基于初中物理数字化实验系统表现性评价的设计与应用研究

作     者：詹诗楠 

作者单位：山东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高嵩;徐李佳

授予年度：2024年

学科分类：0401[教育学-教育学] 04[教育学] 040110[教育学-教育技术学（可授教育学、理学学位）] 

主      题：数字化实验 初中生物理数字化实验能力 PTA评价量表 量表应用 

摘      要：物理学作为科学与技术的典型学科,在培养学生的科学素养方面发挥着非常重要的作用。它不仅可以帮助学生建立科学思维和探究问题的能力,而且可以为学生提供丰富的实践经验,从而帮助他们更好地理解和掌握科学与技术知识。 实验是科学教育的重要组成部分,利用现代技术改进科学实验教学成为人们关注的重点,其中数字化实验是实验现代化的重要途径。从上海开展试点数字化教学至今,数字化实验在我国已有二十年的发展历程,由于其准确、简洁、高效等优点,数字化实验系统逐渐成为科学实验教学的重要手段。数字化实验教学展现了学生在传统实验中的不同能力,例如操作传感器的能力、利用计算机进行图像处理能力和数据处理能力等。然而,传统实验评价方式只能检测学生的实验结果,难以评价学生在数字化实验中所表现出的信息技术能力和行为表现能力,更无法评价学生能力的发展和发展程度。 基于以上分析,本研究围绕“初中生物理数字化实验能力评价展开,选取处于数字化实验能力重要培养阶段的初中生为研究对象,利用文献分析法、专家咨询法、表现性评价的理论进行了初中生物理数字化实验能力的PTA评价量表的设计。本研究分为五部分: 第一部分为绪论,说明了研究的背景、研究意义、研究内容、研究方法以及对数字化实验和表现型评价的文献研究,对国内外的研究现状展开梳理与分析。 第二部分进行了初中生物理数字化实验能力PTA评价量表的编制。首先通过阅读文献以及汇总专家意见确定初步的量表框架;其次通过专家咨询,确定了PTA量表由三个评价要素(知识探索能力、综合推理能力和信息技术应用能力)以及十一个二级评价指标构成;再通过专家咨询问卷对各个指标的重要性进行打分,利用层次分析法确定指标权重;最终通过两次量表测试建构完善的测量初中生物理数字化实验能力的PTA评价量表。 第三部分,利用设计出的PTA评价量表对杭州某中学初一到初三学生的数字化实验能力进行了测量。考虑到初一到初三学年的课程内容差异,所以选择了三个不同的实验:《晶体熔化实验》、《探究电流与电压、电阻的关系实验》以及《探究做功与内能的改变实验》,并设计了三份评价学案作为辅助课堂观察的补充材料,使评价结果更加完善可靠。之后基于课堂观察和评价学案的总结对PTA评价量表进行打分,再对评价结果进行统计分析,以了解初中生在数字化实验能力方面的现状。 第四部分,针对杭州某中学初一到初三的学生数字化实验能力现状调查,针对性地提出对于数字化实验教学建议并给出教学设计。 第五部分为研究的总结与展望。 本研究发现,从初一到初三学生物理数字化实验能力的水平在进步,但总体水平参差不齐,处于中等且中等以下的学生占总人数的31.8%,学生物理数字化实验能力的水平低于物理知识的学习和传统实验能力水平,说明学生的数字化实验能力有待进一步提高,一线物理教师应该重视对学生数字化实验能力的培养。通过各项指标的测量结果分析,发现学生在核心知识的掌握程度、相关知识的掌握程度、识别和记录相关知识点的能力、搜索关键信息的能力以及使用计算机读取数据的能力这几个指标上表现不错。学生主要是在推理预测的能力、检测实验和得出一致结论的能力、及时反思学习过并合理分析误差的能力以及筛选并用计算机处理数据这几个能力上表现较差。 本研究设计的测量初中生物理数字化实验的表现型评价工具——PTA评价量表,将有利于丰富我国初中物理的数字化实验教学评价体系。学生物理数字化实验能力的现状调查对学生自我审视、识别自我问题、进行自我调整和自我完善都具有积极意义。同时,教师也能通过PTA量表的测量结果,进一步明确自身以及实验课堂中存在的问题,在一定程度上提高学生的物理数字化实验能力。