跨學(xué)科協(xié)作學(xué)習(xí)何以有效

馬志強(qiáng) 李慧雯 王文秋 李彥敏

摘要：STEM教育注重通過跨學(xué)科的協(xié)作學(xué)習(xí)發(fā)展學(xué)生的知識和技能。近年來，計算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)（CSCL）被廣泛應(yīng)用于STEM教育。然而，其效果如何？其采用的各類技術(shù)和教學(xué)策略對學(xué)習(xí)效果有何影響？上述問題的明確有助于完善STEM教育中跨學(xué)科的協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計。基于對2009至2019年間發(fā)表在國際期刊上的142項相關(guān)實驗和準(zhǔn)實驗研究成果的元分析發(fā)現(xiàn)：在STEM教育中應(yīng)用CSCL整體上有助于提升學(xué)習(xí)效果，且相較于過程類和情感類，其對認(rèn)知類學(xué)習(xí)效果的作用最為明顯;從學(xué)科來看，其對科學(xué)、工程學(xué)和教育學(xué)的影響相對較大;從采用的技術(shù)來看，通信技術(shù)、動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)和共享共建技術(shù)對學(xué)習(xí)效果的影響更加顯著;從教學(xué)策略來看，案例式、游戲化、知識建構(gòu)和探究式等教學(xué)策略更能提升學(xué)習(xí)效果。因此，在將CSCL應(yīng)用于STEM教育時，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)針對情感類目標(biāo)的設(shè)計以激發(fā)高水平的認(rèn)知活動和認(rèn)知成果，注重發(fā)揮共享共建類技術(shù)在知識可視化表征、知識追蹤等方面的作用，通過整合多種教學(xué)策略推進(jìn)協(xié)作探究學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：STEM教育;CSCL;跨學(xué)科學(xué)習(xí);協(xié)作學(xué)習(xí);元分析

中圖分類號：G434? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2021）01-0097-08? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2021.01.010

基金項目：國家社會科學(xué)基金教育學(xué)青年項目“在線協(xié)作學(xué)習(xí)投入分析與評價研究”（CCA180257）;福建省社會科學(xué)規(guī)劃項目“基于群組助學(xué)的SPOC深度學(xué)習(xí)支持機(jī)制研究”（FJ2017B027）。

作者簡介：馬志強(qiáng)，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，江南大學(xué)江蘇“互聯(lián)網(wǎng)+教育”研究基地（江蘇無錫 ? 214122）;李慧雯、王文秋，碩士研究生，江南大學(xué)江蘇“互聯(lián)網(wǎng)+教育”研究基地（江蘇無錫 214122）;李彥敏，副教授，集美大學(xué)師范學(xué)院（福建廈門 361021）。

一、引言

STEM教育以跨學(xué)科整合方式發(fā)展學(xué)生的知識和技能，并倡導(dǎo)將其遷移應(yīng)用于解決真實世界的問題，同時兼顧發(fā)展批判性思維、溝通協(xié)作等核心素養(yǎng)，已經(jīng)成為知識經(jīng)濟(jì)時代下全新的教育范式，受到全球教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注（秦瑾若等，2017）。美國等國家甚至將其視為引領(lǐng)基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展的國家戰(zhàn)略（鐘柏昌等，2014）。STEM教育的核心設(shè)計理念強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，倡導(dǎo)學(xué)生通過項目式學(xué)習(xí)、問題式學(xué)習(xí)等協(xié)作學(xué)習(xí)方式，運用多學(xué)科知識與技能來解決問題（余勝泉等，2015;領(lǐng)榮等，2019）。近年來，計算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)（Computer Supported Collaborative Learning，CSCL）被廣泛應(yīng)用于STEM項目設(shè)計中。例如，Chang等將項目式協(xié)作學(xué)習(xí)應(yīng)用于科學(xué)與技術(shù)整合課程中，讓學(xué)生在計算機(jī)模擬的協(xié)作學(xué)習(xí)項目中探究物體運動規(guī)律，發(fā)展科學(xué)探究與溝通交流能力（Chang et al.，2017）。Miller則將游戲化協(xié)作學(xué)習(xí)應(yīng)用于數(shù)學(xué)與技術(shù)整合課程中，通過協(xié)作游戲任務(wù)來發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)運算能力（Miller，2018）。

在STEM教育應(yīng)用中，CSCL可被理解為一系列技術(shù)支持下的協(xié)作教學(xué)法的統(tǒng)稱，其關(guān)注如何使用技術(shù)來增強(qiáng)小組內(nèi)部成員之間的相互依賴關(guān)系和個體責(zé)任感，激發(fā)高水平的協(xié)商會話，進(jìn)而在跨學(xué)科整合項目中提升個體和小組的績效（馬志強(qiáng)，2019）。在CSCL中，技術(shù)和教學(xué)策略是眾多研究者關(guān)注的核心要素（Jeong et al.，2016;馬志強(qiáng)，2019），然而，在各類技術(shù)與教學(xué)策略促進(jìn)STEM教育效果方面尚未形成一致性的研究結(jié)論。從技術(shù)角度來看，多種技術(shù)手段被用以支持跨學(xué)科的協(xié)作學(xué)習(xí)，如交互式視頻、虛擬現(xiàn)實/增強(qiáng)現(xiàn)實、Wiki平臺、交互機(jī)器人等。其中部分研究結(jié)論肯定了技術(shù)的積極影響，如Damiani等的研究發(fā)現(xiàn)借助學(xué)習(xí)資源推薦系統(tǒng)，學(xué)生可以有效減少花費在學(xué)習(xí)資源選擇上的精力，進(jìn)而提升交互的頻率和質(zhì)量（Damiani et al.，2015）;也有研究指出技術(shù)應(yīng)用會分散學(xué)生注意力，如Mateu等發(fā)現(xiàn)學(xué)生在與3D建模軟件中復(fù)雜的虛擬模型互動時注意力難以集中（Mateu et al.，2013）。從教學(xué)策略角度來看，不同教學(xué)策略在STEM教育中的應(yīng)用效果存在很大差異。例如，Borge等將協(xié)作編輯策略應(yīng)用于信息科學(xué)課程中，顯著提升了學(xué)生在協(xié)作學(xué)習(xí)中的交互話語和最終成果質(zhì)量（Borge et al.，2018）;而Marra等將支架式協(xié)作教學(xué)策略應(yīng)用于工程學(xué)科的STEM教學(xué)中，卻發(fā)現(xiàn)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力和最終學(xué)習(xí)成果并沒有顯著變化（Marra et al.，2015）。

綜合上述分析來看，由于CSCL涉及的技術(shù)及教學(xué)策略種類繁多，且存在多樣化的應(yīng)用組合，因而研究者需要從整體上理解把握CSCL對于STEM教育的作用效果，并在此基礎(chǔ)上尋找有效的技術(shù)與教學(xué)策略組合。鑒于此，本研究以相關(guān)實證研究成果為對象，采用定量綜合的元分析方法，從“CSCL影響STEM教育效果的機(jī)制”這一視角出發(fā)，深入探究CSCL中技術(shù)、教學(xué)策略等設(shè)計要素對STEM教育效果的影響，進(jìn)而為設(shè)計和改進(jìn)跨學(xué)科的協(xié)作學(xué)習(xí)提供參考。

二、研究設(shè)計

1.研究問題與方法

本研究將STEM教育理解為以科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識為基礎(chǔ)的跨學(xué)科教育實踐。在實際操作上，則將文獻(xiàn)搜索范圍擴(kuò)展到包括科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、地球科學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康學(xué)等的跨學(xué)科教育實證研究。具體研究問題包括：（1）在STEM教育中應(yīng)用CSCL的總體效果如何？其對學(xué)生的認(rèn)知、情感和學(xué)習(xí)過程類學(xué)習(xí)效果具有怎樣的影響？（2）針對不同的對象（學(xué)段、學(xué)科），在STEM教育中應(yīng)用CSCL對學(xué)習(xí)效果具有怎樣的影響？（3）不同類型的技術(shù)與教學(xué)策略對學(xué)習(xí)效果的影響如何？

研究采用元分析（Meta Analysis）方法對文獻(xiàn)進(jìn)行定量綜合分析。元分析也叫薈萃分析，其依靠實證研究數(shù)據(jù)來精確反映已有研究設(shè)計方案的有效性，對聚焦于同一研究目的多項獨立研究結(jié)果進(jìn)行綜合分析。實施元分析的基本步驟包括：確定研究主題、檢索并篩選文獻(xiàn)、文獻(xiàn)編碼、質(zhì)量評價和統(tǒng)計分析（劉志輝等，2016）。本研究選取標(biāo)準(zhǔn)均值差作為效應(yīng)值（d值），即實驗組均值同控制組均值之差與控制組標(biāo)準(zhǔn)差間的比值，并采用RevMan 5.3軟件進(jìn)行分析。

2.文獻(xiàn)檢索與篩選

本研究選取2009-2019年間發(fā)表在國際期刊上的相關(guān)實證研究成果作為分析對象。對文獻(xiàn)的檢索與篩選共經(jīng)過三個輪次，具體過程如圖1所示。

第一輪，采取文獻(xiàn)檢索與“滾雪球”結(jié)合的策略，在Web of Science和ERIC數(shù)據(jù)庫中對2009年10月至2019年10月期間發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索。檢索關(guān)鍵詞分為3組：第1組為Computers，第2組為Computer Supported Collaborative Learning、Collaborative Learning、Small Groups、Group Work、Collaboration，第3組為Science、Biology、Physics、Chemistry、Earth Science、Medical、Health Professions、Math、Engineering Education。每次檢索都將3組關(guān)鍵詞的不同組合作為檢索條件。之后，再采用“滾雪球”的策略，對已獲文獻(xiàn)的參考文獻(xiàn)進(jìn)行篩選補充，盡量使獲取的文獻(xiàn)更加全面。采用上述檢索策略獲得文獻(xiàn)2239篇，剔除重復(fù)文獻(xiàn)后共得到文獻(xiàn)2100篇。

第二輪，篩選出符合元分析要求的文獻(xiàn)，即文獻(xiàn)必須同時滿足如下標(biāo)準(zhǔn)：（1）研究主題為在STEM教育中應(yīng)用CSCL;（2）是一項隨機(jī)實驗或準(zhǔn)實驗成果，且有對研究方法的明確描述;（3）學(xué)生通過協(xié)作的方式解決問題，且用到支持協(xié)作學(xué)習(xí)的技術(shù);（4）包含完整的實驗或準(zhǔn)實驗數(shù)據(jù)，即雙組實驗要有實驗組和對照組數(shù)據(jù)，單組實驗要有前測和后測數(shù)據(jù)（Jeong et al.，2014）。經(jīng)過第二輪篩選，剔除研究主題不相關(guān)或非實驗研究文獻(xiàn)，共獲得文獻(xiàn)410篇。

第三輪，對文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致審讀，確保有明確、清晰、完整的結(jié)果數(shù)據(jù)，以便在元分析中進(jìn)行效應(yīng)值計算。經(jīng)過第三輪篩選，剔除數(shù)據(jù)不完整的文獻(xiàn)，最終獲得樣本文獻(xiàn)142篇，共計203個效應(yīng)值（部分文獻(xiàn)效應(yīng)值超過1個）。

3.文獻(xiàn)編碼與統(tǒng)計

在正式進(jìn)行元分析前，需要對文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵信息提取與特征編碼。本研究借鑒Jeong等提出的針對CSCL的元分析框架，編碼內(nèi)容包括以下9項：第一作者、發(fā)表年份、樣本量、學(xué)段、學(xué)科、實驗周期、技術(shù)、教學(xué)策略以及作用效果（Jeong et al.，2012;Jeong et al.，2019）。具體而言，根據(jù)研究樣本的數(shù)量，分為小規(guī)模（100個以內(nèi)）、中等規(guī)模（100～200個）和大規(guī)模（200個以上）。根據(jù)研究針對的學(xué)段，分為幼兒（小學(xué)之前）、小學(xué)（1～6年級）、中學(xué)（7～12年級）、大學(xué)、研究生和成人學(xué)習(xí)者。根據(jù)學(xué)科，分為科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)、計算機(jī)教育、健康教育和教育學(xué)。根據(jù)實驗周期，分為2周以內(nèi)、2～8周和8周以上。根據(jù)支持協(xié)作學(xué)習(xí)的技術(shù)類型，分為通信技術(shù)（如嵌入式通訊、語音通訊等）、動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)（如仿真技術(shù)、虛擬游戲等）、共享共建技術(shù)（如知識論壇、資源共享工具等）、學(xué)習(xí)系統(tǒng)（如智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)、集成學(xué)習(xí)環(huán)境等）、硬件技術(shù)（如交互式白板等）。根據(jù)支持協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)策略，分為項目式教學(xué)、做中學(xué)、探究式教學(xué)、案例式教學(xué)、游戲化教學(xué)、協(xié)作腳本、支架式教學(xué)、討論式教學(xué)和知識建構(gòu)教學(xué)等。作用效果則被編碼為認(rèn)知、情感和過程3種類型，其中認(rèn)知類包括知識獲取（如對概念和原則的理解）、知識應(yīng)用（如生成解決方案）、技能獲?。ㄈ缗行运季S技能）和其他認(rèn)知結(jié)果;情感類包括態(tài)度與感知、動機(jī)與興趣、自我效能;過程類包括學(xué)生完成任務(wù)時間、協(xié)作過程結(jié)果等。

為保證文獻(xiàn)編碼結(jié)果的準(zhǔn)確性，兩位研究者先分別對15篇文獻(xiàn)中的教學(xué)策略和技術(shù)進(jìn)行獨立編碼，并采用編碼信度系數(shù)進(jìn)行一致性檢驗。編碼信度系數(shù)R=（2×平均相互同意度）/（1+平均相互同意度），其中平均相互同意度=2×M/（N1+N2），式中M表示兩位編碼者編碼結(jié)果相同的數(shù)目，N1、N2表示兩位編碼者各自的編碼數(shù)目（喬伊斯·P. 高爾等，2007）。經(jīng)計算，教學(xué)策略和技術(shù)的編碼信度系數(shù)分別為0.889和0.947，表明兩位編碼者間的一致性符合要求（R>0.8）。兩位編碼者針對編碼中存在的分歧進(jìn)行討論并達(dá)成一致性意見后，分別對剩余的文獻(xiàn)進(jìn)行正式編碼。

4.發(fā)表偏倚和異質(zhì)性檢測

為保證元分析結(jié)果的可靠性，需要對樣本文獻(xiàn)的發(fā)表偏倚（Publication Bias）進(jìn)行檢測。發(fā)表偏倚是指由于研究者、審稿人以及編輯在選擇論文發(fā)表時，依賴研究結(jié)果的方向與強(qiáng)度所產(chǎn)生的偏差（楊揚等，2002）。

本研究采用漏斗圖與Begg秩相關(guān)法進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗。漏斗圖以標(biāo)準(zhǔn)誤為縱坐標(biāo)，以效應(yīng)值為橫坐標(biāo)，如圖2所示?？梢钥闯?，大部分樣本文獻(xiàn)的效應(yīng)值處于漏斗的中上部，且相對均勻地分布在平均效應(yīng)值的兩側(cè)，表明存在發(fā)表偏倚的可能性較小。采用Begg秩相關(guān)法進(jìn)行檢驗，結(jié)果顯示P=0.000（小于0.05），表明可能存在發(fā)表偏倚。因此，進(jìn)一步采用剪補法識別發(fā)表偏倚的嚴(yán)重程度，結(jié)果顯示，基于固定效應(yīng)模型的合并效應(yīng)值在剪補前后分別為0.229和0.234，基于隨機(jī)效應(yīng)模型的合并效應(yīng)值在剪補前后分別為0.302和0.312，且均具統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.000）。由于剪補前后的合并效應(yīng)值變化不明顯，這表明發(fā)表偏倚程度較小，在可接受范圍內(nèi)（張?zhí)灬缘龋?009）。

異質(zhì)性是指納入元分析的所有研究樣本間存在的差異。由于研究間可能存在因研究設(shè)計和作用效果不同而造成的異質(zhì)性，故需要根據(jù)異質(zhì)性檢驗結(jié)果來判斷元分析應(yīng)采用的模型。當(dāng)研究間不存在顯著的異質(zhì)性時，應(yīng)采用固定效應(yīng)模型;反之，則應(yīng)采用隨機(jī)效應(yīng)模型?；谏謭D的異質(zhì)性檢驗結(jié)果（如表1所示）顯示，卡方為4871.56、自由度為577、 I2為88%（P<0.001），這表明研究間存在明顯的異質(zhì)性（I2>60%），故應(yīng)采用隨機(jī)效應(yīng)模型對效應(yīng)值進(jìn)行分析（Lipsey et al.，2001）。

三、研究結(jié)果

1.CSCL對STEM教育效果的影響

本研究選取隨機(jī)效應(yīng)模型對研究樣本進(jìn)行分析，得到的合并效應(yīng)值為0.31（P<0.001）。根據(jù)Cohen的效應(yīng)值等級標(biāo)準(zhǔn)，效應(yīng)值在0.2以下為輕度影響，在0.2～0.8 之間為中度影響，大于等于0.8為顯著影響（鄭昊敏等，2011）。可見CSCL對STEM教育效果具有中度偏小的正向影響，這表明在STEM教育中應(yīng)用CSCL有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

在確定整體作用效果的前提下，本研究進(jìn)一步分析CSCL對認(rèn)知、情感和過程三類學(xué)習(xí)效果的影響，結(jié)果如表2所示。按照效應(yīng)值由大到小的排序依次為認(rèn)知類（d=0.48，P<0.001）、過程類（d=0.27，P<0.001）和情感類（d=0.12，P<0.05）?？梢?，CSCL 對認(rèn)知類和過程類學(xué)習(xí)效果具有中度影響，而對情感類學(xué)習(xí)效果具有輕度影響。綜上而言，在STEM教育中應(yīng)用CSCL對于各類學(xué)習(xí)效果的影響程度存在差異，且對認(rèn)知類學(xué)習(xí)效果的作用最為明顯。

2.CSCL在不同學(xué)科及學(xué)段中對STEM教育效果的影響

為進(jìn)一步探究CSCL對不同學(xué)科及學(xué)段STEM教育效果的影響，本研究從學(xué)科和學(xué)段兩個維度對研究樣本進(jìn)行分析。對在各個學(xué)科的STEM教育中應(yīng)用CSCL的影響效應(yīng)進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。按照效應(yīng)值由大到小的排序依次為科學(xué)（d=0.53，P<0.001）、工程學(xué)（d=0.44，P<0.001）、教育學(xué)（d=0.44，P<0.001）、健康教育（d=0.24，P<0.05）和計算機(jī)教育（d=0.16，P<0.001），而在數(shù)學(xué)（d=0.11，P=0.31）上未達(dá)到顯著水平。這表明CSCL對不同學(xué)科STEM教育的作用效果存在差異，對科學(xué)、工程學(xué)和教育學(xué)的影響相對較大，而對健康教育和計算機(jī)教育的影響相對較小。

對在各學(xué)段STEM教育中應(yīng)用CSCL的影響效應(yīng)進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。按照效應(yīng)值由大到小排序依次為研究生（d=0.65，P<0.001）、小學(xué)（d=0.43，P<0.001）、中學(xué)（d=0.33，P<0.001）、成人學(xué)習(xí)者（d=0.28，P<0.001）和大學(xué)（d=0.26，P<0.001）。這表明CSCL對不同學(xué)段的STEM教育效果均存在影響，相較而言，對研究生和小學(xué)學(xué)段的影響更大。

3.CSCL中技術(shù)對STEM教育效果的影響

為探究CSCL中所采用的通信技術(shù)、動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)、共享共建技術(shù)、學(xué)習(xí)系統(tǒng)和硬件技術(shù)等技術(shù)因素對STEM教育效果的影響，從STEM教育中所用技術(shù)的維度對研究樣本進(jìn)行分析，結(jié)果如表5所示?？梢钥闯觯度胧酵ㄓ崳╠=0.52，P<0.001）、沉浸式環(huán)境（d=0.35，P<0.001）、虛擬游戲（d=0.40，P<0.05）、資源共享工具（d=0.43，P<0.001）和知識論壇（d=0.33，P<0.001）的效應(yīng)值均大于總體合并效應(yīng)值（d=0.31，P<0.001）?？傮w來看，通信技術(shù)、動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)以及共享共建技術(shù)對于STEM教育效果的影響較為明顯。

值得注意的是，有將近14%（203個中的28個）的研究采用了兩種以上（含兩種）技術(shù)組合的方式。進(jìn)一步分析組合技術(shù)與單一技術(shù)的作用效果差異， 結(jié)果如表5所示?？梢钥闯?，組合技術(shù)的效應(yīng)值（d=0.29，P<0.001）與單一技術(shù)的效應(yīng)值（d=0.34， P<0.001）差異不大，均為中度偏下的正面影響。這表明技術(shù)的單一或組合使用對STEM教育效果的影響差異不大，也即是說多種技術(shù)的組合應(yīng)用不一定能顯著提升STEM教育效果。

4.CSCL中教學(xué)策略對STEM教育效果的影響

CSCL中教學(xué)策略對STEM教育效果的影響如表7所示?？傮w上教學(xué)策略對STEM教育效果具有中等程度的影響（d=0.34，P<0.001）。可以看出，案例式教學(xué)（d=1.11，P<0.05）、游戲化教學(xué)（d=0.47，P<0.001）、知識建構(gòu)教學(xué)（d=0.46，P<0.001）、探究式教學(xué)（d=0.45，P<0.001）、做中學(xué)（d=0.38，P<0.05）和討論式教學(xué)（d=0.36，P<0.001）的效應(yīng)值高于平均效應(yīng)值。其中案例式教學(xué)、游戲化教學(xué)、知識建構(gòu)教學(xué)和探究式教學(xué)的效應(yīng)值均大于0.4，是較為有效的教學(xué)策略;而STEM教育中經(jīng)常采用的項目式教學(xué)（d=0.25，P<0.001）卻低于平均效應(yīng)值。結(jié)合具體研究樣本來看，項目式學(xué)習(xí)所涉及的研究數(shù)量較大，因此其效應(yīng)值很可能受到其他因素的綜合影響。

四、結(jié)論與啟示

本研究運用元分析方法，對在STEM教育中應(yīng)用CSCL的142篇實證研究文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析，以考察CSCL對不同類型學(xué)習(xí)效果的影響，以及CSCL支持下的STEM教育效果在學(xué)科、學(xué)段、技術(shù)與教學(xué)策略等維度下的差異。研究發(fā)現(xiàn)，CSCL總體上對STEM教育效果具有中度偏小的正向影響，且在認(rèn)知類、情感類和過程類學(xué)習(xí)效果上存在明顯差異?；趯ι鲜鲅芯拷Y(jié)果的分析，得出如下研究結(jié)論和啟示：

1.注重通過CSCL達(dá)成情感類目標(biāo)

研究結(jié)果表明，當(dāng)前跨學(xué)科協(xié)作學(xué)習(xí)對學(xué)習(xí)效果的影響主要體現(xiàn)在認(rèn)知和學(xué)習(xí)過程方面，包括知識獲取、知識應(yīng)用以及協(xié)作過程中的交互等，但對情感方面的作用效果較低。在Jeong等人的元分析研究中，STEM教育中的CSCL應(yīng)用對認(rèn)知類、情感類和過程類學(xué)習(xí)效果的影響同樣存在差異，對情感類學(xué)習(xí)效果的影響亦為最小（Jeong et al.，2014）。這表明應(yīng)當(dāng)在CSCL支持下的STEM教育中，強(qiáng)化針對情感類目標(biāo)的設(shè)計。STEM教育的核心特征在于讓學(xué)生體驗創(chuàng)造中的成就感和分享中的快樂感，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動力（余勝泉等，2015）。也就是說，實現(xiàn)成就感、快樂感等情感類目標(biāo)有助于促進(jìn)批判性思維、創(chuàng)新能力等高階認(rèn)知目標(biāo)的達(dá)成。具體而言，情感因素會在高階認(rèn)知目標(biāo)的達(dá)成過程中起到重要的調(diào)節(jié)作用（單美賢，2015）。從協(xié)作學(xué)習(xí)實踐來看，其調(diào)節(jié)作用體現(xiàn)在兩個方面：一是協(xié)作學(xué)習(xí)中組內(nèi)成員間的依賴關(guān)系可以增強(qiáng)成員完成復(fù)雜任務(wù)時的自我效能感，進(jìn)而激發(fā)高水平的認(rèn)知活動;二是協(xié)作學(xué)習(xí)中組間的競爭關(guān)系可以形成對高效完成任務(wù)的激勵，通過知識建構(gòu)、協(xié)同論證等方式達(dá)成高水平的認(rèn)知成果?？梢?，情感類目標(biāo)對于實現(xiàn)高階認(rèn)知目標(biāo)具有重要作用，因此研究者需要加強(qiáng)針對情感類目標(biāo)的設(shè)計。

Jeong 等將STEM教育中的情感類目標(biāo)歸納為對跨學(xué)科學(xué)習(xí)的感知與態(tài)度、動機(jī)與興趣以及自我效能感等（Jeong et al.，2014）。在STEM項目中應(yīng)用CSCL時，應(yīng)當(dāng)注重通過支持創(chuàng)意表達(dá)和跨空間交互的技術(shù)來增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，進(jìn)而促進(jìn)上述情感類目標(biāo)的達(dá)成。例如，CSCL中廣泛采用的知識論壇能有效支持學(xué)生進(jìn)行同步或異步交流，進(jìn)而改善其學(xué)習(xí)體驗，這有助于促進(jìn)STEM教育中情感類目標(biāo)的達(dá)成;在STEM項目中，仿真技術(shù)和可視化表征工具的運用能夠支持學(xué)生多樣化的創(chuàng)意表達(dá)，提升其分享體驗，從而改善其對跨學(xué)科學(xué)習(xí)的感知與態(tài)度;跨學(xué)習(xí)空間的實時通訊工具可以提升學(xué)生之間的交互和反饋效率，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)動機(jī)和自我效能感。

2.采用共享共建技術(shù)支持跨學(xué)科協(xié)作學(xué)習(xí)

從技術(shù)層面來看，共享共建技術(shù)和動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)對CSCL支持下的STEM教育效果的影響較大。但從費效比（前期投入和后期效果的比值）來看，沉浸式環(huán)境、仿真技術(shù)等動態(tài)呈現(xiàn)技術(shù)對經(jīng)費和技術(shù)投入要求較高，其費效比相對較高。在取得類似效果的前提下，共享共建技術(shù)的費效比則相對低，值得在設(shè)計STEM項目時予以更多關(guān)注。從技術(shù)可用性來看，共享共建技術(shù)能夠增強(qiáng)協(xié)作學(xué)習(xí)小組成員間的依賴關(guān)系并促進(jìn)高水平的協(xié)商與建構(gòu)（Jeong et al.，2016）。具體而言，跨學(xué)科的協(xié)作學(xué)習(xí)通常會持續(xù)較長的時間，學(xué)習(xí)者觀點的建立和能力素養(yǎng)的發(fā)展是循序漸進(jìn)的，具有動態(tài)性和連續(xù)性（余勝泉等，2019）。小組成員需要不斷收集新的資料與證據(jù)，提出新的觀點，并通過群體協(xié)商論證達(dá)到更高的理解水平。良好的群體對話和協(xié)商能有效促進(jìn)協(xié)同知識建構(gòu)（柴少明，2012）。而這個過程需要共享共建技術(shù)來支持小組成員的觀點分享，并保持對話題的持續(xù)跟蹤和參與。知識論壇、Wiki等共享共建工具可以記錄個體貢獻(xiàn)的觀點，并持續(xù)追蹤群體觀點的演進(jìn)過程，有助于組內(nèi)成員協(xié)同推進(jìn)高水平觀點的生成與發(fā)展。共享共建工具有助于促成小組成員之間圍繞特定主題進(jìn)行持續(xù)對話與協(xié)商，而這是高質(zhì)量協(xié)作學(xué)習(xí)的前提條件（馬志強(qiáng)，2019）。

因此，應(yīng)當(dāng)注重共享共建類技術(shù)在知識可視化表征、知識追蹤等方面的應(yīng)用。然而，已有研究多僅將共享共建工具用于STEM教育中的信息分享、觀點記錄和成果呈現(xiàn)，并未充分發(fā)揮其價值。未來應(yīng)當(dāng)注重運用共享共建工具達(dá)成以下兩方面的目標(biāo)：一是加強(qiáng)在學(xué)習(xí)小組內(nèi)部對知識的表征和分享，二是幫助小組成員追蹤協(xié)同知識建構(gòu)過程（Jeong et al.，2016）。具體而言，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)展共享共建技術(shù)的使用范圍，通過知識的可視化表征幫助小組成員建立觀點間的關(guān)聯(lián)，以便于其整合共同觀點，同時也可以通過持續(xù)追蹤協(xié)作過程中觀點和知識的演進(jìn)過程來促進(jìn)協(xié)同知識建構(gòu)。

3.整合多種教學(xué)策略以推進(jìn)協(xié)作探究學(xué)習(xí)

從教學(xué)策略的層面來看，所有教學(xué)策略均對CSCL支持下的STEM教育效果具有影響，而案例式教學(xué)、游戲化教學(xué)、知識建構(gòu)教學(xué)和探究式教學(xué)的作用更為明顯。分析具體文獻(xiàn)可以看出，這些教學(xué)策略多是教師通過案例、游戲和提問等方式創(chuàng)設(shè)有意義的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行協(xié)作探究學(xué)習(xí)，進(jìn)而促使其整合跨學(xué)科知識來解決問題。事實上，將案例式教學(xué)、游戲化教學(xué)、知識建構(gòu)等教學(xué)策略與探究式學(xué)習(xí)進(jìn)行深度整合，有助于學(xué)生通過任務(wù)引導(dǎo)和協(xié)作探究來發(fā)展高階認(rèn)知目標(biāo)。

具體而言，教師可以通過案例式教學(xué)來呈現(xiàn)真實的科學(xué)或工程問題及其解決方案，引導(dǎo)學(xué)生通過分析案例來探究其中蘊含的多學(xué)科知識和跨學(xué)科解決問題的思維方式。知識建構(gòu)教學(xué)則特別適用于對跨學(xué)科知識的獲得、理解和整合。教師可以通過設(shè)置真實的問題，引導(dǎo)學(xué)生整合不同學(xué)科知識來分析問題，建構(gòu)對于問題的共同理解。例如，在STEM項目中引導(dǎo)學(xué)生通過動手探究的方式建構(gòu)知識，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和實踐創(chuàng)新能力，發(fā)展其批判性思維和創(chuàng)新能力（吳永和等，2018）。此外，還可以在游戲化教學(xué)中引入組內(nèi)協(xié)作、組間競爭的任務(wù)機(jī)制，通過設(shè)置共同的任務(wù)目標(biāo)及競爭規(guī)則，引導(dǎo)小組成員優(yōu)化探究方案。例如，將游戲化學(xué)習(xí)與探究項目進(jìn)行整合，引導(dǎo)學(xué)生將創(chuàng)意想法整合到游戲任務(wù)探究中，激發(fā)其創(chuàng)造潛能，促進(jìn)創(chuàng)新思維的發(fā)展（蘇仰娜，2017）。

本研究還存在一定的局限性，有待后續(xù)研究予以改進(jìn)和完善：一是在探究CSCL對STEM教育效果的影響時，由于缺乏足夠數(shù)量的研究樣本，因而未分析變量間的交叉影響，如學(xué)段和教學(xué)策略對STEM教育效果的交互作用，后續(xù)研究還應(yīng)通過收集更多樣本來實現(xiàn)這一目標(biāo)。二是本研究僅針對國際期刊上發(fā)表的研究成果，后續(xù)研究可考慮納入會議論文、專著等研究成果，擴(kuò)展樣本選取范圍以避免“路燈效應(yīng)”。三是本研究僅選擇有完整數(shù)據(jù)的實驗或準(zhǔn)實驗研究成果進(jìn)行元分析，而對相關(guān)教育設(shè)計研究和質(zhì)性研究未予以關(guān)注，后續(xù)可考慮將元分析與定性分析相結(jié)合，以形成對STEM教育中CSCL應(yīng)用效果更為全面的分析和理解。

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收稿日期 2020-09-21責(zé)任編輯 譚明杰

How is Interdisciplinary Collaborative Learning Effective

——A Meta-Analysis of the Effect of CSCL Application in STEM

MA Zhiqiang， LI Huiwen， WANG Wenqiu， LI Yanmin

Abstract： STEM focuses on developing students knowledge and skills through interdisciplinary collaborative learning. In recent years， computer-supported collaborative learning （CSCL） is widely used in STEM. However， does it really work？ What are the effects of various techniques and teaching strategies on the learning effect？ The clarification of the above issues will help to improve the design of interdisciplinary collaborative learning in STEM. Based on the meta-analysis of 142 relevant experimental and quasi-experimental research results published in international journals from 2009 to 2019， it is found that the application of CSCL in STEM helps to improve the learning effect as a whole and it has the most significant effect on cognitive learning compared with process and affective learning. From the perspective of disciplines， it has a relatively large impact on Science， Engineering and Pedagogy. From the perspective of technology adopted， communication technology， dynamic rendering technology and co-construction and sharing technology have more significant influence on learning effect. From the perspective of teaching strategies， case-based， game-based， knowledge-constructing and inquiry-based teaching strategies can better improve the learning effect. Therefore， when CSCL is applied to STEM， it is necessary to reinforce the design of emotional goals to stimulate high-level cognitive activities， pay attention to the role of co-construction and sharing technology in knowledge visualization and knowledge tracking， and promote collaborative inquiry learning through the integration of a variety of teaching strategies.

Keywords： STEM Education; CSCL; Interdisciplinary Studies; Collaborative Learning; Meta-Analysis