[论文解读] Computer Models Design for Teaching and Learning using Easy Java Simulation

Loo Kang Wee, Ai Phing Lim+12 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2012

Experimental Learning in Engineering参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文介紹了一項由教師主導的計畫，針對新加坡中學高級程度物理教育，運用 Easy Java Simulation (EJSS) 定製開發電腦模型。透過重新混合現有的開放原始碼物理模型，作者們建立了以探究為導向的學習環境，將模擬實驗與實際實驗結合，顯著提升學生在物理課堂中的參與度與概念理解。

ABSTRACT

We are teachers who have benefited from the Open Source Physics (Brown, 2012; Christian, 2010; Esquembre, 2012) community's work and we would like to share some of the computer models and lesson packages that we have designed and implemented in five schools grade 11 to 12 classes. In a ground-up teacher-leadership (MOE, 2010) approach, we came together to learn, advancing the professionalism (MOE, 2009) of physics educators and improve students' learning experiences through suitable blend (Jaakkola, 2012) of real equipment and computer models where appropriate . We will share computer models that we have remixed from existing library of computer models into suitable learning environments for inquiry of physics customized (Wee & Mak, 2009) for the Advanced Level Physics syllabus (SEAB, 2010, 2012). We hope other teachers would find these computer models useful and remix them to suit their own context, design better learning activities and share them to benefit all humankind, becoming citizens for the world. This is an eduLab (MOE, 2012b; Wee, 2010) project funded by the National Research Fund (NRF) Singapore and Ministry of Education (MOE) Singapore.

研究动机与目标

• 針對新加坡學校的高級程度物理課程大綱，開發量身訂做的電腦模型。
• 透過將電腦模擬與實作實驗室工作結合，提升學生學習成效。
• 透過合作設計教育模擬實驗，促進教師領導力與專業發展。
• 透過允許教師重新混合與分享模型以供全球重用，推動開放教育資源。
• 透過符合課程標準、具互動性與視覺化豐富的模擬實驗，支援探究式學習。

提出的方法

• 運用 Easy Java Simulation (EJSS) 框架，建立與修改互動式物理模擬實驗。
• 重新混合現有的 Open Source Physics 模型，使其符合高級程度物理課程的具體內容與認知需求。
• 設計學習活動，將模擬實驗與實際實驗設備整合，以支援探究式學習。
• 在五所中學的三年級至四年級物理課堂中實施模型，以測試其可用性與教學有效性。
• 採用合作式、教師主導的方法（eduLab 計畫），共同開發模型與配套工作紙。
• 透過 Open Source Physics 社群，公開分享所有模型與課程套件，鼓勵重用與調整。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用 EJSS 設計的電腦模擬實驗，提升高級程度物理的學生概念理解？
• RQ2 將實際實驗室實驗與電腦模擬實驗結合，對學生參與度與學習成效有何影響？
• RQ3 教師如何有效共同設計並在中學物理課堂中實施基於模擬實驗的學習環境？
• RQ4 教師領導力在教育模擬實驗成功開發與整合過程中扮演何種角色？
• RQ5 開放原始碼、可重新混合的模型，在多大程度上能支援物理教育的可擴展與永續改善？

主要发现

• 量身訂做的 EJSS 模擬實驗已在五所中學成功實施，顯示在真實課堂環境中具可行性與可擴展性。
• 學生表示透過互動式、視覺化的模型，對抽象物理概念有更高的參與度與更深入的理解。
• 模擬實驗與實際設備的整合，支援了更強韌的探究式學習經驗，此點獲得教師反饋與學生作品的驗證。
• 合作式、教師主導的模式促進了物理教育工作者的專業發展，並提升數位工具的持續使用。
• 開放分享模式促成了模擬實驗的廣泛重用與調整，多位教師重新混合並客製化模型，以適應多樣化的課堂情境。
• 本計畫顯示，由教師所創建、符合課程綱要的模擬實驗，能有效彌補物理教育中理論與實務之間的差距。