Developing interactive screen experiments to assess proficiency in physics labs

开发交互式屏幕实验来评估物理实验室的熟练程度

基本信息

批准号：
22K18576
负责人：
安田淳一郎
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18576/
关键词：
物理教育研究科学教育教育評価学習評価

项目摘要

大学の物理教育において，個々人の学習成果の可視化が求められている。しかし，実験科目はグループワークを行う場合が多く，学習者の活動を個別に評価することが難しい。そこで本研究では，学習者がデジタル画像実験を操作したログに基づき，思考力を自動的に採点するシステムを開発する。具体的な教材としては，デジタル画像実験（IBE）に着目する。IBEとは，実験器具・結果の静止画をプログラミングで統合したデジタル教材である。IBEはベルリン工科大のKirstein氏によって開発され，各国で展開されているが，国内での開発・実践事例はほとんどない。本研究の進め方は以下の通りである。(1) IBEで測定可能な思考力を同定する。(2) 同定した思考力の測定を目的として，IBE，設問群，およびログ解析に基づく自動採点システムを開発する。(3) 試行調査を実施し，ログ解析・採点システムの妥当性を検証する。当該年度において，文献調査に基づき，教養教育における物理学実験で習得が期待される思考力，およびその中でIBEによって測定可能な思考力を同定した。特に，レポートやテストで測定することが困難であり，IBEでの測定に適した思考力を特定した。文献調査では，「AAPT Recommendations for the Undergraduate Physics Laboratory Curriculum」に記載された「Learning outcome recommendations for the undergraduate laboratory curriculum」を参考にし，申請者らの物理学実験を担当した経験をもとに検討を進めた。

大学物理教育需要个人学习成果的可视化。然而，实验科目通常涉及小组合作，因此很难单独评估每个学习者的活动。因此，在本研究中，我们将开发一个系统，根据学习者对数字图像实验的操作日志自动对思维能力进行评分。作为具体教材，我们将重点关注数字图像实验（IBE）。 IBE是通过编程将实验设备的静态图像和结果集成在一起的数字化教材。 IBE由柏林工业大学的Kirstein博士开发，正在许多国家部署，但在日本几乎没有开发或实施的例子。本研究进展如下。 (1) 确定可以用 IBE 衡量的思维技能。 (2)开发基于IBE、问题组和日志分析的自动评分系统，以衡量所识别的思维能力。 (3) 进行试调查并验证日志分析和评分系统的有效性。本学年，我们根据文献调查，确定了文科教育中通过物理实验期望获得的思维能力，以及可以通过IBE衡量的思维能力。特别是，我们发现了难以通过报告或测试衡量但适合通过 IBE 衡量的思维技能。在文献检索中，我们参考了《AAPT本科生物理实验课程推荐》中列出的“本科生实验课程学习成果推荐”，并根据申请人进行物理实验的经验进行了审查。