IOLab intro-physics学生思维更像物理学家
手持IOLab加载装置和传感器数据采集和集成与软件进行数据分析。它把一个物理实验室学生手的手掌,支持基于设计的学习。
Siv Schwink
伊利诺斯18新利在线娱乐官网新利足球州的物理
一个新的实践调查在介绍学习方法有学生设计自己的实验物理实验室在伊利诺伊大学香槟分校。调查显示,他们喜欢它。学生更投入实验室练习和更满意和自信在他们的新“专家型”科学研究技能。
让学生设计他们自己的声音,可复制的科学实验,独特的交付一个受欢迎的答案通常不是在传统的物理实验室完成。但是这学期,约350名学生参加101年物理实验室部分11日被要求这样做,使用一个引人注目的新的手持设备IOLab。
“结果是由于实际原因,实现一个investigative-learning教育学与开放式的运动在我们的实验室,我们需要这个工具。我发明了IOLab因为它很有趣。运气,它被证明是实用工具工作。”
副主管本科专业和教授垫Selen,伊利诺斯州物理新利足球18新利在线娱乐官网
IOLab是一个小而强大的数据采集工具,支持实践学习设计。该设备是由副主管本科专业和教授发明的垫Selen制造和分发的麦克米伦学习。
约100美元的价格点,学生获得磁强计,麦克风,蜂鸣器,光强度计、加速度计、陀螺仪、温度测量、大气压力计探头,和扩大头,加上一个轮子编码器测量位置,速度,加速度所有在一个单一的设备。IOLab可以测量旋转速度,力量,温度、压力、电压。它也能无线数据共享,所以学生可以实时监控他们的实验结果。
Selen粒子物理学家,也是一位著名的专家在物理教育研究(每)解释说:“这种新方法允许我们的重心介绍实验室对创造力,设计、组织推动,和沟通。学生们正在学习解决问题,不用担心。他们合作,想出一个想法,并设计一个测试,看看的想法也许是对的;然后修改想法并再次尝试时,结果导致意想不到的地方。
“不是顺便说一句,这些行为正是物理学家好,“Selen指出的那样,“然而由于各种原因,一些实用的一些历史,这些通常不是我们鼓励的行为在我们介绍物理实验室。”
适应IOLab实验的引入,将主办101物理实验室的房间被剥夺了其传统student-lab椅子和长凳和组表设置,椅子和内阁的供应学生用于实验。Selen也放在饮料站着咖啡,茶,和热可可,热身相对空白,促进社会交往,良好的协作工作需要。
学生完成一个pre-lab作业在每个实验室,包括数据收集的真实世界的物理使用IOLabs宿舍房间。件按钮程序允许学生分享他们pre-lab数据与实验室合作伙伴和老师通过一个集成的基于云的存储库。这样,学生到达实验室知道如何工作的特定IOLab传感器他们需要和软件生成图是什么样子的。
Selen强调,他发明了IOLab设备,但不支持的教育学。
“你还需要一个好的课程,”他断言。”有一个重要的研究由Carl Wieman斯坦福商学院研究生院的教育和娜塔莎福尔摩斯康奈尔大学的物理系。他们测量的影响,传统的教学实验室物理学导论的学习,发现它没有有助于学生掌握课程的课程考试或性能。
“我们自己的物理教育研究是指向同一个真理和学生调查显示实验室不仅有助于掌握,他们最重视我们入门课程的一部分。
“尤金尼亚Etkina罗格斯商学院教育从事物理教育研究给一个讨论会(伊利诺斯州物理)几年前,谈到她所说的一个调查科学学习环境,或岛。新利足球18新利在线娱乐官网我们实现的教育学是基于她的工作。”
垫Selen
副主管本科专业和教授垫Selen是粒子物理学家已经证明巨大奉献以证据为基础的物理教育研究(/)和创新技术支持现代教育学的发展。他和伊利诺斯州物理/同18新利在线娱乐官网新利足球事已经从根本上改变了物理学正在教的你我。在伊利诺斯州的学生物理,Selen最出名的是18新利在线娱乐官网新利足球使物理很有趣。他是物理学的创始人兼教师导师Van本科推广计划,使定期出现在当地电台WCIA的早间节目的人,为什么我的合作发明者>遥控器和FlipItPhy新利国际sics (smartPhysics)课程。他获得了2016年的卡内基基金会的年度教授委员会教育发展和支持。
学生的实验室工作是分等级的,科学能力标准,基于Etkina教育学。学生评估(1)的能力,设计一个可靠的实验测试假说;(2)能力作出合理的预测基于一个假设;和(3)做出合理判断的能力的假设。
所有物理课程现在使用101实验室自2011年以来通过多次迭代,当第一个小规模的运行可行性研究使用IOLab 212年物理原型。什么开始当时IOLab能支持物理概念的学习,发展成为一个讨论如何支持发展创造力,沟通和分析能力和决策能力。
在早期,伊利诺伊Selen招募了物理/研究生凯蒂Ansell运行试点项目,18新利在线娱乐官网新利足球开发一个investigative-learning实验室211年物理课程,并评估新IOLab课程的影响。Ansell,自然老师在她自己的权利,她的博士论文就是关于这个工作。
Ansell回忆说,“到2014年春天,我们已经从概念学习转向了更侧重于决策的技能。从这个角度,设计了让学生进行荟萃分析提示:问题是什么?我怎么思考这个问题?我的基本假设是什么?我应该使用什么设备来测试我的想法吗?哪些数据是有用的和值得信赖的?我怎么解释数据?
实验室”,而旧的格式有16 - 20页讲义的详细说明,我们实验室施舍只包含整个实验提示和几个简短的问题帮助学生组织非正式报告他们在课堂上为我们写。剩下的是找出和我们沟通。
”作为我们forward-introducing第一课堂IOLab组件在2015年的秋天,然后做三个部分在2016年的春天和五部分在2016年的秋天,我们知道差距在哪里等学生的决策skills-things如何读取数据或如何知道哪个图的一部分,是有关一个特定的问题。所以我们开始设计任务,让他们面对那些特定的差距,在适当的水平的困难。”
每两个研究生,比尔埃文斯和加布埃尔利希,是招募211年学年修改物理实验室在101年物理学课程使用。测量新实验室教学学习的效果和学生的经验,101年2017年秋季两个部分的传统物理实验室跑在三个IOLab部分的同时,各有大约30个学生。传统和IOLab部分视频记录和继续进行分析。每个团队还测量了IOLab课程通过学生调查和学生成绩的影响在实际考试测试实验技能。
埃文斯说,“这些新实验室改革的伟大之处使用IOLab是我们真正吸引学生。我很喜欢教学传统的实验室,但回想起来,我可以看到学生,多跳铁圈和填写工作表。他们经常做科学的走过场,没有真正做科学。”
埃利希股份,“我一直最引人注目的是程度的学生做科学的新实验室承担集体责任。很难确定在视频分析的早期阶段,但它看起来像一个主要的和意想不到的关注学生的能量问题化,科学过程的一部分,合作者帧之前毋庸置疑的有趣的观察,有问题的,或者值得进一步研究。我很少看到学生取得商品的所有权调查在更传统的学习环境。”
Ansell补充说,“我们新实验室比较学生实验室那些旧的格式,我们已经看到IOLab学生更有可能选择使用他们的新技能,这些技能帮助他们变得更加关心实验过程和结果,以及更复杂的概念可以用于物理实验。
“在这一点上,我们正在走向一个可持续发展的教学模式和一个稳定的课程。我们一起TA-training项目,我们已经开始使用学习助手,学生以前了IOLab部分和促进回来。”
IOLab已经被使用在许多其他机构,教育工作者在哪里每研究和开发自己的自己的IOLab课程。鉴于开源软件包,免费的软件升级,设备本身的低成本,很少有限制的方式IOLab可以纳入实验室类甚至到pre-lecture活动。
值得注意的是,这只是在他的车库和Selen发明了IOLab之后,正如他所说,修补的很开心,他认识到其潜在的帮助学生为物理研究开发自己的直觉。IOLab的发明背后的事实上,最初的想法是开发一个无线便携式心电图传输装置的乐趣。
实现这一目标。IOLab成功测试了你的我大学医学院心脏病学家亚伯拉罕Kocheril研究筛选年轻运动员预防突发性心脏病的逮捕,战斗草地足球队的成员作为研究的人群。
一旦Selen知道他想使用实验室设备作为一个教育工具,他伸出麦克米伦学习和公司愿意投资于Selen IOLab设备的进一步发展。
“结果是由于实际原因,实现一个investigative-learning教育学与开放式的运动在我们的实验室,我们需要这个工具。我发明了IOLab因为它很有趣。运气,它被证明是实用工具工作。”
课程开发和评估研究资金来自美国国家科学基金会。
Selen总结:“当你出现问题的学生,给他们工具来设计自己的实验中,他们都提出了不同的方法得到的答案。每组实验方法不同,有时他们的聪明才智,例如,使用一个以上的传感器在同一时间,让我们吃惊。
“学生也学习这个实验是混乱。数据并不总是容易解释,有一个方法来提炼的结果。他们发展批判性思维、创造力、解决问题和组织推动的技能真的是非常有用的!我们看到在我们的介绍正在开发学生使用这种新方法是真的专家型的行为。”
本研究是在美国国家科学基金会的支持下进行的。给出的结论不一定是研究人员和资金的机构。
欲了解更多信息,请访问IOLab科学网站www.iolab.science和麦克米伦学习网站www.macmillanlearning.com/iolab。