本科毕业设计（论文）
外文翻译
利用多媒体模块，让学生为物理导论课更好地做准备
作者：Zhongzhou Chen, Timothy Stelzer, and Gary Gladding
国籍：美国
出处：PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS - PHYSICS EDUCATION RESEARCH 6, 010108 2010
中文译文：（小四，宋体）
众所周知，物理导论课的学生，如果有的话，很少在上课前阅读教科书。在这项研究中，我们报告了一项解决这一问题的大型物理导论课的课程干预的结果。特别是，我们推出了基于网络的多媒体学习模块MLMs作为“课前作业”，旨在让学生更好地做好上课前准备。我们用学生在上课前回答“印前问题”的表现来作为衡量他们课前对物理概念的认识的一个尺度。我们发现，与前几个学期没有MLMs时的情况相比，学生的表现和在绝大多数印前问题的回答上都有了显著改善。我们发现所有的学生都有显著的进步，而这与他们的背景和能力水平无关。
DOI: 10.1103/PhysRevSTPER.6.010108 PACS number s : 01.40.Fk, 01.50.ht
一． 简介
在最近的一篇论文中，【1】我们报道了一项临床研究的结果，在这项研究中，我们证明了接受多媒体教学的学生在课后即时评估和两周后的保留水平测试上都明显优于接受同等教材教学的学生。我们观察到两个测试的效果大小都是0.7，这与多媒体学习文献中的结果一致。【2】
我们在此报告的第一个结果，来自于这些多媒体学习模块MLMs在一个大型物理导论课程中系统的实现。我们已经将这些模块用作 '预习', 这是一个基于网络的作业, 学生们必须在上课前完成。我们这样选择仅仅是为了让学生在上课前对课程内容有初步的了解。【1】根据其他人【3-5】以及我们的经验，要求学生在上课前阅读课本来作为初始的接触并不是一个有效的策略。
使用MLMs来提供这种学习内容的初步接触, 有两个明显的优点。首先，MLMs比传统的教科书更适合用于学习物理导论内容。【1】第二，由于MLMs是基于网络的，学生们的参与可以被记录在案并获得学分，从而更符合规则。在这篇论文中，我们将证明学生在上课前对某些基本物理概念的理解是通过MLMs来提高的。
二． MLMS 和 JITT 的实现
我们创建了27个基于网络的多媒体学习模块, 用于2008年春季学期伊利诺伊大学基于微积分的电学和磁学的导论课程。每节预习课都被分成大约十个场景，每个场景都为包含动态动画的电影，并有一个音频旁白，可由学生暂停、播放、倒带和位置控制。每个模块的二到三个场景中都包含了嵌入式的形成性评估。这些评估被构造为多项选择题, 必须正确回答, 学生才能进入下一个场景。预习课程以多媒体学习原理为基础，将认知负荷降到最低，并且提高学生对基本概念、专业术语和简单示例计算的学习。一个典型的预习课程的总叙事时间约为15分钟，期间我们介绍了接下来的课将涵盖的的大部分内容。本课程的MLMs的最新版本可在我们的网站上查阅。【9】
在这学期中，我们记录了所有学生与MLMs的互动。特别是，每当学生打开预习课、在场景之间移动、离开预习课时, 我们都会记录下日期和时间。因此，我们可以确定每个学生观看预习课每个场景所用的时间。通过完成每堂课的预习课程，学生在1000个学分中会获得2个学分。
一旦学生完成了预习课程，他们就会被要求在讲课前预先完成另一项叫做“印前”的作业。这个基于网络的作业由一组JiTT问题组成。这些问题一般是针对课前主题而提出的多项选择概念问题。学生还被要求为每个问题的答案选择提供自己的回答解释。每个印前问题都是1个学分，与学生的答案的正确性无关，只要是自己真实的回答，就能得到全部学分。（图中显示了两个印前问题的例子。4和5）
然后, 我们利用学生在这些印前问题上的表现来设计课程, 其中包括广泛的伴随性指导, 一般每50分钟的课8到10个点击问题。虽然MLMs在2008年春季首次引入课程，但我们在几年前就已经介绍了印前问题。因此，我们选择在2008年春季重新研究我们在前几年提出的一些印前问题。我们将使用这些重复的印前问题来评估MLMs在为学生做课前准备方面的有效性。
三． 结果和讨论
图1.学生在64个印前问题上的成绩的颜色散点图。每个点代表一个印前问题。X轴坐标表示在06年春季和07年春季的学期中，所有学生在没有预习课程的情况下,正确回答该问题的平均百分比。Y轴坐标是08年春季学期在有预习课程的情况下，学生对同一问题正确回答的平均百分比。误差条表示假定二项分布的每个问题的统计的不确定性。对于同一组印前问题, 我们绘制了06年春季学期学生与07年春季学期学生的成绩数据。在这里,所有点都聚集在y =x线周围,与主图中2007年春季的非对称分布形成鲜明对比。
我们选择在2008年春季重复2006年春季和2007年春季学期使用过的64个印前问题。这些问题涵盖了27节课中的16节。通过对学生成绩的比较发现，课前预习对学生进入课堂后对基础物理知识的理解有显著影响。
图1所示为引入MLMs前，2006年春季和2007年春季两个学期入学学生的64个问题的平均分散点图。所有数据点都围绕y=x线进行聚类,显示2006年春季每个问题的平均分数在统计上与2007年春季的平均分相当,2006年春季64个印前问题的平均分为49.6 -0.7%,2007年春季的平均分数为48.6 -0.7%。这种聚集类紧密度的一种定量测量方法是，2006年春季和2007年春季的平均得分与0的差值大于3个标准差，这与统计预期一致是毫无疑问的。此外，由于该课程在2006年春季的平均入学人数约为400人(423人)，2007年春季的平均入学人数约为379人，且平均有75%至80%的学生完成了预习作业，因此这一平均成绩很好地反映了问题。因此，如果他们没有使用MLMs作为预习课程，我们取2006年春季和2007年春季每个问题的平均分数来得到我们的基线，对这些问题在2008年春季的平均分数进行预测。我们以64个重复印前问题的平均分作为衡量每个学生对这些主题的“课前”理解的标准。
图一显示,与06/07年春季学生平均49 -0.7%相比较，2008年春季学生64道印前重复试题的平均分为57.3 -0.7%。学生的表现在绝大多数问题上都有明显的改善。事实上，2008年春季的29个问题的平均分比预期值提高了3分以上。
我们将2008年春季学生印前表现的显著改善归功于他们接触了MLMs。我们可以通过研究学生使用这些MLMs的日志来加强这种解释的可信度。特别是，我们观察到2008年春季班的一部分学生，他们在没有充分参与课前活动的情况下，确实在预习课上获得了学分。也就是说，学生可以选择跳过任何不包含问题的给定场景的旁白和动画。随着学期的进行，表现出这种行为的学生比例也在增加，这大概是由于他们在其他任务上的时间增加了。如果预习成绩的提高确实是由于MLMs，我们认为，这些选择跳过大部分场景的学生回答印前问题的成绩不应该表现出显著改善。
在一个给定的预习课程中，如果学生跳过，即花在两个以上场景的音频叙事时间不到75%，我们定义该学生是一个“非观看者”。通常，30 - 40%的学生被归类为“非观看者”。请注意，这个定义是在课前的基础上进行的，一个学生可以是一个预习课程的“观看者”，同属是另一个预习课程的“非观看者”。
如图2所示，为仅定义为“观看者”的学生在08年春季与06/07年春季学期中，在印前重复问题上的表现对比的散点图。同样的情节对于那些被归类为“非观看者”的学生也在插图中体现。这些散点图的差异是显著的。“非观看者”的表现与06年春季和07年春季学期学生的平均成绩的49 -1.2%非常相似，而“观看者”的表现明显优于06年春季和07年春季学期学生的平均成绩（为65 -0.8%）。实际上，对于非观看者来说，与06年春季和07年春季学期学生成绩的平均值相比，有三个问题的平均分显著增加了3分以上，而也有三个问题的平均分显著减少了3分以上。对于观看者来说，有34个问题，学生平均成绩比06年春季和07年春季学期高出了3分以上，而只有2个问题比06年春季和07年春季学期低3分以上。
图二，08年春季学期观看者的预习表现图表。每个数据点的y坐标代表了08年春季学期观看者对一个印前问题的正确率。x轴与图1相同。插图:2008年春季非观看者的预习表现图表。
我们将这种惊人的表现差异归因于 '观看者' 和 '非观看者' 之间与MLMs互动质量的差异。或者，也可能有人认为，这种表现差异可能是由于这两个群体之间的内在差异，比如数学技能、物理背景或态度，因为这些群体是自我选择的。我们以图2插图中关于y=x线的平均分数的对称性分布来反驳另一种解释。也就是说，“非观看者”似乎和所有在06年春季和07年春季学期的学生没有什么区别。如果只有那些成绩较差或学习动机较低的学生选择成为“非观看者”，我们可以预测06年春季和07年春季学期的学生会比“非观看者”表现得更好，但事实并非如此。因此，我们认为08年春季学期的学生在印前问题上的表现的提升是由于MLMs在课程中的引入。
现在，我们将根据学生的能力或背景水平对他们进行明确的分组，从而加强这一论点，并证明所观察到的进步并不取决于学生的能力或背景。换句话说，我们将证明MLMs并不是优先惠及某一类学生，而是广泛地在学生的能力和背景范围内统一受益。为了解决这个问题，我们基于学生们在之前的机械课的表现定义了三个群体。【12】基于先前的机械课满分1000分的成绩, 我们将获得885分以上的学生定义为a级学生,获得821至885分之间的学生定义为b级学生, 获得690和820分之间的这些学生定义为c级学生这些学生。【13】
表一.不同组学生印前问题的平均正确率
图3.不同背景知识水平学生的预习成绩图。如图A、B和C所示，分别是A、B和C级观看者的飞预习成绩数据。x轴和y轴的含义与图1和图2相同，每个点的x和y值都是从各个年级的学生那里得到的。非观看者的相同数据在内图中绘制。
我们对每一组学生重复前面的预习结果分析。在图3中，我们展示了08年春季学期中64个问题的平均年龄分数与06年春季和07年春季学期中这些问题的平均分数相对比的散点图。主图是为“观看者”而作，插图是为“非观看者”而作。在这里,我们看到,对于所有人群来说,'非观看者'的平均表现与06年春季和07年春季学期学生的相似,平均分数的差异保持在统计波动范围内,而'观看者'的每位成绩都明显优于06年春季和07年春季学期学生的平均成绩。表一显示了06/07春季、08春季“非观看者”和08春季“观看者”中每个学生群体水平A、B和C的64个重复问题的平均年龄分数。
我们从这些数据中得到两个主要结果。首先，A级、B级、C级的所有学生中的“观看者”的成绩都有了显著的提高，所有学生都能从MLMs中获益。三组之间的实际提高量的差异很小。
其次，对于所有学生来说，“非观看者”在印前问题上的表现与06年春季和07年春季的学生在这些问题上的表现相同的。这个结果很重要,因为它使我们能够通过简单地比较 '观看者'和'非观看者'的结果,从一个学期获得的数据来衡量MLMs的有效性。因此，我们将能够将我们的研究扩展到新的印前问题，我们设计的这些问题对与特定内容有关的各种认知问题具有重大意义。
四． 结论和未来方向
我们已经证明，将多媒体学习模块作为基于网络的课前作业引入到基于计算机的电磁导论课程中，极大地提高了学生在上课前对基本物理概念的理解。
图四.一个印前问题的示例
图五.一个印前问题的示例
我们使用学生在印前问题上的表现作为学生在上课前对物理理解的一种衡量，这些问题是学生在完成预习后但在上课前必须回答的。印前问题的例子如图4和图5所示。学生理解的提高是通过比较他们在前几个学期使用的这些印前问题的表现来证明的。与所有学生的背景或能力水平无关，在所有学生身上我们都发现绝大多数问题有了显著的提高。此外，我们观察到，一部分学生选择跳过课前的独白或动画，这些学生的表现与前几个学期的学生的表现基本一致。
在另一篇论文【6】中，我们将表明,这种更好的预习理解,能让学生更好地得到更知情、更互动的课程体验。我们观察到学生对于绝大多数问题的表现都有了显著的提高，但是，我们也注意到实际的提高量并不一致，而且在不同的问题之间有很大的差异。改进的方差与问题难易程度的差异无关。这表明，目前多媒体技术的实施对某些物理概念的教学比其他概念的教学更有效。造成这种差异的一种可能性是，显示提高程度最大的问题是那些其理解在很大程度上依赖于抽象概念可视化的主题的问题。动画的使用有助于减轻学生在短期视觉记忆中产生的沉重的认知负荷。【7】了解通过使用多媒体改进物理教学的地点和原因,将是对今后教材发展的重要贡献。emsp;
【1】T. Stelzer, G. gladd, J. Mestre, and D. T. Brooks，比较多媒体模组与传统教科书在学习物理导论内容上的效能。黄丽萍，2009.9
【2】R. E. Mayer，
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本科毕业设计（论文）
外文翻译
利用多媒体模块，让学生为物理导论课更好地做准备
作者：Zhongzhou Chen, Timothy Stelzer, and Gary Gladding
国籍：美国
出处：PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS - PHYSICS EDUCATION RESEARCH 6, 010108 2010
中文译文：（小四，宋体）
众所周知，物理导论课的学生，如果有的话，很少在上课前阅读教科书。在这项研究中，我们报告了一项解决这一问题的大型物理导论课的课程干预的结果。特别是，我们推出了基于网络的多媒体学习模块MLMs作为“课前作业”，旨在让学生更好地做好上课前准备。我们用学生在上课前回答“印前问题”的表现来作为衡量他们课前对物理概念的认识的一个尺度。我们发现，与前几个学期没有MLMs时的情况相比，学生的表现和在绝大多数印前问题的回答上都有了显著改善。我们发现所有的学生都有显著的进步，而这与他们的背景和能力水平无关。
DOI: 10.1103/PhysRevSTPER.6.010108 PACS number s : 01.40.Fk, 01.50.ht
一． 简介
在最近的一篇论文中，【1】我们报道了一项临床研究的结果，在这项研究中，我们证明了接受多媒体教学的学生在课后即时评估和两周后的保留水平测试上都明显优于接受同等教材教学的学生。我们观察到两个测试的效果大小都是0.7，这与多媒体学习文献中的结果一致。【2】
我们在此报告的第一个结果，来自于这些多媒体学习模块MLMs在一个大型物理导论课程中系统的实现。我们已经将这些模块用作 '预习', 这是一个基于网络的作业, 学生们必须在上课前完成。我们这样选择仅仅是为了让学生在上课前对课程内容有初步的了解。【1】根据其他人【3-5】以及我们的经验，要求学生在上课前阅读课本来作为初始的接触并不是一个有效的策略。
使用MLMs来提供这种学习内容的初步接触, 有两个明显的优点。首先，MLMs比传统的教科书更适合用于学习物理导论内容。【1】第二，由于MLMs是基于网络的，学生们的参与可以被记录在案并获得学分，从而更符合规则。在这篇论文中，我们将证明学生在上课前对某些基本物理概念的理解是通过MLMs来提高的。
二． MLMS 和 JITT 的实现
我们创建了27个基于网络的多媒体学习模块, 用于2008年春季学期伊利诺伊大学基于微积分的电学和磁学的导论课程。每节预习课都被分成大约十个场景，每个场景都为包含动态动画的电影，并有一个音频旁白，可由学生暂停、播放、倒带和位置控制。每个模块的二到三个场景中都包含了嵌入式的形成性评估。这些评估被构造为多项选择题, 必须正确回答, 学生才能进入下一个场景。预习课程以多媒体学习原理为基础，将认知负荷降到最低，并且提高学生对基本概念、专业术语和简单示例计算的学习。一个典型的预习课程的总叙事时间约为15分钟，期间我们介绍了接下来的课将涵盖的的大部分内容。本课程的MLMs的最新版本可在我们的网站上查阅。【9】
在这学期中，我们记录了所有学生与MLMs的互动。特别是，每当学生打开预习课、在场景之间移动、离开预习课时, 我们都会记录下日期和时间。因此，我们可以确定每个学生观看预习课每个场景所用的时间。通过完成每堂课的预习课程，学生在1000个学分中会获得2个学分。
一旦学生完成了预习课程，他们就会被要求在讲课前预先完成另一项叫做“印前”的作业。这个基于网络的作业由一组JiTT问题组成。这些问题一般是针对课前主题而提出的多项选择概念问题。学生还被要求为每个问题的答案选择提供自己的回答解释。每个印前问题都是1个学分，与学生的答案的正确性无关，只要是自己真实的回答，就能得到全部学分。（图中显示了两个印前问题的例子。4和5）
然后, 我们利用学生在这些印前问题上的表现来设计课程, 其中包括广泛的伴随性指导, 一般每50分钟的课8到10个点击问题。虽然MLMs在2008年春季首次引入课程，但我们在几年前就已经介绍了印前问题。因此，我们选择在2008年春季重新研究我们在前几年提出的一些印前问题。我们将使用这些重复的印前问题来评估MLMs在为学生做课前准备方面的有效性。
三． 结果和讨论
图1.学生在64个印前问题上的成绩的颜色散点图。每个点代表一个印前问题。X轴坐标表示在06年春季和07年春季的学期中，所有学生在没有预习课程的情况下,正确回答该问题的平均百分比。Y轴坐标是08年春季学期在有预习课程的情况下，学生对同一问题正确回答的平均百分比。误差条表示假定二项分布的每个问题的统计的不确定性。对于同一组印前问题, 我们绘制了06年春季学期学生与07年春季学期学生的成绩数据。在这里,所有点都聚集在y =x线周围,与主图中2007年春季的非对称分布形成鲜明对比。
我们选择在2008年春季重复2006年春季和2007年春季学期使用过的64个印前问题。这些问题涵盖了27节课中的16节。通过对学生成绩的比较发现，课前预习对学生进入课堂后对基础物理知识的理解有显著影响。
图1所示为引入MLMs前，2006年春季和2007年春季两个学期入学学生的64个问题的平均分散点图。所有数据点都围绕y=x线进行聚类,显示2006年春季每个问题的平均分数在统计上与2007年春季的平均分相当,2006年春季64个印前问题的平均分为49.6 -0.7%,2007年春季的平均分数为48.6 -0.7%。这种聚集类紧密度的一种定量测量方法是，2006年春季和2007年春季的平均得分与0的差值大于3个标准差，这与统计预期一致是毫无疑问的。此外，由于该课程在2006年春季的平均入学人数约为400人(423人)，2007年春季的平均入学人数约为379人，且平均有75%至80%的学生完成了预习作业，因此这一平均成绩很好地反映了问题。因此，如果他们没有使用MLMs作为预习课程，我们取2006年春季和2007年春季每个问题的平均分数来得到我们的基线，对这些问题在2008年春季的平均分数进行预测。我们以64个重复印前问题的平均分作为衡量每个学生对这些主题的“课前”理解的标准。
图一显示,与06/07年春季学生平均49 -0.7%相比较，2008年春季学生64道印前重复试题的平均分为57.3 -0.7%。学生的表现在绝大多数问题上都有明显的改善。事实上，2008年春季的29个问题的平均分比预期值提高了3分以上。
我们将2008年春季学生印前表现的显著改善归功于他们接触了MLMs。我们可以通过研究学生使用这些MLMs的日志来加强这种解释的可信度。特别是，我们观察到2008年春季班的一部分学生，他们在没有充分参与课前活动的情况下，确实在预习课上获得了学分。也就是说，学生可以选择跳过任何不包含问题的给定场景的旁白和动画。随着学期的进行，表现出这种行为的学生比例也在增加，这大概是由于他们在其他任务上的时间增加了。如果预习成绩的提高确实是由于MLMs，我们认为，这些选择跳过大部分场景的学生回答印前问题的成绩不应该表现出显著改善。
在一个给定的预习课程中，如果学生跳过，即花在两个以上场景的音频叙事时间不到75%，我们定义该学生是一个“非观看者”。通常，30 - 40%的学生被归类为“非观看者”。请注意，这个定义是在课前的基础上进行的，一个学生可以是一个预习课程的“观看者”，同属是另一个预习课程的“非观看者”。
如图2所示，为仅定义为“观看者”的学生在08年春季与06/07年春季学期中，在印前重复问题上的表现对比的散点图。同样的情节对于那些被归类为“非观看者”的学生也在插图中体现。这些散点图的差异是显著的。“非观看者”的表现与06年春季和07年春季学期学生的平均成绩的49 -1.2%非常相似，而“观看者”的表现明显优于06年春季和07年春季学期学生的平均成绩（为65 -0.8%）。实际上，对于非观看者来说，与06年春季和07年春季学期学生成绩的平均值相比，有三个问题的平均分显著增加了3分以上，而也有三个问题的平均分显著减少了3分以上。对于观看者来说，有34个问题，学生平均成绩比06年春季和07年春季学期高出了3分以上，而只有2个问题比06年春季和07年春季学期低3分以上。
图二，08年春季学期观看者的预习表现图表。每个数据点的y坐标代表了08年春季学期观看者对一个印前问题的正确率。x轴与图1相同。插图:2008年春季非观看者的预习表现图表。
我们将这种惊人的表现差异归因于 '观看者' 和 '非观看者' 之间与MLMs互动质量的差异。或者，也可能有人认为，这种表现差异可能是由于这两个群体之间的内在差异，比如数学技能、物理背景或态度，因为这些群体是自我选择的。我们以图2插图中关于y=x线的平均分数的对称性分布来反驳另一种解释。也就是说，“非观看者”似乎和所有在06年春季和07年春季学期的学生没有什么区别。如果只有那些成绩较差或学习动机较低的学生选择成为“非观看者”，我们可以预测06年春季和07年春季学期的学生会比“非观看者”表现得更好，但事实并非如此。因此，我们认为08年春季学期的学生在印前问题上的表现的提升是由于MLMs在课程中的引入。
现在，我们将根据学生的能力或背景水平对他们进行明确的分组，从而加强这一论点，并证明所观察到的进步并不取决于学生的能力或背景。换句话说，我们将证明MLMs并不是优先惠及某一类学生，而是广泛地在学生的能力和背景范围内统一受益。为了解决这个问题，我们基于学生们在之前的机械课的表现定义了三个群体。【12】基于先前的机械课满分1000分的成绩, 我们将获得885分以上的学生定义为a级学生,获得821至885分之间的学生定义为b级学生, 获得690和820分之间的这些学生定义为c级学生这些学生。【13】
表一.不同组学生印前问题的平均正确率
图3.不同背景知识水平学生的预习成绩图。如图A、B和C所示，分别是A、B和C级观看者的飞预习成绩数据。x轴和y轴的含义与图1和图2相同，每个点的x和y值都是从各个年级的学生那里得到的。非观看者的相同数据在内图中绘制。
我们对每一组学生重复前面的预习结果分析。在图3中，我们展示了08年春季学期中64个问题的平均年龄分数与06年春季和07年春季学期中这些问题的平均分数相对比的散点图。主图是为“观看者”而作，插图是为“非观看者”而作。在这里,我们看到,对于所有人群来说,'非观看者'的平均表现与06年春季和07年春季学期学生的相似,平均分数的差异保持在统计波动范围内,而'观看者'的每位成绩都明显优于06年春季和07年春季学期学生的平均成绩。表一显示了06/07春季、08春季“非观看者”和08春季“观看者”中每个学生群体水平A、B和C的64个重复问题的平均年龄分数。
我们从这些数据中得到两个主要结果。首先，A级、B级、C级的所有学生中的“观看者”的成绩都有了显著的提高，所有学生都能从MLMs中获益。三组之间的实际提高量的差异很小。
其次，对于所有学生来说，“非观看者”在印前问题上的表现与06年春季和07年春季的学生在这些问题上的表现相同的。这个结果很重要,因为它使我们能够通过简单地比较 '观看者'和'非观看者'的结果,从一个学期获得的数据来衡量MLMs的有效性。因此，我们将能够将我们的研究扩展到新的印前问题，我们设计的这些问题对与特定内容有关的各种认知问题具有重大意义。
四． 结论和未来方向
我们已经证明，将多媒体学习模块作为基于网络的课前作业引入到基于计算机的电磁导论课程中，极大地提高了学生在上课前对基本物理概念的理解。
图四.一个印前问题的示例
图五.一个印前问题的示例
我们使用学生在印前问题上的表现作为学生在上课前对物理理解的一种衡量，这些问题是学生在完成预习后但在上课前必须回答的。印前问题的例子如图4和图5所示。学生理解的提高是通过比较他们在前几个学期使用的这些印前问题的表现来证明的。与所有学生的背景或能力水平无关，在所有学生身上我们都发现绝大多数问题有了显著的提高。此外，我们观察到，一部分学生选择跳过课前的独白或动画，这些学生的表现与前几个学期的学生的表现基本一致。
在另一篇论文【6】中，我们将表明,这种更好的预习理解,能让学生更好地得到更知情、更互动的课程体验。我们观察到学生对于绝大多数问题的表现都有了显著的提高，但是，我们也注意到实际的提高量并不一致，而且在不同的问题之间有很大的差异。改进的方差与问题难易程度的差异无关。这表明，目前多媒体技术的实施对某些物理概念的教学比其他概念的教学更有效。造成这种差异的一种可能性是，显示提高程度最大的问题是那些其理解在很大程度上依赖于抽象概念可视化的主题的问题。动画的使用有助于减轻学生在短期视觉记忆中产生的沉重的认知负荷。【7】了解通过使用多媒体改进物理教学的地点和原因,将是对今后教材发展的重要贡献。emsp;
【1】T. Stelzer, G. gladd, J. Mestre, and D. T. Brooks，比较多媒体模组与传统教科书在学习物理导论内容上的效能。黄丽萍，2009.9
【2】R. E. Mayer，
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS - PHYSICS EDUCATION RESEARCH 6, 010108 2010
Using multimedia modules to better prepare students for introductory physics lecture
Zhongzhou Chen, Timothy Stelzer, and Gary Gladding
Department of Physics, University of Illinois at Urbana–Champaign, Urbana, Illinois 61801, USA
Received 26 January 2010; published 11 June 2010
It is known that introductory physics students rarely, if ever, read the textbook prior to coming to lecture. In this study, we report results from a curriculum intervention in a large enrollment introductory physics class that addresses this problem. In particular, we introduced web-based multimedia learning modules MLMs as a “prelecture assignment” designed to better prepare students before coming to lecture. We used student perfor-mance on “preflight questions” that they answer prior to lecture as a measure of their before-lecture under-standing of the physics concepts. We found significant improvement in student performance and on the vast majority of these preflight questions as compared to that from previous semesters in which MLMs were not available. We found significant improvement for all students, independent of their background or ability level.
DOI: 10.1103/PhysRevSTPER.6.010108 PACS number s : 01.40.Fk, 01.50.ht
I. INTRODUCTION
In a recent paper, 1 we reported the results of a clinical study in which we demonstrated that students receiving mul-timedia instruction significantly outperformed students who received equivalent textbook instruction, on both immediate postlesson assessments and a retention test given two weeks later. We observed effect sizes of 0.7 for both tests, consis-tent with those from the multimedia learning literature. 2
We report here the first results from a systematic imple-mentation of these multimedia learning modules MLMs in a large enrollment introductory physics course. We have cho-sen to use these modules as “prelectures,” a web-based as-signment that students are required to complete prior to at-tending lecture. Our motivation for this choice is simply to provide students with an initial exposure to the content be-fore coming to lecture. It has been our experience, 1 as well as others 3–5 that asking students to read the textbook prior to coming to lecture is not an effective strategy to provide such an initial exposure.
The use of MLMs to provide this initial exposure to con-tent, has two distinct advantages. First, MLMs are more ef-fective than traditional textbooks for learning introductory physics content. 1 Second, since MLMs are web-based ac-tivities, student participation can be documented and awarded credit, thereby increasing compliance. In this paper we will demonstrate that studentsrsquo; conceptual understanding of certain basic physics concepts prior to coming to lecture are improved by the use of MLMs.
II. IMPLEMENTATION OF MLMS AND JITT
We created a set of 27 web-based multimedia learning modules for use in the introductory calculus-based electricity and magnetism course at the University of Illinois during the spring semester of 2008. Each prelecture is divided into ap-proximately ten scenes, with each scene implemented as a Flash 8 movie containing dynamic animations synchro-nized with an audio narration that could be controlled by the student pause, play, rewind, and position . Embedded for-mative assessments were included in two or three of the scenes for each module. These assessments are constructed
as multiple-choice questions that must be answered correctly before the student can proceed to the next scene. The prelec-tures relied on multimedia learning principles to minimize cognitive load and improve studentsrsquo; learning of basic con-cepts, terminologies, as well as simple example calculations. The total narration time for a typical prelecture was about 15 min, during which we introduced most of the contents that would be covered in the upcoming lecture. The current ver-sions of the MLMs for this course are available from our website 9 .
During the semester, we logged all student interactions with the MLMs. In particular, we recorded the date and time whenever a student opened a prelecture, moved between scenes, and left a prelecture. Consequently, we can determine the time spent by each student viewing each scene of the prelecture. Students earned 2 credit points out of 1000 total credit points for the course by completing each prelecture.
Once a student completes the prelecture, they are pre-sented with another assignment called a “preflight” that they are asked to complete prior to lecture. This web-based assignment consists of a set of JiTT questions. These ques-tions are generally multiple-choice conceptual questions con-cerning the main topics presented in the prelecture. Students are also asked to provide a free-response explanation for their choice of answer for each question. Each preflight as-signment is worth 1 credit point, with full credit being given if the student responds in good faith, independent of the cor-rectness of their answers. Two examples of preflight ques-tions are shown in Figs. 4 and 5.
We then used the student performance on these preflight questions to design the lectures which included extensive peer instruction generally eight to ten clicker questions per 50 min lecture . While MLMs were introduced into the course for the first time in Spring 2008, we had introduced preflights some years earlier. Consequently, we chose to re-peat in Spring 2008 some prefight questions that we had given in pre
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PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS - PHYSICS EDUCATION RESEARCH 6, 010108 2010
Using multimedia modules to better prepare students for introductory physics lecture
Zhongzhou Chen, Timothy Stelzer, and Gary Gladding
Department of Physics, University of Illinois at Urbana–Champaign, Urbana, Illinois 61801, USA
Received 26 January 2010; published 11 June 2010
It is known that introductory physics students rarely, if ever, read the textbook prior to coming to lecture. In this study, we report results from a curriculum intervention in a large enrollment introductory physics class that addresses this problem. In particular, we introduced web-based multimedia learning modules MLMs as a “prelecture assignment” designed to better prepare students before coming to lecture. We used student perfor-mance on “preflight questions” that they answer prior to lecture as a measure of their before-lecture under-standing of the physics concepts. We found significant improvement in student performance and on the vast majority of these preflight questions as compared to that from previous semesters in which MLMs were not available. We found significant improvement for all students, independent of their background or ability level.
DOI: 10.1103/PhysRevSTPER.6.010108 PACS number s : 01.40.Fk, 01.50.ht
I. INTRODUCTION
In a recent paper, 1 we reported the results of a clinical study in which we demonstrated that students receiving mul-timedia instruction significantly outperformed students who received equivalent textbook instruction, on both immediate postlesson assessments and a retention test given two weeks later. We observed effect sizes of 0.7 for both tests, consis-tent with those from the multimedia learning literature. 2
We report here the first results from a systematic imple-mentation of these multimedia learning modules MLMs in a large enrollment introductory physics course. We have cho-sen to use these modules as “prelectures,” a web-based as-signment that students are required to complete prior to at-tending lecture. Our motivation for this choice is simply to provide students with an initial exposure to the content be-fore coming to lecture. It has been our experience, 1 as well as others 3–5 that asking students to read the textbook prior to coming to lecture is not an effective strategy to provide such an initial exposure.
The use of MLMs to provide this initial exposure to con-tent, has two distinct advantages. First, MLMs are more ef-fective than traditional textbooks for learning introductory physics content. 1 Second, since MLMs are web-based ac-tivities, student participation can be documented and awarded credit, thereby increasing compliance. In this paper we will demonstrate that studentsrsquo; conceptual understanding of certain basic physics concepts prior to coming to lecture are improved by the use of MLMs.
II. IMPLEMENTATION OF MLMS AND JITT
We created a set of 27 web-based multimedia learning modules for use in the introductory calculus-based electricity and magnetism course at the University of Illinois during the spring semester of 2008. Each prelecture is divided into ap-proximately ten scenes, with each scene implemented as a Flash 8 movie containing dynamic animations synchro-nized with an audio narration that could be controlled by the student pause, play, rewind, and position . Embedded for-mative assessments were included in two or three of the scenes for each module. These assessments are constructed
as multiple-choice questions that must be answered correctly before the student can proceed to the next scene. The prelec-tures relied on multimedia learning principles to minimize cognitive load and improve studentsrsquo; learning of basic con-cepts, terminologies, as well as simple example calculations. The total narration time for a typical prelecture was about 15 min, during which we introduced most of the contents that would be covered in the upcoming lecture. The current ver-sions of the MLMs for this course are available from our website 9 .
During the semester, we logged all student interactions with the MLMs. In particular, we recorded the date and time whenever a student opened a prelecture, moved between scenes, and left a prelecture. Consequently, we can determine the time spent by each student viewing each scene of the prelecture. Students earned 2 credit points out of 1000 total credit points for the course by completing each prelecture.
Once a student completes the prelecture, they are pre-sented with another assignment called a “preflight” that they are asked to complete prior to lecture. This web-based assignment consists of a set of JiTT questions. These ques-tions are generally multiple-choice conceptual questions con-cerning the main topics presented in the prelecture. Students are also asked to provide a free-response explanation for their choice of answer for each question. Each preflight as-signment is worth 1 credit point, with full credit being given if the student responds in good faith, independent of the cor-rectness of their answers. Two examples of preflight ques-tions are shown in Figs. 4 and 5.
We then used the student performance on these preflight questions to design the lectures which included extensive peer instruction generally eight to ten clicker questions per 50 min lecture . While MLMs were introduced into the course for the first time in Spring 2008, we had introduced preflights some years earlier. Consequently, we chose to re-peat in Spring 2008 some prefight questions that we had given in pre
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