Clicker系统：国外科学教育中的现状与启示

任红艳

(南京师范大学　教师教育学院，江苏　南京　210097)



Clicker系统：国外科学教育中的现状与启示

任红艳

(南京师范大学教师教育学院，江苏南京210097)

摘要近些年来，Clicker系统在国外大规模班级的科学教育中广泛应用且收效甚佳。论文回顾了Clicker系统的发展历程及其在科学教育中的应用现状，分析了Clicker与交互式学习、形成性评价及学生使用态度等的相关文献研究进展，指出了Clicker系统已经超越了其本身的“工具价值”，更为重要的是交互式教学方法的使用及有效概念类问题的设计，展示了信息技术与学科教学整合的有效途径。

关键词Clicker系统；交互式学习；形成性评价；学生态度

一、引言

自夸美纽斯提出班级授课制以来，至今已有几百年的历史。班级授课制因其改变了远古以来的低效率的个别教学法，仍然是国内外大中学校的一种极为重要的教学组织形式。然而，班级授课制也因为学生人数过多而导致诸多弊端，最为突出的一点就是无法开展师生之间、生生之间的有效互动，教学极易走向教师的“一言堂”，这种现状显然有悖于如今所提倡的“建构主义”教学理念。信息技术的发展对解决这个困境带来了曙光。在国外，Clicker已经普及到许多高校的课程教学中且收效甚佳。然而，此技术在国内的高校课堂中仍鲜有涉及。本文将在讨论国外高校教学中Clicker的应用现状的基础上，反思我国高等理科教育的课堂教学情况。

二、Clicker系统发展历程及应用现状

浏览相关文献，会发现很多类似名称，如课堂交流系统(Classroom Communication Systems，CCS)、个人回答系统(Personal Response Systems，PRS)、学生回答系统(Student Response Systems，SRS)、电子投票系统(Electronic Voting Systems，EVS)等。这些通常都可以被称之为Clicker系统。通常，该系统包括三个部分：无线发射器、接收器和相关软件。发射器和接收器都是硬件。发射器通过红外线或无线电信号跟接收器沟通，接收器进一步把结果输入教师的计算机通过相关软件进行处理，在计算机中提供即时的图表或数据。

近十年来，Clicker在高校课堂中的使用频率显著增加。在美国，包括哈佛大学等世界一流大学在内，已经超过1 000余所大学以及为数众多的中小学在教室中使用Clicker系统，普遍提升了大规模班级教学的品质与学习效率。据统计，至今已超过一千万个Clicker在不同年级及学科的教育教学领域中流通使用。随着其在教学实践中的广泛使用，与此相关的书籍、论文及素材等也都应运而生，如有专门介绍Clicker使用及其相关教学方法的书籍，有配套使用Clicker问题的教材和网站。Clicker已普及于大学物理的大规模班级教学中，其在大学化学教学中的使用位居其次。Stuart等发现在注重逻辑的科学课中使用Clicker的效果比在人文社会类课中的效果更佳[1]95-102。Clicker已经远远超出了技术本身的含义，更受人们关注的是由此技术而引发的一种教育革新。美国国家资源委员会(National Resource Council)就认为使用Clicker是教育中的一种极有前途的新趋势。

三、Clicker在科学课堂中的研究现状

(一)基于Clicker的交互式学习方式

小组交互式学习是交互式学习的一种重要形式，它是以小组活动为主体而进行的一种教学活动，在倡导“合作学习”和“学习者共同体”的教育理念之下，小组交互式学习已在各学科教学中广泛使用。Cooper和Hake等的研究结果都表示，当在科学课程中使用交互式学习方式时，学生对概念的理解显著增加[2-3]。Hake使用归一化增益(Normalized gain)来测量这种增加，即利用标准化测试比较课程结束后和课程开始前学生得分的提高情况。

但是，在大规模的班级教学中，小组交互式学习往往面临较大的困境。而Clicker技术为大规模班级中开展小组交互式教学提供了极好的平台。目前，较为流行的是哈佛大学Mazur小组结合使用Clicker技术而提出的一种称为同伴教学(Peer Instruction，PI)的方法(见图1)[4]。教师在课堂中以选择题的形式呈现相关概念类问题(Concept Test)，根据学生回答情况确定其对科学概念的理解程度，并确定教学步调：若正确答案不到30%，则需要教师重新进行概念教学；若正确答案占30%～80%，则就该问题开展小组讨论，然后请学生重新选择答案；若正确答案占到80%以上，则不再组织讨论，而直接提示学生可能存在的错误概念。Crouch和Mazur认为若约有50%学生在首次回答时为正确，则可视该问题为有效概念测试问题[5]。其研究发现，利用PI教学的力学概念测试(Force Concept Inventory，FCI)的归一化增益达到0.49～0.74之间，而未使用PI教学的约为0.25。Fagen等对384名使用PI教学方法的教师进行调查发现，303名教师表示一定会继续使用该方法，只有7人表示不再使用该方法[6]。

图1　PI教学方法流程示意图

最近，其他学校研究人员也开始使用或提出一些学生交互行为的教学方法。麻省理工学院的Dufresne和Gerace提出了一种“Assessing-to -Learn(A2L)”的教学方法[7]，Beatty等称之为“Question-Driven Instruction”[8]。学生首先开展小组讨论后回答问题，然后再开展全班讨论。使用此教学方法的问题往往包括三个方面的目标：内容目标、过程目标和元认知目标。Boyle和Nicol，Nicol和Boyle通过问卷和访谈等方式调查了同时使用过PI和A2L这两种教学方法的学生的感受，结果显示PI更受学生欢迎[9-10]。这或许是由于A2L教学方法对教师的管理水平、学生的讨论深度以及问题的设计梯度等都提出了更高的要求，使其离传统教学法距离更远而不能被轻易接受。同时研究还发现，新近使用Clicker的教师也更加容易接受PI教学方法。Deslauriers等在大学普通物理大班教学中开展了传统教学方法和基于Clicker的小组合作教学方法的对比研究，进一步印证了基于Clicker的小组合作教学方法的有效性[11]。

值得注意的是，vanDijk等比较了不同学生组(变量：是否使用Clicker；是否使用PI教学)的教学效果，发现使用Clicker和PI教学方式的学习效果最佳，但使用PI教学方式的学生对概念的理解程度也比仅使用Clicker而无交互式学习学生的概念理解更加深刻[12]。由此可见，真正促进学生深度学习的是PI教学方式而非Clicker技术本身，但正是Clicker技术才使得PI教学方式得以在大规模班级中有效使用。

(二)基于Clicker的形成性评价

21世纪，大多数研究聚焦于科学课堂中的形成性评价和合作学习。形成性评价(Formative evaluation)与总结性评价(Summative evaluation)不同，前者是通过诊断教育方案或计划、教育过程与活动中存在的问题，为正在进行的教育活动提供反馈信息，以提高实践中正在进行的教育活动质量的评价。Clicker技术由于其极为便捷与形象的实时反馈功能而为在大规模班级教学中开展形成性评价提供了条件。

以往，大规模班级教学往往因教师“独白”而倍受批判。教师根本无法知道学生是否理解相关概念，其课堂教学节奏和深度只能凭教师自身经验进行调节。这种没有师生间多向交流的讲授式教学往往导致很多学生丧失学习兴趣，而且注意力也因单调的讲授而极易分散。Stuart等的研究早已证实，大学生的注意力会在上课20分钟左右急剧下降[13]。Hoag等研究表明，利用Clicker开展的交互式学习则有利于提高学生的注意力[14]。Horowitz对工业培训课程的学生使用Clicker的情况进行了观察，亦发现使用Clicker的学生的注意力更加集中[15]。另外，James研究了不同计分方式对学生合作水平的影响，发现若给错误回答也给予同样分值，即对学生的所有回答都给予奖励，学生的合作程度和学习效率会更高[16]。另有研究发现，若能匿名使用Clicker，则更有利于鼓励学生自由表达思想，排解因其可能的错误回答结果而产生的恐惧心理(对个性内向的学生更有帮助)，有效降低学生的紧张情绪以及对新技术的排斥。同时，全班学生的回答结果可以被快速计算并以饼状图等直观呈现，每个学生都能及时知道各个答案在整个班级学生中所选的比例，能够主动检查自己的答案并与班级同学进行比较。即学生可以知道其在班级中所处的位置，从而激发其学习动机。此外，利用Clicker技术还能增加班级同学间的友情，在课堂中经常可以看到全班同学因回答全部正确而欢呼雀跃的情景。

形成性评价只是提高学生学习的第一个环节。通过形成性评价，可以帮助师生了解当前学生认知结构中的已有相关知识并激活其先前知识，使其处于工作记忆中以备新知识的建构。然而，仅仅知道学生是否理解概念还无法促进其学习，更为重要的是要对学生的形成性评价的结果给予有效反馈。即针对学生头脑中存在的一些前概念或者错误概念，继续给出相适应的问题或者提供相关的教学素材促进学生深度思考，从而帮助学生进行概念转变；或者利用工作记忆中的先前知识作为基点的“锚”来建构新的知识，进行有意义的学习。Stuart等提出了一种即兴教学(Contingent teaching)的教学方式[1]95。这种教学要求教师有极高的临场应变能力、厚实的学科基础和优秀的学科教学论素养。因此，教学中使用的问题更多来源于教师课前的精心设计和准备，以保证问题的科学性，同时也节约了课堂教学时间。

(三)基于Clicker技术的学生使用态度调查

在课堂中，学生是使用Clicker的主体。学生对此技术是否持正面态度将直接决定其在教学中所发挥的作用。为此，有不少学者就学生对Clicker技术的态度进行了大规模的调查，其结果表明大部分学生喜欢在课堂中使用Clicker。

Johnson研究发现76%的牙医专业学生认为使用Clicker可以巩固课堂所学的概念；DeBourgh调查发现66%以上的护理专业学生感到Clicker有助于提高考试成绩；Patry在两年内对516名心理学专业大学生使用Clicker态度进行了两次开放性问题的调查，大部分学生认为Clicker的“最大优势”从高到低分别是：有助于理解课程内容，有助于考试的复习和准备、课堂中的及时反馈，有利于提高注意力和参与程度以及学习兴趣的激发等；而学生认为关于使用Clicker的最大弊端依次为：价钱略为昂贵，使用技术难度，出勤率问题(有时忘记携带Clicker)等[17-19]。Bunz的调查发现，绝大部分学生认为使用Clicker比使用答题卡(Flip card)等更加有趣[20]。Draper和Brown，Trees和Jackson对科学课程和人文课程的学生使用Clicker现状进行了调查，发现不同学科学生对使用Clicker的态度并无差异，即不同学科学生都感受到或认为使用Clicker对其成绩有正面影响[21-22]。

但是需要注意的是，尽管大部分学生看似接受Clicker技术并对其持有积极的认识情感，但这并不意味着只要使用Clicker技术就能有效促进教学。目前，关于Clicker技术对学生学习效果影响的研究结果仍然存在较大差异。有不少研究结果表明Clicker技术的使用对教学具有正面促进效应。例如，Poulis等对化学、物理和工程专业五千余名学生的各种课程学习分析发现，使用Clicker学生的通过率是要比未使用Clicker学生的通过率显著增加[23]；Hall等观察在普通化学课程中使用Clicker的学生成绩有显著提高[24]。但是，并非所有研究结果都是表明Clicker对教学效果的影响是显著的。Paschal、Kennedy等和Bunce等分别对心理学、计算机专业以及护理专业学生的相关测试结果发现使用Clicker技术并未发现显著进步[25-27]。Lasry比较发现，使用答题卡和Clicker对物理教学亦无显著差异[28]。由此可见，Clicker技术本身并不一定能够提高学习效果，仅凭学生对新技术的一腔热情也不一定能够提高学习质量。正如前文所述，只有当Clicker技术与适当的教学方法(如PI等交互式教学方式)相结合使用的时候，其优势方可凸显。不难看出，交互式教学方法及与Clicker配套使用的概念类问题的设计等显得尤为重要。因此，教学实践中要必须确立“价值理性”的合法地位，使“价值理性”引导“工具理性”，在“理性认识”与“实践操作”的张力中逐渐减弱甚至消除两者之间的隔阂，并促进两者的协同发展。

四、结语

早在20世纪60和70年代，类似于Clicker的教育技术就曾出现于美国的高校教学中，但其未能持久。回顾当时的教育，以行为主义理念盛行，使用Clicker技术后的反馈教学的缺乏无疑是导致其销声匿迹的主要原因之一。直至最近十年来，Clicker技术重新出现并风靡于美国很多高校的大规模课堂教学中。这种技术的再次兴起和成功应归功于当前推崇的建构主义教学理念，即认为学习不是传递和灌输知识的过程，学生不是信息的被动吸收者，学习的本质是学习者主动积极的建构过程。教师要充分意识到并利用学生的差异，向学生提供讨论和交流的情境与氛围，鼓励学生开展合作学习。基于“价值理性”的Clicker技术更关注高质量概念类问题的设计、积累与使用，方可使传统的课堂组织形式发生改变，使大规模课堂教学中的形成性评价和及时性评价成为可能，使师生关系更加平等，学生成为教学的真正主体。Clicker技术呼应于建构主义教学需求的重现，再一次凸显了信息技术与学科教学之间有效整合的途径、方式和力量，更是当今“互联网+”教育的新形态下促进教育信息化和现代化、提升高等教育质量的可行举措。

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(责任编辑李世萍)

收稿日期2015-11-02资助项目教育部人文社会科学研究规划青年基金项目“化学教学专家系统的设计与开发”(项目编号：09YJC880054).

作者简介任红艳(1976-)女，浙江宁波人，副教授，博士，主要从事科学课程与教学论研究.

中图分类号G649

文献标识码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