1 雖然全球變暖是大多數中學和高中科學課上的熱門話題，但對溫室效應的理解卻很少，anderson和wallin（2000）對高中生進行了一項研究。他們發現這些學生對溫室效應有幾種不同的表述。許多人把溫室效應和全球變暖混為一談，並列舉了全球變暖的原因。其他人把溫室效應和「臭氧效應」混為一談（安德森和沃林，2023年）。這種對溫室效應和臭氧效應之間關係的混淆是很常見的（francis等人，2023年；meadows和wiesenmayer，2023年；rye等人，2023年）。來自meadows和wiesenmayer（1999）研究的資料表明，一些學生已經將這種誤解納入他們對全球變暖的知識框架中，並用它來解釋與全球變暖現象有關的所有問題。其他研究表明，一些職前教師也將氣候變化的原因歸結於臭氧層的消耗（papadimiriou，2023年）。
2 顯然，幫助學生更好地了解溫室氣體及其對地球溫度的影響是當務之急。在本文介紹的工作中，圍繞全球變暖：虛擬地球（gwve）課程單元開展了一系列活動。本課程的目標是讓學生了解每乙個概念在溫室效應中的作用，並了解它們如何相互作用產生溫室效應，這些活動也有助於學生了解溫室效應與全球變暖之間的關係。我們通過分析學生對一系列開放式問題的回答來衡量學生的表現。
3 主要的研究問題是，學生在參與以互動式視覺化虛擬實驗為特色的科技強化學習環境後，對溫室效應和全球變暖的認識如何？「本研究基於gwve課程單元。在為期一周的科學課單元中，學生在進入單元之前和之後參與八個問題的紙筆評估，建立匹配的樣本比較。採用一系列匹配樣本t檢驗來確定測試前後的顯著性程度。
4 來自美國西海岸三所學校和美國東南部兩所學校的五名教師在他們六年級的科學課上制定了課程單元。每一位老師都有至少兩年在教學中使用我們的課程單元的經驗。每位教師都獲得了有針對性的專業發展支援（varma等人，2023年）。專業發展活動包括介紹基於網路的整體科學環境（wise）和gwve單元的會議。教師也得到了課堂支援，幫助他們將活動融入教學中（varma等人，2023年）。一百九十六年級的學生（男98人，女92人）參加了單元活動和前/後評估。
5 學生們的參與是從他們個人完成乙個八題紙筆**試開始的。在學生正常的課堂會議期間，由課堂教師進行**試。表1中的問題主要是關於全球變暖、溫室效應和導致這些現象的個別因素的開放式問題。預考結束後，所有學生分組完成活動，並在gwve單元中嵌入反思筆記。
8 學生在一周內參加了五個一小時的單元活動。課程單元是教師正常課堂教學的一部分。這位老師擔任了指導老師。至少有一名研究人員出席了課堂觀察法規並協助解決技術問題。在單元活動之後，學生們分別完成了乙個紙筆課後測試，其中包含了與前測相同的問題。測試前和測試後的評估結果各約20分鐘。
9 主要資料來自學生對前測和後測中八個開放式問題的回答。首先從三個方面評估學生對溫室效應的系統認識。問題1和2要求學生描述溫室效應和全球變暖。問題3要求他們描述兩者之間的區別。
10 問題4評估學生對全球變暖因素的不同看法。它包括八個可能的因素的清單。學生們被要求看下面的列表，選擇你認為對全球變暖有影響的所有因素。問題5、6和7要求學生解釋特定成分（反照率、雲和溫室氣體）是如何參與溫室效應的。最後乙個問題是表示分析提示。它要求學生分析乙個實際的溫室如何代表科學現象，即溫室效應。
11 除問題4外，學生對所有問題的回答均採用知識整合評分準則（表2）進行編碼。根據所表達的想法的正確性和想法之間的聯絡，每個回答都得到0到5分。每乙個評估準則都是基於對每乙個問題的完全正確回答中存在的聯絡的分析而制定的。
12 一組熟悉課程單元設計和知識整合框架的研究人員審查了評估準則和示例回答，以確保將正確的標準應用於資料。百分之二十的測試是由第二位研究人員編寫的可靠性**（97%）。通過編碼人員之間的討論，解決了不一致的**。
13 測試前/後測問題之一是，描述溫室效應是如何發生的。試著確保你使用以下三個術語：1）太陽能，2）紅外線能，3）溫室氣體。」乙個完整、完整的綜合反應包括太陽能、紅外線能、溫室氣體和地球溫度的相關資訊。表2中的前三列顯示了分數和知識整合（ki）水平的一般順序，用於編碼學生對每個開放式測試前/後測試問題的回答。除問題4外，此框架適用於所有考前/後測問題。第四列列出了每個ki級別的示例問題1答案。
14 配對t檢驗分析被用來衡量學生在參與單元活動前後的理解差異。對於每個t檢驗，計算cohen的d來報告效應大小（cohen，1992）。這些資料有助於說明參與互動單元活動如何改變學生對溫室效應和全球變暖的理解。
15 參加gwve單元活動後，學生們的想法更加規範和完整。將每個問題的得分相加，計算出總體學習得分。平均整體學習成績從參與前到參與後有所改善（t（189）=8.66，p<0.001）。
16 為了更詳細地檢查學生的理解能力的變化，使用配對的t檢驗來分析每個前1後測試問題的反應。有關分析摘要，請參閱表。學生在後測中表現出對溫室效應的理解有所提高（t（189）=6.96，p<0.001）。
17 以前的溫室效應一般是學生對溫室的不完全理解。例如，一名學生寫道：「我認為當太陽能被困在平流層時，溫室效應就會發生，」另一名學生寫道，「太陽能變得更強，紅外線能量消失。」一些學生的回答是「我不知道。」在後測中，學生的回答包含了更多關於關鍵因素相互作用的想法。他們的想法之間也有更多的聯絡，這表明他們的理解更加完整。
18 學生們對什麼是全球變暖做出了回應？」大眾**的不完全概念的**試。例如，當太陽太熱的時候，北極和南極就會融化，淹沒整個世界。」和「臭氧層變薄了。」在參加了這個單元之後，更多的學生提供了更多的答案，集中在溫室氣體水平和地球溫度之間的關係上。他們的回答表明科學知識更加規範（第乙個例子）和更完整的思想（第二個例子）（t（189）=6.96，p<0.001）。
19 在前測中，對於溫室效應和全球變暖之間的區別，兩種常見的回答是：「它們是同一回事。」而溫室效應導致全球變暖。」在後測中，學生們表明他們理解這兩種現象是不同的，並且他們能夠產生描述差異的綜合解釋（t（189）=6.96，p<.001）。
20 三個問題要求學生解釋個人因素（反照率、雲層和溫室氣體）在溫室效應中的作用。在教學過程中，學生們利用溫室視覺化技術進行虛擬實驗，了解每乙個因素。研究結果顯示，學生在參與課程單元後，對每乙個因素的了解都有所改善。表4列出了學生在測試前和測試後對這些提示的回答示例。綜合起來，這些資料表明學生們提高了他們對個人概念的認識，以及他們對溫室效應和全球變暖現象的理解。
21 總的來說，學生對目標現象的理解有所增加，但仍有發展空間。例如，為了加深對溫室效應和全球變暖的理解，學生們必須了解單元中突出顯示的各個組成部分之間的兩個主要關係：1）較高的反照率表明地球表面的反射率較高，導致太陽能反射增加，紅外線能量減少，溫度降低；2）溫室氣體將紅外線能量反射回地球表面，導致地球溫度公升高。儘管有些學生已經了解了溫室氣體、紅外線能量和地球溫度之間的關係，但很少有學生了解反照率與地球溫度之間的關係。
22 在教學之前，學生的知識主要包括全球變暖的原因和全球變暖現象的結果。他們沒有完全理解描述溫室效應和全球變暖如何發生的科學相互作用和基本原理。在這項研究中，為了讓學生對目標概念或現象有乙個完整的理解，他們的回答必須有正確的、相互關聯的想法。例如，學生可以通過提及正確回答所需的所有單獨成分（太陽能、紅外線能、溫室氣體）來生成解釋溫室效應的答案，但這些成分之間存在不正確的聯絡（溫室氣體截留了太陽能而非紅外線能）。知識通過識別基於想法的理解水平和想法之間的聯絡來解釋增量變化。當然還有成長的空間，但學生們確實表明，他們對溫室效應所涉及的成分有了更多的了解。
23 在這項研究中觀察到的學生理解力的變化與vosniadou和brewer（1992，1994）著作中討論的兒童對地球的理解相似。他們發現孩子們有各種各樣的物理世界的心理模型（例如，地球的形狀，晝夜迴圈），這些模型都是基於他們的日常經驗。一旦他們獲得了新的資訊，他們就會修改自己的想法，使之更科學有效。vosniadou和brewer（1992，1994）在他們關於兒童對地球知識的研究中，確定了中間心理模型，這些模型代表了兒童試圖調和地球是乙個球體的新知識與他們先前存在的地球是平的知識的嘗試。
24 在我們的研究中，大多數學生不明白溫室氣體吸收的是紅外線而不是太陽能。雖然我們沒有看到證據表明所有學生對溫室效應和全球變暖有全面、全面的了解，但我們確實看到了他們正在修改知識的證據。這與vosniadou和brewer（1992，1994）的概念變化理論相一致，該理論將概念變化描述為乙個漸進的、連續的過程。當他們將新的想法與他們原有的知識相協調時，學生們已經產生了溫室效應的中間表現，包括正確和錯誤的想法。
25 我們目前的研究結果顯示，學生參與課程單元活動作為乙個整體，增加了他們的理解。我們未來的工作將涉及一系列的溫室視覺化研究。我們想更多地了解他們與視覺化的互動對學習結果的影響。我們將設計更可靠的方法來衡量他們對能量轉換的理解，這是深入理解這一複雜現象的關鍵。
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