基于核心素养的计算机辅助教学效果评价x

1、基于核心素养的计算机辅助教学效果评估 以“晶体结构”教学为例 1、研究背景 讣算机辅助教学(Computer Assisted Instruction)是在教学中应用计算机技术的教学方法, 除了较为常见的Flash动画和换徹件之外，人工智能、云计算、大数据、增强现实(AR)、虚拟现实 (VR)、3D模型、手持技术等也纷纷龙入中学课堂，逐渐取代如投影仪、挂图等传统的教 学设备。 JesurajaW认为，计算机辅助教学设备相较于传统教学辅助工具，具有一左的优势：计算 机能够在几秒钟内储存和处理大量数据：II算机软件可以实现与学生的互动：计算机的用途 非常灵活，可以集投影、图表展示、幻灯片播放等功能

2、于一体：随着教冇素材和软件的日益普 及，计算机可以应用于所有的学校课程中。 (/Haver【2】指出，计算机数字化学习技术应用于中学化学教学的真正价值在于，用不同于 传统授课或实验的方式解决难度很大的问题。在该研究中他还通过互动技术、动态模型、模 拟和分析工具来探究计算机技术在学生参与积极性方而的教学价值。 晶体结构教学是髙中化学教学的一个重点。在新课标“宏观辨识与微观探析”这一素养中 提出“能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类：能从元素和原子、分子水平认识物 质的组成、结构、性质和变化，形成结构决左性质的观念”。在“证据推理与模型认知”中 提出“能基于证据对物质组成、结构及其变化提

3、出可能的假设”【叽 化学学科是在原子、分子水平上研究物质的组成和结构，因此化学学习需要建立微观和宏观 之间的联系。Johnstone将这种联系分为三重表征：宏观、微观和符号表征。宏观表征用于描 述可观察到的物质和化学反应现象，微观表征用以描述微观粒子(分子、原子、离子)的运动和 结构，符号表征包括符号、公式、方程式、表达式和图形。这三重表征传递了物质组成、结构、 变化和性质的信息，是学生进行宏观辨识与微观探析的有效工具。但学生的思维主要依赖于 感官提供的宏观表征，而微观和符号表征是无形且抽象的。因此，学生在建构微观表征以解释 宏观表征、以及符号表征可视化过程中往往存在问题。 对于抽象的晶体结构

4、教学，il算机模拟是很好的可视化教学工具。新课标针对该教学内容 提出了相应的教学策略：借助事物模型、计算机软件模拟、视频等多种直观手段，充分发 挥学生动手搭建分子结构、晶体结构模型等活动的作用，降低教学内容的抽象性，促进学生建 立对相关内容的理解和认识。 基于上述背景，本文囤绕“讣算机辅助教学在晶体结构教学中的效果评估”这一主题进行 研究，提出了两个研究问题： 在晶体结构教学中采用汁算机辅助教学，学生能否取得相对于传统模型教学更好的成绩; 计算机辅助教学相对于传统模型教学是否更有利于发展学生的学科核心素养。 2. 研究设计 2. 1研究对象 本研究选取成都市某髙中高二年级两个教学班75名理科学

5、生作为研究对象，他们已经 完成了必修一中物质结构与性质的内容，即将开始选修3中晶体结构与性质的学习。 2. 2研究方法 本文主要运用了泄量研究法和问卷法。 （1）疋量研究法。Rasch模型在学生测验数据分析中一个重要的单参数分析模型，被试 者与项目相互独立，可以应用于测试开发过程中专家审题的质量控制，为测试信度提供有效的 反馈信息。 （2）问卷法。本研究通过学生调查问卷来评估计算机辅助教学对学生素养建构过程中 的行为和态度影响。学生化学核心素养的发展是一个自有学者建构的过程，教学中要发展 学生化学科学思维方式，引导学生在自主建构中理解化学学科核心概念。 2. 3研究流程 首先，笔者依拯Rasc

6、h模型编写前后测试题。前测试题主要包括必修一中物质结构与性 质内容，在成都市某高中高二年级进行测试。 然后进行选修三晶体结构内容教学，在实验班中采用3D模型辅助教学方式，在对照班中 采用传统图片和实物模型教学。晶体结构内容教学完成后进行后测试题并进行问卷调查。 最后用Ministep软件处理两个班级前后测的测试数据。 3数据评估 3. 1计算机辅助的晶体结构教学测试成绩评估 本研究提出的第一个研究问题为：在晶体结构教学中采用讣算机辅助教学，学生能否取得 相对于传统模型教学更好的成绩。针对这一研究问题，笔者在实验班和对照班采用不同的教学方 式，并通过前测、后测等办法收集数据，再采用统计学方法对数

7、据进行合理地组织、分类、制 表进行分析。 表1实验班和对照班的前测成绩分析 学生人数 平均分 标准差 实验班 37 69.2 6.55 对照班 38 67.3 6.13 表1为实验班和对照班前测数据，两个班的平均分差距1.9分，说明两个班学生在物质 的结构与性质方而的能力整体水平相差不大。实验班标准差6.55,说明班内学生水平差异比 对照班稍大，但与对照班标准差没有显著区别。 表2实验班前测质量分析 估计 误差 Intit Outfit 分离度 信度 MNSQ ZSTD MNSQ ZSTD 被试 1.26 14 0.99 0.0 l0 0.1 1.1 0.65 项目 0.00 0.95 1.0

8、0 -0.1 LIO 0 29 0.83 表2中数据显示，被试者能力估计为1.26,说明被试学生能力稍高于测试项目。误差 值是指观察值和期望值之间的差异，任本次前测中被试误差为1.14,项目误差为0.95,数值 合理。Infit和61血为数据-模型拟合数值，反应了实际反应模型与理论反应模型之间的卡拟 合指标，MNSQ值最优为1、ZSTD值最优为0,有效数值在正负2之间。实验班前测数拯 MNSQ值接近1、ZSTD数值接近0,都接近理想数值，表明各项拟合度数据较好。分离度 是指被试者能力和测试难度在测试中的分离程度，能够反映出测试对于被试者层次的区分效果。 前测中被试分离度为1.1，数值小于2,说

9、明实验班中的学生在化学结构方面的能力都较为 接近。信度体现项目或被试再现情况，取值在0-1之间。前测中项目信度为0.83,信度较高; 被试信度为0.65,说明被试者能力较集中，水平层次较少。 表3为实验班和对照班的后测成绩分析 学生人数 平均分 标准差 实验班 37 67.1 4.53 对照班 38 64.3 6.67 表2为实验班和对照班完成晶体结构与性质教学后的测试数据，实验班平均分比对照班 高2.8分。相较于前测平均分差距1.9分，后测平均分差距略有增加。实验班标准差为4.53, 明显小于对照班，说明实验班学生经过一段时间学习后班级内学生能力差距逐渐减小。 表4 实验班后测质量分析 估计

10、 误差 Inin Outfit 分离度 信度 MNSQ ZSTD MNSQ ZSTD 被试 0.48 0.91 1.00 0.1 1.00 0.() 0.8 0.72 项目 0.00 0.72 0.99 ().1 0.97 -0.1 2.03 0.81 针对实验班后测数据，项目与被试的各项拟合数据接近标准值。且被试信度0.72高于 前测0.72、测试项目信度为0.81接近标准值1,说明测试较为可靠。被试的能力估值为0.4& 表明学生的能力比测试项目难度稍高。被试分离度0.8小于前测分离度1.1,说明在本次测 试中学生的能力区分度减小了，与表3中实验班标准差减小的趋势一致。 3. 2计算机辅助教

11、学对核心素养培养的效果评估 在关于计算机辅助教学的学生问卷中，所有的学生都认为计算机模型的使用在晶体结构教 学内容中起到了重要作用，同时有助于培养学生的空间视觉化能力。86.5%的学生认为通 过使用模型软件能够帮助他们正确感知分子和晶体的三维结构，以及微观粒子的运动方式。 在开放式问题中，学生提到他们会更容易记住能够在脑海中构建出的三维事物，而模型软件能 够帮助他们创立晶体的结构图像，从而更容易理解复杂的晶体结构槪念。 73%的学生表示他们在课后作业活动及思考交流经常使用计算机3D软件模拟微观结构, 67.6%的学生表示掌握3D结构软件后更愿意在今后进一步学习物质结构方面的知识。一 般传统实物

12、模型数量有限，通常学校不能提供给每个学生多种实物模型，学生也不能在课后 或家庭中使用。而学生可以较为便捷地使用模拟软件来帮助完成作业和交流讨论。学生还可 以根据自己的兴趣选取更多课堂教学外的物质进行结构分析。大部分的学生在使用讣算机辅 助教学软件之后表现出比传统教学更为积极的学习态度。 4结论和建议 4.1结论 教学测试成绩评估显示，对于同样的晶体结构教学内容，仅在教学中采用交互式3D 模型软件辅助晶体结构教学手段，与传统实物模型和图片教学相比学生成绩稍有提升但区分 度不大。表明，在化学晶体结构教学内容上，计算机辅助教学与传统实物模型教学一样，只 是一种帮助学生构建知识体系的方法。教师在课堂上要引导学生发展学科核心素养，而不是 让学生掌握讣算机技术。要充分发挥讣算机辅助教学这一新兴教学方法的作用，还需要教师根 据教学目标精心设计教学内容，合理组合多种教学方法以达到更为髙效的教学效果。 而通过计算机辅助教学的学生问卷调査，显示岀计算机辅助教学能够让学生观察到更多 微观表征的运动方式和结构，帮助学生在脑海中创立晶体结构图像，有助于学生理解复杂的 概念。同时，使用讣算机辅助教学的学生能够保持更长时间的学习，展现岀更强的学习意愿，说 明这一教学方法对学习者的认知态度和学习成绩有积极