[论文解读] Introduction to physics teaching for science and engineering undergraduates

Chandralekha Singh, Laura J. Moin+1 more|D-Scholarship@Pitt (University of Pittsburgh)|Feb 22, 2016

Science Education and Pedagogy参考文献 18被引用 8

一句话总结

本文为科学与工程专业本科生设计了一门教学法课程，通过动手设计辅导教程、同伴与自我评估，以及接触物理教育研究，显著提升了学生对物理教学的兴趣与认知。课程显著增强了学生对教学复杂性的理解，90%的学生表示有意从事K-12教学，尤其倾向于高中物理教学。

ABSTRACT

Recruiting and retaining highly qualified physics and physical science teachers is critical for maintaining America's global competitiveness. Unfortunately, only one third of the high school teachers in physics have a degree in physics and an even smaller number of physical science teachers in middle school have a good grasp of the scientific content they teach. Moreover, teachers often lack adequate pedagogical content knowledge to teach science effectively. Here, we discuss the development, implementation, and assessment of a course for science and engineering undergraduates designed to increase awareness and help them develop an interest and a deeper appreciation of the intellectual demands of physics teaching. The course focused on increasing student enthusiasm and confidence in teaching by providing well supported teaching opportunities and exposure to physics education research. The course assessment methods include 1) pre/post-test measures of attitude and expectations about science teaching, 2) self and peer evaluation of student teaching, 3) content-based pre/post-tests given to students who received instruction from the student teachers, and 4) audio-taped focus group discussions in the absence of the instructor and TA to evaluate student perspective on different aspects of the course and its impact.

研究动机与目标

• 解决美国K-12物理与物理科学教师严重短缺的问题，目前仅有32%的教师拥有物理学位。
• 回应当前教师在教学法内容知识方面的缺乏，这削弱了科学教学的有效性。
• 提升科学与工程专业本科生对物理教学所涉及的智力与教学要求的认知。
• 通过提供结构化、受支持的教学体验，并接触基于研究的教学法，培养其从教的兴趣与信心。
• 评估该课程对学生态度、教学自我效能感以及长期从事K-12教学职业意向的影响。

提出的方法

• 为科学与工程专业本科生设计并实施了一门为期一学期的课程，聚焦于物理教育中的教与学。
• 学生以两人一组的形式，基于基于研究的教学法，在大学复习课环节中设计并实施两个以学生为中心的辅导教程。
• 整合了教学态度与期望的前测与后测，以及接受教程学生的基于内容的前测与后测。
• 采用自我评估与同伴评估教学表现，以促进反思性实践。
• 组织了无教师与助教在场的录音焦点小组，收集学生对课程影响与结构的直接反馈。
• 融入物理教育研究文献阅读与主动学习方法，以深化对认知与教学原理的理解。

实验结果

研究问题

• RQ1 该课程在多大程度上提升了科学与工程专业本科生对K-12物理教学的兴趣与认知？
• RQ2 在参与教程设计与实施后，学生对教学的态度与期望如何演变？
• RQ3 该课程对学生自我感知的教学效能感与教学法内容知识有何影响？
• RQ4 学生如何看待以学生参与为核心、而非传统讲授形式的教学体验的价值？
• RQ5 在哪些结构或内容方面进行调整，可使课程更符合学生对‘真实’教学（尤其是面授讲授）的感知？

主要发现

• 90%的学生表示有意愿从事教学，其中多数计划在高中任教，理由是大学环境中通常缺乏以学生为中心的教学，而他们希望提供此类教学。
• 学生报告了显著的认知转变：他们不再将教学视为天赋问题，而是认识到教学是一项复杂、可习得的实践，需要深入理解学生的思维过程。
• 该课程有效提升了学生对教学认知负担的认知，参与者指出，他们现在更理解为不同先备知识的学生量身定制教学的难度。
• 学生将准备教程（4.8/5）和获得教师反馈（4.5/5）视为课程最有价值的部分，表明其在主动教学设计中高度投入。
• 尽管成果积极，学生仍认为在辅导中帮助学生不被视为‘真正的教学’——这是其认知中的关键缺口，提示需要增加正式的面授教学体验。
• 焦点小组数据显示，学生接触到了大量认知研究资料，现在将其视为有效教学的重要资源，尤其在将教学与学生学习方式对齐方面。