Исследования в области физического образования
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Исследования в области физического образования (PER) — это форма дисциплинарных исследований в области образования, специально связанных с изучением преподавания и изучения физики , часто с целью повышения эффективности обучения учащихся. PER опирается на другие дисциплины, такие как социология , когнитивная наука , образование и лингвистика . [1] и дополняет их, отражая дисциплинарные знания и практику физики. [2] Примерно восемьдесят пять учреждений в Соединенных Штатах проводят исследования в области естественных наук и физического образования.
Цели [ править ]
 | Этот раздел включает в себя список использованной литературы , связанную литературу или внешние ссылки , но его источники остаются неясными, поскольку в нем отсутствуют встроенные цитаты . ( февраль 2022 г. ) |
| Количество публикаций о идеях студентов по библиографии Дуита (2005 г.) | |
|---|---|
| Фрагмент | Публикация |
| Механика (сила)* | 792 |
| Электричество (электрическая цепь) | 444 |
| Оптика | 234 |
| Модель частицы | 226 |
| Теплофизика (тепло/температура) | 192 |
| Энергия | 176 |
| Астрономия (Земля в космосе) | 121 |
| Квантовая физика | 77 |
| Нелинейные системы (хаос) | 35 |
| Звук | 28 |
| Магнетизм | 25 |
| относительность | 8 |
| * Преобладающее понятие в скобках. Адаптировано из материалов Р. Дуита, Х. Ниддерера и Х. Шекера (см. ссылку). | |
Одной из основных целей PER является разработка педагогических методов и стратегий, которые помогут учащимся более эффективно изучать физику и помогут преподавателям реализовать эти методы. Поскольку даже базовые идеи в физике могут сбивать с толку, а также возможны научные заблуждения, возникающие в результате преподавания посредством аналогий, чтение лекций часто не устраняет распространенные заблуждения о физике, которые студенты приобретают до того, как их изучают. Исследования часто направлены на то, чтобы узнать больше об распространенных заблуждениях, которые учащиеся приносят на уроках физики, чтобы можно было разработать методы, которые помогут учащимся преодолеть эти заблуждения.
В большинстве вводных курсов физики механика обычно является первой областью физики, которую преподают. Законы движения Ньютона о взаимодействии сил и объектов занимают центральное место в изучении механики. Многие студенты придерживаются ошибочного представления Аристотеля о том, что для поддержания движения тела необходима чистая сила; вместо этого в современной физике движение моделируется с помощью Ньютона первого закона инерции , утверждающего , что тело будет сохранять состояние покоя или движения, если результирующая сила на тело не будет действовать . Подобно студентам, придерживающимся этого заблуждения, Ньютон пришел к своим трем законам движения посредством эмпирического анализа, хотя и сделал это на основе обширного изучения данных, включая астрономические наблюдения. Учащиеся могут устранить такое заблуждение в среде, практически лишенной трения, где они обнаруживают, что объекты движутся с почти постоянной скоростью без постоянной силы.
Основные направления [ править ]
Основная цель сообщества PER — понять процессы, связанные с преподаванием и изучением физики, посредством строгих научных исследований.
По данным группы PER Вашингтонского университета, одного из пионеров в этой области, [3] работа в рамках PER обычно подпадает под одно или несколько общих описаний, в том числе:
- Выявление трудностей учащихся
- Разработка методов решения этих трудностей и измерения результатов обучения.
- Разработка опросов для измерения успеваемости учащихся и других характеристик.
- Исследование взглядов и убеждений учащихся в отношении физики.
- Изучение динамики малых и больших групп, анализ моделей поведения учащихся с использованием фреймов и других новых и существующих эпистемологических методов. [4]
«Введение в исследования в области физического образования», Роберт Байхнер, [5] выделяет восемь тенденций в PER:
- Концептуальное понимание. Исследование того, что знают учащиеся и как они это изучают, является центральным элементом PER. Ранние исследования включали выявление и устранение неправильных представлений о принципах физики. С тех пор этот термин превратился в «трудности учащихся» на основе рассмотрения альтернативных теоретических основ обучения учащихся. Трудность с концепцией может быть встроена в правильную концепцию; заблуждение искореняется и заменяется правильным представлением. Группа PER в Вашингтонском университете специализируется на исследованиях концептуального понимания и трудностей учащихся. [6]
- Эпистемология : PER начинался как метод проб и ошибок для улучшения обучения. Из-за недостатков такого подхода теоретические основы исследований были разработаны на раннем этапе, особенно в Университете Мэриленда . Теоретические основы PER в основном построены вокруг конструктивизма Пиаже . Теории познания в обучении физике были выдвинуты Редишем, Хаммером, Элби и Шерром. [7] который основывался на «Знании по кусочкам» ДиСессы. Структура ресурсов, [8] Разработанный на основе этой работы, он основан на исследованиях в области нейробиологии, социологии, лингвистики, образования и психологии. Ожидаются дополнительные рамки, совсем недавно «Рамка возможностей», [9] который основан на исследованиях дедуктивного рассуждения, начатых Уэйсоном и Филипом Джонсон-Лэрдом .
- Решение проблем: оно играет важную роль в процессах, способствующих развитию физических исследований, о чем говорится в большом количестве упражнений в обычных учебниках. Большинство исследований в этой области основано на изучении разницы между новичками и экспертами в решении проблем (первокурсниками и второкурсниками, аспирантами и аспирантами соответственно). Подходы к исследованию решения проблем были в центре внимания группы PER Университета Миннесоты . Недавно в Специальном разделе PRL: PER была опубликована статья, в которой идентифицировано более 30 моделей поведения, отношений и навыков, которые используются при решении типичной физической задачи. Большая разрешающая способность и особое внимание к деталям используются в области решения проблем.
- Отношение: Университет Колорадо разработал инструмент, который выявляет отношение и ожидания студентов в отношении физики как предмета и класса. Отношения учащихся часто ухудшаются после традиционного обучения, но недавние работы Редиша и Хаммера показывают, что это можно обратить вспять и можно увидеть положительные изменения в отношении, если уделять внимание «разъяснению эпистемологических элементов неявной учебной программы». [10]
- Социальные аспекты. Были проведены исследования пола, расы и других социально-экономических проблем, которые могут повлиять на обучение физике и другим областям. Другое исследование изучало влияние языка тела, групповой динамики и обстановки в классе на изучение физики.
- Технология: Системы реагирования учащихся (кликеры) основаны на работе Эрика Мазура в области взаимного обучения. Исследования в области PER изучают влияние, применение и возможности технологий в классе.
- Учебные вмешательства: разработка учебной программы PER основана на более чем двадцатилетних исследованиях в области физического образования. Известные учебники включают «Учебные пособия по физике» , «Физику по исследованиям» , «Среду обучения научным исследованиям» и «Парадигмы в физике» , а также множество новых учебников для курсов вводного и младшего уровня. Исследовательская группа по физическому образованию Университета штата Канзас разработала программу «Визуальная квантовая механика» (VQM) для преподавания квантовой механики старшеклассникам и студентам колледжей, не имеющим продвинутого образования в области физики или математики.
- Учебные материалы: Издатели теперь подчеркивают, что в своих учебниках по физике базис PER является основным преимуществом для студентов. Один из первых комплексных учебников по физике, включающих результаты PER, был написан Сервеем и Байхнером. Помимо учебников, учебные материалы для студентов-физиков теперь включают моделирование PhET (технология физического образования). Это стало возможным благодаря достижениям в области аппаратного обеспечения персональных компьютеров, независимому от платформы программному обеспечению, такому как Adobe Flash Player и Java , а в последнее время и HTML5 . [11] CSS3 и JavaScript . [12] По мнению Вимана, [13] Моделирование PhET предлагает прямой и мощный инструмент для исследования мышления и обучения учащихся.
Ассоциация журналов [ править ]
Научно-исследовательские работы по физике в США в основном издаются четырьмя издательствами. [14] Статьи, представленные в Американский журнал физики : Секция исследований в области физического образования (PERS), в основном предназначены для потребителей исследований в области физического образования. Журнал Learning Sciences (JLS) публикует статьи, посвященные реальной или нелабораторной среде, часто в контексте технологий, и посвящены обучению, а не преподаванию. Между тем, статьи в журнале Physical Review Special Topics: Physics Education Research (PRST:PER) ориентированы на тех, для кого проводятся исследования PER, а не на потребителей. Аудитория материалов конференции по исследованию физического образования (PERC) рассчитана на как потребителей, так и исследователей. Последний дает представление о данной области и, как таковой, открыт для предварительных результатов и текущих исследований, а также для статей, которые просто заставят задуматься сообщество PER. Другие журналы включают «Физическое образование» (Великобритания), « Европейский журнал физики» (Великобритания) и «Учитель физики» . Леон Сюй и другие опубликовали статью о публикации и рецензировании статей в области исследований в области физического образования в 2007 году. [14]
См. также [ править ]
Преподавание квантовой механики
Ссылки [ править ]
- ^ Доктор, Дженнифер Л.; Местре, Хосе П. (16 сентября 2014 г.). «Синтез дисциплинарных исследований образования по физике» . Специальные темы физического обзора — исследования в области физического образования . 10 (2): 020119. doi : 10.1103/PhysRevSTPER.10.020119 .
- ^ Совет национальных исследований (21 мая 2012 г.). Дисциплинарные исследования в области образования: понимание и улучшение обучения в области бакалавриата в области науки и техники . дои : 10.17226/13362 . ISBN 978-0-309-25411-3 .
- ^ Исследования в области физического образования | Группа физического образования
- ^ Фернандес, ФБ (2017). «Исследование действия в классе физики: влияние подлинного, основанного на запросах обучения или инструкций на изучение теплофизики» . Азиатско-Тихоокеанское научное образование . 3 (1): 1–20. дои : 10.1186/s41029-017-0014-z .
- ^ Роберт Дж. Байхнер (2009). «Введение в исследования в области физического образования». У Чарльза Р. Хендерсона и Кэтлин А. Харпер. Начало работы в ПЕР. Отзывы в ПЕР 2 .
- ^ Макдермотт (2010). Личная история исследований в области физического образования и группы физического образования в Вашингтонском университете . неопубликовано. стр. 1–81.
- ^ «Ресурсы, создание и передача»
- ^ Редиш Эдвард Ф (2014). «Лекция Эрстеда 2013: Как нам следует думать о том, как думают наши студенты?». Американский журнал физики . 82 (6): 537–551. arXiv : 1308.3911 . Бибкод : 2014AmJPh..82..537R . дои : 10.1119/1.4874260 . S2CID 119231128 .
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 г. Проверено 4 декабря 2019 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Редиш, Эдвард Ф.; Хаммер, Дэвид (01 июля 2009 г.). «Переосмысление университетской физики для биологов: объяснение эпистемологической учебной программы». Американский журнал физики . 77 (7): 629–642. arXiv : 0807.4436 . Бибкод : 2009AmJPh..77..629R . дои : 10.1119/1.3119150 . ISSN 0002-9505 . S2CID 46304837 .
- ^ «Инструкции по исходному коду PhET» .
- ^ Сескир, ЗК; Мигдал, П.; Вайднер, К.; Анупам, А.; Кейс, Н.; Дэвис, Н.; Декароли, К.; Эрджан, И; Фоти, К.; Гора, П.; Янкевич, К.; Ла Кур, БР; Мало, JY; Манискалько, С.; Наэми, А.; Нита, Л.; Парвин, Н.; Скафиримуто, Ф.; Шерсон, Дж. Ф.; Сурер, Э.; Вуттон, младший; Ага, Л.; Забелло, О.; Чиофало, М. (2022). «Квантовые игры и интерактивные инструменты для распространения и образования квантовых технологий». Оптическая инженерия . 61 (8): 081809-1–081809-38. arXiv : 2202.07756 . дои : 10.1117/1.OE.61.8.081809 .
- ^ Виман, Карл; Перкинс, Кэтрин; Адамс, Венди (28 октября 2007 г.). «Лекция по медали Эрстеда, 2007 г.: Интерактивное моделирование для преподавания физики: что работает, что нет и почему» (PDF) . Американский журнал физики . 76 (4 и 5): 393–399. дои : 10.1119/1.2815365 . S2CID 30005032 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Леон Сюй и др. (2007). «Публикация и рецензирование статей по исследованиям в области физического образования». Конференция по исследованию физического образования 951: 3–6.