开展基于牛顿定律引导探究的专题教学法提高高中生科学素养能力外文翻译资料

开展基于牛顿定律引导探究的专题教学法提高高中生科学素养能力

作者：D Sastradika¹ and Jumadi²

国籍：印度尼西亚

出处：物理学报：会议系列

中文译文：

摘要：牛顿定律是物理学中的基本定律,在日常生活中有着广泛的应用,本研究旨在创建一种基于牛顿定律引导探究的学科化教学方法,以提高学生的科学素养。以20名科林奇高中XI级IPA学生为试验对象，64名学生为现场试验对象，采用随机抽样的方法将其分为实验班和对照班。分别进行有限测试和实地测试,通过产品评价表和科学素养测试收集数据。结果表明：（1）基于专家判断,基于纽元定律引导探究的专题教学法产品在课堂上实施是合适的、可行的；（2）实验班和对照班学生的科学素养增益值差异有统计学意义(P=0.011)。

1. 导言

21世纪的学习意在发展学习者适应、不感到沮丧、克服21世纪生活所需的能力[1]。21世纪学习者必须具备的能力之一就是科学素养[2][3][4]。PISA 2015（国际学生评估项目）的调查结果显示，印尼学生的科学、阅读和数学成绩在69个国家中排名62位[3]。这是因为在学习中没有教师所呈现的科学现象，没有以科学的调查（探究）为基础的学习应用，使学生倾向于被动[5]。教师提供的课程只有讲课和书面形式，直接转化为数学形式，没有揭示错误概念，没有批改作业，不恰当的类比模型，演示模型狭隘，没有强调多方面的教学内容知识(PCK)。学生科学素养技能的缺乏导致学生解决高阶思维技能问题和应用性问题的能力较低[7]。

科学素养技能的提高需要与学生能力发展相适应的学习模式，探究式学习被认为是提高科学素养技能的学习模式之一[8][9][10][11]。探究性学习是一种以学生为中心的学习，让学生参与探究，使探究性学习成为一个科学的过程。[12][13][14]。研究性学习分为四个层次；确认式探究、结构化探究、引导式探究、开放式探究[9][15][16]。在学习过程中实施探究式教学的情况见表1。

表1.调查级别

引导式探究是符合高中学生思维发展水平的教学模式[15]。引导式探究模式对学生的适切性可以从教师在识别问题和传达许多涉及程序的问题时的特点中看出[17]。本研究采用引导式探究模式提高高中生的科学素养能力。

引导式探究学习必须考虑教学内容知识(PCK)的方面[18][19][20]。PCK是超越学科知识向学科知识维度进行教学的知识[21]。把PCK知识作为一种产品，称为学科专用教学法(SSP)，它是教师以学习产品的形式进行思考的方法[22]。SSP作为一个产品包括两个基本组成部分：教案和学生工作表。由于物理是一门科学学习，可以提高学生的科学素养，特别是牛顿定律的科学素养，所以本研究的SSP的开发主要集中在物理这一学科上。因为这一主题使学生能够从事科学和与科学有关的问题,包括科学过程、科学态度和科学在日常生活中的应用[7][23]。牛顿定律是一个在日常生活中有许多应用的材料，使学生科学素养的培养成为可能。同时牛顿定律也是一个适合发展学生理解力的题材，因为这本材料有一个抽象概念，以至于许多学习者不了解速度、加速度以及物体如何运动[24][25]。

本研究测度的科学素养能力提高包括4个方面的内容：科学的作用，科学行为和理解自然现象，验证研究的来源和应用研究的结果，数学能力[3][26][27]。科学素养技能的完整方面见表2。

表2.科学素养能力方面

本研究采用引导式探究模式对SSP的开发进行调整，以提高学生的科学素养技能。在课程分析、学生需求分析和牛顿定律概念分析的基础上设计了SSP的开发。开发SSP的目的是：

bull;以引导式探究模式为基础,制定特定学科的教学方法,其中适合学生的需要。

bull;了解专题教学法(SSP)的引导探究模式对提高教学质量的作用对学生科学素养能力的培养。

1. 方法

本研究是研究与开发(Ramp;D)的4D模型，包括4个阶段（定义、设计、开发、传播）[28]。开发的产品是SSP由教案和学生作业表组成，仪器则是科学素养能力的测试。阶段定义是通过主题分析、能力分析、任务分析和工具分析确定产品开发指导方针。设计阶段是根据导则确定SSP的初始设计，开发阶段是通过专家判断、有限试制和现场试制获得最终产品。通过3次专家讲课、2次物理教师讲课、2次同龄人讲课，对SSP的可行性和科学素养测验内容效度进行了评价。SSP的可视性是根据每个专家判断的平均分数确定的，并根据表3中的标准进行定性分类。

表3. 数据转换有效性标准

其中：

X₁ =平均分数=1/2（最大分数 最小分数）

SBi =标准偏差=1/6（最大分数-最小分数）

X =成绩

有限试用确定SSP的可读性和科学素养测试的实证效度，实地试用确定SSP对提高学生科学素养的有效性。实验对象为SMA Negeri 4 Kerinci的64名学生。在这一阶段，学生被分成两个班，即实验班和对照班。实验班使用开发的SSP进行学习，对照班使用教师使用的学习常规SSP进行学习。现场试用设计采用准实验方法，前测后测对照组设计如表4所示。

表4. 田间试验中的准实验设计

其中：

t1=实验前

X1=采用专题教学法(SSP)的引导式探究模式进行处理

X2=采用特定学科教学法(SSP)的常规模式治疗

t2=实验后

在传播阶段，该产品在SMA Negeri 1Kerinci、SMA Negeri 4 Kota Jambi和SMA Negeri 4 Kerinci等几所学校分发。

1. 结果与讨论

本研究的目的是在专家验证的基础上，提出适合学生需要的、可用于学习的SSP引导式探究模式，以提高高中生对牛顿定律材料的科学素养能力。

3.1. 问题一：开发SSP的可行性

开发的牛顿定律SSP由教案和学生作业表组成。专家判断结果根据表3所载标准进行分析。教案在指标制定、内容、学习步骤、学习效果评估、语言等方面得到验证。学生工作表上回顾的内容、任务、图像和语言。图1显示了七位专家对教案的验证结果。

图1.调查结果

从图1中可以得出结论，所有检查的方面都有超过4.2的分数，被归类为非常好。验证者建议的一些改进包括澄清学习的语法，并将所建议的学习调整到科学素养的各个方面。专家对学生作业表的判断结果如图2所示。

图2.专家对学生作业的判断结果

从图2中可以得出结论，所有检查的方面都有超过4.2的分数，被归类为非常好。专家建议的一些改进是用实验定制调查问题。在专家对学生作业表进行可行分类后，以20名学生为对象进行有限的试用，利用问卷得到学生的可读性水平。在SMA Negeri 1 Kerinci的可读性水平测试中，可读性水平测试的结果非常好，这表明所制作的学生作业表可以在现场试用中加以改进科学素养能力。

3.2.问题二：开发的SSP对提高科学素养的有效性

测试领域的提出决定了SSP产品对提高学生科学素养技能的有效性。利用SMA Negeri 4 Kerinci的64名学生的样本，对牛顿定律问题进行了四次SSP产品的实施。前测和后测的工具是20个被宣布为有效和可靠的多项选择题。对学生科学素养技能的描述性前测和后测如表5所示。

表5. 学生科学素养技能的描述性分析