[论文解读] Lecture-Tutorials in Introductory Astronomy

Colin S. Wallace, Edward E. Prather|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2018

Innovations in Educational Methods被引用 3

一句话总结

本文介绍了《天体物理导论讲座自学教程》（Lecture-Tutorials for Introductory Astronomy），这是一种基于教育研究、以探究为导向的教学工具，旨在提升天文学101课程中学生的概念理解与推理能力。该教程基于长达二十年的教育研究，当采用明确的教学策略实施时，可在大规模课程中实现显著的学习成效——例如在700人规模的超大型课程中的案例研究中得到验证，为大规模天文学课堂教学中的主动学习提供了可扩展的范例。

ABSTRACT

The Lecture-Tutorials for Introductory Astronomy have been designed to help introductory astronomy instructors actively engage their students in developing their conceptual understandings and reasoning abilities across a wide range of astrophysical topics. The development of the Lecture-Tutorials has been informed by nearly two-decades of research into common learning difficulties students experience when studying astronomy. The results from multiple studies provide evidence that Lecture-Tutorials can help students achieve learning gains well beyond what is typically achieved by lecture alone. Achieving such learning gains requires that an instructor understand how to effectively incorporate the Lecture-Tutorials into his or her course. This chapter provides details into the best practices for the effective integration and implementation of the Lecture-Tutorials - practices that we have developed through years of reflective practice from working with thousands of Astro 101 students and instructors. We also present a case study of how Lecture-Tutorials were used to promote the active engagement of learners in an Astro 101 mega-course enrolling over 700 students. This case study illustrates how the thoughtful implementation of Lecture-Tutorials can result in dramatic learning gains, even in the most daunting instructional environments.

研究动机与目标

• 通过基于研究的教学材料，解决天体物理导论课程中广泛存在的概念误解问题。
• 为教师提供将讲座自学教程有效融入课程的最佳实践。
• 证明讲座自学教程在大规模教学环境中的可扩展性与实际影响。
• 支持学生在不同天体物理主题中实现主动学习与推理能力的提升。

提出的方法

• 讲座自学教程以引导式探究工作表的形式组织，引导学生在协作小组中推理关键天体物理概念。
• 每个教程均建立在数十年来关于学生概念误解的物理与天体物理教育研究发现基础之上。
• 教师在课堂上实施教程，通过促进同伴讨论与形成性评估，推动学生对概念的深入参与。
• 该方法强调教师的引导作用而非直接讲授，与科学教育中有效课堂对话的既定模式保持一致。
• 通过培训材料、对齐指南以及将教程嵌入现有课程结构的框架，为实施提供支持。
• 对700人规模的超大型课程的案例研究证明，系统性实施可带来可测量的学习成效提升。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效实施讲座自学教程，以在大规模天文学课程中最大化学生的概念理解？
• RQ2 在使用讲座自学教程时，哪些具体的教学实践能带来显著的学习成效？
• RQ3 讲座自学教程在多大程度上能提升不同学生群体在不同课程形式下的推理能力与概念掌握程度？
• RQ4 与仅采用传统讲授的教学方式相比，讲座自学教程的整合在学习成果方面有何差异？

主要发现

• 讲座自学教程带来的学习成效显著高于传统讲授方式通常实现的水平。
• 在700人规模的超大型课程中，对讲座自学教程进行周密实施，显著提升了学生的学习成果。
• 这些教程在帮助学生克服关于天体运动、光以及恒星演化等核心天体物理主题的长期误解方面非常有效。
• 成功的实施需要教师培训以及将教程明确整合进课程设计，而不仅仅是分发材料。
• 该方法即使在大规模教学环境中，也能支持主动学习与协作推理。
• 多项研究的证据证实，这些教程是提升天体物理教育中概念理解的可靠且可扩展的工具。