開源軟件在物理教學(xué)中的輔助效果

1、    開源軟件在物理教學(xué)中的輔助效果    汪智 劉露【摘 要】在信息技術(shù)融合學(xué)科教學(xué)的實踐創(chuàng)新中，開放性源代碼的軟件教學(xué)資源較為豐富，其中視頻分析軟件tracker、互動式仿真軟件phet與高中物理教學(xué)內(nèi)容和方法契合度較高，因此對相關(guān)開源軟件在物理教學(xué)中的具體應(yīng)用效果進行研究有現(xiàn)實意義。本文從混合研究路徑出發(fā)，通過對開源軟件應(yīng)用下的高中物理教學(xué)進行實驗研究，發(fā)現(xiàn)開源軟件對學(xué)生的物理成績有顯著影響，且具有大規(guī)模效應(yīng)量?！娟P(guān)鍵詞】開源軟件;tracker;phet;物理教學(xué)物理是一門實驗科學(xué)，在高中課堂上使用視頻分析軟件tracker和互動式仿真軟件ph

2、et等一些開源軟件來輔助教學(xué)是有益的，讓學(xué)生通過實驗探究學(xué)習(xí)物理是可取的1。本研究旨在用實踐的方式，探索在具體的學(xué)科內(nèi)容模塊知識點下，開源軟件提升物理教學(xué)效率的程度。本研究建立起一套以成績數(shù)據(jù)可視化為基礎(chǔ)的教學(xué)反饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)的內(nèi)容如圖1所示。首先是在集體備課的基礎(chǔ)上，教師組織各班級學(xué)生學(xué)習(xí)同一內(nèi)容。其次是在教學(xué)后，教師給學(xué)生設(shè)置統(tǒng)一化的練習(xí)或檢驗，學(xué)生獨立完成，教師批改。再次是收集學(xué)生的原始成績數(shù)據(jù)，形成學(xué)生成績excel文件。最后是教師通過tableau將學(xué)生的成績數(shù)據(jù)可視化，直觀地觀察分析學(xué)生的學(xué)情，制定下一段教學(xué)計劃，實現(xiàn)因材施教。1   研究過程研究過程中，嚴(yán)格按

3、照研究設(shè)計概況圖（如圖2）的流程收集一些學(xué)生成績。這些數(shù)據(jù)包括學(xué)生的前測成績和后測成績，學(xué)生前測成績?yōu)閷W(xué)生中考時的理化成績，學(xué)生后測成績?yōu)閷嶒灲M教學(xué)的成績和控制組教學(xué)的成績。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過分析將作為中期結(jié)果和部分后期結(jié)果。處理數(shù)據(jù)主要使用的軟件是tableau 9.1、spps 24.0。圖3是使用tableau軟件獲得的成績圖，在同一張箱體圖中，可以清晰地體現(xiàn)不同班級之間所有學(xué)生的物理成績差異，同時又可以通過加入顏色差異來反映學(xué)生的中學(xué)基礎(chǔ)情況（在圖3中，中考理化得分用顏色來標(biāo)識，藍色程度越深代表學(xué)生的中考理化成績越高，紅色越深則代表中考理化成績越低）。這意味著通過這一幅可視化的學(xué)習(xí)成績分布圖

4、，任教教師可以清楚地判斷物理成績較高的學(xué)生是否是基礎(chǔ)比較好的學(xué)生。使用視頻分析軟件tracker輔助教學(xué)的16班、17班分別是實驗班1和實驗班2，對照班級為15班。其中對照班也就是15班中較高四分位點為69.5分，中位數(shù)為59分，較低四分位點為49分;實驗班1也就是16班中較高四分位點為80分，中位數(shù)為67分，較低四分位點為57分;實驗班2也就是17班中較高四分位點為81分，中位數(shù)為70分，較低四分位點為56分。以上數(shù)據(jù)整體反映出了實驗班和對照班的成績分布，可知實驗班的成績整體上要優(yōu)于對照班，同時也可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生成績與一些變量的關(guān)系。如本研究發(fā)現(xiàn)中考理化基礎(chǔ)不同的學(xué)生在經(jīng)過開源軟件輔助教學(xué)后成績

5、變化可能不同，性別不同的學(xué)生在經(jīng)過開源軟件輔助教學(xué)后成績變化可能不同。這些將通過統(tǒng)計軟件進一步分析。2   數(shù)據(jù)分析利用spps 24.0分析學(xué)生的測驗得分，經(jīng)過信度分析得出克龍巴赫系數(shù)為0.644，研究信度尚可。測試包括測試1和測試2，測試1是普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書必修一第一章第三節(jié)“運動快慢的描述速度”的相關(guān)內(nèi)容測試。測試2是普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書必修一第一章第五節(jié)“運動變化快慢的描述加速度”的相關(guān)內(nèi)容測試。針對測試1，對實驗班1和對照班的成績進行方差相等假設(shè)檢驗，兩組數(shù)據(jù)的方差是相等的。獨立樣本檢驗結(jié)果中t=-3.371，對應(yīng)的p=0.000針對測試1，對實驗

6、班2和對照班的成績進行方差相等假設(shè)檢驗，兩組數(shù)據(jù)的方差是相等的。獨立樣本檢驗結(jié)果中t=-3.158，對應(yīng)的p=0.001對測試2成績進行分析，實驗班1和對照班兩組數(shù)據(jù)的方差是相等。獨立樣本檢驗結(jié)果中t=-0.898，對應(yīng)的p=0.186>0.05，因此可得兩組數(shù)據(jù)總體的平均值存在著統(tǒng)計意義下的無顯著性差異，在這里不拒絕虛無假設(shè)，即使用開源軟件來輔助教學(xué)的實驗班1與對照班在測試2中不存在顯著性差異。實驗班2和對照班兩組數(shù)據(jù)的方差相等。獨立樣本檢驗結(jié)果中t=-1.589，對應(yīng)的p=0.055>0.05，因此可得兩組數(shù)據(jù)總體的平均值存在著統(tǒng)計意義下的無顯著性差異，在這里不拒絕虛無假設(shè)，即

7、使用開源軟件來輔助教學(xué)的實驗班2與對照班在測試2中不存在顯著性差異。將中考理化成績前50%的學(xué)生定義為提高組，中考理化成績后50%的學(xué)生定義為基礎(chǔ)組。研究表明，實驗班1、2的提高組與對照班的提高組的中考理化成績無顯著性差異。測試1中實驗班1、2的提高組優(yōu)于對照班的提高組，實驗班1、2的基礎(chǔ)組優(yōu)于對照班的基礎(chǔ)組，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表現(xiàn)出顯著性差異，效應(yīng)量均為大規(guī)模效應(yīng)量。在測試2中實驗班1、2的提高組優(yōu)于對照班的提高組，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表現(xiàn)出顯著性差異，效應(yīng)量均為大規(guī)模效應(yīng)量。在測試2中實驗班1、2的基礎(chǔ)組與對照班的基礎(chǔ)組無顯著性差異。將學(xué)生的性別作為變量，繼續(xù)檢驗，發(fā)現(xiàn)在高中物理教學(xué)中使用視頻分析軟件tracker后，男生和女生的成績沒有顯著性差異。3   結(jié)論綜合研究結(jié)果，本研究認(rèn)為：高中物理教學(xué)中每周使用開源軟件12次會顯著提高高一年級學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)測試的成績，且成績的效應(yīng)量屬于大規(guī)模效應(yīng)量;高中物理教學(xué)中使用視頻分析軟件tracker會顯著地提高學(xué)生運動學(xué)標(biāo)準(zhǔn)測試的成績，且成績的效應(yīng)量屬于大規(guī)模效應(yīng)量;高中物理教學(xué)中使用phet互動式仿真軟件會顯著提高學(xué)生電磁學(xué)標(biāo)準(zhǔn)測試的成績;高中物理教學(xué)中使用視頻分析軟件tracker會顯著地提高優(yōu)生運動學(xué)標(biāo)準(zhǔn)測