1 / 60

動態視覺表徵與科學學習

動態視覺表徵與科學學習. 張欣怡 國立高雄師範大學 科學教育研究所. Before the talk…. 教育部環保小組 助理研究員 國立新莊高級中學地球科學教師 美國密西根大學 科學教育 博士 美國加州大學柏克萊分校 博士後研究員. Technology-Enhanced Learning in Science. TELS 為美國國家科學委員會所資助成立 研究科學表徵融合於探索式科學教學模組對科學學習之影響 如何設計成功有效的視覺表徵？ 如何有效將視覺表徵融入探索式教學活動？.

hall-franklin
Download Presentation

動態視覺表徵與科學學習

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 動態視覺表徵與科學學習 張欣怡 國立高雄師範大學 科學教育研究所

  2. Before the talk… • 教育部環保小組助理研究員 • 國立新莊高級中學地球科學教師 • 美國密西根大學科學教育博士 • 美國加州大學柏克萊分校博士後研究員

  3. Technology-Enhanced Learning in Science • TELS為美國國家科學委員會所資助成立 • 研究科學表徵融合於探索式科學教學模組對科學學習之影響 • 如何設計成功有效的視覺表徵？ • 如何有效將視覺表徵融入探索式教學活動？ Technology-Enhanced Learning in Science (TELS) http://www.TELSCenter.org

  4. TELS Partners Pennsylvania State University Chris Hoadley Technion - Israel Institute of Technology Yael Kali University of California, Berkeley Marcia Linn University of Toronto Jim Slotta Arizona State University Doug Clark The Concord Consortium Bob Tinker, Paul Horwitz, Ken Bell Mills College Jane Bowyer Christopher Newport University S. Raj Chaudhury North Carolina Central University Tun Nyein, Gail Hollowell

  5. WISE at TELS Web-based Inquiry Science Environment (WISE) (Linn, Clark, & Slotta, 2003)

  6. TELS課程之成效 Linn, Lee, Tinker, Husic, & Chiu (2006). Science

  7. Global Warming Project by Varma

  8. The Greenhouse Model

  9. The Greenhouse Model

  10. Thermodynamics Module Activities 1 & 2 : Elicit student ideas and engage students in real-world investigation

  11. Thermodynamics Module Activity 3: Dynamic visualization to help students connect between macroscopic and molecular views

  12. Thermodynamics Module Activities 4 & 5: Thermal conductivity at macroscopic and molecular levels

  13. 何謂 Computer Visualization? • Dynamic • Interactive • “Use of computer-supported, interactive, visual representations of data to amplify cognition”(p.6, Card, Mackinlay, Shneiderman, 1999).

  14. When to Use Computer Visualization? • Things are too small or large • Events happen too fast or slow • Science concepts are too abstract • Science concepts involve dynamic processes or procedure.

  15. Student Difficulty Learning With Visualization • Attending to the information of the visualization • Conceiving dynamic processes or abstract relationships • Connecting visualizations to everyday experiences • Transforming between multiple representations • Understanding the purpose and method of using scientific visualizations

  16. Review of Studies on Dynamic Visualization • Search of ERIC and PsycINFO using keywords: dynamic visualization, animation, learning, and science • Review of recent issues of Journal of Research in Science Teaching, Science Education and Journal of The Learning Sciences • 60 research studies met the criteria

  17. Meta-Analysis of Effect Sizes • Cohen (1988): • 0.2 is small • 0.5 is medium • 0.8 or higher is large

  18. Dynamic vs. Static Studies Average g = 0.21

  19. Instructional Comparison Studies Average g = 0.40

  20. Instructional Pre-Post Studies Average g = 1.07

  21. Conclusions from the Review • Prior knowledge, the design, duration, and guidance all make a difference. • Dynamic, interactive visualizations are effective for science teaching and learning in many contexts, topics, and contents. • Design studies are needed to determine the best way to use these materials.

  22. TELS Inquiry Map 預測-觀察-解釋

  23. TELS Inquiry Map 評論

  24. 引導學生評論之提問 • 實驗目的 • Mary 是否回答了她的研究問題? Mary是否需要進行再次實驗以回答她的問題? 解釋你的答案. • 研究方法 • Mary如何改善她的實驗? Mary是否需要改變溫度或觀察時間? 解釋你的答案.

  25. 加州北部152 位國二學生與一位科學教師參與本研究 研究設計：評論組與控制組 評論組 (N=88) 評論Mary 之案例 實驗計畫 與預測 實驗與 觀察 結果分析與解釋 控制組 (N=64) 實驗計畫 與預測 實驗與 觀察 結果分析與解釋 閱讀實驗說明

  26. 資料分析:前後測 學生實驗設計能力 題目給予一研究問題與第一次實驗之變項與數據,要求學生設計第二次實驗 學生科學表徵能力 題目要求學生繪圖及解釋概念：當一熱杯放置在冷的桌面上,杯子及桌面接觸的分子運動及熱的傳導情形 使用knowledge integration coding rubrics

  27. 結果 : 學生實驗設計能力 評論組 > 控制組 (t = 2.42, p = 0.017)

  28. 結果 : 學生科學表徵能力 • 兩組學生後測分數均顯著優於前測分數 (t=7.63, p<0.001). • 兩組學生並無顯著性差異 (t= 1.474, p = 0.143).

  29. 討論：學生科學表徵的發展 Rick, Pretest: mixture across materials “The instance cup touched the metal table, the molecules in the table will add coldness into the cup filled with water. When the cup got colder, the table transferred the cold molecules to the cup. The cup transferred the hot molecules to the table. So when it is done, the table will be hot and the cup cold.”

  30. 討論：學生科學表徵的發展 Rick, Posttest: distinguished ideas “The molecules in the cup are vibrating fast cause it is hot, but the table is slower cause it’s cold. Eventually the molecules of the cup and the table would vibrate the same speed, because the temperature of both arrived at room temperature.”

  31. 結論 • 預測-觀察-解釋(POE)教學模式結合視覺表徵之科學實驗幫助學生理解熱如何於分子間傳遞之概念並發展該科學表徵能力 • 相較於控制組, 評論(Critique)教學模式幫助評論組學生發展較佳科學實驗設計技能

  32. 綜合結論 • 如何成功地使用學習科技促進科學學習? 當下列三元素能互相連結與滿足： • 學習科技的設計 • 課程與學習目標 • 教學模式的搭配

  33. 謝謝您的寶貴時間!!

  34. 電腦視覺表徵工具對學習科學之研究 研究主題 如何引導學生使用電腦視覺表徵工具進行科學活動 (scientific modeling activities) 評鑑該工具與活動對理解科學概念之幫助 口試委員 Joseph S. Krajcik, Co-Chair Christopher L. Quintana, Co-Chair Brian P. Coppola, Chemistry Elizabeth A. Davis

  35. Outcome II 表徵技能 Outcome I 科學知識 Outcome III 整體概念 研究架構 電腦視覺表徵工具 設計 同儕評鑑 Technology- mediated modeling activities 觀看 解釋

  36. 電腦視覺表徵工具 : Chemation 學生建構簡單二維分子模型及動畫 五個模式 原子畫板

  37. Chemation 之設計原理 • 學習者主動建構科學知識與表徵(Piaget & Inhelder, 2000/1972; Roth & McGinn, 1996; Kress & van Leeuwen, 1996) • 學習者之先備知識影響建構學習(Bransford et al., 2000; Linn, 2000) • 幫助學生加強表徵技能有助科學學習 (Chang, H.-Y. & Quintana, C., 2006). 表徵技能包括: • 視覺技能 (Visualization) • 解釋技能 (Interpretation) • 推理技能 (Reasoning)

  38. Chemation 案例 :學生設計之動畫 一國一學生設計動畫以顯示化學反應中原子重新排列鍵結之過程, 並推理未知的生成物. Cu + 2CH3COOH Cu(CH3COO)2 + Unknown product 銅醋酸醋酸銅未知生成物

  39. 研究設計 • 如何有效使用電腦視覺表徵工具以促進科學教學? • 學習科技本身並不保證成功的教學 (Hubscher-Younger & Narayanan, 2003; Rieber, 1990). • 文獻指出有效的學習科技應結合適當教學方法, 例如: • 設計與建構: 引導學生設計與建構電腦視覺表徵 (e.g., Kafai, 2006; Kress & van Leeuwen, 1996) • 解釋: 引導學生適當解釋視覺表徵所代表的意義 (e.g., Hegarty et al., 2003) • 評鑑: 引導學生對所設計的視覺表徵進行同儕評鑑 (e.g., Schwarz & White, 2005)

  40. 教學實驗 設計組 觀看組 設計與評鑑組 設計 設計 觀看 解釋 解釋 解釋 (概念綜合整理) (概念綜合整理) 評鑑 合計教學時間: 三個單元共六至八堂課

  41. 研究問題 前述三組之教學活動結合電腦視覺表徵工具如何影響學生相關化學概念之學習與理解?

More Related