本科毕业设计（论文）

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通过增强现实科学实验室中的连接主义学习环境来提高科学素养

原文作者：Somsak Techakosit，Dr. Panita Wannapiroonb

Procedia-Social and Behacioral Sciences

摘要：本研究旨在:(1)设计在增强现实科学实验室中能够提高科学素养的连接主义学习环境;2)评估在增强现实科学实验室中连接主义学习环境对于增强科学素养的适用性。本研究分为两个步骤:1)设计在增强现实科学实验室中能够提高科学素养的连接主义学习环境;2)评估和验证增强现实科学实验室中连接主义学习环境对增强科学素养的适宜性。此研究采用有目的地抽样的方法抽取3名连接主义研究专家、2名增强现实(AR)专家和2名科学素养研究专家，共七名专家，且每位必须具有至少3年的相关研究经验。本研究把增强现实科学实验室中连接主义学习环境对提高科学素养的适用性的评估和验证表格作为研究工具，采用平均数和标准差进行数据分析。有研究结果表明，成熟的增强现实科学实验室中能够提高科学素养的连接主义学习环境有以下四个主要组成部分:1.1)学习环境的组成部分1.2)提高科学素养的学习过程1.3)环境的特点1.4)科学素养。2.1)9位专家对在增强现实科学实验室中用以提高科学素养的连接主义学习环境进行了评价和认证，总体适宜性被评为“most”。2.2)提高科学素养的学习过程的总体适宜性为“most”，2.3)环境特征的总体适宜性为“most”。

1.介绍

科学素养是指利用科学知识来识别问题，并得出基于证据的结论来理解和帮助做出关于自然世界和人类活动造成的变化的决定的能力(经济合作与发展组织，2003年)。根据PISA 2012的调查结果显示，泰国学生的科学成绩为444分，这低于经济合作与发展组织(经合组织)的平均水平，但三分之一(34%)泰国学生的科学素养高于国际平均水平(PISA泰国，2013)，这也表明了泰国公民在未来的竞争特性;因此，本研究有意于研究在增强现实科学实验室中能够提高科学素养连接主义学习环境。

连接主义是一种在数字时代描述学习的学习理论(George Siemens, 2006）在数字时代以学习理论为基础的学习过程是一个循环。学习者通过上网来分享和发现新的信息，然后学习者基于新的学习修改信念，并在网络中分享认知和搜索新信息(Rita Kop and Adrian Hill.,2008）。而分布在网络中的知识也鼓励人们学着去创建和访问这些网络，并进行基于经验与学习社区的互动(Downes, 2007)，这些行为比现有知识更重要(George Siemens, 2006)。在一个环境中设备和计算机之间的通信可以帮助学习者能够在一个有趣的环境中学习(Hye-jin Kim, Ronnie D. Caytiles，and Tai-hoon Kim, 2012)

连接主义学习环境是指通过建立连接节点或资源的网络，在技术的推动下在共享和发现新信息的过程中支持并激发学习的环境。

增强现实(AR)是虚拟现实(VR)的一种。虚拟现实(VR)是一种允许用户处于完全虚拟的环境中的技术。使用者无法看到周围的真实世界。相比之下，增强现实(AR)能让用户看到虚拟对象叠加在真实环境上(Ronald T. Azuma, 1997)。本研究通过对某科技中心博物馆外增强现实应用结果的研究，发现增强现实技术在学校环境中具有应用的潜力。同时，那些对增强现实应用感兴趣并尝试使用增强现实应用程序的学生能够理解更多的科学内容(Yelva C. Larsen, Hagen Buchholz, ConstantinBrosda, Franz X. Bogner, 2011)。Siemens, G.和Tittenberger, P.(2009)认为学习活动是强调解决方案的互动。同时 Knowlton(2003)认为基于问题的学习(PBL)是一种学生通过解决问题的活动来学习某一学科的教学方法。这个学习过程是基于问题的学习。而3C3R是一种专门为指导教学的设计者和教育者能有效地使用基于问题的学习来设计学习系统的方法，这个方法适用于各个层次的学生(Hung, W。, 2006)。3C3R由两个要素组成：主要组件和过程组件。主要组成部分包括内容、上下文和连接。过程组件支持主要组件，其包括与学习和解决问题的思维过程有关的研究、推理和反思。

2.研究目标

• 在增强现实科学实验室中设计能提高科学素养的连接主义学习环境
• 评估并验证增强现实科学实验室中连接主义学习环境对提高科学素养的适用性

3.研究对象

3.1群体和样本:

群体是连接主义专家，增强现实(AR)专家和科学素养专家。

样本：有目的的抽样3名连接主义专家、2名增强现实(AR)专家和2名科学素养专家共7名专家，且样本要求必须具有至少3年的相关经验的

4.研究方法分为以下两个阶段:

4.1 第一阶段：在增强现实科学实验室中设计能够提高科学素养的连接主义学习环境的步骤如下:

• 回顾有关学习环境和连接主义的相关文献，确定增强现实的连接主义学习环境
• 查阅有关科学实验室和增强现实的相关文献，确定一个增强现实科学实验室
• 对科学学习的相关文献进行综述
• 在用来提高科学素养增强现实科学实验室中开发连接主义学习环境的组成和特性，
• 向导师建议在增强现实科学实验室中建立能够提高科学素养连接主义学习环境，并根据导师的建议进行发展

4.2第二阶段:增强现实科学实验室连接主义学习环境对提高科学素养的适宜性评价步骤如下:

• 创建一个工具来评估在增强现实科学实验室中连接主义学习环境对提高科学素养的适用性，
• 向7位专家建议在成熟的增强现实科学实验室中开发提高科学素养的连接主义学习环境并对其进行适当的适宜性考虑和评估
• 发展在增强现实科学实验室中提高科学素养的连接主义学习环境
• 在一篇传统的文章中介绍成熟的增强现实科学实验室中提高科学素养的连接主义学习环境
• 使用均值(x)和标准差(SD）分析结果，评估在增强现实科学实验室连接主义学习环境的对提高科学素养适应性,确定5-point Likert量表的评估适当性比重的标准

5.研究成果

本研究结果分为以下两个阶段:

5.1 图1所示为增强现实科学实验室中以提高科学素养的连接主义学习环境的组成和特点，

图一 增强现实科学实验室的连接主义学习环境来提高科学素养，

成熟的增强科学素养的增强现实科学实验室连接主义学习环境主要包括以下四个部分:

学习环境的组成部分、增强科学素养的学习过程、增强科学素养的环境特征和增强科学素养。

1)增强现实科学实验室中用于提高科学素养的连接主义学习环境的组成部分包括以下五个组成部分:1.1)学习者：高中学生，一个单一的节点，每一个学习者都是基于独特的经历、感受、意见而具有个人知识的信息点，每一个学习者的目标是通过与其他节点的链接来扩展个人知识。1.2)辅导员：是教师如何根据情境和学习者的不同需求做出灵活的反应。老师们是小组的一员，应让学生发挥他们的创造力，并尝试自己解决问题。当老师为学生提供建议时，老师则应扮演顾问的角色帮助学生找到答案1.3)内容：当前高中的科学教学内容，包括上下文和适当的情境。1.4)增强现实实验室：通过AR科学实验室，利用科学学习的优势进行科学实验，学生了解并获得科学概念、科学探究能力、问题解决能力、协作工作能力、科学态度；1.5)网络：通过无线网络将教室内外的节点连接起来，通过社交媒体了解社会互动与协作。

2)提高科学素养的学习过程由以下三个部分组成:2.1)研究：通过寻找必要的信息来理解问题的过程，引导学生根据目的去学习预定的内容2.2)推理：通过研究和解决问题能力的发展来促进知识应用的过程2.3）反思：学习者在整个学习过程中呈现知识的过程。

3）增强现实科学实验室中的连接主义学习环境的特点包括以下四个部分：3.1)通过使用各种知识实验(实践)来刺激学习，以此获得科学探究技能、问题解决技能和对科学概念的理解3.2)通过连接网络，继续分享知识和获取新信息，促进协作，以获得协作技能。3.3)，通过科学技术来灵活地满足学习者的需求和能力来促进学习于对科学的态度，3.4)与将课堂内外的知识与他人联系起来(连接)，创建一个社区学习网络来继续学习和理解科学概念。

4)科学素养:具有科学素养的个人有以下4个要素:4.1)对科学概念和原理的理解4.2)用科学知识定义问题，用科学方法解决问题4.3)能够在日常生活中融合科学、数学和技术4.4)意识到自然界的多样性和统一性。

5.2第二阶段:增强现实科学实验室连接主义学习环境对提高科学素养的适用性评价与验证结果

九名专家对增强现实科学实验室中用以提高科学素养的连接主义学习环境的组成和特征进行评价和验证结果如下：

表1:学习环境各组成部分的评价结果

总体得分

4.69

0.06

大多数

表1显示了学习环境的组成部分的评估。专家对学习环境组成部分的适宜性评价为“Most”(x=4.69,S.D. = 0.06)。学习者、增强现实实验室和网络的适用性被评为“most”(x=4.71，S.D.= 0.49)。推动者的适宜性被评为“最大”(x=4.57, S.D. = 0.53)

表2 评价学习过程中提高科学素养的结果

表2展示了对提高科学素养的学习过程的评估。专家将学习过程对提高科学素养的适宜性评为“most”(x=4.57,S.D. = 0.14)。反映的适宜性被评为“most”(x=4.71，S.D.= 0.49)。推理的适宜性评定为“Much”(x=4.57,S.D. = 0.53)。研究的适宜性评定为“most”(x=4.43,S.D. = 0.53)。

表三评价学习环境特征的结果

Overall Scoring 4.82 0.14

Most

表3显示了学习环境的特点。专家对学习环境特征的适宜性评价为“Most”(x=4.82,S.D. = 0.14)。协作的适宜性评定为“Most”（x=5.00,S.D. = 0.00)。连接的适宜性评为“Most”(x=4.89,S.D. = 0.38)动手实验和灵活性的适宜性为“Most”（x=4.71,S.D. = 0.49)

表四科学素养个体特征评估的结果

表4展示了对科学素养个体特征的评估。专家将具有科学素养的个体特征的适宜性评为“Most”(x=4.54,S.D. = 0.31)；对科学概念和原理的理解，运用科学知识定义问题，运用科学方法解决问题，在日常生活中将科学、数学和技术相结合的适宜性被评为“Most”(x=4.71,S.D. = 0.49)。知晓自然多样性和统一性的适宜性为“much”(x=4.00,S.D. = 1.00)。

表五:环境面向实际应用的评价结果

表5显示了实际应用的环境。专家们将环境对实际应用的适宜性评为“much”(x=4.71,S.D. = 0.49)。增强现实科学实验室连接主义学习环境的实践特征的适宜性为“Most”(x=4.71,S.D. = 0.49)。增强现实科学实验室连接主义学习环境实用组件的适用性被评为“Most”(x= 4.43,S.D. = 0.53)和增强现实科学实验室联结主义学习环境对提高科学素养的适应性几乎被评为“much”(x= 4.43 ,S.D.= 0.79)。

6.讨论

对结果的讨论如下:

6.1专家对增强现实科学实验室中增强科学素养的Connectivism学习环境的组成部分和增强科学素养的学习过程进行的评估和认证，结果显示总体评分为“Most”，与提出学习环境是与特定发展需要有关的学习资源和活动的精心策划的集合的Catherine Lombardozzi(2014)一致，具体的开发需要如下:1)学习环境资源由以下五个部分组成:1.1）学习者；1.2)促进者；1.3)内容；1.4)AR实验室；1.5)网络；2)学习活动由三个部分组成:2.1)研究2.2)推理2.3)反思，这是3C3R模型过程的组成部分(Hung, W.， 2006)。

连接主义中的教师扮演了引导者、指导者

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