1  虽然全球变暖是大多数中学和高中科学课上的热门话题，但对温室效应的理解却很少，Anderson和Wallin（2000）对高中生进行了一项研究。他们发现这些学生对温室效应有几种不同的表述。许多人把温室效应和全球变暖混为一谈，并列举了全球变暖的原因。其他人把温室效应和“臭氧效应”混为一谈（安德森和沃林，2000年）。这种对温室效应和臭氧效应之间关系的混淆是很常见的（Francis等人，1993年；Meadows和Wiesenmayer，1999年；Rye等人，1997年）。来自Meadows和Wiesenmayer（1999）研究的数据表明，一些学生已经将这种误解纳入他们对全球变暖的知识框架中，并用它来解释与全球变暖现象有关的所有问题。其他研究表明，一些职前教师也将气候变化的原因归结于臭氧层的消耗（Papadimiriou，2004年）。

2   显然，帮助学生更好地了解温室气体及其对地球温度的影响是当务之急。在本文介绍的工作中，围绕全球变暖：虚拟地球（GWVE）课程单元开展了一系列活动。本课程的目标是让学生了解每一个概念在温室效应中的作用，并了解它们如何相互作用产生温室效应，这些活动也有助于学生了解温室效应与全球变暖之间的关系。我们通过分析学生对一系列开放式问题的回答来衡量学生的表现。

3  主要的研究问题是，学生在参与以互动式视觉化虚拟实验为特色的科技强化学习环境后，对温室效应和全球变暖的认识如何？“本研究基于GWVE课程单元。在为期一周的科学课单元中，学生在进入单元之前和之后参与八个问题的纸笔评估，创建匹配的样本比较。采用一系列匹配样本t检验来确定测试前后的显著性程度。

4  来自美国西海岸三所学校和美国东南部两所学校的五名教师在他们六年级的科学课上制定了课程单元。每一位老师都有至少两年在教学中使用我们的课程单元的经验。每位教师都获得了有针对性的专业发展支持（Varma等人，2008年）。专业发展活动包括介绍基于网络的整体科学环境（WISE）和GWVE单元的会议。教师也得到了课堂支持，帮助他们将活动融入教学中（Varma等人，2008年）。一百九十六年级的学生（男98人，女92人）参加了单元活动和前/后评估。

5   学生们的参与是从他们个人完成一个八题纸笔预测试开始的。在学生正常的课堂会议期间，由课堂教师进行预测试。表1中的问题主要是关于全球变暖、温室效应和导致这些现象的个别因素的开放式问题。预考结束后，所有学生分组完成活动，并在GWVE单元中嵌入反思笔记。

6   该股包括六项主要活动。在第一个活动中，学生们将短片视为对全球变暖现象的介绍，并使用在线生态足迹计算器计算他们的生态足迹（Islandwood，2010）。在第二个活动中，学生们学习地球的能量平衡，并观察可视化中描述的能量转换。

7   在第三个活动中，学生们通过可视化进行实验，了解温室气体、云和反照率。第四个活动是一个拼图活动，通过实验，一半的学生学习云，另一半学习反照率。教师随机给每个主题分配学生对。在这些实验和反思的过程中，嵌入的笔记会促使学生产生假设，收集证据，得出结论，并在新的和已有的想法之间建立联系。在第四个活动结束时，所有学生参加在线讨论，分享他们的知识，完成拼图活动，并了解他们没有调查的因素。在第五个活动中，学生们使用更复杂的视觉效果来了解人口水平如何影响温室气体排放和全球变暖。这种可视化使学生能够操纵人口增长率和二氧化碳排放量。他们的操作结果将显示大气中温室气体浓度、地球温度和反照率水平的数值表示。此外，还有一个图表，表示由于学生的操作而产生的温度波动（Tinker，2005）。在最后的活动中，学生们创建一个家庭计划来减少他们的温室气体排放，并根据他们计划的行为变化重新计算他们的生态足迹。

8   学生在一周内参加了五个一小时的单元活动。课程单元是教师正常课堂教学的一部分。这位老师担任了指导老师。至少有一名研究人员出席了课堂观察法规并协助解决技术问题。在单元活动之后，学生们分别完成了一个纸笔课后测试，其中包含了与前测相同的问题。测试前和测试后的评估结果各约20分钟。

9  主要数据来自学生对前测和后测中八个开放式问题的回答。首先从三个方面评估学生对温室效应的系统认识。问题1和2要求学生描述温室效应和全球变暖。问题3要求他们描述两者之间的区别。

10  问题4评估学生对全球变暖因素的不同看法。它包括八个可能的因素的清单。学生们被要求看下面的列表，选择你认为对全球变暖有影响的所有因素。问题5、6和7要求学生解释特定成分（反照率、云和温室气体）是如何参与温室效应的。最后一个问题是表示分析提示。它要求学生分析一个实际的温室如何代表科学现象，即温室效应。

11  除问题4外，学生对所有问题的回答均采用知识整合评分准则（表2）进行编码。根据所表达的想法的正确性和想法之间的联系，每个回答都得到0到5分。每一个评估准则都是基于对每一个问题的完全正确回答中存在的联系的分析而制定的。

12  一组熟悉课程单元设计和知识整合框架的研究人员审查了评估准则和示例回答，以确保将正确的标准应用于数据。百分之二十的测试是由第二位研究人员编写的可靠性代码（97%）。通过编码人员之间的讨论，解决了不一致的代码。

13   测试前/后测问题之一是，描述温室效应是如何发生的。试着确保你使用以下三个术语：1）太阳能，2）红外线能，3）温室气体。”一个完整、完整的综合反应包括太阳能、红外线能、温室气体和地球温度的相关信息。表2中的前三列显示了分数和知识整合（KI）水平的一般顺序，用于编码学生对每个开放式测试前/后测试问题的回答。除问题4外，此框架适用于所有考前/后测问题。第四列列出了每个KI级别的示例问题1答案。

14  配对t检验分析被用来衡量学生在参与单元活动前后的理解差异。对于每个t检验，计算Cohen的d来报告效应大小（Cohen，1992）。这些数据有助于说明参与互动单元活动如何改变学生对温室效应和全球变暖的理解。

15  参加GWVE单元活动后，学生们的想法更加规范和完整。将每个问题的得分相加，计算出总体学习得分。平均整体学习成绩从参与前到参与后有所改善（t（189）=8.66，p