[论文解读] Active learning in pre-class assignments: Exploring the use of interactive simulations to enhance reading assignments

Jared B. Stang, Megan Barker+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2016

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一句话总结

本研究探讨在第一年物理课程的课前阅读作业中整合以探究为导向的PhET模拟实验，是否能提升学生的课前准备程度与参与度。尽管PhET活动提高了学生的兴趣和作业投入时间——尤其是在学期后期较具挑战性的主题上——但与仅使用教科书的作业相比，学习成效并无显著提升。

ABSTRACT

Pre-class reading assignments help prepare students for active classes by providing a first exposure to the terms and concepts to be used during class. We investigate if the use of inquiry-oriented PhET-based activities in conjunction with pre-class reading assignments can improve both the preparation of students for in-class learning and student attitudes towards and engagement with pre-class assignments. Over three course modules covering different topics, students were assigned randomly to complete either a textbook-only pre-class assignment or both a textbook pre-class assignment and a PhET-based activity. The assignments helped prepare students for class, as measured by performance on the pre-class quiz relative to a beginning-of-semester pre-test, but no evidence for increased learning due the PhET activity was observed. Students rated the assignments which included PhET as more enjoyable and, for the topic latest in the semester, reported engaging more with the assignments when PhET was included.

研究动机与目标

• 探讨在课前阅读作业中增加基于PhET的互动模拟实验，是否能提升学生对主动学习课堂的准备程度。
• 评估PhET活动对学生参与度及对课前作业态度的影响。
• 确定整合PhET是否能带来超越仅使用教科书的课前任务的可测量学习成效。
• 探究先阅读文本还是先进行模拟实验（文本先于模拟或模拟先于文本）的顺序是否影响学习成果。
• 评估在家庭课前情境中，对PhET活动提供轻度指导是否能支持有效探索。

提出的方法

• 在大型第一年物理课程的三个课程模块（黑体辐射、质量与弹簧、共振）中开展准实验研究。
• 将学生随机分配至三种条件之一：仅教科书、先教科书后PhET、或先PhET后教科书，每个模块均如此。
• 使用PhET模拟实验并辅以最少指导：学生探索模拟实验中的特定关系，并以开放式回答记录观察结果。
• 在学期初进行前测，在每次课前作业后立即进行后测，以衡量学习成效。
• 收集学生调查数据，内容涵盖作业耗时、愉悦感及对学习益处的感知。
• 使用Wilcoxon符号秩检验分析学习成效数据，使用非参数检验分析调查反馈数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在课前作业中包含PhET模拟实验是否能带来相较于仅使用教科书作业更大的学习成效？
• RQ2 包含PhET模拟实验如何影响学生的参与度及课前作业的投入时间？
• RQ3 学生是否认为PhET增强的作业相比仅使用教科书的作业更有助于学习？
• RQ4 完成教科书阅读与PhET模拟实验的顺序是否会影响学习成果或学生参与度？
• RQ5 学生对PhET活动的喜爱程度与作业耗时在多大程度上相关？

主要发现

• 所有主题的学生均在课前作业中表现出显著的学习成效，后测成绩相比前测显著提高（所有主题p < .001）。
• 尽管包含PhET后学生愉悦感提升且报告的作业耗时增加，但PhET增强与仅使用教科书条件之间的学习成效无统计学上显著差异。
• 在学期末的共振主题中，学生报告在包含PhET的作业上多花费5–10分钟，表明在疲劳状态下，PhET可能提升了持续参与度。
• PhET条件下的学生报告作业更有趣，但与仅使用教科书的作业相比，对学习益处的感知无显著差异。
• 两种PhET条件下的学生均报告在教科书部分花费的时间略少，表明PhET的存在可能改变了他们对作业总时长的感知。
• 未发现作业耗时与学习成效之间存在相关性，表明延长参与时间并未转化为测验题目上的表现提升。