國(guó)外基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境比較研究論文
文章從基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境相關(guān)概念出發(fā)，在文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上，提煉了此類學(xué)習(xí)環(huán)境比較研究的分析框架，討論了分析框架的要素。
在分析框架的基礎(chǔ)上，將國(guó)外當(dāng)前基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境分為三類：主界面只含一種模型的學(xué)習(xí)環(huán)境、主界面含多種模型的學(xué)習(xí)環(huán)境、主界面含共享建模區(qū)的學(xué)習(xí)環(huán)境，并進(jìn)行了比較，討論了不同類型的學(xué)習(xí)環(huán)境在設(shè)計(jì)要素方面的特點(diǎn)，得出了異同點(diǎn)。從而提出了在面向不同的學(xué)習(xí)者和不同主題的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)和應(yīng)用策略，為我國(guó)相關(guān)研究提供借鑒。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)支持的學(xué)習(xí)環(huán)境也得到了不斷更新和發(fā)展，越來(lái)越多此類產(chǎn)品用于支持學(xué)生的認(rèn)知及其相關(guān)能力的培養(yǎng)和發(fā)展，尤其是各種基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，為研究者所關(guān)注和重視。大量研究顯示，基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境在教學(xué)中的應(yīng)用，不但有助于促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的學(xué)習(xí)，且能夠培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、推理能力、自我監(jiān)控能力以及合作學(xué)習(xí)能力等。[1][2]所以，基于這些優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外研究者開(kāi)發(fā)了大量基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境(Model-based Science Learning Environment，以下簡(jiǎn)稱MbSLE)，有學(xué)科專用型和學(xué)科通用型兩種。[3]學(xué)科專用型學(xué)習(xí)環(huán)境，如生物學(xué)科適用的BioLogica 和PlantMod， 化學(xué)學(xué)科適用的Connected Chemistry和ChemNet;學(xué)科通用型學(xué)習(xí)環(huán)境， 如ModelingSpace、Model-It 和 Belvedere。
除了適用學(xué)科的范圍有所不同外，由于設(shè)計(jì)要素的不同，學(xué)習(xí)對(duì)象也會(huì)有所不同，如STELLA對(duì)于高年級(jí)學(xué)生科學(xué)概念的學(xué)習(xí)有幫助;[4]與只含模型的學(xué)習(xí)環(huán)境相比，含有建模工具的學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的反思和調(diào)控能力更有幫助。因此，依據(jù)學(xué)科范圍、知識(shí)以及使用對(duì)象等的不同，不同的MbSLE在設(shè)計(jì)和使用效果方面會(huì)呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。作為教師，應(yīng)如何根據(jù)教學(xué)環(huán)境和影響因素，選擇適合教學(xué)的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境;作為開(kāi)發(fā)者或研究者，如何從已有學(xué)習(xí)環(huán)境中提取開(kāi)發(fā)要素，設(shè)計(jì)出對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)更有價(jià)值的學(xué)習(xí)環(huán)境。
一、相關(guān)概念的界定
計(jì)算機(jī)支持的科學(xué)模型是指借助計(jì)算機(jī)技術(shù)通過(guò)一定的表達(dá)方式對(duì)科學(xué)現(xiàn)象，尤其是抽象或復(fù)雜科學(xué)現(xiàn)象、過(guò)程、概念以及理論的一種模擬或概括。其特點(diǎn)是能夠最大程度地通過(guò)對(duì)科學(xué)現(xiàn)象機(jī)制、因果關(guān)系、功能等的體現(xiàn)，對(duì)科學(xué)現(xiàn)象及其相關(guān)概念進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測(cè)。科學(xué)模型能夠體現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象最為基本的屬性和特質(zhì)，體現(xiàn)要素之間的基本聯(lián)系。[5][6]在已有研究中，對(duì)計(jì)算機(jī)支持的科學(xué)模型進(jìn)行了不同的分類。本文將分類依據(jù)和相應(yīng)的類型進(jìn)行了歸納，見(jiàn)表1。
在MbSLE中，建模是一個(gè)重要的概念。建模是指建構(gòu)和產(chǎn)生模型的過(guò)程。研究表明，以形成、測(cè)試和修改模型為基本步驟的科學(xué)建模過(guò)程是科學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)重要方法，不同類型的模型的形成與建模工具密切相關(guān)，學(xué)生對(duì)于建模工具的使用和相應(yīng)模型的形成，可以表現(xiàn)學(xué)生對(duì)于概念理解的水平。因此，建模成為教師評(píng)價(jià)學(xué)生心智模型及其水平的重要依據(jù)。研究表明，建模不但可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的深度理解，還能促成其有意義學(xué)習(xí)
二、分析框架的形成
在文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上，本文將MbSLE的分析要素歸納為學(xué)科內(nèi)容、教學(xué)理論、設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及預(yù)期學(xué)習(xí)效果等四個(gè)方面。[13][14][15]通過(guò)對(duì)四個(gè)方面中不同內(nèi)容的分析，得出不同類型的MbSLE設(shè)計(jì)及其應(yīng)用特點(diǎn)。分析要素及其內(nèi)容見(jiàn)表2。
三、 基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)
環(huán)境的比較和分析
本文將國(guó)外MbSLE主要分為三種類型：主界面只含一種模型的學(xué)習(xí)環(huán)境、主界面含多種模型的學(xué)習(xí)環(huán)境、主界面含共享建模區(qū)(shared modeling workspace)的學(xué)習(xí)環(huán)境。依據(jù)分析框架，以下對(duì)這些學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行分析和比較，得出有關(guān)結(jié)論。
(一)主界面含一種模型的MbSLE特點(diǎn)分析
類型1中主界面一般只提供一個(gè)模型或一種模型，界面設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。類型1中的模型有直接模擬實(shí)物現(xiàn)象，也有模擬抽象事物，如數(shù)據(jù)等。本文選取PhET、WOW、APoME、Belvedere、Simquest和PlantMod，對(duì)這些屬于類型1的MbSLE進(jìn)行要素的分析。其主界面分別如圖1a~f所示。
由表3可知，類型1大多為單機(jī)型軟件，便于在無(wú)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下使用。在模型類型來(lái)看，類型1中以相對(duì)抽象的數(shù)據(jù)模型居多，因此，適用對(duì)象大多為高中生甚至高中以上年級(jí)學(xué)生。在模型的支持性工具設(shè)計(jì)方面，為增強(qiáng)模型的調(diào)控功能，大多設(shè)置可控制因素及其數(shù)值大小的操作工具，有些則結(jié)合數(shù)據(jù)輸出和輸入功能，為觀察實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供支持。
與其他由開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)模型的方式不同，Simquest為教師提供了自行設(shè)計(jì)模型的后臺(tái)工具，借助該工具，教師可以使用簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)模型及編輯配套的教學(xué)內(nèi)容，如問(wèn)題、前測(cè)等;另外，作為唯一一種含有建模工具的學(xué)習(xí)環(huán)境，Belvedere為學(xué)生提供了三種表征方式從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的建模工具，為不同學(xué)習(xí)水平學(xué)生的模型建構(gòu)提供了支持。研究者還為不同的學(xué)習(xí)環(huán)境提出了不同教學(xué)模式及策略，如應(yīng)用5E教學(xué)模式APoME，采用發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)理論設(shè)計(jì)的Simquest。從預(yù)期學(xué)習(xí)效果來(lái)看，類型1的設(shè)計(jì)特點(diǎn)向設(shè)計(jì)者和研究者傳達(dá)了一種信息，即抽象數(shù)據(jù)模型面向的群體為相對(duì)認(rèn)知水平較高的學(xué)生，已有研究表明，對(duì)于這些學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)，側(cè)重概念的深度認(rèn)知、培養(yǎng)其推理能力、批判性思維、數(shù)據(jù)管理能力、探究能力以及用系統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)復(fù)雜概念的能力。[16][17][18](二)主界面含多種模型的MbSLE特點(diǎn)分析
從上述分析也可知，類型1在使用上存在一定局限性，如適用對(duì)象、適用的學(xué)科范圍不廣;雖提供了一些支持性工具，但模型的可操作性不強(qiáng)，支持學(xué)生自主建模的設(shè)計(jì)不多。因此，此類MbSLE對(duì)學(xué)生自我調(diào)控、推理能力以及反思能力等方面的培養(yǎng)支持不夠，也不利于教師分析學(xué)生科學(xué)概念的形成和修正過(guò)程。從類型2的設(shè)計(jì)特點(diǎn)來(lái)看，此類學(xué)習(xí)環(huán)境的開(kāi)發(fā)在一定程度上彌足了類型1的不足，也體現(xiàn)了其特點(diǎn)。本文選擇該類學(xué)習(xí)環(huán)境的典型設(shè)計(jì)Co-Lab、 ModelingSpace、Model-It、NetLogo進(jìn)行分析。其主界面分別如圖2a~d所示，具體分析內(nèi)容見(jiàn)表4。
從類型2的性質(zhì)看，均為軟件，可以在無(wú)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下使用，且大多數(shù)可支持聯(lián)網(wǎng)后學(xué)生的合作學(xué)習(xí)。這些學(xué)習(xí)環(huán)境的共同點(diǎn)是主界面含多種類型的模型，且面向的適用對(duì)象和學(xué)科范圍較廣，絕大多數(shù)可以滿足不同年級(jí)水平學(xué)生的學(xué)習(xí)，尤其是中學(xué)階段學(xué)生的學(xué)習(xí)。
此類MbSLE強(qiáng)調(diào)建模工具在科學(xué)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，因此，在模型工具設(shè)計(jì)中，均設(shè)計(jì)了建模工具，使得學(xué)生能夠依據(jù)自身對(duì)概念系統(tǒng)的理解，建構(gòu)不同水平的模型，并運(yùn)行模型后再修改模型，在一定程度上有助于促進(jìn)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的分析、反思和自我調(diào)控，也為教師評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。部分設(shè)計(jì)則融入了漸進(jìn)式建模的觀點(diǎn)，支持學(xué)生模型建構(gòu)水平的逐級(jí)遞增，如Co-Lab和ModelingSpace，使得建模工具能夠面向不同認(rèn)知能力和建模水平的學(xué)習(xí)者。
如在ModelingSpace中，學(xué)習(xí)者可以建構(gòu)兩種形式的模型，一種為概念圖，屬定性模型，一種為結(jié)構(gòu)圖，結(jié)構(gòu)圖又分為定性結(jié)構(gòu)和定量結(jié)構(gòu)模型兩種;在Co-lab中，存量—流量圖變量之間的關(guān)系的描述也可以由定性和定量?jī)煞N來(lái)表征。類型2中支持性工具的設(shè)計(jì)也更為多樣化，融入了模型要素庫(kù)及共享建模區(qū)和聊天工具的設(shè)計(jì)，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)方式更為多元。如ModelingSpace中， 建模者對(duì)自己建構(gòu)的模型具有所有權(quán)，可以決定是否與其他學(xué)習(xí)者共享模型，如同意，其他人可以在此基礎(chǔ)上，對(duì)該模型提出修改意見(jiàn);[20]在Co-lab中，其構(gòu)成要素中增加了合作白板和建模白板區(qū)，聊天框及其聊天記錄查詢等工具，這些設(shè)計(jì)均為學(xué)生合作學(xué)習(xí)提供了有力支持。
所以，類型2的MbSLE設(shè)計(jì)特點(diǎn)，決定了其在科學(xué)教學(xué)的應(yīng)用中，除了有助于學(xué)生概念的深度學(xué)習(xí)外，在思維能力訓(xùn)練以及合作學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)方面更有優(yōu)勢(shì)。
(三)主界面為共享建模區(qū)的MbSLE特點(diǎn)分析
共享工作平臺(tái)是一種能夠使不同地點(diǎn)的人在用一時(shí)間一起工作或?qū)W習(xí)的設(shè)計(jì)方式，通過(guò)共享工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)來(lái)促進(jìn)實(shí)時(shí)在線合作是計(jì)算機(jī)支持的合作學(xué)習(xí)的一種重要途徑。[21]從上述分析可知，在MbSLE中，也融入了這種重要的設(shè)計(jì)理念，如Belvedere、Co-Lab 以及ModellingSpace。以下本文選取更為典型的含共享建模區(qū)的平臺(tái)進(jìn)行MbSLE分析：Cool Modes、Cacoo和 CmapTools。其主界面如圖3a~c所示。分析結(jié)果見(jiàn)表5。
由表中分析可知，含有共享建模區(qū)的MbSLE 設(shè)計(jì)有簡(jiǎn)單也有復(fù)雜。該類環(huán)境均強(qiáng)調(diào)不同類型的建模工具的使用，高年級(jí)學(xué)生側(cè)重定量建模工具的應(yīng)用，低年級(jí)學(xué)生則側(cè)重定性模型工具的使用。建模工具的設(shè)計(jì)大多比較簡(jiǎn)單，易于大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)并使用。在共享程度的設(shè)計(jì)方面，共享水平有高有底，有些能夠共享已有模型，有些則是共享建模的過(guò)程，且提供了多種合作學(xué)習(xí)的支持性工具，如共享聊天框以及共享文件夾等。
如Cacoo，該軟件不但提供了共享建模區(qū)，使得不同的學(xué)習(xí)者通過(guò)同一個(gè)建模區(qū)達(dá)到實(shí)時(shí)合作的效果，并且可以輔以聊天框，以便在建模過(guò)程中進(jìn)行交流、討論并對(duì)模型結(jié)果作出評(píng)價(jià)，有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的互評(píng)和反思。這種基于共享建模區(qū)的合作建模方式不但有助于促進(jìn)學(xué)生完成復(fù)雜任務(wù)形成專家導(dǎo)向的概念模型，更有助于提高學(xué)生的'反思和評(píng)價(jià)能力。
四、結(jié)論和啟示
(一)模型和建模工具的設(shè)計(jì)
1. 提供簡(jiǎn)單的建模方式
通過(guò)以上分析，本文總結(jié)國(guó)外MbSLE的建模方式主要分為三種，一種是以PhET和WOW等為代表的需編程人員針對(duì)特定學(xué)科、特定主題而設(shè)計(jì)的模型，是基于編程語(yǔ)言的建模方式。使用者較難依據(jù)自己需求修改并設(shè)計(jì)新的模型，因此，該類方法設(shè)計(jì)的模型種類也相對(duì)比較單一，更新慢，適用范圍較窄。第二種是以NetLogo和 Simquest 為代表的通過(guò)為教師提供模型編輯區(qū)，提供相對(duì)編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單的建模語(yǔ)言供教師建構(gòu)所需模型，并可編輯一定的教學(xué)內(nèi)容，是基于模型編輯區(qū)的建模方式。這種環(huán)境中往往還提供共享平臺(tái)或模型庫(kù)來(lái)幫助用戶上傳、存儲(chǔ)以及共享所建的模型，模型種類豐富，更新率高，但不適合建模水平較低的學(xué)生使用。
第三種是以Co-Lab、Cacoo、ModelingSpace和 Model-It為代表的通過(guò)提供面向?qū)W生的簡(jiǎn)單建模工具，并輔以所需的圖庫(kù)或符號(hào)庫(kù)等，以結(jié)構(gòu)圖的方式通過(guò)一定的關(guān)系來(lái)形成模型的設(shè)計(jì)，是基于建模工具的建模方式。這種建模方式更為簡(jiǎn)便、直觀，適合不同認(rèn)知水平的學(xué)生使用。這三種方式的建模難度層層遞減，從面向編程人員到面向?qū)W生，適用群體也進(jìn)一擴(kuò)大。第三種方式中除了提供簡(jiǎn)單的建模方法外，還為建模提供符號(hào)、圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)等，使學(xué)生從更為直觀的角度來(lái)理解概念系統(tǒng)的組成。因此，相對(duì)于前兩種，第三種建模方式更適合中學(xué)的科學(xué)學(xué)習(xí)，建議教師在日常教學(xué)中多選擇含有此類建模方式的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境。而對(duì)于教師自身，也應(yīng)適當(dāng)關(guān)注并使用第二種建模方式的學(xué)習(xí)環(huán)境，不但有助于增強(qiáng)自身的建模水平，更能為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)模型。
2. 使用結(jié)構(gòu)圖來(lái)表征模型
結(jié)構(gòu)圖對(duì)科學(xué)原理或概念的高度概括能力，使得其普適性較其他形式的模型表達(dá)方式更強(qiáng)。用結(jié)構(gòu)圖表征科學(xué)模型能夠加強(qiáng)學(xué)生推理、概念的深度認(rèn)知以及系統(tǒng)觀點(diǎn)的形成，[22][23]研究也表明，學(xué)生更容易通過(guò)這種方式表達(dá)對(duì)概念的認(rèn)知。[24]在這些結(jié)構(gòu)圖示的組成要素中，主要包括主體、變量以及變量與變量之間的關(guān)系。本文對(duì)上述學(xué)習(xí)環(huán)境涉及的結(jié)構(gòu)圖中模型的要素、要素的表達(dá)方式進(jìn)行了總結(jié)，見(jiàn)表6�？梢�(jiàn)，大多數(shù)結(jié)構(gòu)圖用特定的圖形或符號(hào)來(lái)表征概念系統(tǒng)中的主體、變量及其關(guān)系。
面向不同的使用者，設(shè)計(jì)策略不同。當(dāng)面向低水平學(xué)習(xí)者時(shí)，資源庫(kù)中包含更多能夠表征一定主體和變量的圖片、視頻以及動(dòng)畫(huà)等。在面向高水平的學(xué)習(xí)者時(shí)，資源庫(kù)則提供了不同種類的符號(hào)以及圖形等。在結(jié)構(gòu)圖變量關(guān)系的表征中，也使用了不同的符號(hào)，如直接用直線、直接加文字描述、直線加方程、直線加符號(hào)等。便于學(xué)習(xí)者依據(jù)自身能力，建立不同水平的模型關(guān)系。這樣的設(shè)計(jì)，也為相關(guān)研究者提供了啟示，即面向不同水平的學(xué)習(xí)者，認(rèn)知符號(hào)和表達(dá)方式的設(shè)計(jì)需要有一定的層次性，從具體到抽象、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從顯性到隱性描述的設(shè)計(jì)原理，為用戶提供一個(gè)更為靈活的學(xué)習(xí)環(huán)境。
(二)支持性工具的設(shè)計(jì)
支持性工具主要分為三種：支持控制和執(zhí)行模型的工具、支持學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的內(nèi)容設(shè)計(jì)、促進(jìn)學(xué)生合作交流的工具。[25][26]
1. 提供不同控制程度的模型支持性工具
在模型的建構(gòu)中，學(xué)習(xí)者主要通過(guò)改變模型要素，參數(shù)以及變量關(guān)系等來(lái)形成模型。在模型的形成中，通過(guò)模型建構(gòu)來(lái)生成模型的方式，變化性最強(qiáng)，由學(xué)習(xí)者全新建構(gòu)而成，對(duì)學(xué)生認(rèn)知水平和建模技能要求較高;附有因素控制的支持性工具的模型可控制性次之，如在類型1中，大多通過(guò)設(shè)計(jì)可控制按鈕使因素種類和大小改變來(lái)觀察模型的變化。
這些均屬于可調(diào)控模型的范疇，模型的要素大多已經(jīng)確定，變量關(guān)系也由計(jì)算機(jī)生成而非學(xué)習(xí)者定義，因此，這樣的模型對(duì)于學(xué)生的認(rèn)知水平和建模水平的要求相應(yīng)降低。而無(wú)調(diào)控工具的模型則適合教師演示和學(xué)生觀察，對(duì)于學(xué)生自主探究能力的要求降低。所以，在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)針對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)水平，選擇不同層次控制程度的建模支持性工具，便于學(xué)生觀察和控制各種模型。適當(dāng)對(duì)認(rèn)知水平較高的學(xué)生，提供相應(yīng)的建模工具，為鍛煉學(xué)生思維、促進(jìn)系統(tǒng)觀點(diǎn)的形成提供更為有力的支持。
2. 設(shè)計(jì)不同程度的共享工具
除其他支持性工具外，當(dāng)前國(guó)外MbSLE的最大特點(diǎn)是共享建模區(qū)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)使建模過(guò)程融合學(xué)生的討論、互評(píng)、自我反思等方法，[27]進(jìn)一步體現(xiàn)了基于計(jì)算機(jī)的合作學(xué)習(xí)的價(jià)值。在共享建模區(qū)中依據(jù)共享程度的不同，分為實(shí)時(shí)建模和非實(shí)時(shí)建模，實(shí)時(shí)建模往往表現(xiàn)為共享建模過(guò)程，非實(shí)時(shí)建模則表現(xiàn)為共享建模結(jié)果。實(shí)時(shí)建模是一種更為嚴(yán)格的共享方式，允許少量的合作者共同建模，技術(shù)難度較大。在ModelingSpace 和CmapTools中，建模主體為一人，其他學(xué)習(xí)者若想共享模型，則需提出請(qǐng)求。這種一個(gè)共享界面在固定的時(shí)間只能允許一人建模，是非實(shí)時(shí)建模的一種。而在Cacoo 和Cool Modes的設(shè)計(jì)中，建模過(guò)程和結(jié)果均可以和其他人實(shí)時(shí)共享，多個(gè)合作者可以在同一時(shí)間同一界面合作建構(gòu)一個(gè)模型為實(shí)時(shí)建模方式。與非實(shí)時(shí)建模方式相比，實(shí)時(shí)建模方式對(duì)于學(xué)習(xí)者的交流、合作能力提出了更高的要求，適合具有較高水平合作能力的學(xué)習(xí)者使用，教師在教學(xué)過(guò)程中需要介入更多的干預(yù)，以加強(qiáng)學(xué)生的配合。
3. 為教學(xué)提供內(nèi)容設(shè)計(jì)方法
在MbSLE中，除了基于模型的教學(xué)理論應(yīng)用外，其他教學(xué)方法和原理也滲透于教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和工具的使用中。比如，學(xué)生在使用Simquest時(shí)，該軟件會(huì)為學(xué)生提供一系列與模型內(nèi)容配套的學(xué)習(xí)內(nèi)容及其測(cè)評(píng)工具，如作業(yè)、反饋、前側(cè)和后側(cè)等。
[28]這種與模型緊密結(jié)合的學(xué)習(xí)內(nèi)容，本文稱之為聯(lián)結(jié)性教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì);另一種則是設(shè)計(jì)共享內(nèi)容，該共享內(nèi)容以獨(dú)立的模塊存在于該環(huán)境中，包括基本知識(shí)、技能、方法等，如WOW中為學(xué)生提供了基本概念、教學(xué)計(jì)劃以及數(shù)據(jù)收集和分析方法等，這些共享內(nèi)容的提供為學(xué)生科學(xué)探究提供了幫助，但是其內(nèi)容設(shè)計(jì)與具體建模活動(dòng)是分離的，本文稱之為獨(dú)立性教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì);除了教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)外，還有依據(jù)學(xué)習(xí)環(huán)境的要素特點(diǎn)，提供相應(yīng)的教學(xué)模式，如APoME的教學(xué)，研究者提倡通過(guò)5E教學(xué)模式，即按照參與(Engage)、探究(Explore)、解釋(Explain)、拓展(Elaborate)以及評(píng)價(jià)(Evaluate)等過(guò)程組成的模式來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容;Simquest則是依據(jù)發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)的方式來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容;Model-It的計(jì)劃、建構(gòu)和測(cè)試的科學(xué)建模程序?yàn)榻虒W(xué)提供了技術(shù)支持;在ModelingSpace中，漸進(jìn)式建模理論的設(shè)計(jì)，為不同學(xué)習(xí)水平學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了支持，有助于其模型水平的逐級(jí)提高。
利用這些教學(xué)理論，基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境可以更有效地為課堂教學(xué)服務(wù)。當(dāng)面向?qū)W生中心的教學(xué)情境時(shí)，基于模型的環(huán)境設(shè)計(jì)需要更關(guān)注學(xué)生的推理能力、自我調(diào)控能力以及反思能力的培養(yǎng)，建議使用聯(lián)結(jié)性教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方法，該方法也適用于低年級(jí)學(xué)生的使用。共享式的獨(dú)立教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)則更適用于高年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)。因此，建模工具和環(huán)境設(shè)計(jì)的教學(xué)原理之間的結(jié)合關(guān)系的確定，依據(jù)實(shí)際適用對(duì)象以及教學(xué)情境而定，教師在使用各種性質(zhì)的基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境時(shí)，應(yīng)掌握該環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)使用的教學(xué)理論，結(jié)合教學(xué)理論和課堂實(shí)際來(lái)設(shè)計(jì)基于MbSLE的教學(xué)內(nèi)容，使得該類學(xué)習(xí)環(huán)境能夠體現(xiàn)其應(yīng)有的價(jià)值。
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