[论文解读] Student perceptions of laboratory classroom activities and experimental physics practice

Dimitri R. Dounas-Frazer, Kimme S. Johnson+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2020

Innovative Teaching and Learning Methods参考文献 25被引用 1

一句话总结

本研究基于学生在为期数周的最终项目中的经历，调查了本科物理专业学生如何感知特定实验活动作为实验物理实践的真正组成部分。通过问卷调查和访谈，研究人员发现，学生认为项目执行类活动是实验物理的核心组成部分，而制作与人际互动类活动则被视为条件性活动，取决于资源和专业水平——这表明第一手和第二手的项目经验塑造了学生对物理实践的看法。

ABSTRACT

We report results from a study designed to identify links between undergraduate students' views about experimental physics and their engagement in multiweek projects in lab courses. Using surveys and interviews, we explored whether students perceived particular classroom activities to be features of experimental physics practice. We focused on 18 activities, including maintaining lab notebooks, fabricating parts, and asking others for help. Interviewees identified activities related to project execution as intrinsic to experimental physics practice based on high prevalence of those activities in interviewees' own projects. Fabrication-oriented activities were identified as conditional features of experimentation based on differences between projects, which interviewees attributed to variations in project resources. Interpersonal activities were also viewed as conditional features of experimentation, dependent upon one's status as novice or expert. Our findings suggest that students' views about experimental physics are shaped by firsthand experiences of their own projects and secondhand experiences of those of others.

研究动机与目标

• 探讨学生参与多周实验项目如何塑造其对实验物理的认知。
• 识别学生认为构成实验物理实践真正组成部分的具体课堂活动。
• 考察项目资源差异和学生专业水平（新手与专家）如何影响其对合法实验工作的认知。
• 理解第一手和第二手实验项目经验在形成学生对实验物理本质认知中的作用。

提出的方法

• 对一门高年级光学实验课程中的本科物理专业学生进行问卷调查和半结构化访谈。
• 聚焦于18项特定实验活动，包括维护实验记录本、制作部件以及向同学或教师求助等。
• 采用定性数据分析技术，包括编码和主题分析，以识别学生认知中的模式。
• 在课程的最终项目阶段收集数据，以捕捉学生对真实实验实践的反思。
• 运用福特的科学实践框架（将科学实践视为相互关联的实践行为）来解释学生回答。
• 通过先前关于E-CLASS问卷调查和开放式实验教学影响的研究对发现进行三角验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 学生如何看待哪些实验活动是实验物理实践的构成性行为，原因是什么？
• RQ2 学生对自己项目经验的差异如何影响其对实验物理实践的认知？
• RQ3 项目资源差异和学生专业水平（新手与专家）的差异如何影响其对真实实验工作的认知？
• RQ4 第一手和第二手的实验项目经验在多大程度上塑造了学生对实验物理的看法？

主要发现

• 学生认为与项目执行直接相关的活动——如数据分析、故障排除和仪器架设——是实验物理实践的内在组成部分。
• 以制作为导向的活动被视为条件性特征，取决于项目特定的资源和限制条件。
• 人际互动类活动（如寻求帮助）也被视为条件性活动，其认知因学生自身专业水平感知而异。
• 学生对实验物理的认知强烈受到其自身项目经验以及对他人项目观察的影响。
• 通过参与多周的实践项目，学生对实验是一种迭代性、非线性过程的认知得到加强。
• 参与开放式、自主性项目的学生成员更可能将实验物理视为一种动态、迭代的过程，而非程序化的检查清单。