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2012/06/01

PhET 所帶來的教學創新與啟發

2012-06-01 貼出 (本文版權沒有)

原文發表在中研院創用 CC 研究室的部落格 (link)


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PhET 所帶來的教學創新與啟發

本文置於 public domain (CC0)

國外已經有針對公眾授權 (public licenses) 的教材與軟體對教學與學生學習成效的研究,其研究的方向有教學效果、軟體購買預算問題、可客製化的特性對使用者及教育者的影響、降低盜版率等主題。筆者觀 察台灣的環境,發現研究教育社群及推動自由軟體社群的交集不大,查詢全國博碩士論文,以自由軟體或是公眾授權教材應用於教育的論文不多,查詢國內的教育資 料庫,相關的研究也不多。因此筆者希望藉由這樣的介紹可以影響一些人,投入相關的研究。
本文以 PhET 例子,列出 PhET 團隊以教學模擬於物理教學等研究報告,其研究內容非常值國內的教育及研究單位參考。

下方的參考資料選自 PhET 網站。目前共有四大主題,共有 30 多篇文章或報告,原網頁有提供文章,有興趣的可以前往下載。在此筆者僅選出部份文獻及加上標題翻譯或是個人的看法。

1. 有關 PhET 的個別教學主題之應用研究

  • Laptops and Diesel Generators: Introducing PhET Simulations to Teachers in Uganda, Sam McKagan, The Physics Teacher, 48, 63-66 , January 2010. (PhET 團隊的成員向烏干達的高中物理老師推廣 PhET)
  • Making On-Line Science Course Materials Easily Translatable and Accessible Worldwide: Technical Concerns, C. V. Malley, J. O. Olson, Multimedia in Physics Teaching and Learning Proceedings, 2009. (這文章說明 PhET 團隊努力讓 PhET 的翻譯簡單化。的確技術難度不高,台灣的翻譯者才能短時間內完成所有的翻譯)
  • PhET: Simulations That Enhance Learning, C.E. Wieman, W.K. Adams, K.K. Perkins, Science, 322/682-683 , October 2008. (這是在知名的期刊 Science 的教育論壇介紹 PhET 的文章)
  • A Powerful Tool For Teaching Science, C. E. Wieman and K. K. Perkins, Nature Physics, p. 290-292 , May 2006. (在知名期刊 Nature Physics 介紹 PhET 的評論文章,)
  • Transforming Physics Education, C. E. Wieman and K. K. Perkins, Physics Today, November 2005. (說明了物理教育面臨挑戰,需要導入新的教學方式)

2. 對於高效性模擬設計的重要特色 (卓越的訪談資料)

  • What Levels of Guidance Promote Engaged Exploration with Interactive Simulations?, W. K. Adams, A. Paulson and C. E. Wieman, PERC Proceedings, 2009. (四種導引方式,從完全沒有說明、導引問題、輕度指導及重度指導等,研究對學生從 PhET 學習科學觀念之成效)
  • A Study of Educational Simulations Part I - Engagement and Learning, W. K. Adams, S. Reid, R. LeMaster, S. B. McKagan, K. K. Perkins, M. Dubson and C. E. Wieman, Journal of Interactive Learning Research, 19(3), 397-419 , July 2008. (這文章說明了 PhET 團隊在設計教學模擬主題時,先針對 200 位學生進行訪談,針對程式的介面外觀、使用直覺性與傳達科學概念等方向,作為改進之建議。本文非常適合國內推廣教育自由軟體研究者參考)

3. PhET 在課程應用研究

  • A Research-Based Curriculum for Teaching the Photoelectric Effect, S. B. McKagan, W. Handley, K. K. Perkins, and C. E. Wieman, American Journal of Physics, 77, 87 , January 2009. (光電效應教學學習單)
  • Can Computer Simulations Replace Real Equipment in Undergraduate Laboratories?, N. D. Finkelstein, K. K. Perkins, W. Adams, P. Kohl, and N. Podolefsky, PERC Proceedings, 2004. (電腦模擬可否取代大學部的實驗課程的實驗器材?該研究發現使用 PhET 學習的學生在概念學習及實際電路組裝測驗兩方便的表現,都勝過使用實驗器材學習的學生)

4. 學生對學習的感受

  • A deeper look at student learning of quantum mechanics: the case of tunneling, S. B. McKagan, K. K. Perkins, and C. E. Wieman, Physical Review Special Topics: PER, 4, 020103 , October 2008. (深入探討學生學習量子力學:以穿隧效應為例)
  • Why we should teach the Bohr model and how to teach it effectively, S. B. McKagan, K. K. Perkins, and C. E. Wieman, Physical Review Special Topics: PER, 4, 010103 , March 2008. (為什麼我們要教,該如何有效的教波耳的原子模型)
在教育部自由軟體應用諮詢中心及各地縣市網路教育中心的推廣下,越來越多的中小學老師在課程中使用 PhET 及自由軟體,這些都是很好的合作夥伴,當然其他的自由軟體也是很棒的研究題材。筆者在此提出幾項建議:

1. 就教育的角度來看,可以研究的題材相當多,就大方向來說,包括多媒體教材與學生學習成效、教師與學生使用盜版與正版之概況、數位教材之取得與教師導入多媒體教學之意願、自由素材與教材可客製化之特性對教師自行編輯教材之影響等主題。


2. PhET 有 80 多個主題,而且逐漸增加中。如化學可逆反應、碰撞反應等主題適合在高中化學抽象觀念的教學,能否有效促進學生的學習是非常值得研究。PhET 網頁所列出的文獻中可以看到有針對波耳原子模型及量子力學。建議可以針對個別主題進行在地的研究,例如各家理論所闡釋的原子模型原本是艱深難懂的原理,也 是台灣學生在化學課程不易理解的部份,現在透過 PhET 的視覺化教學,讓概念變得容易許多,因此這方面增進學習成果的量化數據很值得研究。又例如台北市南門國中的鄭老師曾作過這樣的教學,他將學生分為兩組,一 組先講解電路元件後實際操作,之後使用 PhET 的電路單元講解原理;另一組學生先使用 PhET 的電路單元講解原理,之後進行電子元件操作。鄭老師表示,先使用 PhET 講解原理後,學生對整體的觀念比較好,對實際組裝電子元件的摸索時間也會減少,這結果與 PhET 團隊於 2004 發表的研究結果相同。

3. 就公眾授權來說,可以研究的主題包括教師對著作權與公眾授權之認識、公眾授權素材是否能增進教師在數位題料上的使用、教師使用公眾授權釋出所創作教材之意願等研究。

4. 此外,筆者也建議對於研究成果的報告可以採公眾授權釋出,例如研究生的學位論文可以使用 CC 授權,研究成果可以投到 Open Access 期刊,投稿到國內期刊雜誌時可以聲明採公眾授權,這樣可以讓研究成果讓更多人享受研究成果,研究者的名聲也更能散布。以筆者為例,根據康乃爾大學的規定, 學生學位論文之著作權屬於學生所有,因此每個畢業生的可以在論文前放置版權宣告頁,若沒有,則算是 public domain。筆者當時與學校的相關單位討論之後,校方同意筆者使用 GNU Free Document License 作為論文的授權。然而國內對於學位論文的採公眾授權的情況仍有改進空間,因此筆者建議在進行自由教材融入教育的研究之後,也能把研究成果釋放出來。