任紅艷

(南京師范大學(xué)　教師教育學(xué)院，江蘇　南京　210097)

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Clicker系統(tǒng)：國外科學(xué)教育中的現(xiàn)狀與啟示

任紅艷

(南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院，江蘇南京210097)

摘要近些年來，Clicker系統(tǒng)在國外大規(guī)模班級(jí)的科學(xué)教育中廣泛應(yīng)用且收效甚佳。論文回顧了Clicker系統(tǒng)的發(fā)展歷程及其在科學(xué)教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了Clicker與交互式學(xué)習(xí)、形成性評(píng)價(jià)及學(xué)生使用態(tài)度等的相關(guān)文獻(xiàn)研究進(jìn)展，指出了Clicker系統(tǒng)已經(jīng)超越了其本身的“工具價(jià)值”，更為重要的是交互式教學(xué)方法的使用及有效概念類問題的設(shè)計(jì)，展示了信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的有效途徑。

關(guān)鍵詞Clicker系統(tǒng)；交互式學(xué)習(xí)；形成性評(píng)價(jià)；學(xué)生態(tài)度

一、引言

自夸美紐斯提出班級(jí)授課制以來，至今已有幾百年的歷史。班級(jí)授課制因其改變了遠(yuǎn)古以來的低效率的個(gè)別教學(xué)法，仍然是國內(nèi)外大中學(xué)校的一種極為重要的教學(xué)組織形式。然而，班級(jí)授課制也因?yàn)閷W(xué)生人數(shù)過多而導(dǎo)致諸多弊端，最為突出的一點(diǎn)就是無法開展師生之間、生生之間的有效互動(dòng)，教學(xué)極易走向教師的“一言堂”，這種現(xiàn)狀顯然有悖于如今所提倡的“建構(gòu)主義”教學(xué)理念。信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)解決這個(gè)困境帶來了曙光。在國外，Clicker已經(jīng)普及到許多高校的課程教學(xué)中且收效甚佳。然而，此技術(shù)在國內(nèi)的高校課堂中仍鮮有涉及。本文將在討論國外高校教學(xué)中Clicker的應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，反思我國高等理科教育的課堂教學(xué)情況。

二、Clicker系統(tǒng)發(fā)展歷程及應(yīng)用現(xiàn)狀

瀏覽相關(guān)文獻(xiàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多類似名稱，如課堂交流系統(tǒng)(Classroom Communication Systems，CCS)、個(gè)人回答系統(tǒng)(Personal Response Systems，PRS)、學(xué)生回答系統(tǒng)(Student Response Systems，SRS)、電子投票系統(tǒng)(Electronic Voting Systems，EVS)等。這些通常都可以被稱之為Clicker系統(tǒng)。通常，該系統(tǒng)包括三個(gè)部分：無線發(fā)射器、接收器和相關(guān)軟件。發(fā)射器和接收器都是硬件。發(fā)射器通過紅外線或無線電信號(hào)跟接收器溝通，接收器進(jìn)一步把結(jié)果輸入教師的計(jì)算機(jī)通過相關(guān)軟件進(jìn)行處理，在計(jì)算機(jī)中提供即時(shí)的圖表或數(shù)據(jù)。

近十年來，Clicker在高校課堂中的使用頻率顯著增加。在美國，包括哈佛大學(xué)等世界一流大學(xué)在內(nèi)，已經(jīng)超過1 000余所大學(xué)以及為數(shù)眾多的中小學(xué)在教室中使用Clicker系統(tǒng)，普遍提升了大規(guī)模班級(jí)教學(xué)的品質(zhì)與學(xué)習(xí)效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至今已超過一千萬個(gè)Clicker在不同年級(jí)及學(xué)科的教育教學(xué)領(lǐng)域中流通使用。隨著其在教學(xué)實(shí)踐中的廣泛使用，與此相關(guān)的書籍、論文及素材等也都應(yīng)運(yùn)而生，如有專門介紹Clicker使用及其相關(guān)教學(xué)方法的書籍，有配套使用Clicker問題的教材和網(wǎng)站。Clicker已普及于大學(xué)物理的大規(guī)模班級(jí)教學(xué)中，其在大學(xué)化學(xué)教學(xué)中的使用位居其次。Stuart等發(fā)現(xiàn)在注重邏輯的科學(xué)課中使用Clicker的效果比在人文社會(huì)類課中的效果更佳[1]95-102。Clicker已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了技術(shù)本身的含義，更受人們關(guān)注的是由此技術(shù)而引發(fā)的一種教育革新。美國國家資源委員會(huì)(National Resource Council)就認(rèn)為使用Clicker是教育中的一種極有前途的新趨勢(shì)。

三、Clicker在科學(xué)課堂中的研究現(xiàn)狀

(一)基于Clicker的交互式學(xué)習(xí)方式

小組交互式學(xué)習(xí)是交互式學(xué)習(xí)的一種重要形式，它是以小組活動(dòng)為主體而進(jìn)行的一種教學(xué)活動(dòng)，在倡導(dǎo)“合作學(xué)習(xí)”和“學(xué)習(xí)者共同體”的教育理念之下，小組交互式學(xué)習(xí)已在各學(xué)科教學(xué)中廣泛使用。Cooper和Hake等的研究結(jié)果都表示，當(dāng)在科學(xué)課程中使用交互式學(xué)習(xí)方式時(shí)，學(xué)生對(duì)概念的理解顯著增加[2-3]。Hake使用歸一化增益(Normalized gain)來測(cè)量這種增加，即利用標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試比較課程結(jié)束后和課程開始前學(xué)生得分的提高情況。

但是，在大規(guī)模的班級(jí)教學(xué)中，小組交互式學(xué)習(xí)往往面臨較大的困境。而Clicker技術(shù)為大規(guī)模班級(jí)中開展小組交互式教學(xué)提供了極好的平臺(tái)。目前，較為流行的是哈佛大學(xué)Mazur小組結(jié)合使用Clicker技術(shù)而提出的一種稱為同伴教學(xué)(Peer Instruction，PI)的方法(見圖1)[4]。教師在課堂中以選擇題的形式呈現(xiàn)相關(guān)概念類問題(Concept Test)，根據(jù)學(xué)生回答情況確定其對(duì)科學(xué)概念的理解程度，并確定教學(xué)步調(diào)：若正確答案不到30%，則需要教師重新進(jìn)行概念教學(xué)；若正確答案占30%～80%，則就該問題開展小組討論，然后請(qǐng)學(xué)生重新選擇答案；若正確答案占到80%以上，則不再組織討論，而直接提示學(xué)生可能存在的錯(cuò)誤概念。Crouch和Mazur認(rèn)為若約有50%學(xué)生在首次回答時(shí)為正確，則可視該問題為有效概念測(cè)試問題[5]。其研究發(fā)現(xiàn)，利用PI教學(xué)的力學(xué)概念測(cè)試(Force Concept Inventory，F(xiàn)CI)的歸一化增益達(dá)到0.49～0.74之間，而未使用PI教學(xué)的約為0.25。Fagen等對(duì)384名使用PI教學(xué)方法的教師進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，303名教師表示一定會(huì)繼續(xù)使用該方法，只有7人表示不再使用該方法[6]。

圖1　PI教學(xué)方法流程示意圖

最近，其他學(xué)校研究人員也開始使用或提出一些學(xué)生交互行為的教學(xué)方法。麻省理工學(xué)院的Dufresne和Gerace提出了一種“Assessing-to -Learn(A2L)”的教學(xué)方法[7]，Beatty等稱之為“Question-Driven Instruction”[8]。學(xué)生首先開展小組討論后回答問題，然后再開展全班討論。使用此教學(xué)方法的問題往往包括三個(gè)方面的目標(biāo)：內(nèi)容目標(biāo)、過程目標(biāo)和元認(rèn)知目標(biāo)。Boyle和Nicol，Nicol和Boyle通過問卷和訪談等方式調(diào)查了同時(shí)使用過PI和A2L這兩種教學(xué)方法的學(xué)生的感受，結(jié)果顯示PI更受學(xué)生歡迎[9-10]。這或許是由于A2L教學(xué)方法對(duì)教師的管理水平、學(xué)生的討論深度以及問題的設(shè)計(jì)梯度等都提出了更高的要求，使其離傳統(tǒng)教學(xué)法距離更遠(yuǎn)而不能被輕易接受。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，新近使用Clicker的教師也更加容易接受PI教學(xué)方法。Deslauriers等在大學(xué)普通物理大班教學(xué)中開展了傳統(tǒng)教學(xué)方法和基于Clicker的小組合作教學(xué)方法的對(duì)比研究，進(jìn)一步印證了基于Clicker的小組合作教學(xué)方法的有效性[11]。

值得注意的是，vanDijk等比較了不同學(xué)生組(變量：是否使用Clicker；是否使用PI教學(xué))的教學(xué)效果，發(fā)現(xiàn)使用Clicker和PI教學(xué)方式的學(xué)習(xí)效果最佳，但使用PI教學(xué)方式的學(xué)生對(duì)概念的理解程度也比僅使用Clicker而無交互式學(xué)習(xí)學(xué)生的概念理解更加深刻[12]。由此可見，真正促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的是PI教學(xué)方式而非Clicker技術(shù)本身，但正是Clicker技術(shù)才使得PI教學(xué)方式得以在大規(guī)模班級(jí)中有效使用。

(二)基于Clicker的形成性評(píng)價(jià)

21世紀(jì)，大多數(shù)研究聚焦于科學(xué)課堂中的形成性評(píng)價(jià)和合作學(xué)習(xí)。形成性評(píng)價(jià)(Formative evaluation)與總結(jié)性評(píng)價(jià)(Summative evaluation)不同，前者是通過診斷教育方案或計(jì)劃、教育過程與活動(dòng)中存在的問題，為正在進(jìn)行的教育活動(dòng)提供反饋信息，以提高實(shí)踐中正在進(jìn)行的教育活動(dòng)質(zhì)量的評(píng)價(jià)。Clicker技術(shù)由于其極為便捷與形象的實(shí)時(shí)反饋功能而為在大規(guī)模班級(jí)教學(xué)中開展形成性評(píng)價(jià)提供了條件。

以往，大規(guī)模班級(jí)教學(xué)往往因教師“獨(dú)白”而倍受批判。教師根本無法知道學(xué)生是否理解相關(guān)概念，其課堂教學(xué)節(jié)奏和深度只能憑教師自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種沒有師生間多向交流的講授式教學(xué)往往導(dǎo)致很多學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣，而且注意力也因單調(diào)的講授而極易分散。Stuart等的研究早已證實(shí)，大學(xué)生的注意力會(huì)在上課20分鐘左右急劇下降[13]。Hoag等研究表明，利用Clicker開展的交互式學(xué)習(xí)則有利于提高學(xué)生的注意力[14]。Horowitz對(duì)工業(yè)培訓(xùn)課程的學(xué)生使用Clicker的情況進(jìn)行了觀察，亦發(fā)現(xiàn)使用Clicker的學(xué)生的注意力更加集中[15]。另外，James研究了不同計(jì)分方式對(duì)學(xué)生合作水平的影響，發(fā)現(xiàn)若給錯(cuò)誤回答也給予同樣分值，即對(duì)學(xué)生的所有回答都給予獎(jiǎng)勵(lì)，學(xué)生的合作程度和學(xué)習(xí)效率會(huì)更高[16]。另有研究發(fā)現(xiàn)，若能匿名使用Clicker，則更有利于鼓勵(lì)學(xué)生自由表達(dá)思想，排解因其可能的錯(cuò)誤回答結(jié)果而產(chǎn)生的恐懼心理(對(duì)個(gè)性內(nèi)向的學(xué)生更有幫助)，有效降低學(xué)生的緊張情緒以及對(duì)新技術(shù)的排斥。同時(shí)，全班學(xué)生的回答結(jié)果可以被快速計(jì)算并以餅狀圖等直觀呈現(xiàn)，每個(gè)學(xué)生都能及時(shí)知道各個(gè)答案在整個(gè)班級(jí)學(xué)生中所選的比例，能夠主動(dòng)檢查自己的答案并與班級(jí)同學(xué)進(jìn)行比較。即學(xué)生可以知道其在班級(jí)中所處的位置，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。此外，利用Clicker技術(shù)還能增加班級(jí)同學(xué)間的友情，在課堂中經(jīng)?？梢钥吹饺嗤瑢W(xué)因回答全部正確而歡呼雀躍的情景。

形成性評(píng)價(jià)只是提高學(xué)生學(xué)習(xí)的第一個(gè)環(huán)節(jié)。通過形成性評(píng)價(jià)，可以幫助師生了解當(dāng)前學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的已有相關(guān)知識(shí)并激活其先前知識(shí)，使其處于工作記憶中以備新知識(shí)的建構(gòu)。然而，僅僅知道學(xué)生是否理解概念還無法促進(jìn)其學(xué)習(xí)，更為重要的是要對(duì)學(xué)生的形成性評(píng)價(jià)的結(jié)果給予有效反饋。即針對(duì)學(xué)生頭腦中存在的一些前概念或者錯(cuò)誤概念，繼續(xù)給出相適應(yīng)的問題或者提供相關(guān)的教學(xué)素材促進(jìn)學(xué)生深度思考，從而幫助學(xué)生進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變；或者利用工作記憶中的先前知識(shí)作為基點(diǎn)的“錨”來建構(gòu)新的知識(shí)，進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。Stuart等提出了一種即興教學(xué)(Contingent teaching)的教學(xué)方式[1]95。這種教學(xué)要求教師有極高的臨場(chǎng)應(yīng)變能力、厚實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)和優(yōu)秀的學(xué)科教學(xué)論素養(yǎng)。因此，教學(xué)中使用的問題更多來源于教師課前的精心設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備，以保證問題的科學(xué)性，同時(shí)也節(jié)約了課堂教學(xué)時(shí)間。

(三)基于Clicker技術(shù)的學(xué)生使用態(tài)度調(diào)查

在課堂中，學(xué)生是使用Clicker的主體。學(xué)生對(duì)此技術(shù)是否持正面態(tài)度將直接決定其在教學(xué)中所發(fā)揮的作用。為此，有不少學(xué)者就學(xué)生對(duì)Clicker技術(shù)的態(tài)度進(jìn)行了大規(guī)模的調(diào)查，其結(jié)果表明大部分學(xué)生喜歡在課堂中使用Clicker。

Johnson研究發(fā)現(xiàn)76%的牙醫(yī)專業(yè)學(xué)生認(rèn)為使用Clicker可以鞏固課堂所學(xué)的概念；DeBourgh調(diào)查發(fā)現(xiàn)66%以上的護(hù)理專業(yè)學(xué)生感到Clicker有助于提高考試成績(jī)；Patry在兩年內(nèi)對(duì)516名心理學(xué)專業(yè)大學(xué)生使用Clicker態(tài)度進(jìn)行了兩次開放性問題的調(diào)查，大部分學(xué)生認(rèn)為Clicker的“最大優(yōu)勢(shì)”從高到低分別是：有助于理解課程內(nèi)容，有助于考試的復(fù)習(xí)和準(zhǔn)備、課堂中的及時(shí)反饋，有利于提高注意力和參與程度以及學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)等；而學(xué)生認(rèn)為關(guān)于使用Clicker的最大弊端依次為：價(jià)錢略為昂貴，使用技術(shù)難度，出勤率問題(有時(shí)忘記攜帶Clicker)等[17-19]。Bunz的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大部分學(xué)生認(rèn)為使用Clicker比使用答題卡(Flip card)等更加有趣[20]。Draper和Brown，Trees和Jackson對(duì)科學(xué)課程和人文課程的學(xué)生使用Clicker現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)不同學(xué)科學(xué)生對(duì)使用Clicker的態(tài)度并無差異，即不同學(xué)科學(xué)生都感受到或認(rèn)為使用Clicker對(duì)其成績(jī)有正面影響[21-22]。

但是需要注意的是，盡管大部分學(xué)生看似接受Clicker技術(shù)并對(duì)其持有積極的認(rèn)識(shí)情感，但這并不意味著只要使用Clicker技術(shù)就能有效促進(jìn)教學(xué)。目前，關(guān)于Clicker技術(shù)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果影響的研究結(jié)果仍然存在較大差異。有不少研究結(jié)果表明Clicker技術(shù)的使用對(duì)教學(xué)具有正面促進(jìn)效應(yīng)。例如，Poulis等對(duì)化學(xué)、物理和工程專業(yè)五千余名學(xué)生的各種課程學(xué)習(xí)分析發(fā)現(xiàn)，使用Clicker學(xué)生的通過率是要比未使用Clicker學(xué)生的通過率顯著增加[23]；Hall等觀察在普通化學(xué)課程中使用Clicker的學(xué)生成績(jī)有顯著提高[24]。但是，并非所有研究結(jié)果都是表明Clicker對(duì)教學(xué)效果的影響是顯著的。Paschal、Kennedy等和Bunce等分別對(duì)心理學(xué)、計(jì)算機(jī)專業(yè)以及護(hù)理專業(yè)學(xué)生的相關(guān)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用Clicker技術(shù)并未發(fā)現(xiàn)顯著進(jìn)步[25-27]。Lasry比較發(fā)現(xiàn)，使用答題卡和Clicker對(duì)物理教學(xué)亦無顯著差異[28]。由此可見，Clicker技術(shù)本身并不一定能夠提高學(xué)習(xí)效果，僅憑學(xué)生對(duì)新技術(shù)的一腔熱情也不一定能夠提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。正如前文所述，只有當(dāng)Clicker技術(shù)與適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法(如PI等交互式教學(xué)方式)相結(jié)合使用的時(shí)候，其優(yōu)勢(shì)方可凸顯。不難看出，交互式教學(xué)方法及與Clicker配套使用的概念類問題的設(shè)計(jì)等顯得尤為重要。因此，教學(xué)實(shí)踐中要必須確立“價(jià)值理性”的合法地位，使“價(jià)值理性”引導(dǎo)“工具理性”，在“理性認(rèn)識(shí)”與“實(shí)踐操作”的張力中逐漸減弱甚至消除兩者之間的隔閡，并促進(jìn)兩者的協(xié)同發(fā)展。

四、結(jié)語

早在20世紀(jì)60和70年代，類似于Clicker的教育技術(shù)就曾出現(xiàn)于美國的高校教學(xué)中，但其未能持久?；仡櫘?dāng)時(shí)的教育，以行為主義理念盛行，使用Clicker技術(shù)后的反饋教學(xué)的缺乏無疑是導(dǎo)致其銷聲匿跡的主要原因之一。直至最近十年來，Clicker技術(shù)重新出現(xiàn)并風(fēng)靡于美國很多高校的大規(guī)模課堂教學(xué)中。這種技術(shù)的再次興起和成功應(yīng)歸功于當(dāng)前推崇的建構(gòu)主義教學(xué)理念，即認(rèn)為學(xué)習(xí)不是傳遞和灌輸知識(shí)的過程，學(xué)生不是信息的被動(dòng)吸收者，學(xué)習(xí)的本質(zhì)是學(xué)習(xí)者主動(dòng)積極的建構(gòu)過程。教師要充分意識(shí)到并利用學(xué)生的差異，向?qū)W生提供討論和交流的情境與氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生開展合作學(xué)習(xí)?；凇皟r(jià)值理性”的Clicker技術(shù)更關(guān)注高質(zhì)量概念類問題的設(shè)計(jì)、積累與使用，方可使傳統(tǒng)的課堂組織形式發(fā)生改變，使大規(guī)模課堂教學(xué)中的形成性評(píng)價(jià)和及時(shí)性評(píng)價(jià)成為可能，使師生關(guān)系更加平等，學(xué)生成為教學(xué)的真正主體。Clicker技術(shù)呼應(yīng)于建構(gòu)主義教學(xué)需求的重現(xiàn)，再一次凸顯了信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)之間有效整合的途徑、方式和力量，更是當(dāng)今“互聯(lián)網(wǎng)+”教育的新形態(tài)下促進(jìn)教育信息化和現(xiàn)代化、提升高等教育質(zhì)量的可行舉措。

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(責(zé)任編輯李世萍)

收稿日期2015-11-02資助項(xiàng)目教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃青年基金項(xiàng)目“化學(xué)教學(xué)專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào)：09YJC880054).

作者簡(jiǎn)介任紅艷(1976-)女，浙江寧波人，副教授，博士，主要從事科學(xué)課程與教學(xué)論研究.

中圖分類號(hào)G649

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

A Review and Enlightenment on the Application of Clicker System in Foreign Science Education

RENHong-yan

(School of Teacher Education，Nanjing Normal University，Nanjing，210097，China)

Abstract：In these years，Clicker system has been extensively applied in large enrollment science lectures and produced a good effect.The paper reviews the development process and statues of Clicker system in science education.Meanwhile，it also analyzes the research progress of related documents on the relationships among the Clicker and interactive learning，formative assessment，and students' attitudes in detail.Moveover，it points out that Clicker system is more than "instrumental value".And more importantly，the use of the interactive teaching methods and the design of the effective questions' concepts show the effective way to integrate the information technology and science education.

Keywords：Clicker system；interactive learning；formative assessment；students' attitudes