天体物理学和空间科学在线团队合作活动中的学生互动与体验

《Physical Review Physics Education Research》：Student interactions and experiences in online team-working activities in astrophysics and space science

　　本研究以在线团队工作活动的设计如何影响学习体验这一问题为出发点，我们对三项此类活动进行了分析，研究对象为天体物理学和空间科学领域的高级本科生及研究生远程学习学生。这些活动包含的团队工作周期从1周到9周不等，并采用了不同的评估策略。我们的研究聚焦于参与率、学生互动的性质以及所报告的学生体验，并参考了异步讨论论坛的内容和对学生的访谈。我们发现，三项活动中学生参与度的变化各不相同，并基于活动设计提出了相关原因。我们确定了学生互动的主要主题，这些主题与学习和发展、团队建设以及团队自我组织有关。在这三个活动中，这些主题领域的交流频率似乎相似。我们的分析框架包含这些主题的子类别，其中表明同伴学习的互动构成了学生交流的主要组成部分。这种互动在团队需要做出重大决策以推进其联合工作的时刻会得到加强。对学生的访谈揭示了对参与团队工作和团队产出贡献不平等的焦虑。受访者还对所使用的不同评估模型表达了一系列观点。总体而言，来自所有三项活动的受访者都报告称，他们在团队中获得了积极的体验，并认为这些活动对其个人学习具有价值，同时也是为未来就业所做的有用准备。

一、引言

物理学大学学历的期望之一是帮助学生逐步成长为实践中的科学家。为此，让学生参与某种程度上符合专业科学实践情境的学习体验是常见做法。这种学习通常需要对开放性问题进行协作工作，并且可以通过多种方式实现，例如更高层次的实验室调查[1,2]或在现有研究小组内及由其支持的项目[3]。在远程学习环境中，什么构成了足够真实但又有适当支持的学生活动这一问题尤为重要，因为在这种环境中，学生可能从无机会面对面交流，更不用说亲自进行协作工作。纯在线环境似乎与传统专用空间中的实验室课程形成对比；然而，在线协作工作日益反映了科学项目实际开展的方式。由于天体物理学和空间科学各分支中重大项目的国际合作性质，研究人员彼此远程工作是很常见的。因此，探索这种方法作为教学手段是有意义的，不仅对远程学习学生如此，而且作为学生普遍发展成功在线团队工作所需技能的一种途径。这一点尤为重要，因为新冠肺炎疫情的一个影响是预期远程工作的长期增加[4]。疫情的另一个影响是必须对本科生进行实践科学的远程教学，导致人们对该领域学习中社会互动的作用越来越感兴趣，例如在远程物理实验室的背景下[5]。

构成本研究基础的学生活动是英国开放大学（以下简称UKOU）天体物理学高级本科生和空间科学研究生课程项目的组成部分。这些活动以多种方式设计和构建（如第二节B所述），但其核心目的是为学生提供参与有意义的团队工作以实现科学目标的机会。鉴于这种参与一个具有共同目标的同伴社区，将学习视为通过实践社区（CoP）发生是有用的。这一概念最初由拉夫和温格[6]提出，作为一个讨论特定领域中新手成为从业者的学习类型（情境学习）的框架。具体而言，他们引入了新手或学徒在经验丰富的从业者社区以及关键地其他学徒中遵循参与轨迹的想法。这种方法建立在维果茨基的社会建构主义思想[7]之上，强调社会互动对个人学习的影响。在实践社区中，个人通过“合法的边缘性参与”过程被文化化为其规范和实践。随着时间的推移，个人可能承担更核心的角色，从而成为经验丰富的从业者[6]。虽然这些想法源于对各种职业社区和其他群体的民族志研究，但在正规教育环境中应用实践社区观点的意义立即被布朗等人视为一个感兴趣的问题，他们提出了“情境认知”的概念[8]。该概念主张，为了有效，学术学习应在该学科的背景和文化中进行。由此产生的教学策略旨在让学生参与在该学科背景下真实的活动。这在远程学习环境中提出了特殊的挑战。关于如何在在线环境中支持此类学习的考虑使赫林顿和奥利弗[9]提出了真实学习环境设计的九个要素，可以概括为：真实的情境；真实的活动；专家表现；多种角色和视角；协作构建知识；通过反思形成抽象；表达隐性知识；辅导和脚手架；以及真实评估。虽然这些要素源于在线学习，但它们已逐渐为关于真实学习的更广泛讨论提供信息（例如，参见参考文献[10]）。

近年来，人们日益认识到实践社区为理解从物理学生到实践物理学家的转变提供了有用的框架[1,2,11–13]，并且它们也可能为课程设计提供见解[14]。在本研究中，我们关注社会互动在真实学习中的作用，并使用实践社区作为视角来审视学生在三种不同教学活动中的体验。在采用这种方法时，重要的是要认识到，在诸如这些团队活动的教育环境中，没有真正代表拉夫和温格原始研究[6]中所设想的经验丰富的从业者的学生，因此赫林顿和奥利弗的专家表现[9]对学生以此为实践模式的重要性不言而喻。然而，学生参与这些活动时具有不同水平的个人专业知识储备和团队工作经验，这可能影响他们承担核心角色的能力。

由于参与是实践社区中学习的必要条件，本研究的第一个目标是考察学生在在线学习社区中参与度的定量测量。我们可以假设理想情况下，学习社区的所有成员应平等参与，尽管实际上我们预期学生参与度的分布会偏离这一理想状态。我们寻求测量并表征各种团队和活动中的这种分布。

研究的第二个目标是深入了解学生在团队工作期间交流的性质。从实践社区的角度来看，我们预期学生之间相互学习的交流，但也可能存在其他互动主题。理解团队互动的全貌将同伴学习置于背景中，并可能为有效团队活动的设计提供见解。

最后一个目标是基于学生的体验来考察他们对团队工作的看法。在真实学习方法的背景下，学生如何看待其体验的真实性这一问题尤为关键。此外，从实施在线团队活动作为教学策略的角度来看，了解参与可能存在的障碍以及学生是否意识到通过与团队互动而发生的同伴学习及其在自身发展中的作用也是有用的。

这些目标引出了本研究关于在线团队工作活动的研究问题：

RQ1：学生参与度在团队之间和活动之间以何种方式存在差异？

RQ2：团队工作期间互动的性质是什么？

RQ3：学生对其在线团队工作体验的报告是什么？

我们通过分析学生在工作时使用的异步讨论论坛来解决RQ1和RQ2。RQ3通过对每个协作活动中的学生样本进行访谈来解决。

二、教育背景

A. 机构概况

英国开放大学是一所远程学习大学，提供多个课程领域的本科和研究生资格。英国开放大学的学生几乎没有机会面对面交流，在本文所考虑的学科领域中，所有教学均在线进行。约70%的学生将学业与全职或兼职工作相结合[15]。为了能够接触到情况各异的学生，该机构采用了灵活的自主学习方式，尽量减少在固定时间进行教学课程（尽管在本文所考虑的活动中，需要不同程度的同步参与）。因此，大多数学生互动通过异步在线讨论论坛进行。

天体物理学在高级本科水平开设，空间科学是一个研究生（硕士水平）项目。这些领域的模块每年分别吸引约120名和50名学生。

英国开放大学远程学习模式的一个后果是实验和观测设施必须远程访问。英国开放大学长期以来一直使用在线方法支持科学教学[16]，包括向学生提供远程实验（通过一项名为OpenSTEM Labs的倡议[17]）。本文所述的团队活动中使用了其中两种设施：一台机器望远镜和一个火星场地中的遥控火星车。

B. 团队活动

本研究涉及的团队活动发展了进行科学调查所需的实践技能以及有效协作所需的沟通技能。本研究聚焦于上述天体物理学和空间科学模块中的三项主要团队工作活动。它们在调查性质上各不相同，涉及处于学习高级阶段并即将就业（或继续研究生研究）的学生。

按照赫林顿和奥利弗[9]的框架来考虑，这些活动反映了专业实践，因而具有真实的情境。团队工作方法促进了协作构建知识，如下所述，团队的组织需要来自多种角色和视角的贡献。

天体物理学学生的活动采取从两个团队项目中选择一个的形式。一个是基于使用名为“物理创新机器人望远镜探索者”（PIRATE）的远程望远镜[18,19]来获取和分析变星光变曲线。在另一个项目中，学生使用外部研究数据库——斯隆数字巡天（SDSS）[20]——来研究类星体的光学紫外光谱。在这两种情况下，团队规模通常为6-11名学生，活动持续9个学习周，总计约100小时的学习时间。空间科学学生的团队活动是一个任务模拟，而非项目。活动持续一周，最多16名学生组成的团队对“火星”景观进行模拟探索，包括逼真的数据和图像，以完成一系列任务目标。

下文进一步描述这三项团队活动。然而，它们的设计和实施有一些共同原则，即团队决策、个人承担领导角色的机会以及团队构成。团队决策的需求被视为鼓励所有团队成员参与的重要推动因素。展示领导力的机会被明确地纳入，以便个人能够证明他们对团队的贡献。团队成员是预先分配好的，并设计为所有团队都包括一些在其他论坛活动中特别活跃的成员以及一些在团队工作活动之前学业表现良好的学生。将活跃于其他论坛的学生纳入其中，被视为确保每个团队至少包含一些可能参与其分配任务讨论的成员的重要举措。从实践社群（CoP）的角度来看，这类学生可被解读为最有可能从高水平中心参与开始的人。此外，担任领导角色的机会为个人提供了向其团队中心参与迈进的机制。

1. 机器人望远镜项目（PIRATE）
PIRATE机器人望远镜（镜面直径0.61米）位于西班牙特内里费岛泰德天文台（海拔2390米）（图1）。该活动的目的是确定一颗显示出周期性光学光变但尚未分类或研究不足的恒星的物理特性。本研究的候选恒星是从一个目录[21]中选出的，该目录将具有光学周期性光变（来自SuperWASP巡天[22]）的恒星与X射线源进行匹配。每个项目组在5周的时间间隔内最多有四次观测时段，便于使用多种滤光片对目标恒星进行光度测量。

图1. 位于西班牙特内里费岛泰德天文台的机器人望远镜设施。

在项目的前3周，团队选择合适的观测目标。在安排观测时段之前，该选择由指导教师审核。在项目的这一阶段，学生还需进行熟悉活动，为观测和CCD相机数据处理做好准备。

在观测阶段（第4—8周），望远镜由观测小组（最多四名学生组成的小组）实时控制。观测时段组织为同步在线会议，开始时由具有望远镜操作专业知识的教学人员之一进行简报。该工作人员担任夜间值班天文学家，并在整个时段内随时为观测小组在遇到困难时提供帮助。观测小组在查看望远镜共享软件界面的同时保持语音通话。在此环境中，他们分担望远镜操作、数据质量监测和时段记录等任务。观测时段于英国黄昏时分（与特内里费岛黄昏时间相近）开始，持续约4小时直至午夜。此后，望远镜切换到调度模式，允许团队通过指定拟观测参数来获取更多数据。与任何地基天文台一样，望远镜操作受天气变化影响，观测时段受到不利影响的情况并不罕见。

与观测并行，其他学生承担“办公室”工作以支持项目。随着项目进展，此项工作的重点从数据处理转向更高级的分析和文献综述工作，为小组报告做准备。小组报告本身在项目的第7—9周撰写。

除了观测时段承担的多种角色外，更广泛的项目团队中还指定了若干角色，以帮助团队实现目标。在第2—6周，设有协调员指定角色，负责组织和总结小组工作。在第7—9周，该角色由两个其他协调角色取代：首席分析师和报告编辑。团队本身每周选出成员担任这些角色，使所有学生都有机会在其团队中担任领导角色。

团队以多种方式沟通，异步讨论论坛发挥核心作用。此类论坛也由一名指导教师监测，并在需要时提供支持。如前所述，观测时段使用同步语音通信。进一步与指导教师举行同步会议以审查进展。鼓励团队定期举行会议（无指导教师参与）以推进工作，许多团队每周举行一次。

2. 类星体光谱项目（SDSS）
在此项目中，学生的任务是使用SDSS数据创建一条从可见光延伸到紫外波长的复合类星体光谱。SDSS是一个既定的大规模成像和光谱巡天研究计划，使用专用机器人光学望远镜进行[20]。数据通过分阶段发布向公众开放，该巡天及其数据库通过期刊论文和专门网站得到清晰全面的描述。这些特点使其非常适合高年级本科生使用。类星体光谱项目的关键方面是适当选择数据以创建复合光谱。下文中，我们将此活动称为“SDSS项目”，同时指出此教育活动与斯隆数字化巡天没有正式关联。

该项目以多种方式补充机器人望远镜项目。从教育角度看，它设计为面向因自身情况无法在固定时间参与观测时段或无法投入连续9周小组工作的学生。因此，在最初4周内，学生个人完成一套结构化活动，培养他们在检索、处理和可视化SDSS数据方面的技能。许多任务使用电子表格完成，但提供了一种定制软件工具以促进多个不同红移光谱的组合。这些活动还培养了学生对类星体（及其他活动星系类别）光谱的理解。在此期间，虽然没有绝对的小组工作要求，但活动促使小组讨论，并强烈鼓励以解决遇到的问题。到第5周开始时，大多数学生将以某种方式与团队互动，而所有学生预计能够有效处理SDSS数据。此时，团队开始合作生成高信噪比的类星体光谱。团队共同规划解决此问题的方法。随后用2周时间生成其复合光谱，再用2周时间合作撰写报告呈现结果。在团队工作阶段，与指导教师举行三次同步会议：一次讨论数据选择和处理的计划，两次讨论最终报告的进展。

与机器人望远镜项目一样，设有项目协调员、首席分析师和报告编辑等指定角色，学生每次担任这些角色1周。团队沟通方式与机器人望远镜项目相似，但同步会议频率较低。

3. 火星车任务模拟（ROVER）
空间科学研究生模块的团队活动是火星车任务模拟（以下简称ROVER活动）。它培养在模拟真实空间任务操作场景中在线协作的技能。此活动比天体物理学项目持续时间短得多，仅持续1周，需要约16小时的学习时间。该活动使用英国开放大学（UKOU）校园的火星场地设施和一辆机器人火星车。

我们中的一位（S. P. S）是此模拟开发的首席指导教师，其基础是参与NASA好奇号火星车（MSL [23]）的工作经验。该模拟包含以下特征：现实的时间线和截止日期、团队成员的专业角色、基于证据的小组决策、在线讨论和规划会议。出于实际原因，火星车的规划和操作周期以24小时而非真实的火星太阳日运行。

任务场景为“一辆小型侦察火星车已降落在火星上，以评估其着陆点是否适合后续大型火星车跟进，后者将寻找过去或现在生命的证据。”任务目标是记录地貌及其岩石类型，寻找含水矿物的证据，并评估任何过去或现在流动或静止水的证据。团队需每日报告其发现。团队的关键责任之一是确保持续安全操作火星车，模拟包含导航危险（如沙丘），这是真实火星车操作中的主要关切。

操作环境是一个内部场地，尺寸约为 。地面铺满沙子，包含多种视觉上与火星岩石相似的各种岩石。该场地被蓝色屏幕包围，以便将火星全景图（来自MSL）电子添加到火星车相机获取的图像中。一张示例图像（传回学生团队）如图2所示。

图2. 火星车桅杆相机拍摄的示例图像，显示模拟的火星环境（前景为UKOU火星场地，背景为火星科学实验室（MSL）图像）。

火星车是一辆小型六轮“全地形”车辆，使用现成组件建造。它配备三台用于导航和目标检查的相机，其中一台是桅杆安装的彩色相机（MastCam）。火星车上没有真正的科学仪器；相反，有两个虚拟仪器返回与目标岩石相关的火星档案数据。这些虚拟仪器称为LIBS——激光诱导击穿光谱仪（类似于MSL上的ChemCam [24,25]）——以及臂载APXS——阿尔法质子X射线光谱仪（如火星探测漫游者上的仪器[26]）。LIBS提供远距离点状化学成分数据，而APXS给出整体成分数据。关键的是，该模拟还包含火星车能量预算和数据限制的现实软件模型。火星车操作通过整合这些物理、虚拟和建模组件的软件界面进行规划（图3）。

图3. 火星任务模拟中用于定义每日火星车操作计划的界面示例。中央面板显示时间线上的计划行动（每个行动有更多细节，此视图中未显示）。下面板显示前一天操作结束时火星车导航相机的图像。（注意上面板中的“Sol”一词指火星日。）

任务团队被分成具有给定职责的子团队。这些子团队是任务负责人、任务科学家、火星车驾驶员以及仪器团队（MastCam、LIBS和APXS）。通常，每次模拟运行约有16名学生参与，每个子团队分配2或3名学生。火星车操作持续5天，每日活动包括规划、火星车任务上传、数据下载和输入到下一循环的分析。每日举行在线同步会议，报告火星车状态、讨论结果和规划次日活动。规划过程涉及整个团队根据科学目标以及对返回数据和火星车周围环境图像的分析，就后续目标达成一致。子团队随后通过共享软件界面将其计划部分表达为火星车及其仪器要执行的指令。最初，这通常导致不可行的计划，例如因火星车能量预算被超出，促使进一步分析和协商如何修订计划。一旦团队商定最终的火星车指令序列，即上传且无法再修改。获取的数据（包括图像）在次日可用。团队成员使用异步论坛讨论此类数据，使他们能够为下一次（同步）每日会议做准备。该模拟由一名首席指导教师支持，负责提供初始简报并出席在线会议以指导团队，另有一名支持指导教师帮助个别学生。任务结束时进行汇报会议，团队总结结果，指导教师就团队表现提供反馈。

C. 评估
PIRATE和SDSS项目遵循共同的评估模式。评估有两个组成部分——团队创建的小组报告和每位学生产生的个人进展报告。小组报告要求按照科学论文的模式来撰写项目工作报告。报告以维基文档的形式呈现，篇幅约为5000词。另一个组成部分是个人进度报告汇编，由每周撰写的反思日志组成，用于记录对项目工作的贡献。这两个部分在学生的最终成绩中占比相同。ROVER项目的评估采用自我反思练习的方式。学生需要描述自己的角色，并对自身表现进行反思。他们需要指出在与团队合作中做得好的三个方面，以及表现不尽如人意的两个方面，然后针对做得好的其中一个方面提出进一步改进的建议。

III. 学生互动

我们对团队合作活动中学生互动的研究基于异步论坛交流记录（论坛位于定制版的Moodle虚拟学习环境中）。论坛发帖频率为团队内学生参与度提供了定量信息，因此可为研究问题1提供依据。对论坛内容的分析揭示了团队内互动的性质和时机，用于解答研究问题2。下面，我们先描述这两种方法，然后报告结果。

A. 方法

1. 论坛发帖频率分析

我们假设学生在团队论坛中的发帖数量可以一定程度上衡量该学生的参与度。显然，采用这一衡量标准存在一些需要注意的地方。首先，本研究中的三项活动也不同程度地使用了同步会议（例如ROVER活动的每日规划会议和PIRATE项目的团队观测会议）。仅统计论坛发帖数可能会低估那些更多使用同步交流的学生的活动量。此外，有些学生可能发很多短帖，而其他同样活跃的学生可能发较少但较长的帖子。最后，从实践社群（CoP）视角来看，被动参与（即阅读但不发帖）被视为合法的边缘性参与[6]。我们假设每个小组中的每个学生至少以被动方式与其他所有学生互动，并且我们不研究学生之间的详细关联（如社会网络分析所能提供的）。尽管存在这些潜在不足，我们仍认为论坛发帖数可以作为个人贡献的有用替代指标。

在给定团队中，个体成员的贡献假设由发帖数（\( n \)）表示。为表征团队，我们按 \( n \) 的降序对个体进行排序，得到排名 \( r \)（发帖最多者排名第1，依此类推）。如下文（第III.B.1节）所论证的，我们采用指数模型来描述团队的帖子分布行为：
\[
n_r = n_0 e^{-\lambda r}
\]
其中 \( n_0 \)（假设排名为零时的帖子数）和 \( \lambda \)（衰减率）由数据确定。后一个参数（\( \lambda \)）为给定团队的个人贡献分布提供了一种度量。描述从组内某一名学生到下一名学生的 \( n \) 的典型相对下降量是有意义的，该量由下式给出：
\[
\frac{n_{r+1}}{n_r} = e^{-\lambda}
\]
在本研究的不同团队活动中确定该量的结果见第III.B.1节。

2. 论坛帖子内容分析

我们对论坛内容的分析方法是探索性的，旨在识别学生互动的主题。因此，我们采用扎根理论方法[27]，而不是寻求以任何特定理论框架进行分析。分析框架的开发过程如下：我们对一个单独的SDSS论坛（来自2017年，即本研究考虑的队列的前一年）进行了初步分析。这揭示了多种消息类型，可以归纳为少数几个总括主题。这些主题包括与教学人员的互动、组织和协调团队任务所需的沟通，以及关于科学知识和数据解读的同伴讨论。此外，该分析还识别出一些主要为社交性质的交流，这些交流与推进团队活动的任何方面没有直接关联。还有（少量）帖子中，学生表达了对活动某些方面的感受。这形成了一个框架，将论坛内容的用途分为以下五大类：
- 通过同伴互动进行学习和技能发展（学习与发展）
- 项目工作的组织与管理（项目管理）
- 团队建设与社交互动（团队建设与社交）
- 表达自身情绪状态（感受）
- 与教学人员的互动（教学支持）

此后，我们使用上述括号中给出的缩略术语来指代这些类别。

由于我们的目标是考察论坛内容在这些类别之间的分布，我们对内容采用了定量度量。虽然从单条帖子入手很有吸引力，但这些帖子往往服务于多个目的。因此，我们采取的方法是对每条论坛帖子中可归入特定类别或子类别的每个部分（我们称之为“贡献单元”）进行编码。这些贡献单元随后构成我们对个体参与度的度量。

为了考察上述宽泛类别中的细节，我们开发了一个层级分类方案，其中子类别同样通过数据检视来定义。例如，“感受”被进一步划分为子类别：焦虑、困惑、兴奋与热情、沮丧与愤怒，以及满足与自豪。

该方案随后被应用于第二个SDSS论坛（同样来自2017年），由两位作者（J. H. C. 和 M. H. J.）共同编码，并据此进行审查和完善。经过这一过程，一些子类别被合并或移除，最终形成了用于论坛内容编码的二级层级编码方案，如表II所示。请注意，并非每条贡献单元都能进行子分类，有些仅在顶层进行分类。

为了更详细地考察部分内容，在需要时引入了第三级子类别。在本文的分析中，这仅用于“同伴学习”（“学习与发展”类别下）这一子类别内，该子类别被细分为“寻求帮助或信息”、“提供帮助或信息”和“讨论”。该编码用于考察互动的时间变化（见第III.B.3节）。

编码方案的开发也用于评估参与编码的两人之间的评分者间信度。信度基于编码方案顶层的一致率进行估计。共同分析的论坛包含606条贡献单元，得出Cohen’s κ值为0.86。由于评分者讨论过方案的实施，预计应用到本研究数据时信度会有所提高。将评分者间信度再次应用于本研究所呈现的数据集时进行了重新检验（见第III.B.2节）。

B. 结果

本研究基于2018年由17个独立团队（6个PIRATE、8个SDSS和3个ROVER）的162名学生进行的团队活动。所有团队均进行了论坛发帖频率分析，而论坛内容分析则对每种项目类型各选取三个团队进行。三个ROVER团队全部进行了分析。对于PIRATE和SDSS项目，各选取三个团队，以覆盖从该活动最低发帖数到平均发帖数之间的论坛活动范围（以总发帖数衡量）。虽然这种方法因排除非常活跃的团队而存在偏差，但考虑到所有选定的团队都成功完成了任务，我们假设它们是各自活动的代表性样本。团队和分析应用的总结见表I。

表I. 本研究学生团队及所采用分析的总结。个体团队按活动类型（SDSS、PIRATE或ROVER）和一个字母后缀标识。\( N \) 为每组学生人数。“Y”表示进行了相应的分析。进行的访谈次数也一并列出。该表还报告了通过频率分析得到的论坛互动性定量度量（\( \delta \)）（见第III.B.1节）。

| 项目团队 | \( N \) | 论坛频率分析 | 论坛内容分析 | 访谈 | \( \delta \) |
|---|---|---|---|---|---|
| SDSS-A | 9 | Y | Y | | 28% |
| SDSS-B | 10 | Y | Y | 1 | 18% |
| SDSS-C | 7 | Y | Y | 1 | 21% |
| SDSS-D | 11 | Y | | 1 | 32% |
| SDSS-E | 11 | Y | | 2 | 19% |
| SDSS-F | 11 | Y | | | 26% |
| SDSS-G | 11 | Y | | | 22% |
| SDSS-H | 9 | Y | | | 24% |
| PIRATE-A | 6 | Y | Y | 1 | 44% |
| PIRATE-B | 7 | Y | Y | 2 | 28% |
| PIRATE-C | 7 | Y | Y | | 37% |
| PIRATE-D | 8 | Y | | | 30% |
| PIRATE-E | 8 | Y | | | 24% |
| PIRATE-F | 7 | Y | | | 26% |
| ROVER-A | 11 | Y | Y | 2 | 16% |
| ROVER-B | 16 | Y | Y | 1 | 13% |
| ROVER-C | 13 | Y | Y | 3 | 18% |

1. 论坛发帖频率分析

本研究中所有团队的排名-发帖数数据（\( n_r \) - \( r \)）显示在图4中。可以看出，团队的帖子分布行为可以较好地描述为 \( n \) 随 \( r \) 的指数衰减（即上文第III.A.1节所述的模型）。对于SDSS和ROVER活动尤其如此（例如，图4中的SDSS-E和ROVER-A）。如果要求 \( n \) 超过某个参与阈值，该近似会有所改善；我们采用 \( n \ge 5 \) 作为表明团队中积极参与的合适标准。对于每组，\( \lambda \) 的值通过最小二乘拟合数据得到（须满足 \( n \ge 5 \)）。相应的 \( \delta \) 值（公式2）报告在表I中。这种衡量小组成员间活跃参与差异的度量是有用的，因为理想情况（即所有学生参与程度大致相同）应导致较低的 \( \delta \) 值。

图4. 所有团队中每位学生的发帖数（\( n \)）对排名（\( r \)）的图。在团队内，参与（\( n \ge 5 \)）和参与不足（\( n < 5 \)）的学生分别用实线和虚线连接。黑色实线表示代表给定活动中所有小组活跃学生特征行为的指数模型。

对于三项活动，我们计算了 \( \delta \) 值，其中平均值是对进行该项活动的所有小组取平均。对应这些平均行为的线（黑色）显示在图4中。\( \delta \) 的值（及范围）为：SDSS：24%（18%–32%），PIRATE：32%（24%–44%），ROVER：15%（13%–18%）。不同活动类型之间存在相当大的差异，而且特定活动类型内部也有很大的离散。这些值的解释将在第V节中进一步讨论。

2. 按主题的贡献分布

使用上述层级编码方案对表I中指示的九个数据集进行了内容分析。为了监测编码方案是否适当且足以捕捉这些论坛的内容，记录了所有相对于原始方案的例外情况。编码的贡献单元总数为6089（来自4187条独立帖子），其中308条贡献单元被标记为可能的例外。经审查，所有例外均可在不修改方案的情况下纳入编码体系。对本文呈现的最终数据集重新估计了评分者间信度。这在两个层面上进行：对于五个顶层类别和第一级子类别，Cohen’s κ值分别为0.89和0.81。这些估计基于5%（即300条）独立编码两次的贡献单元样本。这略低于通常采用的10%–25%的样本量[28]，但合理之处在于，使用606条贡献单元（约为分析数据集规模的10%）的样本来开发和测试编码方案（如第III.A.2节所述）。

每个项目的论坛贡献按我们的编码方案的分布见表II，并以图形方式显示在图5中。在编码方案的最高层级上，三个项目显示出相似的分布，但存在一些差异。与项目管理相关的讨论在PIRATE项目中占40.1%，但在SDSS和ROVER项目中较少（分别为34.7%和33.9%）。这可能反映了PIRATE项目的复杂性，因为它需要操作远程望远镜并进行后续的数据约减。每次观测会话都有相关的论坛帖子，用于支持事先规划和组织获取数据的处理。这些帖子构成了论坛内容的重要部分。被编码为学习和发展的贡献显示出相反的趋势，其中PIRATE最低为33.9%，SDSS和ROVER分别为42.7%和39.0%。虽然这表明PIRATE的同侪学习论坛内容比例较低，但在同步观测会话中存在学生互动，这种学习确实发生。很可能这些会话为同侪学习设定了先例，然后通过进一步的同步会议继续下去。图5. 按类别和子类别划分的论坛讨论贡献分布（如表II所述）。为清晰起见，占总贡献比例低于0.6%的部分被排除。（a）SDSS，（b）PIRATE，（c）ROVER。（d）显示了三个活动论坛贡献分数分布的平均值。表II. 用于分析论坛内容的两个层级编码类别及其按活动划分的百分比频率。最高层级编码类别及其频率用粗体表示。还给出了分析内容的汇总统计。合并频率是每个活动百分比频率的平均值。SDSS PIRATE ROVER 合并 论坛帖子 1416 1214 1557 4187 贡献 2229 1920 1940 6089 层级编码分类 百分比频率 最高层级 第二层级 感受 1.97 3.28 2.06 2.44 焦虑 0.40 0.68 0.15 0.41 困惑 0.27 0.31 0.15 0.25 兴奋和热情 0.76 0.99 0.46 0.74 沮丧和愤怒 0.36 0.99 0.41 0.59 满足和自豪 0.13 0.05 0.93 0.37 团队建设和社会性 16.22 13.65 16.25 15.37 承认他人的贡献 9.05 6.35 7.20 7.53 承认团队成就 0.54 0.10 1.95 0.87 处理不参与者 0.22 0.42 0.00 0.21 破坏性或负面贡献 0.00 0.00 0.00 0.00 鼓励或支持 2.33 2.60 1.59 2.18 幽默 0.94 0.16 3.75 1.62 自身缺乏贡献或参与 1.52 0.57 1.03 1.04 提及与团队任务无关的话题 0.99 1.72 0.21 0.97 表明或暗示他人应更多贡献 0.00 0.05 0.00 0.02 学习和发展 42.70 33.85 39.02 38.52 承认错误 0.49 0.68 0.62 0.60 提及现有技能、优势或劣势 0.04 0.31 0.21 0.19 同侪学习 37.90 25.89 37.63 33.81 对学习的反思 0.13 0.00 0.26 0.13 写作过程 4.17 6.98 0.00 3.72 项目管理 34.72 40.05 33.93 36.24 要求或指示他人执行任务 3.81 2.81 1.18 2.60 澄清谁应执行特定任务 0.31 0.78 1.59 0.90 推荐特定任务的软件 0.13 0.05 0.36 0.18 参考指示或指导 2.06 1.15 2.62 1.94 参考同步会议 6.81 13.23 5.19 8.41 反思小组进展 0.72 0.68 0.00 0.46 报告行动 13.31 11.46 12.70 12.49 角色选择 1.21 3.39 0.00 1.53 表示有空执行任务 2.46 2.14 3.14 2.58 技术问题 1.79 4.17 2.98 2.98 教学支持 4.39 9.17 8.74 7.43 模块团队沟通 1.12 5.89 8.43 5.15 导师输入 3.27 3.28 0.31 2.29 有趣的是，所有三个项目在团队建设和社会性贡献方面显示出相似的水平（ ），尽管它们对同步会议的依赖程度和持续时间不同。这表明，无论其他考虑因素如何，一定水平的此类论坛互动是功能团队的特征。在所有类型的项目中，这些贡献的最大部分是承认团队其他成员所做的工作。对于SDSS和PIRATE项目，第二常见的贡献类型（分别为2.3%和2.6%）是向面临工作参与困难的团队成员提供支持或鼓励的信息。这些项目9周的持续时间在这里可能很重要：许多学生感到自己落后，但其他团队成员介入提供相互支持和鼓励。对于更短（1周）的ROVER活动，此类贡献的频率较低（1.6%）。团队建设和社会性贡献中的另一个显著差异是幽默内容的发生率。此类内容在ROVER项目中最常出现（3.75%），而在SDSS（0.94%）和PIRATE（0.16%）中不太突出。ROVER项目中幽默内容的高发生率不太可能仅仅是因为同步会议数量多（因为PIRATE学生参加类似数量的会议）。可能的是，ROVER活动会议的高频率（即每天）有助于建立一种文化，使学生们乐于交换此类信息，或者幽默是学生应对每日规划截止日期压力的一种方式。被编码为教学支持的贡献包括学生与教学人员的讨论。这些被分为两个子类别：“模块团队沟通”和“导师输入”，分别反映与中央团队合作的教师和负责支持特定学生小组的教师。在此呈现的分析中，我们不再区分这些子类别。教学支持互动发生率最低的是SDSS项目（4.4%），而PIRATE和ROVER项目大约是其两倍（分别为9.2%和8.7%）。SDSS和PIRATE项目之间的差异可能源于前者结构设计为前4周以自学方式进行。虽然教学人员在此期间可以回答学生的问题，但与团队关于其任务的沟通从第5周开始。PIRATE项目从一开始就要求团队互动，教学人员在整个过程中更明显地出现在论坛上。ROVER周教学支持互动的高水平可能归因于主讲师所扮演的非常具体的角色，我们将在第五节进一步讨论这一点。学生表达情绪状态（感受）的贡献只有一小部分（2.0%–3.3%）。将这些总结为积极（兴奋和热情以及满足和自豪）和消极（焦虑、困惑以及沮丧和愤怒）情绪状态是有用的。每个项目的积极：消极分布各不相同。ROVER项目显示出最积极的情绪表达（1.39:0.72）。SDSS项目的负面贡献略多于正面（0.90:1.03），而PIRATE项目则更多（1.04:1.98）。这些项目的设计为这些情绪分布提供了可能的解释。PIRATE和SDSS项目都是长期活动，有多个阶段，因此出现可能影响其完成的问题的空间更大。此类问题可能导致焦虑和负面情绪的表达。最后，应注意，本分析中有一些子类别的发生率非常低。根据往年经验，一些团队可能在合作方面遇到困难，因此我们的编码方案包含了一个子类别（“破坏性或负面贡献”）来记录此类问题。在分析的论坛中没有此类实例。同样，学生觉得其他团队成员贡献不足的情况也被编码（“表明或暗示他人应更多贡献”）。其发生率也非常低（0.02%，即单一贡献）。这些领域论坛贡献的低发生率可能表明没有团队遇到此类问题。或者，这可能反映了学生认识到，如果向团队论坛提出此类贡献，可能会损害团队动态，因此被避免。学生访谈中报告了这一问题（见第四节D），为后一种解释提供了一些支持。3. 论坛互动的时间变化由于论坛帖子有日期标记，因此可以检查不同编码贡献在项目持续时间内的变化情况。图6显示了SDSS和PIRATE项目（由于ROVER活动的时间尺度短得多，因此从本分析中省略）的多个编码类别和子类别的逐周变化。注意在第6周和第7周之间有一个“休息周”（因为此时英国有复活节公共假日）。这不是强制休息，因此学生如果愿意仍可继续工作。图6. 编码PIRATE（红色）和SDSS（蓝色）组中各种类别和子类别的贡献数量随时间变化。注意第6周和第7周之间有一个休息周。如上所述（第三节B2），本分析将同侪学习的第三级编码分为讨论、“寻求帮助或信息”和“提供帮助或信息”。第一种识别出对感兴趣主题进行一些协商的交流，后两种指简单的（请求和响应）信息交易。讨论子类别的贡献似乎分别在PIRATE和SDSS项目的第3周和第5周被触发。这些对应于团队必须考虑关于数据采集的重要决策的时间点，即PIRATE的目标选择和SDSS的类星体样本选择。更具交易性的寻求和提供帮助与信息子类别在PIRATE的第3周上升，对于SDSS，在第6周急剧上升。SDSS的这次上升可能与此时间点团队必须开始处理数据有关。值得注意的是，这些贡献在学生过了生成复合类星体光谱的时间点（第8周）后下降。“项目管理”主题的贡献在PIRATE项目中相对均匀地分布在各周，而SDSS在第6周急剧增加到最大值。同样，这可能与SDSS团队在此时间点选择和协调数据处理所需有关。还值得注意的是，根据项目管理贡献衡量，SDSS学生在休息周期间继续以高速率工作，而PIRATE学生的活动有所下降。这可能反映了SDSS小组的数据处理计划是在休息周之前制定的，学生们可能急于尽快推进这项工作。最后，感受主题的关键特征是，对于PIRATE项目，它在第6周出现一个尖锐峰值，这接近观测期的结束。此时，关于数据采集问题的挫折感可能变得严重。尽管观测地点的晴朗夜晚为60%–70%，但一些团队可能到了这个时间点只有一次可用的观测会话。这可能导致团队对其团队任务能否使用他们自己获取的数据来完成感到焦虑。IV. 学生经验和感知虽然上述内容分析提供了关于团队合作期间学生互动性质的一些见解，但除了少数关于问题或成就的贡献外，它只提供了非常有限的学生对其经验感知的信息。为了调查团队活动的这一方面，我们使用了一系列结构化对话（访谈），促使学生报告和反思他们的经验（参见附录中的提示问题）。学生的回答用于探讨团队合作活动的四个方面：先前的团队合作看法、活动的感知真实性、同侪学习经验以及对评估任务的反思。本研究范围内的所有学生都被邀请参加：在这162名学生中，14人自愿参加并接受了访谈（表I）。受访者在此采用匿名四字符标识符指代，前两个字符为团队标识符（例如，SA代表SDSS-A等），后两个为数字。访谈在团队协作活动结束数周后进行，由一位作者（S. M. C.）实施，该作者未直接参与这些学生的教学。值得注意的是，许多志愿者在其团队论坛中非常活跃（九人在论坛发帖排名为1或2），因此不能视为整个队列的代表性样本。分析基于录音访谈的文字稿。对四个感兴趣领域分别进行分析，编码基于这些领域内识别的主题进行。

A. 对团队协作的先前态度
受访者被要求回忆活动开始前对团队协作的感受，并在完成后总结实际体验。全部14人报告称，完成后对团队协作经历总体持积极态度。大多数人（11名受访者）报告称，在活动开始前曾持积极与消极混合的情感。两名学生报告先前仅有消极情感，而一名学生只有纯粹积极看法。

先前积极态度往往集中于对主题领域的兴趣，“我想我对做这件事相当感兴趣和兴奋，尤其是考虑到将要覆盖的主题。PC03（PIRATE-C）”以及对先前在线协作积极经验的回忆，“我感到相当自信，因为我们之前已经做过与课程另一部分相关的协作周……而且我也修过其他[英国开放大学]课程，这些课程要求在线协作。RB02（ROVER-B）”

消极态度反映了对团队协作的各种担忧。14名学生中有5人报告称，先前在在线协作教学活动中经历过糟糕体验（或知道其他学生有此类经历）。一个担忧是身处一个不够活跃的团队，导致工作负担落在少数活跃参与者身上。此外，对评估工作依赖他人感到焦虑。“我还担心这如何运作，因为显然，这是一个小组项目，我们互动的某种方式在一定程度上影响我们的最终表现，而这是个人成绩的一部分……PC03（PIRATE-C）”

即使先前体验积极，一名学生报告称对在线互动缺乏信心，“我相当害羞，之前的小组体验……很愉快，但我做的尽量少，你明白我的意思吗？有些人很积极主动，可以说是天生的团队领导者，而我不是，所以老实说，我有点紧张……SD02（SDSS-D）”

其他关于团队协作的焦虑与从独立学习转向协作学习有关，“老实说，我有点被吓到，因为你习惯英国开放大学的学习方式，学习非常独立，不需要依赖他人来完成小组项目。SD01（SDSS-D）”

两名学生报告称，在团队工作开始前，不知道会涉及什么内容是一个焦虑来源，尽管这在活动开始后消除，其中一人表示：“阅读手册和相关信息时肯定有些担忧，但直到我们真正开始后才变得清晰。RC08（ROVER-C）”

总体而言，团队协作消极情感的主要成因似乎要么与依赖他人的焦虑有关，要么与自己在小组环境中投入的信心有关。这些在线协作工作的消极方面众所周知，并已在其他类似背景中报告，如技术教育[29]。

B. 团队活动的真实性
尽管未直接询问受访者活动的真实性，但他们被要求思考让学生参与在线团队活动是否重要，并解释其观点（附录，问题15）。从这些回应中浮现出三个主题：科学调查的真实性、与就业相关的团队协作技能的发展，以及这些活动对学习参与度的影响。

大多数受访者（14人中的8人）评论了活动如何与学术或研究环境中科学调查的方式一致。这适用于所有三项活动。一名PIRATE学生评论其工作目标：“就我们研究的内容而言，我认为它非常恰当，让你觉得自己在向科学界贡献科学内容，即使你知道我们做的一切从未有成果。PC01（PIRATE-C）”而一名SDSS学生报告其团队如何认识到他们正在实现真实产出：“当我们寻找专业天文学家和专业组织的比较论文，并比较我们得到的结果和他们制作、发表的内容时，我们慢慢意识到我们实际上处于这项研究的前沿。我们使用最新的数据，进行与专业天文学家相同的分析。好吧，他们比我们更进一步，他们有更先进的技术，但核心要点是，我们做的和他们一样。SE01（SDSS-E）”

对于ROVER活动，学生往往关注工作方法而非产出：“他们（团队）正在将其实践作为现实世界模拟，就像火星科学实验室团队会议那样，所以这是真实工作。RB02（ROVER-B）”

五名受访者指出，活动中发展的团队协作技能与未来在科学或技术背景中的就业相关，例如：“……许多学生会有兴趣继续科学工作，其中一些人想进入研究角色，而在当今时代，我很难想象一个研究角色不涉及以某种方式作为团队一部分工作。SD01（SDSS-D）”以及关于工作实习：“我本周刚开始在一个地方实习……他们第一天做的第一件事就是把我介绍给一个团队，他们正在做一个大型项目，非常相似，科学主题略有不同，但非常相似的小组项目。SB02（SDSS-B）”

其中四名受访者还指出，团队协作技能在更广泛的就业背景中受到重视，例如：“……这是现实世界雇主看重的一项关键技能……但，是的，我认为这样做很重要，特别是如果某人没有经验，需要获得这方面的经验。PC03（PIRATE-C）”

在所有这些案例中，正是团队方法本身被强调为因真实性而受到重视。

尽管未直接询问受访者活动是否影响其参与度，但三人对此评论，其中一人报告：“这肯定比仅仅阅读更有吸引力。……这确实是一种很好的学习方式，因为我之前对火星并不真正感兴趣，我不得不说。……但一旦我开始研究它，我对仪器如何工作以获取信息等变得更感兴趣。RC01（ROVER-C）”

C. 团队协作环境中的学习
两个访谈问题询问同伴学习（附录，问题4和5）。所有受访者均表示自己通过同伴互动学到了东西，11名参与者表示曾帮助另一名学生（或多名学生）学习。这些问题促使进一步探索同伴学习的体验。

五名受访者对参与学术讨论的机会表达了积极情感，例如：“与人交谈并真正讨论概念真的很不错。我认为这会让事情更清晰。PA01（PIRATE-A）”并暗示这在远程学习环境中尤其受重视：“能够建立一个小的同伴群体，即使只是有限的时间，也有很多值得说的，我认为这非常有帮助。SD01（SDSS-S）”

关于与小组的互动，有各种关于个人如何以促进同伴学习的方式参与的反思。例如，一人描述出于实际原因寻求帮助：“接近尾声时，有几次我卡住了，或者没有时间回去重新阅读所有内容以回答一个简单问题，所以在论坛上发帖提问和互相帮助相当重要。SB02（SDSS-B）”

这个例子突显了时间压力环境可能如何导致更大的团队互动，因为这是高效的行动方案。这种压力很可能克服许多学生因害怕暴露无知而犹豫提问的拘谨。另一名学生报告称，即使有暴露无知的风险，也能更放松地提问。他们证明自己的方法可能有益于他人：“我在理解一些概念时有些困难，例如用SDSS研究的一部分测量流量……我当然注意到，通过论坛，一旦我勇敢地提出一个我确信相当天真的问题，就有几个人回应：‘啊，对了，我现在明白了。’SD01（SDSS-D）”

另一名学生更进一步，指出提供解释的人也从中受益：“我必须让别人向我解释一些我不太理解的东西……科学背景，我希望这对他们有帮助，是的，他们的科学知识，因为一旦你向别人解释某事，就会让这些想法在你的脑海中更稳固。PC01（PIRATE-C）”

从回应讨论的角度看，一名学生报告说，能够运用先前的技能和知识支持团队带来一种奖励感。即使这些知识只是刚刚获得，情况也如此：“但有几个人，我想，和我一样——不是那么自信，也不太熟悉Excel或数学，因为我——他们落后几步，我想，他们提问，而我几次是第一个回复的人，你知道，帮助他们。是的，这感觉确实很好。SD02（SDSS-D）”

七名受访者评论或暗示了不同学术背景或技能组合的学生之间交换知识或技能的重要性，这带来了宝贵的学习。这在ROVER活动中尤其被注意到：“我ROVER小组中的两名成员是工程师，所以我学到了大量工程学知识，这是我一无所知的领域，同时，从团队角度，我学到了能够做小部分工作是可以的，而不必被期望管理大量事务。……我的两名小组成员没有地质学经验，所以与其直接说所有定义和其他事情，我们见面并复习了基本地质术语。RB02（ROVER-B）”

这呼应了其他在线多学科团队协作背景下，跨学科领域同伴学习的相互益处[30]。

受访者还将“帮助他人学习”的问题解释为更广泛的背景，超越知识和技术技能的交易性交换，其他类型的贡献也受到重视。这可能体现在对任务的贡献或组织能力方面，我认为我在编辑和整理报告方面帮了一些忙，还有时间管理方面，因为我比较擅长。但谈到科学方面的内容，我觉得自己有点像是在追赶进度，不如其他一些人。SB02（SDSS-B）或者是在需要时支持他人，嗯，我当然觉得我帮助了某个人。可能是因为他应对压力的能力不太行。因为当时压力很大。……我们基本上就是做我们需要做的事情，但同时也带着他一起做。RA10（ROVER-A）一些受访者表示，他们学到的一些东西是关于团队协作本身，并且他们通过克服所面临的挑战而获得了成长。正如已经指出的，有些学生天生就不太适应团队协作。一位学生在参与后表示，他们认为这段经历是有益的， “你也有在线团队协作，而我并不是一个特别好的团队成员，所以这对我来说有点超出舒适区，但我从中获得的收获比什么都多……如果你让我选择，我不会去做，但当我被要求去做时，我会非常感激。” RB02（ROVER-B）另一个被指出的挑战是处理对团队的责任感， “这绝对是一个挑战，尤其是当你担任任何形式的领导角色时——试图协调事情和时间管理极其重要，因为你有其他人依赖你。你不能总是按照自己的节奏来做所有事情。你还要考虑其他人的截止日期等等。所以，这绝对是一个挑战，但也是积极的。” SB02（SDSS-B）还有一个挑战来自于将自己的表现与同伴群体中其他成员进行比较， “你可能会觉得自己什么都知道，但当你接触到比你懂得更多的人时，你会想，等等，我需要提升自己的水平。” SC04（SDSS-C）最后一个例子揭示了通过社区学习的一个方面，这通常是隐性的，很少被言明：在某些情况下，对自己位置的反思可能成为走向更中心参与的推动力。D. 评估如前所述（在第二节C中），这些团队活动中使用了两种不同的评估模式。PIRATE和SDSS的学生提交了小组产出物和个人进展报告，描述他们的贡献；而ROVER项目的学生则对其各自团队中的表现进行了反思性自我评估。受访者被直接询问有关评估的问题（附录，问题13），其中有八人提供了关于PIRATE和SDSS的信息，六人提供了关于ROVER评估模式的信息。所有学生都在收到成绩之前接受了采访。SDSS和PIRATE的学生均未认为评估模式不合适。小组报告被视为一项真实的任务，因为它反映了天体物理学研究实际进行和传播的某些方面， “整个要点是……让人们通过小组工作，让人们思考撰写科学论文。” SD02（SDSS-D）然而，也指出了一些不足。与其他关于小组评估的研究[31,32]一样，受访者报告了个人对小组产出贡献的显著差异。学生们还评论说，小组报告比个人进展报告要耗时得多（尽管在最终成绩中权重相同）。虽然人们认识到这种两部分评估（小组和个人）确实相当公平地奖励了学生，但有人指出，其他人的贡献不足可能会对那些通过额外努力弥补不足的学生产生负面影响， “你们一起写小组项目，而且你知道那会被评估，当有人没有尽到自己的责任时，这真的很令人沮丧，即使你被告知，哦，是的，但你有进展报告等等。我确实发现我的进展报告落后了，因为我可能做了比应该做的更多的工作[在小组报告上]。” PA01（PIRATE-A）这段话可能表明，对于贡献不平等的认知的真实发生率比从论坛帖子的分析（第三节B2）所显现的更为普遍。学生强调他们的挫败感表明，这种认知在活动期间没有被有效解决，并突显了实施更好地考虑学生贡献程度差异的评估策略的必要性。还探讨了学生对个人进展报告的态度。这些报告促使学生记录并报告他们在项目特定方面的工作。五名SDSS学生中有三名认为这些报告是有益的（另外两名没有对它们做出具体评论）。它们似乎特别受到一位对自己学术准备程度不太自信的学生的重视， “……我觉得自己在天体物理学方面相对缺乏经验，所以对于我们团队所做的分析来说，学习曲线相当陡峭，我发现[进展报告]非常有帮助。” SD01（SDSS-D）PIRATE的学生原则上没有对个人进展报告表示反对，但两人指出，他们希望获得更多关于应该记录什么的指导。SDSS和PIRATE之间的这些差异很可能源于进展报告用于记录SDSS项目自学部分的参与情况，而PIRATE的学生则是在团队协作环境中报告一系列任务。ROVER项目的受访者被问及他们对反思性自我评估任务的看法。虽然一位受访者表示不喜欢进行自我反思，但所有六位受访者都承认该评估是合适的，因为它基于在团队中获得的经验， “[评估任务]看起来相当简单直接，但实际上，要能够回答它，获得分数，你必须证明你参与了其中，你在学习，你在解决问题等等。” RB02（ROVER-B）此外，强调贡献的积极方面似乎帮助了一位缺乏自信的学生， “有那些问题引导我看到积极的一面真的很好……我认为如果我没有那种引导，并且他们让我做自我分析，那可能全是负面的。” RC01（ROVER-C）主要的批评是（两位受访者提到）期望对所学到的科学或技术知识进行明确评估， “消极的一面是，如果这一周除了心理产出之外，还能有一个技术产出就好了。” RA03（ROVER-A）因此，尽管ROVER活动比PIRATE和SDSS项目更明确地以培养团队协作技能为目标，但仍有一些观点认为评估应该更集中于所进行的科学工作。这可能源于这样一种看法：科学或技术产出比反思性评估任务更具真实性。V. 讨论本研究的出发点是，在线团队协作为空间科学和天体物理学提供了一个真实的实践环境，因此有可能在远程学习环境中用作有效的教学策略。通过从实践社区的角度审视团队互动，我们解释研究问题的发现，以深入了解这种教学策略在实践中如何展开，并为在线学习的进一步发展提供指导。通过实践社区学习的一个先决条件是学生必须参与其活动。学生们事先被告知，团队协作是本研究中模块的要求，但这本身并不能保证所有人都会适当参与。访谈确实探讨了围绕团队协作的情感，但并未系统地寻求评估对参与的先前期望。然而，Brodeur [33]早先关于使用PIRATE望远镜进行另一项小组活动（由比本研究学生更早阶段的本科生天体物理学学生进行）的学生体验研究发现，大多数学生确实预期观测是一项协作活动。参与障碍的一些迹象可以从我们对学生认知的发现中推断出来，尽管这些认知来自参与的学生样本（而且确实是他们团队中更活跃的成员）。首先，以前对小组合作的糟糕经历，无论是亲身经历还是其他人经历过，都可能导致对团队协作的一定程度的担忧。其次，即使没有之前的小组合作糟糕经历，学生仍然可能感到（如第四节A中SD01所示）在习惯于通过个人活动进行学习时，不得不依赖他人的不安。最后，如受访者SD02（第四节A）所例证，他自称“害羞”，有些学生天生不倾向于小组工作，并可能对前景感到焦虑。在类似背景下（针对英国开放大学计算机专业本科生），Hilliard等人对在线协作学习的焦虑普遍性和影响进行了研究，发现超过50%的调查受访者报告了因依赖他人完成团队任务而产生的焦虑[34]。该研究还发现，32%的受访者因为担心被团队其他成员评判而感到焦虑。总体而言，约四分之一的学生报告了可能归因于焦虑的对参与或表现的负面影响。对于本研究中的团队协作活动，我们发现了个人与其团队之间不同程度的互动。学生参与论坛的频率分析（第三节B1），尽管只是对互动的一种粗略衡量，显示发帖量作为排名的函数大致呈指数分布，并且不同项目有不同的典型值。这种变化很可能与这些项目的设计有关，尤其是涉及的时间尺度。PIRATE项目需要9周的参与，有些学生可能难以在这么长的时间内保持投入。SDSS项目的团队协作时间较短（5周），这可能更容易让更多学生参与。最后，ROVER项目的时间非常短（1周），这要求所有旨在通过相关评估任务的学生爆发出强烈的活动。这可能比长期活动所需的持续努力更容易实现。对变化的一个替代解释是，它可能主要是由团队规模造成的。这得到了以下观察的支持：随着平均组成员数从ROVER的13.3下降到SDSS的8.8，再到PIRATE的7.2，值从ROVER到SDSS再到PIRATE递减。基于这一观察，可能会得出结论，为了提高团队内的沟通水平（即降低），团队项目应该使用大团队。在某种意义上，ROVER活动证实了这一点，它成功地让相对较大的团队参与。然而，这里应该谨慎一些，因为该活动被设计为适合大团队，因为它被分成子团队，这些子团队为整体团队协作做出贡献，并且如前所述，它只运行很短的时间。将PIRATE和SDSS组相互比较，可能增加PIRATE团队规模会导致更多的组内沟通。活动设计的另一个不同方面是同步和异步通信相互补充的方式。特别是，PIRATE观测期间进行的讨论是同步进行的。有可能，以这种方式参与的学生可能对项目中也包含的办公室工作的论坛讨论贡献较少。由于同步会议中的学生互动没有被分析，无法确定这是否对某些学生的参与率产生了影响。虽然我们无法区分这里给出的解释（即活动持续时间、团队规模以及学生专注于同步交流），但我们建议，这可以为组内沟通提供一个有用的衡量标准，并且团队活动的设计应尽量将这一指标降至最低。

接下来考察学生互动的性质，如第三节B2所述，我们的分析采用了一个层级分类方案，该方案在顶层将团队工作的组织方面（项目管理）与学习和发展以及纯粹社交（团队建设和社会交往）互动区分开来。这凸显了团队工作的一个方面，而在其他为论坛内容分析开发的分类方案中，这一点并未得到很好的区分。例如，在Zhu的框架[35]下，这种互动必须归类为“支架式教学”，而在Heo等人[36]开发的方案中，侧重于知识的社会建构的认知方面[37]，没有明显的与团队组织相关的类别。Biasutti[38]开发的方案确实有一个与“组织”相关的主题，对应关于任务执行的讨论。值得注意的是，该方案是像我们的工作一样，从扎根理论方法发展而来的。

在本研究的活动中，项目管理是学生互动的主要组成部分，约占三个活动中贡献的35%–40%。由于这种类型的活动在其他研究中没有被明确分类，因此与其他学科领域的比较范围有限。然而，Biasutti对小学在职和职前教师进行的在线协作活动的分析[38]发现，有16%到26%的互动属于此类性质。这一点以及团队工作这一方面在其他研究中缺乏显著性，表明本研究中的活动可能比在其他领域在线协作学习中需要更多的自我组织。高水平的自我组织与调查的性质（即受限于遵循科学程序并需要多个团队成员协同努力）一致，以实现其目标。需要进一步的工作来检验这一假设，但研究活动的学术背景（在我们的案例中，进行科学调查）对团队自我组织发生频率的影响将会很有趣。

在项目管理这一总体主题下，最大的子主题是“报告行动”和“参考同步会议”（通常是设立此类会议）。值得注意的是，这两个领域都不太可能特别有争议：它们允许学生基于自身可控的因素（分别为他们的贡献和可用性）参与讨论。我们建议，这种“低风险”的讨论可能对于吸引那些在线工作信心不足的学生很重要，尽管这同样是一个需要进一步研究的领域。

学生互动的另一个主要组成部分是学习和发展类别（占贡献的34%–43%）。从教育的角度来看，同伴学习尤其引人关注，有26%到38%的贡献属于这一领域。对PIRATE和SDSS项目的时间线分析（第三节B3）显示，通过讨论进行的同伴学习可以通过要求团队在团队工作的相对早期阶段对其工作做出重大决定来激发。对于PIRATE和SDSS项目，这些决定分别涉及目标和类星体样本选择。ROVER活动的相应特征是选择下一个目标岩石。这些决策点的存在凸显了支持活动的底层框架的重要性。重要的是，该框架不应过于规定性，并要求团队就如何推进其工作做出协商决定。正如SDSS项目的一名学生所述：“他们没有逐点告诉你该做什么，这很好，因为这样你就能与团队互动，你可以交流想法，说为什么不试试这个，或者你为什么不试试这个？”SD02（SDSS-D）这些重大决策点的一个特点是它们开放式的，因为没有唯一的最优“解决方案”。学生被告知在达成结果时重要的多个标准，而这些标准必须在新的情境中应用。这使得决策过程具有与在物理学和天体物理学中应用基于问题的学习非常相似的特征[39]。事实上，团队工作的这一方面被明确提及：“所以，它确实将我们带入了一个问题解决型的环境。”SE01（SDSS-E）虽然一些团队层面的决策（如目标和样本选择）是框架的一部分，但对论坛讨论的检查表明，随着工作的进展，进一步的挑战浮现。其中一些涉及整个团队，但可能也与一部分团队成员相关。这种涌现挑战的层级一直延伸到个人之间的交流层面。较高（即团队）层面的挑战似乎可能在建立一种文化方面发挥作用，这种文化允许学生感到与其个人理解相关的问题的讨论是一种有效且恰当的话语。我发现我的团队尤其——如果有人对某件事有困难，我们都愿意互相帮助。只需上线，上白板，然后像画出来，互相帮助并解释。帮助彼此理解物理等内容。这很好。PA01（PIRATE-A）存在待解决的问题并不能保证团队会采取支持性和协作性的方法来应对这些问题。在讨论计算机媒介通信可以在何种意义上形成学习发生的社区时，一个重要概念是“社会存在”。该术语由Short等人[40]引入，并由Gunawardena和Zittle[37]恰当地表达为“在媒介通信中，一个人被视为‘真实存在’的程度”，这也是我们在此采用的的定义。社会存在的概念后来由Garrison等人[41]在在线协作批判性探究的背景下进一步发展（这在性质上与我们这里考虑的团队活动有些不同；参见例如文献[42]）。正如Kear[43]所指出的，社会存在对于发展社区成员之间的信任和尊重很重要，这是有意义和富有成效讨论的前兆。

在上述论坛内容分析中，社会存在由“团队建设和社会”以及情感主题所代表。原则上，团队可以在没有任何此类贡献的情况下完成工作，然而这些贡献在三个活动中都出现了，且数量相似（约占16%–18%）。“认可他人”信息（属于团队建设和社会）尤其值得注意。这些通常由“报告行动”子主题（属于项目管理）触发。这种认可强化了个人的贡献被团队重视的观念，并似乎有助于形成共同事业的意识。尚不清楚这些贡献是支持性文化的原因还是结果。实际上，甚至不清楚文化是否由论坛互动所设定，因为所有活动都使用了同步会议，这些会议可能在定义社区文化方面发挥主导作用。然而，鉴于在SDSS项目中，在同伴学习最活跃的时间之前此类会议很少，这似乎不太可能。

到目前为止，我们只注意到各活动在实施上的差异。重要的是，空间科学（ROVER）和天体物理学（PIRATE和SDSS项目）团队活动在方法上存在明显差异，反映了这两个子学科之间有些不同的团队工作文化。这些差异的重要性在于，它们可能影响学生所视为其实践社区（CoP）力求模仿的专家表现[9]。正如第一节所述，在教育性团队工作环境中，没有真正的“前辈”，因此需要通过活动设计的一些方面建立一些实践规范。

ROVER活动侧重于快速分析科学和技术数据，以优化基于任务性科学调查的有效性。因此，它强调了科学家与工程师之间协作以实现这一目标的重要性，并明确关注有效的团队工作，包括一项活动前任务，其中学生阅读关于真实空间任务操作背景下团队工作的分析[44]。

另一方面，天体物理学活动（PIRATE和SDSS项目）则旨在进行和报告详细且严谨的科学研究。团队工作的必要性是基于它是进行深入科学调查的有效方式。随着学生开始参与团队工作，这种侧重点的差异持续存在。在ROVER任务模拟开始时，首席讲师充当团队运作的榜样和引导者。这种专家表现主要通过在同步在线会议中的参与来传达。该角色的一个重要方面是讲师拥有MSL操作经验，并利用现实生活中的例子和讲故事来加强模拟与真实实践之间的联系。随着模拟的进行，当团队开始自主运作时，讲师迅速减少参与。此外，该活动是模拟这一事实似乎并未减损其真实性，因为此类模拟演练在空间任务操作中扮演着重要角色，而学生们意识到这一点。

另一方面，PIRATE和SDSS项目更侧重于团队产出的质量，而非团队工作的卓越性，并且对后者的显式建模有限（注意，对于PIRATE项目，夜间值班天文学家确实充当专家指导，并可能成为获取数据的观测团队的潜在榜样）。相反，这两个活动的框架都强调团队协作的必要性，以完成生成预期产出所需的多个阶段和贡献。鉴于这些情况，我们认为这些项目的专家表现是通过示范性产出而非专家行为来暗示的。具体来说，学生被给予一份最终报告的例子，并且他们在工作中阅读的同行评议论文也被视为设定其团队产出的标准。这种方法的一个潜在弱点是，没有向学生明确展示导致产生此类产出的行为。正如访谈所揭示的，至少对于某些学生而言，被评估的个人进展报告在指导发展方面是有用的。这表明通过以个人为中心的评估任务来搭建团队活动，可能结合讲师的持续反馈，可以在发展团队协作技能以产生小组产出方面发挥宝贵作用。

ROVER和PIRATE活动依赖于远程操作设备，最后一个考虑因素是我们的研究中的活动如何更普遍地涉及远程实验室课程领域。关于远程学生实验室的文献综述试图将这种模式与动手实验室经验进行比较（[45–47]）。这种强调是否合理，被Corter等人质疑，他们于2011年建议“……未来的研究者可能希望考察如何通过改善小组的集体学习过程来实现教育目标，而不是争论特定实验室技术的相对优点”[48]。虽然已经开发了确实侧重于小组学习的教育活动，但这些活动通常围绕虚拟实验、模拟和可视化进行设计（例如CoVis [49]和Co-Lab [50]）。这本身未必是一个问题（ROVER活动是远程和虚拟的混合）。相反，一个更重要的因素可能是让学生参与那些反映专业科学家工作方式和成果的调查活动。ROVER和PIRATE活动是利用远程设备进行真实团队合作的例子。SDSS项目则通过研究数据库为学生实现相同的成果，这也反映了专业天文学家的实际工作方式。学生在真实情境中的互动——无论是高级动手实验室还是本研究中的分布式在线团队——对于形成作为实践科学家的身份认同而言，可能比任何特定使用科学仪器的工作模式都更为重要。

VI. 结论

本文描述的三项团队活动为天体物理学和空间科学的远程学习学生提供了真实任务。我们的研究重点在于描述参与特征、学生互动的性质以及学生报告的经验。

为了分析团队合作中的学生参与度（研究问题1），我们分析了团队论坛的发帖频率。我们引入了团队内个体参与差异的量化指标（记作 \(\chi\)）。从所研究的活动中可以看出，影响 \(\chi\) 的因素包括活动持续时间、团队规模以及同步与异步沟通之间的关系。我们建议，理想情况下，基于论坛交流的团队活动设计应尽量减小这一数值。

通过团队论坛的内容分析，我们对团队合作中学生互动的性质进行了研究（研究问题2），结果揭示了不同活动之间存在广泛的相似性。我们发现，与团队工作组织相关的交流量，与学习和技能发展相关的交流量相当。团队自组织通常不被视为在线协作学习中互动的一个显著特征，但在本研究所呈现的科学调查实践情境中，它似乎是一个重要特征。社会性质并有助于维持团队凝聚力的互动也在本研究的所有活动中出现。团队社区内的同伴学习被发现是学生与学习和技能发展相关互动的主要组成部分，并且这种学习是由团队为推进工作而必须做出的重大决策所激发的。这一发现强调了在此类活动中建立一个底层框架的重要性，该框架能够促使团队基于多重标准做出决策。

通过访谈，我们对在线团队合作的学生经验（研究问题3）进行了调查。学生们再次确认了与在线团队合作相关的已知挑战。具体而言，学生报告了对参与（所有活动）以及评估小组产出（PIRATE和SDSS）中贡献不均的焦虑，这突出了在设计和实施此类活动时需要持续关注这些领域。然而，学生们也表示，他们认识到在线团队合作可能带来的好处。尽管本研究中的三项活动结构不同，但在真实任务背景下，同伴互动和团队决策的共同特征都有助于促进个体学习和技能发展，而这些技能被视为专业科学家实践中的重要素质。