利用网络和计算机技术促进科学教育的协作

储　鹤

[摘要]目前科学教育界的协作现状不容乐观。2062科学教育平台利用网络和计算机新技术，借鉴软件行业和2061项目的经验，面向中小学科学教师提供协作研究方面的技术支持。并希望通过2062平台，整合科学教师社区的群体力量，建设一个开放、规范的科学课程资源库。

[关键字]网络：web2.0；协作；科学教育；课程开发；科学课程标准；2061

[中图分类号]G40-057[文献标识码]A[论文编号]1009-8097(2009)03-0074-04

一科学教育中协作研究的现状

中小学科学课程标准已经推出数年，新标准的修订工作也全面展开，众多科学教师也开始在新课标的基础上开发或调整自己的课程设计。但是，过重的教学任务使得单个教师很难有足够的时间开发出一个高质量的课程设计。所以，教师之间的合作、教师和教研人员之间的合作在课程开发中显得尤为重要。然而，我们在网络上进行的一项问卷调查表明，科学教师由于“教学任务太重”或“缺少这样的环境和机制”，彼此之间交流甚少。其他研究者也认为“研究者单独作战的多，有组织的少”。

网络是目前教师开展合作的一种重要途径，我们可以在网络上找到很多关于科学教育的论坛、网站和博客。但是，这些通用化的网络应用由于只能进行简单的信息发布和交流，很难开展深入的讨论和协作，因此出现了很多重复性的劳动，而且，这些通用化的应用也缺乏专门面向科学教师群体的专业化服务。

二来自软件行业的启示

计算机软件研发是一个高速运转并且飞速发展的行业，这离不开计算机软件研究人员对项目管理、软件工程和组织架构等方面进行的深入研究。通过对计算机软件行业的考察，我们可以获得很多启示。

不论在商业软件公司中，还是在开源软件社区中，软件研发过程都非常强调“合作”与“规范”。“合作”要求各个成员相互配合，为团队的目标而努力；“规范”要求各个成员的行为符合共同的流程和准则，确保团队正常运作。二者结合起来，就是“规范地合作”。下面作者以“文档”和“会议”为例子，分别说明什么是“规范地合作”。

1软件项目的开发过程包含若干阶段，每个阶段都要求产生一定的文档。文档不仅是一个阶段工作的成果，也是下一阶段工作的基础。对每一份文档，在其结构、版本等方面都应有严格、规范的定义，以确保团队中的每一位成员可以快速、准确地阅读文档。并且，所有成员在同一时间看到的是同一份文档，以避免出现因版本问题而导致的混乱。一些细致而且有效的做法可以使得“文档”真正成为团队成员之间跨时间、跨空间沟通的桥梁。

2会议是团队成员进行沟通和合作的主要方式，更需要遵循“规范地合作”这一准则。会议前会发出电子邮件，明确会议的议程、时间、地点、人员、角色安排、做决定的方式等等；会议中，会有一些规范的方法用于指导团队如何开展讨论，如何做决定等；会议后，一份会议记录会列出会议中做出的决定，以明确各个成员下一步需要开展的工作。在下一次会议中，各个成员首先需要检查上次会议安排的任务的完成情况，保证每一件事情都能及时完成。正是有了这些细致的做法，会议的效率才得以保证。

很多大型企业为了解决员工之间时空分散的问题，更是把这些“规范”通过企业内部的网络和软件加以固化，以保证这些“规范”得到有效执行。

计算机开源社区为了解决这样的问题，也开发了一系列工具，用来协调、加强彼此之间的合作。譬如：用于沟通的电子邮件列表，用于管理程序代码的CVS、subversion等版本控制工具，用于团队协作文档的在线文档系统和wiki系统，用于对外发布信息的blog系统，用于跟踪错误和其他反馈报告的bug trace。甚至还出现了一些网站，专门帮助团队开展网络协作，如Google code，Source forge等。最近十年，相对松散的开源软件社区贡献了很多高质量的软件，这些工具或网站在辅助和促进团队协作方面起到了不可或缺的作用。

我们要提高在网络上开展科学教育协作研究的质量，就需要借鉴这些来自软件行业的“合作”、“流程”和“规范”的方法，更应该将这些方法根据科学教育的需要，适当改造并通过工具或网站的形式加以固化。因此，针对中国科学教育行业开发一个知识管理系统是必要的，这样的系统可以比论坛、博客和wiki等通用平台提供更多的功能和应用。

三对2061项目的深入研究

美国科学促进协会发起的2061项目(我们没有翻译为2061计划，因为我们注意到2061是一个严谨的、系统化的、切实可行的项目，而不仅仅只是一个设想中的计划)是科学教育研究和改革的一个范例，我们的很多想法也来源于2061项目。

1989年出版的《面向全体美国人的科学》一书是2061项目的第一个里程碑，它给出了每个学生在高中毕业的时候在科学素养方面要达到的标准。有200多位来自各个领域的科学家、工程师参与了该书的编写工作，历时4年，为美国科学教育的改革奠定了基础。

1993年出版的《科学素养的基准》一书是2061项目的第二个里程碑，该书进一步给出了学生在各个年级段要求达到的目标，也就是分年级标准。来自实际课堂的教师是这个阶段工作的主体，他们在科学家和教育研究人员的指导下历时4年完成。《科学素养的基准》是团队协作的产物，该书的第二部分详细描述了这种协作开发的过程。

《科学素养的基准》的网络版本是一个成功的知识管理系统。2061项目将所有基准都纳入到一个标准化的计算机数据库中，这样可以及时更新基准的内容，也可以方便用户查找和引用基准，更为后续计算机工具的开发提供了必要的数据基础。

《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》这两个阶段的安排是2061项目管理中的特别之处，即：科学家负责制订K-12科学教育的最终目标，并给出了一些教学方面的关键性的建议；教师主导制订分年级目标，充分利用他们来自实际课堂的经验和研究成果。这种安排能最大限度地发挥科学家和教师各自的优势，并使他们处于一种互补的合作关系，而不是相互怀疑和指责。

在基准制订完成后，2061项目开始关注收集和评价现有的课程资源，而不是从头开发所有课程。事实上，由于地域、自然环境、种族背景等方面的差异，使得课程的设计必须要多样化；同时，多样化的课程又必须纳入到统一的科学课程标准中。2000年出版的《科学素养的设计》提出了一种可行的做法：课程开发人员从一个经过质量认证的资源库中提取若干符合当地条件的课程模板，一个计算机辅助工具对这些课程模板进行合理的排列组合，最终产生一份符合科学教育基准要求的科学课程计划。

尽管这样的工具现在还没有出现，但是我们已经看到了这种发展的趋势和基础。我们发现在全美科学教师联盟(NSTA)的网站中，所有的课程都标记出该课程所实现的

国家科学教育标准中的具体条目。有了这样的数据基础，可以开发出很多计算机工具。譬如：教师可以很方便地找到所有相似的课程，然后进行比较，并优化自己的课程设计；也可以实现上文提到的计算机辅助课程计划工具。

2061项目的每个阶段都需要大量教师和科研人员密切配合，各个阶段之间也需要相互衔接，一些里程碑式的书籍起到了承上启下的作用。在这些书籍的附录中列出的上百份来自实际课堂的研究资料，让我们认识到一份高质量的标准有其大众化的科学教育研究的基础。所以，我们提倡教师在实际课程中开展实证研究，并把其研究成果规范地发布到网络协作平台上，积少成多，逐步提高我国科学教育的水平。

产生于上个世纪八、九十年代的这些著作，很多沟通都依靠书信来传播。我们现在有了强大、便捷的互联网络的支持，更有利于协作研究的开展。但是，网络的力量越强大，我们越需要一个可以规范这种网络协作的计算机工具，以防止这种协作只是流于形式、简单重复。

四2062科学教育平台

基于上述论述，特别是在对2061项目的深入研究的基础上，我们提出了2062科学教育平台的理念和构架。我们提倡：

1)科学教师在科学教育研究和课程开发中需要相互协作；

2)利用网络协作工具，如Google“在线文档”，来促进和规范团队内的协作；

3)开发为科学教育定制的网络数据库平台，积累广大科学教师的工作成果，并促进彼此工作的重用。

1“在线文档”协作平台

Google的“在线文档”是一个专门为团队协作而开发的工具，在协同编写文档、版本控制、网络发布和安全性等方面，具备传统单机文档处理工具(如：MS Office等)不可比拟的优势。以前，我们需要通过电子邮件或聊天工具和其他教师共享我们的文档，其他教师修改之后再通过电子邮件或其他工具传回来。这种工作方式很有可以能引起版本问题：假设别人在修改文档的同时，你也修改了这份文档，这样就产生了两份不同的文档。当团队的规模再稍微扩大的时候，既要保证各个成员多样化的工作，又要维护文档的一致性，几乎是不可能的了。现在，我们只需要通过“在线文档”工具编写文档，协作方面可能出现的问题都由计算机和网络解决。两者之间不同的工作模式由图1和图2所示。当然，有了工具的支持，还离不开一定的“流程”和“规范”，只是这种“流程”和“规范”可以更方便地执行。

2科学教育的数据库平台

开发中的网络数据库平台包括两个部分：“课程库”和“基准库”。课程库中的课程需要指明该课程可以实现的基准库中的基准条目。现在大部分教师的课程设计都会在开头指明该课程的目的，但是如果不把这部分内容连同语义放入数据库的话，以目前的技术，计算机是很难做进一步自动处理的。

“课程库”用于收集、整理并规范目前已有的科学课程资源。课程库中的课程需要包括的资料有：

1)基本资料，课程的设计，以及实施建议等；

2)所能实现的科学课程标准中的具体条目，并按照实现的先后次序排列；

3)课程需要占用的时间，包括每一堂课的时间，以及建议的授课季节等时间限制；

4)管理其他教师的反馈和评论，通过一些工具，方便教师之间开展“规范”的协作。

“基准库”用于标准化地维护国家科学课程标准，并记录基准之间的依赖关系。基准库中的每一个基准都需要：

1)用一个字母和数字组合的标记来标识，方便教师查找和引用；

2)记录各个基准之间的依赖关系。譬如：在理解“月相盈亏”的概念之前，学生必须要理解“有的光来自物体反射原始光源的光”等概念。这种依赖关系体现了学生概念和能力发展的一般途径，也是设计和安排课程时要遵循的约束。读者可以通过科学普及出版社即将出版的《科学素养的导航图》一书得到这种依赖关系的直观表现。

我们希望通过上述两个数据库的建立，可以尝试重构出2061项目众多出版物背后的知识管理系统。

3具体应用

在上面这两个相互关联的数据库的基础上，我们可以开发一系列辅助工具和应用，以促进科学教师之间的协作，并提高科学教师的工作效率。以计算机辅助课程计划工具为例：教师根据自己所处的地理、环境、时间等约束条件，选择一些课程，作为某个年级或年级段的备选课程：计算机工具将教师选取的课程进行自动排序，使得这样的课程安排既能满足学校授课的时间约束，又可以最好地实现科学课程标准提出的要求；计算机工具还可以给出一些课程调整的意见(譬如：删去一些重复的课程以留出更多时间，或者加入一些课程以实现更多基准的要求)，并再次自动排序，得到更好的课程安排。图3是一个基于“课程库”和“基准库”进行课程安排的简化的例子。

五总结

类似其它社会性软件，教师之间可以相互评论和改进课程设计、基准、基准之间的依赖关系等众多内容，并且可以把这种协作方式和工作流程通过计算机软件简化并固定下来。我们相信，通过逐步积累每个教师的每个细小的实证性的科学教育研究的成果，最终可以实现一个高质量的科学课程资源库和科学课程基准，并促进每个科学教师的职业发展和中国科学教育事业的发展。