基于Clicker的交互式\\探究型課堂教學及其研究進展

摘要:作為一種新的教育信息技術，課堂應答系統(Clicker)在交互式、探究型課堂教學中具有重要的應用價值。國外在這方面已開展了十多年的研究。本文主要介紹了Clicker系統，以及基于Clicker的交互式、探究型課堂教學研究進展情況，并對相關研究進展進行了展望。

關鍵詞:Clicker;交互式、探究型課堂教學;同伴教學法

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號:1003-6148(2010)9(S)-0001-4

按照新課程的理念，讓學生學習科學探究方法，發展自主學習能力，養成良好的思維習慣是中學物理及其它科學課程的重要目標。但是，國內外多年的教育研究結果都表明，即便是非常活躍的課堂也永遠只是極少數同學在回答問題，而大部分同學不愿意主動思考問題、回答問題。因此無論教師多么努力地營造活躍的課堂氣氛，大部分同學仍沒有真正參與到知識的探究中來。

美國哈佛大學的Eric Mazur[1]教授和科羅拉多大學的M. K. Smith[2]教授最近分別在世界頂尖科技雜志《Science》上撰文指出，基于Clicker的交互式課堂學習，為學生的自主探究提供了一個很好的平臺，它可以極大地激發學生學習的熱情，讓學生很好的理解和掌握科學概念，建構新知識，并能促進學生自主思考，從而可以為提高教學效能、實施有效教學打下堅實的基礎。

為了促進我國中小學以及高校廣泛使用Clicker教學系統，搞好探究性教學，本文就Clicker應用的理論溯源、Clicker教學系統的應用及其研究進展進行了綜述和討論。

1 Clicker系統及其應用研究的興起

所謂的Clicker系統，也稱為課堂應答系統Classroom Response System或/Voting machine/系統，它是一套多媒體互動教學系統，主要由一個無線主控基站、學生手持鍵盤和一套數據處理軟件所構成。教學中老師將其精心設計的探究式的問題用PPT的形式呈現在學生面前，學生可以以小組的形式進行交流、討論，然后以投票的形式進行回答，教師可以從學生回答問題的即時反饋信息了解學生的學習狀態，及時調整相應的教學策略進行合理有效地教學，以實現師生互動，并幫助學生形成正確的科學概念，掌握科學知識，并不斷培養學生能夠進行自主思考、勇于進行科學探究的能力。

Clicker教學系統是首次被物理學家引入課堂教學的，研究者發現該系統對提高學生出席率和鼓勵學生課堂主動參與具有較好的效果。這方面的研究很快受到重視，論文發表也很多。盡管早期對Clicker教學系統進行的研究和發展都是物理教育家，但是這種系統所實現的互動性、開放性課堂教學環境使得Clicker迅速被引入到其他領域，如計算機科學領域、數學領域、工程領域等等。同時Clicker教學系統也從初始時應用于大學課堂的教學延伸中、小學課堂。[3]可以說，開展Clicker教學系統已經成為西方國家科學課程教與學探討的一個前沿性課題。在我國的臺灣地區，也有部分中、小學開展這方面的應用研究。而在我國大陸地區內地，開展Clicker教學系統應用研究的還比較少。因此，這一方面還有大量的研究工作有待于去開展。

2 Clicker在課堂教學中的應用

2.1 Clicker教學系統配套題目的設計研究:

國外的研究表明，使用Clicker課堂應答系統，可以有效的提高學生的學習成績。仔細分析其原因我們不難發現，這主要是由于應答系統的配套題目是根據探究式教學策略所設計的，這些題目激發了學生的自主思考，為學生自主探究提供了平臺。對學生而言，每一個問題都是一個小小的探索過程。因此，如何有效的設計好應答系統配套題目，是基于Clicker的互動式、探究型教學成功與否的關鍵。從學生的科學概念的理解和知識建構的角度來看，這些題目應該不同一般的課堂例題、課后練習題和考試用的試題，每一個問題的設計都應該有明確的教學目標。美國麻省理工大學Ian D. Beatty[4]教授認為題目的設計應體現明確的教學目標，應答題目不僅僅是向學生展示一定的知識信息，同時也應該著眼于幫助學生培養思維的方式和掌握解決問題的方法。Ian D. Beatty教授提出應答題目的設計應包含三重的教學目標:知識目標，過程目標，元認知目標。知識目標是題目所直接呈現的內容，一般應該是概念的和基礎的并且能夠在課程的各個環節相互銜接;過程目標是題目引導學生培養的各種認知技能和思維方式;元認知目標是在題目的解答過程中學生建立起的相關學習法的視角。

美國俄亥俄州立大學包雷教授[5]等人對clicker應答問題序列的設計進行了研究給出了兩種不同類型的方法:

A.認知沖突型(easy-hard-hard)

一般為三道題目，每三道題目圍繞一個概念展開，但是各自有自己的特征。第一道題目為建立學生信心設計，題目簡單。大部分學生可以正確回答出該問題。第二道題目難度增加，不同的學生往往會選擇不同的答案，學生將意識到自己沒有很好地掌握概念，教師可以查看不同學生的選項并對學生為什么要選擇該答案進行提問討論。教師可以根據反饋回來的信息，及時解決同學的疑難問題，調整教學。第三道題目難度較大，是為了檢測教學成果，判斷學生是否掌握了相關概念。

B.腳手架型(rapid-fire)

基于腳手架理論，循序漸進地幫助學生一點點深入理解。教師設計一系列相關問題(四題或更多)，這些問題都是圍繞同一知識點展開，探討在不同情況下的應用，從教師角度來看各題難度均衡。

2.2 Clicker應用的教學方法

即使對于那些學習基礎較好的學生，當他們在學習一些非常重要的科學概念時，往往由于直覺思維或前概念的干擾，使得他們會產生一些認識上的偏差，這樣也使得學生對一些核心的科學概念和科學知識掌握的不是很好。國外的研究結果表明，解決這類問題的一個行之有效的辦法是讓學生積極參與課堂的討論，并在老師的引導下進行科學的探究。E Mazur應用Clicker，采用學生分組、同伴討論、師生互動有效探究的教學模式(PEER INSTRUCTION)， 在幫助學生學習較為困難的物理概念方面取得了很大的成功，被稱為同伴教學模式。

M. K. Smith教授通過具體數據說明了Clicker應答系統結合同伴教學法對學生理解和掌握知識產生了正面的影響。M. K. Smith教授研究發現學生應用Clicker與同伴討論后回答概念題的正確率比討論前學生獨立回答的正確率要高，同伴討論對學生理解和掌握知識確實產生了正面影響則是由學生再次回答難度與之前同伴討論題目相當的同類問題時正確率波動較小得以驗證。

2.3 Clicker課堂應用的兩種類型

(1)在新課教學中應用

Clicker教學系統在新課教學中的應用，是針對容易產生模糊認識的概念。該類題目一般會進行二次使用，初次使用時教師并不講解，學生根據已有知識經驗進行選擇，此時學生的出錯概率往往比較高，但卻能夠激發學生求知欲，起到讓學生帶著問題進行學習的目的。經過教師講解和同伴討論后，再由學生進行二次選擇。二次選擇學生選擇正確答案的比例明顯增多，學生體會到掌握知識的喜悅，同時知識的探究過程也會給他們留下深刻的印象。

(2)在診段評估性教學中應用

Clicker教學系統在診斷評估性教學中的應用，是在新課結束后準備幾道能體現重點概念和規律的、容易出錯的選擇題，利用Clicker 進行學習效果檢測，可起到復習鞏固、深化理解的作用。

通過Clicker教學系統在課堂中的有效應用，教師能夠及時得到學生知識掌握情況的反饋信息，從而適時調整自己的教學進度。當然，由于應用Clicker時應答題目只能以選擇題的形式出現，學生的選擇結果只能給出其思維結果，而不能展示其思維過程。這就需要教師在對學生群體答案分析的同時進行個別提問，通過對話洞察其思維過程，以做出進一步講解。

3 Clicker系統的教學應用研究進展

國外包括哈佛大學、俄亥俄州立大學、華盛頓大學等世界一流大學，已經超過七百所大學以及為數眾多的中小學在教室中使用Clicker教學系統，其相關發展和應用研究已有十余年[6]，其主要研究集中在以下幾個方面:

(1)Clicker在課堂教學中的應用策略、方法和模式的研究

關于這方面的研究我們在第二節中已進行了分析和介紹。但是，對于我們來說，如何從現代教育學理論出發，結合學生的認知心理和特點，認真分析提煉基于Clicker的互動式、探究型教學問題庫的設計策略。然后結合新課程標準以及基礎物理課程教學改革的實際情況，仔細分析初中物理教材、高中物理教材和大學物理教材，研究學生應該有效掌握的知識點和知識模塊，然后從每一個知識點和知識模塊出發，有效地設計基于Clicker的互動式、探究型教學問題庫是我們目前需要研究的一個重點問題。

(2)Clicker在課堂教學中的應用成效研究:大量的文獻報道[7-9]都指出，結合Clicker的課堂教學對學生的學習熱情、對知識的理解和掌握，以及對學生建構新知識之后的成就感都會產生正面的影響。

(3)Clicker教學系統對男女生學習幫助的研究

美國德雷塞爾大學教授Daniel B. King指出Clicker更能夠提高男生的課堂參與率，其研究結果顯示女生和男生在大學科學課程和工科課程中能夠達到相似的學術水平，即應用Clicker教學系統能夠鼓勵女生積極參與科學和工程類課堂。俄亥俄州立大學教授N. W. Reay的研究結果同樣顯示相對傳統教學方式而言，Clicker的使用縮小了男女生在科學類學科成績間的差異。

(4)Clicker教學系統的應用與考試評價間相關度的研究

Daniel B. King[10]教授研究發現當應用Clicker回答問題與否獨立于學期末的等級成績時，在課堂中積極回答問題(無論回答正確與否)的學生通常在學期末的考試中取得更好的成績;而當應用Clicker回答問題與否作為學期末等級成績的一部分時，在課堂中回答錯誤的學生期末考試成績并沒有比在課堂中不回答問題的學生好，這可能由于很多學生在課堂回答問題僅為爭取課堂參與分，甚至他們并沒有注意問題的內容而引起的。

4 Clicker系統的教學應用研究展望

以上我們對Clicker教學系統的研究進展進行了系統的介紹，在過去的十幾年國外對Clicker的研究已經比較成熟。相對國外而言，國內關于Clicker教學的研究工作任重而道遠，如Clicker教學系統配套題目的效度、信度評估;不同課程的量化評估體系等等都有待于我們作深入研究。

當然，由于基于Clicker系統的教學是一種信息技術手段的應用。對那些目前還不具備相關信息技術手段的學校來說，似乎還不能開展這方面的應用和研究，但有以下兩點是可以借鑒的:

(1)從現代教育學理論出發，結合學生的認知心理和特點，認真編寫互動式、探究型教學問題，采用黑板進行展示;

(2)課堂教學仍然可以采用學生分組、同伴討論、師生互動的有效探究的教學模式。

參考文獻:

[1]Eric Mazur. Farewell， Lecture? Science. 2009(2):50-51.

[2]M.K. Smith. Why peer discussion improves student performance on in-class concept questions. Science. 2009(2):122-124.

[3]Jane E. Caldwell. Clickers in the Large Classroom: Current Research and Best-Practice Tips. Life Science Education. 2007(6):9-20.

[4]IanD Beatty， W J Gerace，， W J Leonarad， and R J Dufresne， Designing effective questions for classroom response system teaching ，American Journal of Physics， 2006，74 (1)，31-39.

[5]N.W. Reay，P.F. Li， L. Bao， Testing a new voting machine question methodology， American Journal of Physics.2008:171.

[6]W. Reay Neville. Toward the effective use of voting machines in physics lectures. American Journal of Physics， 2005(6):554-558.

[7]L. Abrahamson， Comments on \"Clickers or Flashcards: Is there really a difference?\" Letter to the editor， Phys， Teach. ，2009:1-3.

[8]C. Crouch， J. Watkins， A.P. Fagen， E. Mazur， \"Peer Instruction: Engaging Students One-on-One， All at Once，\" in Reviews in Physics Education Research， edited by E. F. Redish and P. J. Cooney(2007).

[9]Caldwell， J.E， Clickers in the large classroom: Current research and best-practice tips， Life Sciences Education， 2007 (1):9.

[10]Daniel B. King， Shivani Josei ， J Sci Edu Technol ，2008， 17:544-552

(欄目編輯廖伯琴)