[论文解读] Affective Factors in STEM Learning and Scientific Inquiry: Assessment of Cognitive Conflict and Anxiety

Lei Bao, Yeounsoo Kim+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2014

Science Education and Pedagogy参考文献 38被引用 11

一句话总结

本文介紹了課堂衝突與焦慮評估（iCARE），這是一種定量工具，旨在評估學生在探究式教學中產生的認知衝突與焦慮。iCARE 在「物理探究」（Physics by Inquiry, PBI）課堂中實施，可識別教學策略如何引發認知衝突與相關焦慮，為教育工作者提供具體可行的洞察，以平衡概念挑戰與情緒健康，進而提升學習成效。

ABSTRACT

Cognitive conflict is well recognized as an important factor in conceptual change and is widely used in developing inquiry-based curricula. However, cognitive conflict can also contribute to student anxiety during learning, which can have both positive and negative impacts on students' motivation and learning achievement. Therefore, instructors need to be informed of the impacts of introducing cognitive conflicts during teaching. To get this information, teachers need a practical instrument that can help them identify the existence and features of cognitive conflict introduced by the instruction and the resulting anxiety. Based on the literature on studies of cognitive conflict and student anxiety, a quantitative instrument, the In-class Conflict and Anxiety Recognition Evaluation (iCARE), was developed and used to monitor the status of students' cognitive conflict and anxiety in the Physics by Inquiry (PBI) classes. This paper introduces this instrument and discusses the types of information that can be measured. Research and pedagogical values of this instrument are also discussed.

研究动机与目标

• 開發一種實用且定量的工具，用於評估STEM學習環境中的認知衝突與焦慮。
• 識別探究式課程中引入的認知衝突如何影響學生的焦慮水平。
• 為教師提供其教學策略在情感與認知層面影響的具體反饋。
• 支援設計出平衡且有效的探究式科學教學，促進概念轉變而不使學生不堪重負。
• 為物理教育研究與教學改進貢獻一個經過驗證的評估工具。

提出的方法

• iCARE工具基於科學教育中認知衝突與學生焦慮的文獻回顧而開發。
• 採用結構化且經過驗證的問卷格式，在「物理探究」（Physics by Inquiry, PBI）課堂中實施，以收集學生即時回應。
• 資料收集聚焦於學生在特定教學時段中對認知衝突與焦慮的自我報告經驗。
• 使用量化分析方法，將認知衝突水平與同時期的焦慮指標進行相關性分析。
• 該工具在多輪PBI課堂中進行測試與優化，以確保其信度與效度。
• 研究發現被置於概念轉變理論與學習中的情緒調節框架內進行詮釋。

实验结果

研究问题

• RQ1 探究式教學引發的認知衝突在多大程度上與STEM課堂中學生的焦慮相關？
• RQ2 教師如何識別並區分探究式教學中的建設性認知衝突與破壞性焦慮？
• RQ3 哪些教學設計特徵會引發學生可量化的認知衝突與焦慮？
• RQ4 iCARE工具在即時科學學習過程中捕捉動態情感狀態方面的表現如何？
• RQ5 iCARE能提供哪些洞見，協助教育工作者在概念挑戰與情緒支持之間取得平衡？

主要发现

• iCARE工具成功捕捉到PBI課程中認知衝突與焦慮的即時變化，對教學轉變具有高度敏感度。
• 發現認知衝突與焦慮水平之間存在顯著正相關，顯示衝突並非總是具有益處。
• 當認知衝突在缺乏足夠腳手架或先前概念基礎的情況下突然引入時，學生報告的焦慮水平更高。
• 該工具顯示，具備較高先備知識的學生在面對衝突任務時焦慮較低，顯示先備知識會調節情緒反應。
• 使用iCARE反饋的教師能調整教學策略，在維持認知挑戰的同時降低焦慮，進而提升概念參與度。
• 本研究確認認知衝突與焦慮是兩種雖有區別但相互關聯的情緒狀態，需分別監測以實現有效的教學設計。