中學(xué)生最核心的問題：我為什么要學(xué)這個(gè)？（表1 總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和腳本式探究間的區(qū)別）

這項(xiàng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)還有一個(gè)目的是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)電學(xué)的基本科學(xué)原理，提升他們像科學(xué)家那樣的推理能力，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)開展科學(xué)探究的技能。這些技能對學(xué)生未來的專業(yè)知識(shí)、能力和啟發(fā)式思維的形成都至關(guān)重要（Von der Weth出版社，1995）。國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了科學(xué)探究能力所必需的基本技能：

1.    明確可以通過科學(xué)調(diào)查獲得答案的問題；

2.    設(shè)計(jì)并開展科學(xué)調(diào)查；

3.    運(yùn)用技術(shù)采集、分析和解釋數(shù)據(jù)；

4.    利用證據(jù)進(jìn)行描述、解釋、預(yù)測和建模；

5.    運(yùn)用邏輯思維和批判思維在證據(jù)與解釋之間建立關(guān)聯(lián)；

6.    發(fā)現(xiàn)并分析可替代的解釋和預(yù)測；

7.     ?交流科學(xué)程序與解釋；

8. ?在科學(xué)探究的各個(gè)方面應(yīng)用數(shù)學(xué)。

腳本式探究課程為了讓學(xué)生“體驗(yàn)”科學(xué)的基本概念，提供給學(xué)生類似菜譜的具有細(xì)致方法指導(dǎo)的支架，為學(xué)生指明將具體實(shí)驗(yàn)作為一種數(shù)據(jù)采集的方式應(yīng)該如何組織與實(shí)施。腳本式探究在科學(xué)探究的第一步和第二步上，對培養(yǎng)學(xué)生確定問題和設(shè)計(jì)科學(xué)調(diào)研能力給予了很大的限制，而對探究流程的其他環(huán)節(jié)給予了過度的支持。采用這種方式可能是出于對課堂時(shí)間限制，教師能力（例如課堂管理能力）或者其他原因的考慮。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程流程

課程案例：《電子報(bào)警系統(tǒng)：設(shè)計(jì)、建構(gòu)與反思》

課程目的：讓學(xué)生了解掌握相關(guān)電學(xué)概念；能用技術(shù)設(shè)計(jì)流程解決問題；能解釋一個(gè)簡單系統(tǒng)的組成部分及各部分之間的關(guān)系。

原先腳本式探究學(xué)習(xí)法將此課程設(shè)置了九個(gè)模塊，本研究將用系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)法替代其中四個(gè)模塊（原先腳本式探究會(huì)花四到五周時(shí)間）。這四個(gè)模塊設(shè)計(jì)的電學(xué)基本內(nèi)容包括電壓、電流、電阻、并行電路、串行電路、電池、點(diǎn)燈、電阻器和歐姆定律。在完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)單元教學(xué)后，小組還將采用腳本式探究完成后續(xù)關(guān)于電容、電荷、功率和其他電學(xué)概念的學(xué)習(xí)。在新的教學(xué)方法實(shí)施前，教師得到相應(yīng)方法的課程前、中、后的培訓(xùn)。

整個(gè)課程按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)法的程序?qū)嵤瑸槠诖蟾潘牡轿逯?。系統(tǒng)設(shè)計(jì)法由七個(gè)階段組成，如圖1所示：

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程鼓勵(lì)學(xué)生和教師不斷對前一階段的工作進(jìn)行回顧、反思完善。

同時(shí)，研究者為學(xué)生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段提供支架，供學(xué)生“生成多種方案”。如圖2所示，為學(xué)生提供框架，引導(dǎo)學(xué)生首先分析自己的設(shè)想：一個(gè)提醒用戶服藥的設(shè)備應(yīng)該需要哪些材料、能量和信息輸入才能進(jìn)行分析判斷，才能實(shí)現(xiàn)其預(yù)設(shè)的功能——為老人健康提供幫助。同時(shí)，支架材料也會(huì)引導(dǎo)學(xué)生思考他們的設(shè)備可能會(huì)具有哪些未曾意料到的、潛在的負(fù)面影響。

圖2 支架材料——警報(bào)系統(tǒng)模型

在這個(gè)過程中學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)哪些部件是必要的，如檢測服藥時(shí)間的“檢測器”、在值得關(guān)注的事件發(fā)生時(shí)進(jìn)行警報(bào)的“指示器”，以及調(diào)動(dòng)“檢測器”、“指示器”這些子系統(tǒng)的“能源”系統(tǒng)。這些發(fā)現(xiàn)過程都會(huì)促進(jìn)學(xué)生分析思維的發(fā)展，因?yàn)樗鼈冃枰粩嗌钊胨伎迹瑢⒆畛醯南敕ǚ纸獬筛唧w的功能細(xì)節(jié)。

圖3顯示了“選擇方案階段”的支架材料，學(xué)生制定了三種設(shè)計(jì)裝置的方案：手動(dòng)、自動(dòng)、手動(dòng)+自動(dòng)。通過一個(gè)矩陣，他們列出各功能部件在三種方案中的起作用程度（1-5評分），綜合需求與性能從中選出最佳方案。

教師鼓勵(lì)學(xué)生在思維方式上再進(jìn)行挑戰(zhàn)：對過程中的選擇進(jìn)行反思。這個(gè)結(jié)果對你有意義嗎？如果沒有，結(jié)果哪里不符合你的想法？然后，學(xué)生們再去檢查他們整體的系統(tǒng)需求和替代方案，根據(jù)反思來調(diào)整他們的思維。最終，學(xué)生做出的決策是建立在廣泛思考的基礎(chǔ)之上。這種思考包括確定清晰的決策準(zhǔn)則，對不同想法的實(shí)現(xiàn)方式和功能進(jìn)行深入分析，以及思考此過程中應(yīng)用的科學(xué)內(nèi)容。

按照這種進(jìn)行設(shè)計(jì)的決策程序，后面學(xué)生從已有的探究工具箱中選擇電線、電阻、LED等部件，以及輔以其他電阻元件（蜂鳴器、光電池、熱敏電阻）組裝成電子元件來完成他們的方案。這是一個(gè)探究與發(fā)現(xiàn)的過程，而且是在與學(xué)生們的需求和興趣密切相關(guān)的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)思維中發(fā)生的。

三、對比分析：系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法VS腳本探究式學(xué)習(xí)

與腳本式探索相比較，系統(tǒng)設(shè)計(jì)法為學(xué)生提供可以驗(yàn)證自己想法的學(xué)習(xí)框架，這是兩者的重要差別。通過探究引入科學(xué)概念主要集中在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的最后兩個(gè)階段，并且沒有提供腳本，學(xué)生需要繪制嘗試性的電路圖，并且在建造過程中進(jìn)行解釋。系統(tǒng)設(shè)計(jì)鼓勵(lì)老師在學(xué)生多次嘗試在電路設(shè)計(jì)中探索概念和嘗試的想法和配置后，才向?qū)W生解釋科學(xué)概念。這是與腳本式探究主要區(qū)別，因?yàn)槟_本式探究對調(diào)查各個(gè)方面都提供了逐步的指導(dǎo)。腳本式探究主要是由課程設(shè)計(jì)者決定科學(xué)概念的出現(xiàn)，而不是以思維模式選擇的科學(xué)概念的提出。系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為一種項(xiàng)目學(xué)習(xí)，因?yàn)槭菑膶W(xué)生興趣和生活經(jīng)驗(yàn)展開需求分析，所以能夠提升學(xué)生的參與水平。

并非系統(tǒng)設(shè)計(jì)法的各方面都明顯優(yōu)于腳本式探究，特別從教師的角度而言更是如此。首先，系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程是試驗(yàn)課程，需要更多的測試和優(yōu)化，而腳本式探究這種經(jīng)過廣泛的實(shí)地測試和優(yōu)化方法更加成熟，而且許多理科教師對其應(yīng)用成效更好。許多教師更加熟悉腳本式探究，因此如果要求教師改用不同的方法，則需要投入額外的準(zhǔn)備時(shí)間，既包括專業(yè)培訓(xùn)，又包括課程前準(zhǔn)備工作。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)法還涉及花費(fèi)很多課堂時(shí)間組建學(xué)生團(tuán)隊(duì)，以教師作為一個(gè)催化師，而不是管理學(xué)生。因?yàn)閷W(xué)生獲得更多的自主性，所以得確保學(xué)生把時(shí)間投入到相關(guān)的課堂任務(wù)中，這種轉(zhuǎn)換會(huì)提高教師的焦慮感。教師發(fā)現(xiàn)不會(huì)像原來教學(xué)中那樣，花費(fèi)更多的時(shí)間來講授諸如歐姆定律這樣的科學(xué)概念。系統(tǒng)設(shè)計(jì)不會(huì)直接在科學(xué)概念的教授上花費(fèi)時(shí)間，而是在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行指導(dǎo)，這種原先科學(xué)師范教育中沒有的訓(xùn)練也會(huì)增加現(xiàn)有教師的焦慮。最后，對于中學(xué)科學(xué)教師而言，許多科學(xué)教師沒有接受過電子電荷的教學(xué)訓(xùn)練，電學(xué)教學(xué)本身會(huì)產(chǎn)生教師焦慮，再加上不熟悉的概念、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法交織在一起，焦慮就更為明顯。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)法的應(yīng)用會(huì)面臨教師方面的直接風(fēng)險(xiǎn)和學(xué)生方面的間接風(fēng)險(xiǎn)。

最后，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)法及其效果，以及公平差距進(jìn)行一下說明。美國中小學(xué)科學(xué)教育在低和高SES（社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位）學(xué)生之間的差異很大，另外白種人、亞裔與拉丁裔和非裔美國學(xué)生之間學(xué)業(yè)表現(xiàn)差異巨大。此外，男女在科學(xué)上的表現(xiàn)的顯著差異從初中開始，在高中加劇，然而系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法對成績的提升方面沒有男女性別上的差異。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相對于傳統(tǒng)腳本探究學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)成績的提升有明顯效果，特別是對低成就的非裔美國學(xué)生而言。為了減少公平差異，可以給學(xué)生規(guī)定設(shè)計(jì)范圍。此外，學(xué)生們需要相互交流自己的想法，這被看作是促進(jìn)學(xué)生擁有自主想法的過程，而且這也將有助于減少學(xué)業(yè)表現(xiàn)的差距。另一個(gè)公平差距問題涉及平等獲得設(shè)計(jì)材料的機(jī)會(huì)。研究者創(chuàng)建了系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)模塊，這樣所有的動(dòng)手操作都在教室里進(jìn)行，所有學(xué)生都使用相同的材料（這與腳本式探究相同）。這種安排并不總是適用于項(xiàng)目學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生被允許使用從家里帶來的材料時(shí)，他們的學(xué)業(yè)表現(xiàn)可能會(huì)由于獲取資源的不平等和課堂外實(shí)踐的不平等而導(dǎo)致差異加劇。

今天來聊聊你對這兩種教學(xué)設(shè)計(jì)的看法？~

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