自主调节在线科学学习中多个外部表征的交互、协调与教学脚手架支持

《Smart Learning Environments》：Scaffolding self-regulated science learning with multiple external representations in online environments

　　

摘要

多个外部表征（MERs）对于学习抽象科学概念至关重要，然而关于其有效使用的证据大多来自教师指导的环境。随着在线和混合学习环境的扩展，学生在没有直接教师支持下如何导航和理解MERs仍有待探索。本研究旨在考察本科生在自主调节的探究式在线科学学习中如何与静态图像、视频和交互式模拟互动、解读和协调这些表征，并识别这些表征在何种条件下支持或限制概念理解。研究基于预测-观察-解释-评估（POEE）脚手架框架，采用以定性数据为主导的设计，涉及某澳大利亚大型大学的30名一年级科学学生，他们完成了两个在线学习模块（《热》和《相变》）。数据来自实时观察、屏幕录制和刺激回忆访谈。研究结果表明，MERs帮助学生纠正错误概念（例如相变中的分子连续性）、加强空间推理，并架起日常感知与科学解释之间的桥梁。在脚手架支持下，学生在跨可视化提取意义方面表现出表征流利性。然而，对熟悉表征的过度自信往往导致表面学习，而缺乏足够指导的开放式探索则导致认知过载和理解碎片化。模拟鼓励分子层面推理但需要脚手架来管理复杂性，而视频在传达空间深度和情境化分子行为方面更为有效。静态图像作为可访问的视觉锚点，澄清了抽象过程。研究表明，MERs在在线科学学习中的有效性取决于支持自主调节、缓解过度自信并平衡交互性与清晰度的教学脚手架。研究为设计支持独立学习中与MERs进行更深入互动的在线环境，以及理解预测和元认知监控在表征丰富的学习中如何运作提供了启示。