[论文解读] Easy Java Simulation, an innovative tool for teacher as designers of gravity-physics computer models

Loo Kang Wee, Giam Hwee Goh+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2014

Educational Games and Gamification参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出 Easy Java Simulation (EJS) 作为一种可定制的创作工具包，使教师能够使用真实的天文物理数据，依据新加坡课程纲要，设计基于探究的重力物理计算机模型。该方法支持基于证据的、以学生为中心的学习，通过模拟科学探究过程，提升学生参与度与概念理解，初步研究结果表明，学生现在可以通过互动建模体验如同科学家一般的物理学习。

ABSTRACT

This paper is on customization of computer models using the Easy Java Simulation authoring toolkit for the Singapore syllabus, based on real astronomical data, supported with literature reviewed researched pedagogical features. These 4 new computer models serves to support the enactment of scientific work that are inquiry centric and evidence based that are more likely to promote enjoyment and inspire imagination having experienced gravity-physics than traditional pen and paper problem solving. Pilot research suggests students enactment of investigative learning like scientist is now possible, where gravity-physics comes alive.

研究动机与目标

• 使教师能够作为设计者，利用易于使用的创作工具包，开发重力物理计算机模型。
• 通过可定制的模拟，支持以探究为核心的、基于证据的物理教育学习。
• 使用真实的天文物理数据，将计算机模型与新加坡科学课程纲要对齐。
• 通过模拟真实的科学实践，提升学生的参与度与概念理解。
• 探究学生通过模拟实现类似科学研究的探究性学习的可行性。

提出的方法

• 利用 Easy Java Simulation (EJS) 创作工具包，开发重力物理现象的交互式计算机模型。
• 整合真实的天文物理数据，以确保模拟的科学准确性与真实性。
• 设计四个新的交互式模型，聚焦于重力与行星运动，适用于中等教育阶段的物理教学。
• 构建模型以支持基于探究的学习，使学生能够操控变量并观察结果。
• 嵌入基于有效科学教学与学习文献综述的教育学特征。
• 使教师能够自定义并部署模型，以支持课堂教学中的学生主导探究。

实验结果

研究问题

• RQ1 教师能否有效利用 Easy Java Simulation 工具包为新加坡课程纲要设计重力物理模拟？
• RQ2 EJS 基于的模型在多大程度上支持重力物理教育中的以探究为核心、基于证据的学习？
• RQ3 在模拟中使用真实的天文物理数据，如何影响学生的参与度与概念理解？
• RQ4 学生能否通过这些模拟体验科学探究，模仿真实科学家的工作？
• RQ5 当教师作为积极的模型创建者，设计并实施模拟时，会涌现出哪些教育学优势？

主要发现

• 教师能够成功使用 Easy Java Simulation 工具包设计并自定义重力物理计算机模型。
• 这些模拟使学生能够参与类似于真实科学实践的探究性学习。
• 使用真实的天文物理数据增强了模拟在课堂教学中的真实感与可信度。
• 试点研究显示，学生感受到重力物理是动态且充满活力的，从而提升了学习动机与想象力。
• 该方法展示了将传统的纸笔习题解决方式转变为沉浸式、以探究为核心的学情体验的潜力。
• 与传统方法相比，学生在通过互动建模学习时，报告了更高的愉悦感与更深层次的概念参与度。