基于nQuire平台的科学探究学习研究

白现萍 王 珺



基于nQuire平台的科学探究学习研究

白现萍 王 珺

（南京师范大学教育科学学院，江苏南京210024）

nQuire科学探究平台由英国开放大学和诺丁汉大学联合创办，是英国开放大学教与学研究项目的主要研究成果，它以严谨的科学探究过程、成熟的协作交流平台和优秀的探究项目等优势，为科学探究学习提供了较好的支持。文章结合建构主义学习理论，对nQuire平台的研究背景、特征以及它对探究性学习的支持等进行了剖析。最后，文章为我国探究性学习平台的建设提出了以下建议：引入仿真的探究环境，为学习者的探究过程提供支架，扩展协作交流平台和增加权威的探究资源。

nQuire平台；科学探究过程；建构主义学习理论；科学探究环境

引言

在信息化时代，利用网络平台进行探究性学习是一种较为重要的方式。探究性学习是教育界提出次数较多的学习方法。科学探究是获取科学知识的基本方法，是不断地发现问题，通过多种途径寻求证据、运用创造性思维和逻辑推理解决问题，并通过评价和交流达成共识的过程。科学探究的一般过程是提出问题和假设，设计研究方案，获取证据，分析和处理数据，得出结论，评价和交流[1]。科学探究性学习是一种较为有效的获取科学知识的方法，在探究过程中以问题为学习情境，激发学生的学习动机，培养学生的想象力和创造力。传统的学习材料和学习方法无法满足科学探究活动的需求，需要将科学技术与知识结合起来，创造数字化的学习资源。在技术的支撑下，学生自由地开展探究，可以取得更加有效的学习。

在此背景下，国外出现了许多探究性学习平台，如Co-Lab、nQuire、Vient和WISE等。2013年9月由Nominet Trust资助、由英国开放大学和诺丁汉大学联合创办的nQuire科学探究平台（如图1所示），是与开放科学实验室合作，针对中学生创建的科学探究学习环境[2]。Nominet是世界上最大的网络注册机构，其与国家和国际组织密切合作研究出能使互联网更好、更安全的方法[3]。Nominet Trust是由Nominet于2008年1月创建的一个独立的慈善基金会，旨在创建能够极大地利用网络积极作用的项目，这些项目能够改善互联网的访问功能、增加网络的安全性，且对人们的生活和交流产生重大影响[4]。本文分析了nQuire平台的相关研究以及特征，并与国内的平台进行对比，旨在为我国探究性学习平台的建设和研究提供参考。

图1 nQuire首页界面

图2 nQuire平台上探究月球岩石项目的探究过程

一nQuire科学探究平台及其相关研究

nQuire科学探究平台提供了完整的科学探究路径，帮助学习者在真实的科学环境下使用正确的探究方法进行学习。nQuire平台提供的探究主题的神秘性可以激发学习者的学习兴趣，主题与自身生活相关，可将学到的知识运用到实际生活中。nQuire平台具有协作交流功能，有专家和同伴学习者对探究主题进行评价、交流。该平台提供完整的科学探究方法，激发了学习者的学习动机；提供的学习交流平台，促进了知识的意义建构。整个平台体现了建构主义学习理论的基本观点，即情境、协作、会话和意义建构。国内的一些探究性学习平台，如北京师范大学网络实验室开发的WebIL、清华同方思科系统有限公司开发的研究性学习网络平台、北京育英网络有限公司开发的K-12研究性学习平台等，与国外的探究性学习相比还有很多不足。国内的平台虽然对探究性学习的开展和实施产生了一定的积极作用，但是仍存在着欠缺：如信息收集和处理能力相对贫乏、选题方式单一、交流和合作方面存在不足、学习评价单一[5]。谢绍平[6]在关于国外探究平台Co-Lab的分析中发现，国内平台的探究性较弱、缺乏对建模活动的支持和协作交流不完善。较为突出的是对于探究活动设计没有进行深入分析，还未形成完善的探究活动步骤模块[7]。还有研究者总结出国内探究平台的思维引导较弱、探究活动支架较少、对交流讨论的关注较少、缺少相应的项目编辑模块和成熟的评价系统[8]。总结以上研究成果，可以发现国内探究性学习平台有以下特点：探究过程不严谨、支架较少不精细、协作交流效果较差和探究资源相对贫乏且不权威等。

国外对于nQuire科学探究平台的研究较多，其中比较典型的是以英国开放大学的Sharples为首在nQuire平台上开展的一系列实验研究。Paul等[9]描述了nQuire的发展，并结合不同身份的探究者和实例分析了该平台在探究性学习中的作用，给出了未来发展的建议。以平台中较为成熟的项目“Healthy Eating”为例，探究具有一定规则的学习工具——nQuire平台在正式和非正式的学习环境中对探究性学习的影响，结果发现nQuire平台在两种学习环境下均能促进学生探究性学习的产生，且形成了一系列的探究步骤模型[10]。国内的相关研究较少，如高强[11]在科学发现学习环境设计研究中对nQuire进行了简单描述，钟士军[12]在研究高中物理探究学习工具设计中提到nQuire是一种指导个性化探究学习的软件。该平台是将教、学、管统一，并完成相关管理工作，把教学与科研有机结合的综合性平台[13]。孙丹儿[14]在研究中学阶段学生科学学习的探究式学习环境中，主要介绍了nQuire的科学探究步骤，体现了nQuire为教师和学生提供了基本探究的脚本功能，但对于nQuire的其它版块没有进行详细的介绍。总结国内外文献，发现国外对于nQuire的研究涉及面较广且研究较深，而国内的研究贫乏且多为简单描述，其中孙丹儿的研究较为典型。下面本文将针对nQuire的具体特征进行详细分析，并加以总结。

二 nQuire科学探究平台的特征分析

建构主义学习观认为，学习不是由教师把知识简单地传递给学习者，而是由学习者自己建构知识的过程。学习是学习者主动建构意义，借助他人的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得[15]。建构主义学习理论强调创建与学习相关的情景和学习中与同伴的协作交流，nQuire科学探究平台按照科学探究的标准预设学习步骤，为学习者创建一定的学习环境，有利于对知识的意义建构。该平台为学习者提供论坛，供其进行合作交流，在相关的论坛中分享学习材料，以小组的形式进行合作，通过协商讨论完成学习任务。

1 仿真的学习探究环境

nQuire平台与开放科学实验室合作，针对中学生创建科学探究学习环境。开放科学实验室是由英国开放大学主办、欧胜微电子（Wolfson）资助。该实验室旨在为创新性实用科学教学开发能进行在线实验的国际虚拟实验室[16]。虚拟仪器、交互式屏幕实验和3D沉浸式环境变革了真实的学习体验，使学习者像真正的科学家一样进行实验。在较为严格的探究指导下，开放科学实验室将会调动学习者的学习兴趣并引导其进入科学的世界，进而提高学习者的科学素养。

建构主义学习理论强调学生在真实或者类似于真实的学习环境中学习。在一定的学习情境下，学习者的主动探索能够促进新旧知识的结合，激活思维和创造力，提高学习者独立解决问题的能力。nQuire平台所提供的探究环境，与学习者所学知识密切结合，符合建构主义学习理论的基本观点。

2 严谨的科学探究过程

知识的获得并不是简单地将知识传授给学习者，而是学习者在一定的学习环境中通过自主探究发现而有意义地构建的。严谨的科学探究步骤是科学工作顺利进行的前提，科学家遵循这样的步骤进行探究活动，便于对所观察的现象进行科学的分析和论证，进而产生可信的结果。然而，一般的学习者尤其是毫无科研经验的中小学生，他们没有成熟的研究套路，若不加以指导，他们搜集资料、分析数据的方法等可能并不科学，产生的结果也毫无价值。针对这一现象，nQuire平台提供了完整的模拟科学调研训练的步骤，学习者不需要具备与调查项目相关的专业知识，只要按照科学家所遵循的规范步骤进行探究，就可获得一般科学探究过程的学习体验。此外，nQuire还提供了部分可灵活进行自由组合和改变的调查步骤，以帮助学习者形成有自己特色的研究。

nQuire平台为学习者提供了两种探究方式：参与首页上已有的优秀研究项目和学习者自己创建研究项目。nQuire平台提供的一般科学探究步骤为：确定主题、发现问题、寻找解决方法、收集数据、分析数据、得出结论，且每个步骤都附带相应的探究活动，学习者根据调查主题的不同对项目的步骤进行合理的添加和删除。nQuire平台在学习者自由创建项目的同时，为学习者提供了严谨的探究步骤，规范了探究过程。这样既激发了学习者主动学习的动机，又教会了学习者科学探究的方法。

3 成熟的协作交流平台

协作交流是建构主义学习理论的观点之一。协作应该贯穿于整个学习活动过程，包括指导者与学习者之间、学习者与学习者之间的协作；交流是协作过程的基本环节，协作学习的过程就是交流的过程，使每个学习者的想法为整个学习群体所共享，从而推动学习者的学习进程。

论坛是nQuire平台提供的交流空间，主要分为三个版块：①与平台相关的论坛。学习者可以根据使用平台中遇到的技术和操作方面的问题进行提问。该平台的管理者会给与及时的解答和帮助，这样能够保证学习者顺利完成探究活动。②探究项目相关的论坛。在论坛中学习者针对研究项目提出疑问和交流心得，论坛中的专家可以帮助解决问题；nQuire平台以学习者自由探究为主，合作交流在自主学习过程中占重要地位，问题的及时解决可以激发学习者的学习动机；通过了解他人的学习进度可以起到自我监督的作用；在论坛中与其他学习者进行争辩和交流，可推动对研究项目的拓展性思考。③与科学相关的论坛。本版块为学习者提供与科学相关的最新信息，方便学习者寻找感兴趣的调查主题，与此同时也提高了自身的科学素养；该论坛还提供一些最新的科学研究方法，以供学习者参考，确保科学探究活动顺利进行。

4 优秀的探究项目

nQuire平台提供了各种成熟的探究项目。学习者可以直接按照上面的步骤进行探究，节省了再创建新项目的时间。围绕这些项目，已有学习者公布了自己的探究主题、过程和结果，为初学者进行科学探究提供了支架，提高了探究学习的质量。nQuire平台中已经成功发布了6个项目，其中“探测月球岩石”项目是nQuire平台与开放科学实验室合作创建的比较成功的案例；再加上该项目具有一定的神秘性，可激发中学生的学习兴趣，故本研究对此案例进行分析。

地球和宇宙是初中科学课程的主题之一，了解宇宙中存在不同层次的天体系统，体会宇宙的奥妙，可逐步建立自然界的整体性、层次性和系统性的科学思想观念[17]。在收集资料、观察和讨论中，激发学生对于天文现象的兴趣和求知欲，引导学生形成科学的宇宙观。nQuire平台中的“探测月球岩石”项目的研究过程如图2所示。该项目在平台提供的基本探究步骤的基础上加以修改，可分为7个步骤：挑战、观看样本、决定问题、计划方法、检查样本、分析数据和得出结论，步骤成圆环状可循环进行。调查可以从任何一个阶段开始，并且每一阶段都建立在前一个活动的基础上。虚线代表了阶段之间的依赖关系，如分析数据阶段需要检查样本阶段收集到的数据为支撑，还需回顾计划方法、决定问题、观看样本和挑战这几个阶段的知识。

建构主义学习理论是探究性学习的基础理论之一，创建与学习相关的情景和学习中的协作交流是其主要观点。“探测月球岩石”项目深入贯彻了这两个观点，且其探究过程能够激发学习者的学习动机，学习科学探究方法并培养科学探究能力。①创建学习情境。项目的研究对象并非日常所见，学习者不能亲临观测，故较难确定探究问题。nQuire平台与开放科学虚拟实验室合作，创建较为真实的学习环境。在真实情境中探究发现的知识可促进新旧知识产生联系，加强新知识的理解；②协作交流。项目中创设相关的论坛，供学习者进行交流和协作。论坛中学习者可以分享研究成果，评价其它的研究项目，提出疑惑，有相关领域的专家解答；③激发学习者的学习动机。科学探究学习要求学习者进行自主探究，在整个学习过程中占据主体地位，故激发学习动机是探究项目顺利进行的关键。该项目的探究主题是月球岩石，主题充满神秘性，可激发学习者的学习兴趣；④培养了学习者的科学探究能力。自主学习过程中掌握相关的科学探究方法至关重要。向学习者设下挑战，参考系统提供的科学探究方法和数据分析策略，按照步骤了解研究对象，提出问题，寻找探究方法，收集数据，分析数据，进而建构相关的规律和原理，掌握科学探究方法，从而提高科学探究能力。

5 科学的数据收集和分析方法

nQuire平台引导学习者数据收集的方向，可以避免在收集数据中做无用功。提供的数据分析方法确保了数据结果的有效性，对初学者而言，可减少寻找正确数据分析方法的麻烦。“探测月球岩石”项目的一个案例主题是“比较灰尘颗粒和岩石的不同”，其中“观看样本环节”阶段需要对4种样本（如图3所示）进行深入的探究。学习者按照系统提示，从样本的快照、大小、颜色、透明度和晶体形状等方面进行分析。在进行数据处理时，nQuire提供了常见的分析方法，并将数据进行图形或者图表可视化，以便于结果的分析。例如，在“我的饮食健康吗？”这个项目中，将学习者日常饮食中所含的物质成分与个体标准的摄入量以柱形图的形式描绘出来（如图4所示）。

图3 探测月球岩石项目中观察的四种样本

图4 我的饮食健康吗？项目中数据分析

6 权威的科学探究学习资源

官方的学习资源是进行科学探究的前提。前期调查资料的权威性增加了调查结果的信度，正确的科学知识和科学探究方法有助于建立正确的科学观念。nQuire平台由英国开放大学和诺丁汉大学联合主办，这两所高校为平台提供了权威的教育观念和严谨的科学探究步骤。

在“探测月球岩石”探究项目中，关于样本和月球岩石的更多信息可以链接到月球和行星研究所和国家航空和宇宙航行局网页上。关于岩石样本的学习，可以进入由英国开放大学和国家航空和宇宙航行局（NASA）联合承办的虚拟实验室（如图5所示），该实验室为学习者提供了虚拟的科学探究工具，如利用虚拟显微镜对岩石进行观测。虚拟实验室为学习者提供岩石样本的详细信息，以便样本的数据收集和分析[18]。“我的饮食健康吗？”项目可以链接到英国国民医疗服务体系的在线服务平台（NHS Choices），来了解关于健康饮食的信息[19]（如图6所示）。NHS Choices是英国最大的医疗服务网站，提供全面的医疗信息服务，帮助人们管理自己的医疗保健，同时利用网站上的服务可以帮助养成健康的生活习惯。

图5 开放科学实验室界面

图6 NHS Choices首页界面

三nQuire平台对我国探究性学习平台建设的启示

结合上面对nQuire科学探究平台的分析，本研究针对我国学习平台的建设提出了以下建议：

1 引入仿真的探究环境

建构主义学习理论强调学习是在真实的或者类似于真实的学习环境下发生的，注重学生在这样的情境下自主学习探索，激活已有知识图式，将新的知识纳入到已有的知识中，进而生成新的图式，对知识进行意义建构。当今社会重视创造性人才的培养，传统的传授式教育已无法满足学习者的需求，教师应该让学生在探究环境下自主学习非结构化、开放性知识，这样才能够培养学生的想象力和创造力。我国在建设探索类的学习平台时，应当引入一些成熟的学习探究环境，为学生进行知识的意义建构奠定基础。

2 为学习者的探究过程提供支架

维果斯基的最近发展区认为学生的发展有两种水平：一种是学生的现有水平，是指独立活动时所能达到的解决问题的水平；另一种是学生的发展水平，也就是通过教师或者教学的帮助能够达到的水平——这两种发展水平之间的距离就是最近发展区。在最近发展区为学生提供一定的帮助，学生就能够达到发展水平。而在探究过程中为学生提供学习支架，也能够帮助学习者顺利达到发展水平。我国的探究学习平台应该加强对探究过程的支持，帮助学习者顺利完成学习，掌握科学的探究方法和步骤。在提供严谨的探究过程的同时，还应该在平台中增加科学探究常用的数据收集和分析方法，以供学习者参考。

3 扩展协作交流平台的功能

成功的交流平台不仅能够帮助学习者解决学习过程中的问题，还可以维持学习者探究的兴趣和动机。通过交流平台，学习者与同伴交流探究心得，了解他人的探究进程，可起到自我激励的作用。对交流平台进行分类（如分为项目交流平台、科学话题交流平台等），不同的讨论板块方便学习者查询需要的信息，可以节省时间并有针对性地解决问题。在交流平台中应该增加问题解决专家板块，使问题解决专家可以与学习者交流，并积极主动地提出相应的讨论话题，以引发学习者参与讨论的兴趣。问题解决专家应该在学习者提出问题时及时给与帮助，以促进学习者的学习。

4 增加权威的探究资源

拥有优质的学习资源是学习平台成功的基础，权威的知识环境可以确保探究的正确性。官方权威的学习途径不仅扩展了探究资源，还增加了学习者的学习兴趣和求知欲望。同时，权威的学习资源大多数是由相应主题的专家共同研究探讨出来的，因此拥有科学的知识架构和严谨的框架，更加符合教育理念，且知识的可信度较高。基于此，我国的科学探究平台应该与国家科学主题相关的网站或者实验室结合起来，为学习者的探究活动提供优质的学习资源。

四结论

nQuire平台作为一款基于网络的科学探究式学习平台，其逼真的探究环境创造了学习条件；严谨的探究步骤和优秀的研究项目提供了学习支架；强大的协作交流平台有助于合作学习，加强了对学习行为的管理和控制；权威的探究资源确保了探究的科学性，这些方面可以为我国探究性学习平台的研究和建设提供借鉴。然而nQuire平台仍然存在需要改进的地方，如缺少小组之间任务进度的展示（有激励和监督作用）、缺少平台中研究项目的详细分类、需将nQuire平台放在更加轻便的移动设备上等。

[1][17]中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准(2011年版)[S].北京:北京师范大学出版社,2011:1-41.

[2]Mike Sharples. nQuire[OL].

[3]UK. Nominet[OL].

[4]Vicki Hearn. Nominet trust[OL].

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[16]The Open University and the Wolfson Foundation. Open science laboratory[OL].

[18]The Open University and NASA. OU-NASA virtual microscope[OL].

[19]The UK Government. NHS choices[OL].

编辑：小西

Research on Scientific Inquiry Learning based on nQuire Platform

BAI Xian-ping WANG Jun

nQuire was jointly established by the Open University of UK (OUUK) and the University of Nottingham, which was also the main achievement of the teaching and learning research project of OUUK. It provides good support to scientific inquiry learning by virtue of its rigorous scientific inquiry process, mature collaborative communication platform and excellent exploratory projects. Combined with constructivism learning theory, this article analyzed the background and characteristics of nQuire, and its supports to scientific inquiry learning. This paper could provide the following suggestions for the construction of inquiry-based learning platform in our country:introducing the simulation of inquiry-based learning environment, providing support for exploring process of learners, extending the collaboration communication platform and increasing the authoritative exploration resources.

nQuire platform; scientific inquiry process; constructivism learning theory; scientific inquiry environment

G40-057

A

1009—8097（2016）10—0060—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.10.009

白现萍，在读硕士，研究方向为教育游戏，邮箱为baixianping8@163.com。

2016年3月27日