增强现实科学实验室中的联结主义学习环境提高科学素养外文翻译资料

增强现实科学实验室中的联结主义学习环境提高科学素养

作者：Somsak Techakosit, Dr. Panita Wannapiroon

国籍：泰国

出处：泰国曼谷北曼谷国王蒙古科技大学技术教育学院

摘要

本研究旨在1)设计现实科学实验室中的联结主义学习环境以提高科学素养和2)评估并验证在AR科学实验室中使用联结主义学习环境以提高科学素养的适用性。研究分为两个步骤：1)设计AR科学实验室中的联结主义学习环境以提高科学素养2)评估和验证现实科学实验室中联结主义学习环境提高科学素养的适用性。样本由七个方面组成，采用目的性抽样。样本必须具有至少三年的相关经验，包括三名联结主义专家、两名增强现实（AR）专家和两名科学素养专家。本研究以增强现实科学实验室中连接主义学习环境对提高科学素养的适用性的评估和验证表格作为研究工具。数据分析采用均数和标准差。结果表明，在增强现实科学实验室中，发达的联结主义学习环境可提高科学素养，主要由以下四个部分组成:1.1)学习环境的构成1.2)提高科学素养的学习过程1.3)环境的特点1.4)科学素养。2) 9位专家对增强现实科学实验室的联结主义学习环境进行了评估和认证，以提高科学素养。总体适用性被评为“最适宜”。2.2)学习过程提高科学素养的总体适用性被评为“最适宜”;2.3)环境特征的总体适用性被评为“最适宜”。

关键词：学习环境；联结主义；增强现实；科学素养

1.简介

科学素养是指运用科学知识来发现问题，并得出基于证据的结论，以了解和帮助作出有关自然世界和人为活动所造成的变化的决定的能力（经济合作与发展组织，2003年）。

根据PISA 2012的结果，泰国学生的理科成绩为444分，低于经济合作组织（OECD）的平均水平。合作与发展组织（OECD）和三分之一的泰国学生（34%）的科学素养高于国际平均水平（PISA Thailand，2013），表明泰国公民未来的竞争特征；因此，研究人员有兴趣在增强现实科学实验室中研究联结主义学习环境，以提高科学素养。

联结主义是一种描述数字时代学习的学习理论（George Siemens，2006）。基于学习理论的数字时代学习过程是一个循环。学习者将联结到网络以共享和发现新信息。然后，学习者基于新学习的信念将被修改，并与网络相连，以分享看法和搜索新信息（Rita Kop和Adrian Hill，2008）。知识分布在一个网络上，鼓励学习创建和访问这些网络，网络的联结基于经验和与学习社区的互动（Downes，2007），这比当前的知识更重要（George Siemens，2006）。在一个环境中，设备和计算机之间的通信有助于学习者在一个有趣的环境中学习（Hye jin Kim，Ronnie D。Caytiles和Tai hoon Kim，2012年）。

联结学习环境是指通过建立网络联结节点或资源、在技术的推动下共享和发现新信息来支持和激励学习的环境。

增强现实（AR）是虚拟现实（VR）的一种。虚拟现实（virtualreality，VR）是允许用户处于完全合成的环境中的技术。用户无法看到周围的真实世界。相比之下，增强现实（AR）允许用户看到叠加在真实环境上的虚拟物体（Ronald T.Azuma,1997）。To Go科学中心博物馆外的增强现实应用结果的研究表明，增强现实在学校环境中具有潜在的应用价值。对增强现实应用感兴趣并尝试使用增强现实应用程序的学生能够理解更多的科学内容。(Yelva C.Larsen,Hagen Buchholz,ConstantinBrosda, Franz X. Bogner, 2011)。

Siemens, G.和Tittenberger，P(2009）认为学习活动是以解决方案为重点的互动实验活动。Knowlton（2003）认为基于问题的学习（PBL）是一种学生通过解决问题的活动来学习的教学法。学习过程是基于问题学习的。3C3R是一种系统的方法，专门设计用于指导教学设计师和教育工作者，通过有效地使用基于问题的学习，为所有层次的学生设计学习（Hung，W.，2006）。3C3R由两个元素组成；即主组件和流程组件。主要内容包括内容、语境和联系。支持主成分的过程成分包括与学习思维过程和问题解决技能相关的研究、推理和反思。

2.研究目标：

• 在增强现实科学实验室中设计联结主义学习环境，提高学生的科学素养。
• 评价并验证增强现实科学实验室中联结主义学习环境对提高科学素养的适用性。

3.研究目标

3.1. 人口和样本：

• 研究对象为联结主义专家、增强现实（AR）专家和科学素养专家。
• 样本必须具有至少三年的相关经验，包括三名联结主义专家、两名增强现实（AR）专家和两名科学素养专家。

4. 研究方法分为以下两个阶段:

4.1. 第一阶段在增强现实科学实验室中设计联结主义学习环境以提高科学素养的步骤如下：

• 参考对学习环境和联结主义相关文献，确定增强现实中的联结主义学习环境；
• 参考对科学实验室和增强现实相关文献的，确定一个增强现实科学实验室；
• 科学学习的相关文献综述；
• 在增强现实科学实验室中开发联结主义学习环境的组成和特点以提高科学素养；
• 在增强现实科学实验室中建立连接主义学习环境以提高科学素养，让顾问考虑并根据其建议发展改进。

4.2. 第二阶段评估增强现实科学实验室中联结主义学习环境的适用性以提高科学素养的步骤如下：

• 创建一个工具，评估在增强现实科学实验室的连接主义学习环境的适用性
• 在增强现实科学实验室中建立连接主义学习环境以提高科学素养，并向7位专家进行了适当的考虑和评价
• 在增强现实科学实验室中发展联结主义学习环境以提高科学素养
• 在增强现实科学实验室中呈现发达的连接主义学习环境，以提高科学素养在传统的插图文章
• 通过使用均值()和标准差(SD)分析结果评估增强现实学习环境以提高科学素养的适应性,评定活动适用性的权重标准为5分李克特量表。

5.研究成果

本研究成果分为以下两个阶段：

5.1. 第1阶段增强现实科学实验室中联结主义学习环境的组成和特点，以提高科学素养，如图1所示。

图1.增强现实科学实验室中的联结主义学习环境以提高科学素养

在增强现实科学实验室中开发的提高科学素养的联结主义学习环境主要包括四个部分：1）学习环境的组成部分，2）提高科学素养的学习过程，3）环境的特点，4）提高科学素养。

增强现实科学实验室中的联结主义学习环境的组成部分包括以下五个部分：1.1)学习者是指高中学生，是一个单一的节点，每一个学习者都是基于自身独特的经历、感受、意见而具有个人知识的信息点，每一个学习者的目标是通过与其他节点的链接来扩展个人知识。1.2）促进者指教师如何根据语境和对学习者不同需求的反应灵活变通。老师们作为小组的一员，允许学生发挥他们的创造力，并尝试自己解决问题。在教师为学生提供建议的同时，学生可以找到答案，而老师扮演着顾问的角色。1.3）内容是指当前高中的科学内容，包括联结和适宜语境1.4）AR实验室指通过增强现实科学实验室利用科学学习，使学生理解科学概念，使用增强现实的科学实验，学习科学探究技能、解决问题技能、协作工作技能和对科学的态度1.5）网络指通过无线网络联结教室内外的节点，通过社交媒体了解社交互动和协作。

1. 提高科学素养的学习过程由以下三部分组成：2.1）研究是指通过寻找必要的信息来理解问题的过程，引导学生按目的学习预定内容；2.2）推理指通过发展解决问题的技能和能力，促进知识应用的过程；2.3）反思指学习者在整个学习过程中呈现知识的过程。

3）增强现实科学实验室中联结主义学习环境的特点包括以下四个部分：3.1）通过运用各种知识自主（动手实验）激发学习，达到科学探究技能、解决问题技能和理解科学概念的能力；3.2）通过联结网络以继续共享知识和获取新信息，实现协作技能；3.3）灵活满足学习者的需求和能力，通过使用技术促进学习，激发学习者对科学的态度；3.4）将课堂内外的知识与他人联系起来（联结），创建一个社区学习网络，继续学习和理解科学概念。

4） 科学素养：具有科学素养的个体有以下4个因素：4.1）对科学概念和原理的理解；4.2）运用科学知识界定问题，运用科学方法解决问题；4.3）能够将科学、数学和技术融入日常生活；4.4）意识到自然界的多样性和统一性。

5.2. 第2阶段：评估和证明增强现实科学实验室中联结主义学习环境对提高科学素养的适用性的结果

为提高九位专家的科学素养，在增强现实科学实验室中评估和验证联结主义学习环境的组成部分和特征如下：

表1显示了学习环境的组成部分。专家们将学习环境各组成部分的适用性评定为“最适宜”（=4.69，标准差=0.06）。学习者、AR实验室和网络的适用性最佳（=4.71，标准差=0.49）。主持人的适用性被评为“较适宜”（=4.57，标准差=0.53）。

表2显示了提高科学素养的学习过程。专家们将学习过程对提高科学素养的适用性评价为“最适宜”（=4.57，标准差=0.14）。反射的适用性评定为“最适宜”（=4.71，S.D.=0.49）。推理适用性评分为“最适宜”（=4.57，S.D.=0.53），研究适用性评分为“最适宜”（=4.43，S.D.=0.53）。