科技博物館學習對學生科學課成績影響的研究

1、科技博物館學習對學生科學課成績影響的研究(摘要】實地參觀是博物館學習中的一種常見且重要的形式到科技博物館實地參觀，被許 多中小學作為校內(nèi)科學課學習的補充。美國研究人員以紐約市8年級學生為研究對象，通過 分析20072012年學生去科技博物館參觀的情況和學生們在州級標準化測試中科學科目成 績數(shù)據(jù)之間的關系研究發(fā)現(xiàn)：實地參觀體驗對于8年級學生的科學課成績有一定的積極影 響，特別是對西班牙裔學生和享受免費午餐的學生有更大影響。這一基于觀眾調(diào)查和大量 數(shù)據(jù)分析的研究內(nèi)容、數(shù)據(jù)分析過程及其研究結(jié)果等，對我國的相關研究及博物館實踐都 具有啟發(fā)意義【關鍵詞】科技博物館；科學學習；實地參觀；科學課成績、前言實

2、地參觀(f/eld trip)是博物館學習的一 種常見且重要的方式，也一直都是豐富學生教 育體驗的重要舉措。有研究指出：博物館真實 的學習體驗有助于深化和鞏固抽象教育的學習 成果，加強與學習者先前知識的聯(lián)系，提高學 生的學習興趣，刺激將來的學習；社會的博物 館學習是個體化的學校課程教育的補充M %在 美國，實地參觀長期以來都是美國公共教育的 一大特色，教師的工作內(nèi)容中包含帶學生去校 外機構(gòu)中開展實地參觀學習美國的學生和家 長也非常希望學校能帶學生走出學校，開展實 地參觀學習 2012年，紐約市針對家長開展了 一項你最希望你孩子所在的學校有哪些變 化？#的調(diào)查顯示：除了 “小班化教學”以外， “

3、學校開展更多更豐富更好的教育活動是家 長最期待的，也是最受歡迎的一項建議 些 研究已表明“帶學生去非正規(guī)科學教育機構(gòu) (ISEIs)能夠促進學生知識與技能的發(fā)展”。2 盡管如此，但在實施的過程中，由于眾所周知 的分數(shù)指揮棒”&外出受限等種種原因，學 校并沒有將實地參觀這一學習方式重視起來 那么，帶學生去科技博物館等非正規(guī)科學教育 機構(gòu)實地參觀學習對他們的科學成績是否有作 用呢？美國數(shù)學政策研究機構(gòu)(Mathematica PolicyResearch)的研究人員艾米琳懷特賽爾 (Emilyn Ruble Whitesell)以紐約市8年級學生為 研究對象，通過分析6年內(nèi)(20072012年)

4、學生開展實地參觀學習的情況與他們在州級標 準化測驗中的科學課成績，發(fā)現(xiàn)學生去科技博 物館等非正規(guī)科學教育機構(gòu)實地參觀學習對他 們的科學課成績有一些正向的積極影響回本 文將對這項研究的研究方法、研究內(nèi)容和主要 結(jié)果等進行介紹，以期為我國研究者開展類似 研究提供借鑒，同時為教育部門制定博物館學 習有關政策提供依據(jù)。二、理論框架眾多研究者認識到實地參觀對兒童學習的重 要性。目前，很多研究者都將研究聚焦在科學 教師和非正規(guī)科學教育機構(gòu)研究者如何為孩子 們提供高質(zhì)量的學習體驗方面這些研究強調(diào) 將實地參觀與課堂學習整合的重要性(例如， 將實地參觀作為一個特定的教學單元)；科學教 師為實地參觀設置特定的目標

5、，并與非正規(guī)科 學教育機構(gòu)工作人員共同為學生量身定制活動%一些研究結(jié)果都表明，實地參觀能夠?qū)W生 的知識和能力等產(chǎn)生影響，但是很少有嚴格的 定量研究證據(jù)表明實地參觀學習是如何影響學 生的學習成績。研究中的相關概念界定和分析 如下：實地參觀一般來說，學生參與的實地參觀有兩種類 型。一種是學校組織的“班級游# ( school/class field trip)， 一種是家庭組織的“親子游 (family trip) $這項研究的研究范圍為由學校教 師帶著學生集體去非正規(guī)科學教育機構(gòu)開展的 參觀活動(class trip) $集體實地參觀非正規(guī)科學教育機構(gòu)影響學 生的科學課成績主要有兩個核心機制：

6、第一是 實地參觀可以影響學生的認知能力例如，多 去非正規(guī)科學教育機構(gòu)能夠促進學生對概念的 理解，發(fā)展學生參與科學探究的能力，增加學 生對核心事實和基本原理方面的知識因此， 這些認知能力能夠提升學生的科學課成績第 二，實地參觀能夠促進學生情感態(tài)度價值觀的 提升，特別是對科學的興趣和學習科學的動 機這些會進一步影響學生的行為，比如學生 學習科學興趣提升后，他可能會在課堂上更加 活躍，或者愿意在業(yè)余時間去開展更多有挑戰(zhàn) 性的項目這些行為上的改變都可能會給學生 直接帶來科學課成績的提升，也會促進學生認 知能力的提升，進一步促進學生的科學課成績 提高毫無疑問，實地參觀的質(zhì)量是非常關鍵的因 素實地參觀的設

7、計，比如是否與課程標準一 致，或者是不是增加了動手學習的機會，都會 影響實地參觀提升學生認知能力、情感態(tài)度以 及最終的科學成績的效果但是在該研究中， 由于數(shù)據(jù)獲取等困難，研究并沒有涉及實地參 觀的質(zhì)量非正規(guī)科學教育機構(gòu)非正規(guī)科學教育機構(gòu)涵蓋的范圍非常廣泛， 在該研究中，主要研究了 UA計劃(UA program)中涵蓋的非正規(guī)科學教育機構(gòu)UA計劃全稱是城市優(yōu)勢計劃，這是紐約市 教育部門和紐約市內(nèi)8家非正規(guī)科學教育機構(gòu)的 伙伴關系項目。該計劃致力于促進中學教學和 發(fā)展學生的探究能力，進而提升學生的科學成 績 8家非正規(guī)科學教育機構(gòu)包括：美國自然歷 史博物館(The American Museum

8、 of Natural History)，紐約科學館(the New York Hall of Science)，史坦頓島動物園(the Staten Island Zoo)，布朗克斯動物園(the Bronx Zoo)，紐約 海洋館(the New York Aquarium)，布魯克林植 物園(the Brooklyn Botanic Garden)，皇后區(qū)植物 園(the Queens Botanical Garden)，紐約植物園 (the New York Botanical Garden) $ 在我國的博物 館概念體系中，上述機構(gòu)都可以算作科技博物 館。至2012年，119所學校(

9、約占紐約市所有 中學的25%)的320名教師積極參與了該項目； 2012年，共有21458名8年級學生參與UA 計劃。UA計劃為參與學校提供參觀計劃聯(lián)盟內(nèi)8 家科技博物館的參觀券參觀券中既有班級參 觀券，也有家庭參觀券，多種類型的參觀券為 學生們提供更多的機會。但是這種資源本質(zhì)上 來說是屬于學校層級的資源，參觀券涵蓋了基 本費用，除非學生想?yún)⒂^一些特殊展覽或者舉 辦定制班級活動，否則不需要額外交費紐約 市教育部門為UA計劃學校免費提供實地參觀所 需的公共汽車或地鐵票，因此UA計劃學校的教 師可以完全沒有后顧之憂地組織班級實地參觀 活動%三、研究設計(一)數(shù)據(jù)來源研究的核心問題為：學生去非正規(guī)科

10、學教育 機構(gòu)實地參觀的情況對學生科學課成績有沒有 影響？如果有，是哪方面的影響？研究者收集的數(shù)據(jù)來自四個方面：第一， 來源于UA計劃的相關數(shù)據(jù)主要包括UA計 劃學校的基本數(shù)據(jù)，參與的教師人數(shù)，2007 2012年發(fā)放的參觀券數(shù)據(jù)(人數(shù)、參觀日期、 各個機構(gòu)的訪問次數(shù))等第二，來源于紐約 市教育部門的數(shù)據(jù)包括每個學生的種族、家 庭經(jīng)濟情況(是否具有免費或者低價午餐資 格)、英語情況、標準化測驗科學課成績第 三，紐約州學校成績單包括各個學校的校級 特征包括每個學校的學生總體情況和教師基 本情況，以及總?cè)雽W率、學生出勤率和教師流 動率。第四，美國國家教育統(tǒng)計中心共同核心 數(shù)據(jù)(National Ce

11、nter for Education Statistics Common Core of Data)。包括學校的經(jīng)緯度坐 標，用以計算學校與各個非正規(guī)科學教育機構(gòu) 之間的距離收集的數(shù)據(jù)時間段為2007 2012 年，研究者運用上述數(shù)據(jù)創(chuàng)建了一個小型數(shù) 據(jù)庫樣本樣本主要包括紐約市(除史坦頓島) 20072012年期間所有曾經(jīng)參加過UA計劃的學 校的8年級學生 6年的數(shù)據(jù)集里共包括196764 名學生和209所學校參觀情況的描述性統(tǒng)計參加UA計劃的學校分布在紐約市的五個 區(qū)，大多數(shù)學校離8家非正規(guī)科學教育機構(gòu)都 比較遠，需要乘車才能前往學校距離最近的 非正規(guī)科學教育機構(gòu)為2.52英里(約4千 米)

12、$UA計劃的8個機構(gòu)中，美國自然歷史博物 館(American Museum of Natural History)、紐約 科學館(New York Hall of Science)和紐約水族 館(New York Aquarium) 一直是最受學生歡迎 的實地參觀目的地以2012年為例，這三所 機構(gòu)占所有班級實地參觀目的地的69% %動物 園排在參觀率的第二位，2012年史坦頓島動物 園(Staten Island Zoo)和布朗克斯動物園 (Bronx Zoo)各接待了 11%的實地參觀學生 相對來說，植物園是最不受歡迎的實地參觀目 的地 2012年，紐約植物園(New York Bota

13、nical Garden)、皇后區(qū)植物園(Qu eens Botanical Garden)和布魯克林植物園(Brooklyn Botanic Garden)各承擔了約2 4%的班級實地 參觀教師帶領學生去非正規(guī)科學教育機構(gòu)前，需 要大約2個月做各項準備，包括獲得校長批準、 收集家長同意簽字許可單、提前25周聯(lián)系非 正規(guī)科學教育機構(gòu)等因此，研究者經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng) 計發(fā)現(xiàn)：2012年教師帶學生去實地參觀的時間 大多在5月(占比44%)?？傮w而言，每年大約 有3545%的參觀在5月和6月進行四、研究結(jié)果通過獲取6年間學生和學校的有關數(shù)據(jù)構(gòu)建 的數(shù)據(jù)模型，研究人員得到學生實地參觀非正 規(guī)科學教育機構(gòu)與其標準

14、化測驗中的科學成績 之間的聯(lián)系結(jié)果表明：實地參觀體驗與考試 成績之間存在正相關關系，系數(shù)為0. 049，表明 每名學生多進行一次實地參觀，科學測試分數(shù) 就會增加0. 049個標準差（SDs ），但每個學生 額外參加一次班級參觀活動的影響在統(tǒng)計學上 并不顯著在此基礎上，研究者發(fā)現(xiàn)，對于UA 計劃學校的學生來說，每名學生增加一次參觀， 類似于從0增加到95%，范圍過大。研究者發(fā) 現(xiàn)，在所有6年的數(shù)據(jù)中，22.9%的學生都就讀 于實地參觀率為0.25或者更高的學校（即該學 校每個學生每年至少實地參觀0. 25次）$因此， 研究者構(gòu)建了一個指標變量，用于反映每個學 生至少0. 25次的參觀率。結(jié)果表明

15、，二者呈正 相關關系，系數(shù)為0. 026，且具有統(tǒng)計學意義， 這說明就讀于實地參觀率高于0. 25的學校的學 生，其科學考試分數(shù)比其他學校的學生增加 0.026個標準差。如果用學生在科學成績的熟練 程度（美國學生標準化測驗的一個結(jié)果指標） 作為指標，則估計系數(shù)為0.012，表明就實地參 觀率高于0. 25的學校的學生的科學成績比其他 學校學生在熟練程度上高1.2% %由此能夠看 出，學生實地參觀非正規(guī)科學教育機構(gòu)與其科 學成績（分數(shù)和熟練程度）之間存在積極正相 關，盡管系數(shù)較低，但存在統(tǒng)計學意義上的顯 著效果同時，研究結(jié)果表明去非正規(guī)科學教育機構(gòu) 實地參觀對于相對貧困的學生來說，其科學成 績提

16、升效果更明顯在本研究中，受影響最大 的是西班牙裔和有資格享受免費或者減價午餐 的學生這一結(jié)果提示我們要更加關注資源缺 乏的學生為了進一步消除隱含因素的影響，研究者進 一步對上述研究結(jié)果開展了穩(wěn)健性檢驗 （Robustness Tests ）和證偽檢驗（Falsification Test） $在穩(wěn)健性檢驗中，研究者首先在樣本中 增加史坦利島的學校（原樣本中，由于史坦利 島相對特殊，并未加入其中，史坦利島有10所 UA計劃學校），研究結(jié)果與主結(jié)果類似（系數(shù) 為0.019）。第二，由于班級實地參觀和學生/家 庭實地參觀之間存在正相關關系，因此不免擔 心實地參觀產(chǎn)生的效果部分是由學生/家庭參觀 的參

17、與產(chǎn)生為解決這個問題，研究者做了多 項分析，包括控制每個學生獨立參觀的次數(shù)、 控制UA計劃科學教師的比例等，最終結(jié)果與主 要結(jié)果基本相同第三，前述研究結(jié)果中，研 究者以每年0.25次參觀為衡量標準為了充分 驗證，研究者分別計算了每位學生每年至少0.2 次實地參觀的學校的學生科學成績和每年每位 學生至少0.33次實地參觀的學校的學生科學成 績，都得到了與主要研究結(jié)果相似的結(jié)果最 后，研究者還從UA教師帶領學生開展實地參觀 活動次數(shù)的角度進行計算，估算了每名UA教師 至少帶學生開展一次實地參觀的學校的學生的 科學成績情況，相關系數(shù)為0. 021，但是沒有統(tǒng) 計學意義證偽檢驗（Falsificati

18、on Test）為因果解釋提 供進一步的證據(jù)支持為了進一步證實上述研 究結(jié)果確實是實地參觀對科學成績產(chǎn)生的影響， 研究者檢驗了科學考試以后去開展實地參觀對 科學成績的影響，結(jié)果表明，科學考試以后去 開展實地參觀對學生科學成績影響很小，統(tǒng)計 學上不顯著，并且是負的這表明考試后的實 地參觀與科學成績沒有系統(tǒng)性的關聯(lián)最后，研究者認為，數(shù)據(jù)計算過程中，由于 將學生參觀次數(shù)高于0. 25的學校都進行了計算， 那么實際上，學校里有許多沒有參加實地參觀 的學生也被認為受到了影響，因此，研究結(jié)果 應該是實地參觀對學生科學成績的影響的下限 實際應該比結(jié)果要好五、思考與啟示研究者認為，研究數(shù)據(jù)沒有表明哪些學生參

19、加了實地參觀，也沒有給出學生去非正規(guī)科學 教育機構(gòu)實地參觀的質(zhì)量，而實地參觀的質(zhì)量 和參觀時開展的活動形式和學生的參與程度都 可以影響學生的成績。此外，實地參觀對學生 科學成績影響的機制還不清楚這是未來進一 步工作的研究點之一。另外，就UA計劃本身來說，UA計劃為科 學教師提供眾多專業(yè)發(fā)展資源和路徑，為科學 教師提供培訓，且?guī)椭茖W教師與8所UA計劃 內(nèi)科技博物館的教育者建立聯(lián)系?？梢哉J為， 參與這個計劃的科學教師對帶學生去參觀的科 技博物館比較了解。如果帶學生開展實地參觀 的科學教師沒有上述資源，也對將要參觀的非 正規(guī)科學教育機構(gòu)不了解，那么學生的參觀質(zhì) 量未知，對學生科學成績的效果也未知這

20、有 待于未來開展更加細致的研究長期以來，眾多科學教育研究者都一致認 為：學生參觀科技館、自然博物館為代表的非 正規(guī)科學教育機構(gòu)有助于提升學生的科學素 養(yǎng)高質(zhì)量的實地參觀學習能有效促進學生的 學習效果主要體現(xiàn)在兩個方面：情感方面和 認知方面情感方面主要包括學習動機、對科 學的興趣和科學倫理方面認識的提升認知方 面主要包括概念理解和推理技能關于促進學 生對科學的學習動機或者增加學生對科學的興 趣，研究者多采用定性或者定性和定量相結(jié)合 的方式如有研究者采用訪談學生或者問卷調(diào) 查的方式發(fā)現(xiàn)實地參觀能夠提升學生在某一領 域的學習動機和興趣站8 %關于學生認知領域 發(fā)展的研究一般采用目標性后測方法，比如針

21、 對博物館中某一展覽開發(fā)專門的調(diào)查問卷，問 卷聚焦于這一展覽相關的知識或者技能，比如 讓學生回憶特定的事實或者描述過程A% %關于實地參觀對學生認知領域的影響的研 究中，有一項研究采取設計更加嚴格的實驗方 案開展冒研究者隨機安排一個班級去參觀藝 術(shù)博物館該研究設計保證學生學習方面的發(fā) 展完全來自參觀博物館的經(jīng)歷，而不涉及其他 相關因素，如學生、教師或者學校特色等除 了事實回憶，該研究設計讓學生去解釋和描述 藝術(shù)從而去分析實地參觀對學生能力產(chǎn)生的影 響研究結(jié)果表明，對于一些資源缺乏的學 生，此次參觀能夠?qū)λ麄儺a(chǎn)生更大的積極 效果%本文介紹的研究中通過收集紐約州公開的學 生科學成績以及UA計劃中學

22、生參觀的情況將實 地參觀與學生科學課成績聯(lián)系在一起，這也是 以往研究中未被關注過的點有一些定性的研 究，包括采取自我報告或者問卷調(diào)查的方式開 展的研究，表明實地參觀對學生的科學學習有 益，但是非常缺乏嚴格的定量研究，更缺少將 實地參觀的數(shù)據(jù)與標準化考試聯(lián)系起來的研究% 這項研究則證明：非正規(guī)科學教育資源能夠?qū)?正規(guī)科學教育產(chǎn)生影響；并提供了初步證據(jù)% 實地參觀對貧困學生的影響較大，說明帶學生 開展實地參觀活動能夠縮小家庭、社會及經(jīng)濟 環(huán)境差異帶來的影響，這也為政策制定機構(gòu)和 人員提供了數(shù)據(jù)依據(jù)同時，研究者選擇對教 師組織的集體實地參觀進行研究，這對于指導 和推動實踐的發(fā)展及政策制定非常有意義首 先，集體組織的實地參觀與政策密切相關，政 策制定者可以對這些活動予以干預；第二，這 是由科學教師計劃和主導開展的活動，