支架式计算机信息包指令（SCPI）分析 学生的物理问题解决能力外文翻译资料

支架式计算机信息包指令（SCPI）分析

学生的物理问题解决能力

R F Nikat, A Henukh, M Simbolon, A Reski, D K Sari

摘要：技术的发展可以促进个人去获取信息、解决问题和交流。本物理教学研究旨在探讨计算机分组教学的教学模式对学生解题能力的影响。SCPI学习包由材料、检查知识、反馈和评估按钮组成。本研究采用一种混合方法嵌入式设计。本研究的参与者是32名来自伊斯兰普戎马朗高中X班的学生。学生由10名男生和22名女生组成。该研究是在2017学年和2018学年的第二学期进行的，主题是工作和能源。定量数据分析通过计算N增益检验、效应量检验和配对t检验。从定量分析结果来看，使用SCPI媒介对学生解决物理问题成绩有正向影响。这个结果由前测和后测值增加的数据支持。并且，学生在填写在线问卷时的回答也支持了这一说法，即SCPI媒介在解决物理问题这一方面，能够提高学生的自主学习能力。

关键词：SCPI； 问题解决； 物理

1.介绍

工业革命4.0时代是人类文明在全球竞争中面临的新挑战和新格局。其带来的最常见的影响是心态、行为模式和获取信息来源的速度的转变。因此，一些工具可以作为工作革命时代的中介，其中一种就是以信息技术为基础的媒体形式。在学习系统中，使用媒体可以促进交流，可以作为学习资源或者作为学习工具。中学和高等教育机构都在大力转变学习制度，使之以学生为中心。学生应该不依赖于老师，做到独立学习。在这种情况下，学生可以通过媒体的帮助来获取信息来源，那么利用信息技术作为教师和学生的支架就是实现这一点的一种方案。

支架式教学是教师或学生小组进行合作学习的辅助工具之一。在学习系统中提到的支架可以是小册子或计算机媒体。计算机辅助不仅用于呈现材料，而且还包含学习评价或反馈格式等其他几个组成部分。之前的一些研究只呈现了其中的一部分，只是以在线学习的形式整合物理材料，以及以在线学习的形式开展学习评估，并没有教师的反馈形式。

在评价方面，教师在进行形成性评价时所面临的工具有限。形成性评价的实施对学习过程的影响较小。教师不能获得关于学生学习的长处和短处的信息，因此，教师没有明确的指导方针来跟进学习结果。同样的，对于学生而言，他们的学习成果没有得到足够的反馈，也就没有参考依据来改善学习过程和成果。内容不完全的在线学习的发展，使学生的学习兴趣和物理观念弱化。研究表明，在学习中有观念错误问题的学生会经历识字问题、问题解决问题和元认知问题。在线学习提供策略，帮助学生独立，使他们更好的享受学习效果。学生能够养成独立的学习习惯，并且不再重复错误。

过去几十年的研究表明，教师在一些物理学习方面还不具备能力，包括从材料准备到反馈形式(学习评估)。教师和学生同样需要知道如何使用技术。先前研究中，基于支架的计算机的弱点包括:首先，展示的研究只包括一种内容，如仅使用材料或仅使用动画媒体。第二，展示的物理内容不完整，没有引起学生的兴趣。第三，在评估学习结果时，它不是对学生的反馈应用。反馈是一种反射材料，用于评估解决物理问题。第四，支架式教学还没有完全纠正学生的错误观念。

物理包由学习资料、形成性评价和以描述性问题形式进行的总结性测试组成。形成性评估中提供的反馈形式是一种克服物理概念误解的练习。学习包是让学生根据自己的思维水平建构知识的练习。根据在伊斯兰普戎马朗高中X班的观察，教师活动比学生活动更占主导地位。教师只选择在线学习作为评估学生学习成果的工具，以电子成绩单的形式和口头形式呈现材料。因此，本研究旨在开发一套将材料呈现、形成性评价与反馈形式相结合的物理学习系统，以提高学生解决物理问题的能力及其影响。

2.关于物理学习的计算机分组教学(SCPI)

在本研究中，支架式作为学习系统中电脑上设计的媒介具有重要的意义，计算机媒介能够帮助学生解决在学习物理中的问题。物理学习中的支架式整合可以作为一种分析工具，帮助更好地限定物理的教学内容。因此，在支架式学习中需要考虑以下几个特征:1.学习内容(如教师提出的与教材相关的问题)；2.学习独立解决物理问题的能力(如思维能力、概念和理解);3.学生和教师对学习物理的评价(如如何评价、评价的类型和评价的有用性);4.学习环境(如学习活动的质量、学生的社会背景和学生的认识)。

在开发和实施阶段，基于计算机的支架从以下阶段开始。首先，在调查阶段，在本研究中研究的是物理学习范围内的一个问题，调查阶段分析考察了教材、课堂学习体系、教师和学生的特点。第二，在实现阶段，设计一个应用程序，该应用程序将用于在调查阶段输入元素。计算机应用程序使用幻灯片13.0版本。申请完成后，下一阶段将转换为媒体播放器格式，以便学生运行。第三，在行动阶段，老师讲解如何使用产品，学生测试产品。以下是在工作和能源材料上作出的SCPI的正面视图。

图1 SCPI前视图

图1是SCPI媒体在计算机上启动时的前视图。SCPI由主按钮和支持按钮组成。主按钮由材料按钮组成，用来检查知识、反馈和评估，其关键功能是根据各自的任务运行SCPI系统。支持按钮包括home键和声音键。home键的作用是将显示恢复到主页。声音键在程序运行时运行音乐。关闭键能关闭正在播放的幻灯片。材料包括学习目标和四次会议的材料。第一次会议讨论了工作材料，第二次会议讨论了能源，第三次会议讨论了能源的工作关系，第四次会议讨论了能源概念。在会议结束时，老师通过“检查你的知识”按钮用多项选择题进行评估。图2显示了学生开始处理会议的最终评估时的情况。

图2 显示检查你的知识按钮

图2显示概念性的问题来了解学生对物理的理解程度。如果学生能正确回答，则认为该学生有足够的知识继续学习和测试下一个主题。如果学生的正确回答少于60%，那么显示屏会自动显示到支架按钮，这说明学生没有完全理解材料，教师来引导学生按支架按钮。支架式展示总结了老师提出的概念性材料，并涉及到学生尚未理解的材料。通过支架学习达到标准的学生将进入问题解决能力测试按钮。

图3 学生达到标准时显示的按钮

图4 学生未到标准时显示的反馈按钮

3.学生解决物理问题的表现

问题解决的定义是个体为达到预期的解决方案所采取的步骤。学生在解决问题的过程中发挥了重要的作用。问题解决能力的认知领域被归类为高层次思维。学生通过深入的思考活动来解决问题，在评估所提供的解决方案的正确性之前，把相关的事实作为额外的信息，并在临时的结论中加强论点。个体在解决问题的技能上都有两种特征，即知识和过程。在知识方面，个体期望能够在阅读、理解、识别数字或相似点和基本科学知识方面进行练习。在过程方面，个人期望能够识别程序，评估和连接已学过的知识。

在以往的一些研究中，在识别问题解决方面上，参与者有两种解决问题的类型，即结构化问题解决和非结构化问题解决。非结构化的问题解决包括几个步骤，即提出问题，找到解决方案，并实施解决方案。结构化问题解决描述了问题解决周期中的七个步骤，即问题识别、问题定义、策略制定、信息组织、资源配置、监控和评估，这七个步骤在解决问题时更为详细。在物理学习中，学生解决问题的能力需要根据每个问题的需要和特点开发几种方法来评估。目的是评估学生解决问题的能力，让教师了解学生学习的进展情况，并在后续的学习中取得进步。研究人员已经开发出了评价解决问题能力的指标。使用表1中的几个指标来描述和评估物理问题解决能力。

表1 阶段指标、问题解决绩效的描述

4.方法

4.1研究的设计

本研究采用混合研究方法，结合嵌入式实验模型设计。这种类型研究的实现见图5。本研究的基本框架采用了这种研究方法，并根据引言中提出的问题进行了调整。本研究旨在探讨在SCPI学习系统中，学生解决问题能力的质量如何具有定量与定性的特征，所获得的数据不是单一的数据，而是同时以叙事、数字或图像形式解释的一些数据。

图5 嵌入式实验的研究方案

4.2参与者

本研究中，关于参与者人数和性别信息以及研究的地点和时间信息如下。本研究的对象为普戎马朗伊斯兰高中X班学生。采用目的性抽样技术选择研究对象，这种技术是根据一定的标准和信息通过有意地选择一定数量的参与者来完成的。参与实验的是X班的32名学生，包括10名男性和22名女性。这项研究是在2017/2018学年第二学期进行的，主题是工作和能量。

4.3仪器与数据分析

研究工具包括结构化访谈和问题解决能力测试。结构化访谈是简短的问题，以谷歌形式呈现，包含10个项目。问题解决能力测试包括5个项目的描述。在研究开始之前，物理学家和实证研究都对这两种仪器进行了验证和可靠性测试。根据检验结果证实了其效度和信度。问题解决能力的评估遵循以下规则：识别问题(A1)，定义问题(A2)，规划策略(A3)，应用策略(A4)，评估解决方案(A5)。所有的规则都有五个级别的标准来衡量解决问题的表现，即第一级到第五级。

数据分析包括定性数据和定量数据的解释。定性数据分析使用描述性技术，定量分析采用效应量统计检验、配对t检验和N增益检验来确定实施SCPI后问题解决绩效值的变化及其对前测和后测数据的影响。使用前，先对定量数据进行检验，在SPSS 18.00版本的同质性和正态性前提下进行检验。

5.结果与讨论

问题解决成绩的数据来源于学生的前测和后测。在本节中，问题解决能力的数据描述基于总分数的计算和数据编码的前测和后测。在学习使用SCPI之前和之后，使用统计测试来回答问题解决能力。表2为学生解决问题能力前测和后测的正态性和同质性检验结果。

表2 解决问题性能数据的统计结果

由表2可知，问题解决技能的前测和后测数据的显著性值分别为0.158和0.177。当显著性值等于或大于a= 0.05时，所得数据将服从正态分布的准则。本研究的结果显示后测和前测的显著性值均大于0.05(前测数据为0.158gt; 0.05，后测数据为0.177gt; 0.05)，因此得出结论:学生解决问题能力的前测和后测数据来自于正态分布的人群。后测数据同质性检验结果显著性值为0.159。这表明后测试数据是均匀的(0.159gt; 0.05)。

在下一阶段，探究SCPI学习对问题解决技能的影响，然后继续进行统计测试。高级统计检验包括效应量检验、N增益检验和配对样本t检验。这三种测试的目的是描述干预前后学生解决问题能力的提高。以下是对表3的问题解决能力进行高级统计检验的结果。

表3 学生解决问题能力的测试结果统计

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支架式计算机信息包指令（SCPI）分析

学生的物理问题解决能力

R F Nikat, A Henukh, M Simbolon, A Reski, D K Sari

摘要：技术的发展可以促进个人去获取信息、解决问题和交流。本物理教学研究旨在探讨计算机分组教学的教学模式对学生解题能力的影响。SCPI学习包由材料、检查知识、反馈和评估按钮组成。本研究采用一种混合方法嵌入式设计。本研究的参与者是32名来自伊斯兰普戎马朗高中X班的学生。学生由10名男生和22名女生组成。该研究是在2017学年和2018学年的第二学期进行的，主题是工作和能源。定量数据分析通过计算N增益检验、效应量检验和配对t检验。从定量分析结果来看，使用SCPI媒介对学生解决物理问题成绩有正向影响。这个结果由前测和后测值增加的数据支持。并且，学生在填写在线问卷时的回答也支持了这一说法，即SCPI媒介在解决物理问题这一方面，能够提高学生的自主学习能力。

关键词：SCPI； 问题解决； 物理

1.介绍

工业革命4.0时代是人类文明在全球竞争中面临的新挑战和新格局。其带来的最常见的影响是心态、行为模式和获取信息来源的速度的转变。因此，一些工具可以作为工作革命时代的中介，其中一种就是以信息技术为基础的媒体形式。在学习系统中，使用媒体可以促进交流，可以作为学习资源或者作为学习工具。中学和高等教育机构都在大力转变学习制度，使之以学生为中心。学生应该不依赖于老师，做到独立学习。在这种情况下，学生可以通过媒体的帮助来获取信息来源，那么利用信息技术作为教师和学生的支架就是实现这一点的一种方案。

支架式教学是教师或学生小组进行合作学习的辅助工具之一。在学习系统中提到的支架可以是小册子或计算机媒体。计算机辅助不仅用于呈现材料，而且还包含学习评价或反馈格式等其他几个组成部分。之前的一些研究只呈现了其中的一部分，只是以在线学习的形式整合物理材料，以及以在线学习的形式开展学习评估，并没有教师的反馈形式。

在评价方面，教师在进行形成性评价时所面临的工具有限。形成性评价的实施对学习过程的影响较小。教师不能获得关于学生学习的长处和短处的信息，因此，教师没有明确的指导方针来跟进学习结果。同样的，对于学生而言，他们的学习成果没有得到足够的反馈，也就没有参考依据来改善学习过程和成果。内容不完全的在线学习的发展，使学生的学习兴趣和物理观念弱化。研究表明，在学习中有观念错误问题的学生会经历识字问题、问题解决问题和元认知问题。在线学习提供策略，帮助学生独立，使他们更好的享受学习效果。学生能够养成独立的学习习惯，并且不再重复错误。

过去几十年的研究表明，教师在一些物理学习方面还不具备能力，包括从材料准备到反馈形式(学习评估)。教师和学生同样需要知道如何使用技术。先前研究中，基于支架的计算机的弱点包括:首先，展示的研究只包括一种内容，如仅使用材料或仅使用动画媒体。第二，展示的物理内容不完整，没有引起学生的兴趣。第三，在评估学习结果时，它不是对学生的反馈应用。反馈是一种反射材料，用于评估解决物理问题。第四，支架式教学还没有完全纠正学生的错误观念。

物理包由学习资料、形成性评价和以描述性问题形式进行的总结性测试组成。形成性评估中提供的反馈形式是一种克服物理概念误解的练习。学习包是让学生根据自己的思维水平建构知识的练习。根据在伊斯兰普戎马朗高中X班的观察，教师活动比学生活动更占主导地位。教师只选择在线学习作为评估学生学习成果的工具，以电子成绩单的形式和口头形式呈现材料。因此，本研究旨在开发一套将材料呈现、形成性评价与反馈形式相结合的物理学习系统，以提高学生解决物理问题的能力及其影响。

2.关于物理学习的计算机分组教学(SCPI)

在本研究中，支架式作为学习系统中电脑上设计的媒介具有重要的意义，计算机媒介能够帮助学生解决在学习物理中的问题。物理学习中的支架式整合可以作为一种分析工具，帮助更好地限定物理的教学内容。因此，在支架式学习中需要考虑以下几个特征:1.学习内容(如教师提出的与教材相关的问题)；2.学习独立解决物理问题的能力(如思维能力、概念和理解);3.学生和教师对学习物理的评价(如如何评价、评价的类型和评价的有用性);4.学习环境(如学习活动的质量、学生的社会背景和学生的认识)。

在开发和实施阶段，基于计算机的支架从以下阶段开始。首先，在调查阶段，在本研究中研究的是物理学习范围内的一个问题，调查阶段分析考察了教材、课堂学习体系、教师和学生的特点。第二，在实现阶段，设计一个应用程序，该应用程序将用于在调查阶段输入元素。计算机应用程序使用幻灯片13.0版本。申请完成后，下一阶段将转换为媒体播放器格式，以便学生运行。第三，在行动阶段，老师讲解如何使用产品，学生测试产品。以下是在工作和能源材料上作出的SCPI的正面视图。

图1 SCPI前视图

图1是SCPI媒体在计算机上启动时的前视图。SCPI由主按钮和支持按钮组成。主按钮由材料按钮组成，用来检查知识、反馈和评估，其关键功能是根据各自的任务运行SCPI系统。支持按钮包括home键和声音键。home键的作用是将显示恢复到主页。声音键在程序运行时运行音乐。关闭键能关闭正在播放的幻灯片。材料包括学习目标和四次会议的材料。第一次会议讨论了工作材料，第二次会议讨论了能源，第三次会议讨论了能源的工作关系，第四次会议讨论了能源概念。在会议结束时，老师通过“检查你的知识”按钮用多项选择题进行评估。图2显示了学生开始处理会议的最终评估时的情况。

图2 显示检查你的知识按钮

图2显示概念性的问题来了解学生对物理的理解程度。如果学生能正确回答，则认为该学生有足够的知识继续学习和测试下一个主题。如果学生的正确回答少于60%，那么显示屏会自动显示到支架按钮，这说明学生没有完全理解材料，教师来引导学生按支架按钮。支架式展示总结了老师提出的概念性材料，并涉及到学生尚未理解的材料。通过支架学习达到标准的学生将进入问题解决能力测试按钮。

图3 学生达到标准时显示的按钮

图4 学生未到标准时显示的反馈按钮

3.学生解决物理问题的表现

问题解决的定义是个体为达到预期的解决方案所采取的步骤。学生在解决问题的过程中发挥了重要的作用。问题解决能力的认知领域被归类为高层次思维。学生通过深入的思考活动来解决问题，在评估所提供的解决方案的正确性之前，把相关的事实作为额外的信息，并在临时的结论中加强论点。个体在解决问题的技能上都有两种特征，即知识和过程。在知识方面，个体期望能够在阅读、理解、识别数字或相似点和基本科学知识方面进行练习。在过程方面，个人期望能够识别程序，评估和连接已学过的知识。

在以往的一些研究中，在识别问题解决方面上，参与者有两种解决问题的类型，即结构化问题解决和非结构化问题解决。非结构化的问题解决包括几个步骤，即提出问题，找到解决方案，并实施解决方案。结构化问题解决描述了问题解决周期中的七个步骤，即问题识别、问题定义、策略制定、信息组织、资源配置、监控和评估，这七个步骤在解决问题时更为详细。在物理学习中，学生解决问题的能力需要根据每个问题的需要和特点开发几种方法来评估。目的是评估学生解决问题的能力，让教师了解学生学习的进展情况，并在后续的学习中取得进步。研究人员已经开发出了评价解决问题能力的指标。使用表1中的几个指标来描述和评估物理问题解决能力。

表1 阶段指标、问题解决绩效的描述

4.方法

4.1研究的设计

本研究采用混合研究方法，结合嵌入式实验模型设计。这种类型研究的实现见图5。本研究的基本框架采用了这种研究方法，并根据引言中提出的问题进行了调整。本研究旨在探讨在SCPI学习系统中，学生解决问题能力的质量如何具有定量与定性的特征，所获得的数据不是单一的数据，而是同时以叙事、数字或图像形式解释的一些数据。

图5 嵌入式实验的研究方案

4.2参与者

本研究中，关于参与者人数和性别信息以及研究的地点和时间信息如下。本研究的对象为普戎马朗伊斯兰高中X班学生。采用目的性抽样技术选择研究对象，这种技术是根据一定的标准和信息通过有意地选择一定数量的参与者来完成的。参与实验的是X班的32名学生，包括10名男性和22名女性。这项研究是在2017/2018学年第二学期进行的，主题是工作和能量。

4.3仪器与数据分析

研究工具包括结构化访谈和问题解决能力测试。结构化访谈是简短的问题，以谷歌形式呈现，包含10个项目。问题解决能力测试包括5个项目的描述。在研究开始之前，物理学家和实证研究都对这两种仪器进行了验证和可靠性测试。根据检验结果证实了其效度和信度。问题解决能力的评估遵循以下规则：识别问题(A1)，定义问题(A2)，规划策略(A3)，应用策略(A4)，评估解决方案(A5)。所有的规则都有五个级别的标准来衡量解决问题的表现，即第一级到第五级。

数据分析包括定性数据和定量数据的解释。定性数据分析使用描述性技术，定量分析采用效应量统计检验、配对t检验和N增益检验来确定实施SCPI后问题解决绩效值的变化及其对前测和后测数据的影响。使用前，先对定量数据进行检验，在SPSS 18.00版本的同质性和正态性前提下进行检验。

5.结果与讨论

问题解决成绩的数据来源于学生的前测和后测。在本节中，问题解决能力的数据描述基于总分数的计算和数据编码的前测和后测。在学习使用SCPI之前和之后，使用统计测试来回答问题解决能力。表2为学生解决问题能力前测和后测的正态性和同质性检验结果。

表2 解决问题性能数据的统计结果

由表2可知，问题解决技能的前测和后测数据的显著性值分别为0.158和0.177。当显著性值等于或大于a= 0.05时，所得数据将服从正态分布的准则。本研究的结果显示后测和前测的显著性值均大于0.05(前测数据为0.158gt; 0.05，后测数据为0.177gt; 0.05)，因此得出结论:学生解决问题能力的前测和后测数据来自于正态分布的人群。后测数据同质性检验结果显著性值为0.159。这表明后测试数据是均匀的(0.159gt; 0.05)。

在下一阶段，探究SCPI学习对问题解决技能的影响，然后继续进行统计测试。高级统计检验包括效应量检验、N增益检验和配对样本t检验。这三种测试的目的是描述干预前后学生解决问题能力的提高。以下是对表3的问题解决能力进行高级统计检验的结果。

表3 学生解决问题能力的测试结果统计

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