概念映射与图像识别相结合的科学探究课程学习方法
(An integrated concept mapping and image recognition approach to improving students' scientific inquiry course performance)
该数据模拟再次用到了△效应量：科恩值d与偏Eta平方η2
★★实验结果三维度分析(除学习成绩外)：
学习态度：测试两组学生是否愿意搜索与学习内容相关的补充数据，并能自觉认识到学习课程内容价值的能力。
[在该研究中，将概念图整合到基于IR的学习情境中，使学生能够利用IR应用在探究过程中组织学习到的概念，帮助他们感知学习内容的价值→提升其学习态度]
学习内在动机：测试愿不愿意学习“植物识别”单元的《绿色生活》或学习的意愿程度(其重点在于：学生需要认识到整合概念映射和图像识别方法对他们自身学习有好处)
[研究结果：
1.整合概念映射和图像识别方法能够让学生学习的内驱力得以提高；
2.而对于学生的外在动机无显著性影响→实验组的整合概念映射和图像识别方法and对照组在没有概念图条件下使用IR软件学习两种方法不受外在环境或是奖励的影响]
认知负荷：测试学生在工作记忆中投入使用的注意力或者精神力总量多少。在该研究中，主要指学生在学习《绿色生活》课程投入的专注度，总量过高过低都多少会对学习该课程造成影响。
[实验结果表明：实验组的精神负荷相较于对照组学生来说过高，而两组学生的心理努力无显著性差异→使用整合概念映射和图像识别方法的实验组学生感受到了学习该课程的一定压力，但总体可控]
一、摘要提取
研究对象：台湾北部的两个十年级班的学生，每个班22人，共44人被随机分为实验组和对照组。实验组利用IR app采集校园植物信息，分析植物特征，生成植物分类概念图；对照组在没有概念图的情况下学习使用IR app。所有学生均由具有5年以上教学经验的生物教师授课(控制变量)。
研究目的：本研究提出了一种整合概念映射和图像识别(IR)的方法，以帮助学生在科学探究过程中有效地获取和组织知识。本研究采用准实验设计验证所提方法的效果。
实验结果：采用CM- IR学习方法的学生在学习成绩、学习态度和学习内在动机方面优于传统IR学习方法的学生，在学习心理负荷方面优于传统IR学习方法的学生。
二、研究问题
(一) 在科学课程中，使用CM- IR学习方法学习的学生是否比使用传统的基于IR的学习方法学习的学生表现出更好的学习成绩?
(二) 在科学课程中，使用CM- IR学习方法学习的学生是否比使用传统基于IR的学习方法学习的学生表现出更好的学习态度?
(三) 在科学课程中，使用CM- IR学习方法学习的学生是否比使用传统基于IR的学习方法学习的学生表现出更高的学习动机?
(四) 在科学课程中，使用CM- IR学习方法学习的学生是否比使用传统的基于IR的学习方法学习的学生表现出更高的认知负荷?
三、研究设计
（一）实验对象
同摘要研究对象。
（二）实验过程
图1 实验过程
四、研究结果
（一）学习成绩
前测成绩独立样本t检验为F = 0.09(p=0.669>0.05)，以学生的前测成绩为协变量进行单向协方差分析(ANCOVA)来分析学习成绩。如表1所示，两组学生的学习成绩差异有统计学意义(F = 26.48, p=0.000<0.001)。实验组的学习成绩优于对照组。实验组的校正均数和标准差分别为60.63和6.12，对照组的校正均数和标准差分别为48.28和9.18。此外，eta平方(η2)为0.398，表明有较大的效应量。这一结果表明，所提出的CM- IR学习方法对学生的学习成绩有较好的积极影响。
表1 学习成绩的后测ANCOVA结果
|
组别 |
N |
M |
SD |
调整M |
SE |
F |
η2 |
|
实验组 |
22 |
60.64 |
6.12 |
60.63 |
1.31 |
26.48 |
0.398 |
|
对照组 |
22 |
48.20 |
9.18 |
48.28 |
1.96 |
|
|
（二）学习态度
前测学习态度独立样本t检验为F = 6.38(p=0.521>0.05)，以学生学习态度前问卷得分为协变量，进行单向ANCOVA分析两组学习态度的差异。如表2所示，两组学生的学习态度差异有统计学意义(F = 15.92, p=0.000<0.001)。实验组学习态度得分(调整后平均值= 3.94;Std. error = 0.08)高于对照组(校正平均值= 3.57;误差= 0.10)。eta平方(η2)为0.29，表明有较大的效应量。结果表明，CM- IR学习方法对学生的学习态度有积极的影响。
表2 学习态度的后测ANCOVA结果
|
组别 |
N |
M |
SD |
调整M |
SE |
F |
η2 |
|
实验组 |
22 |
3.96 |
0.37 |
3.94 |
0.08 |
15.92 |
0.285 |
|
对照组 |
22 |
3.54 |
0.47 |
3.57 |
0.10 |
|
|
（三）学习动机
前测内在动机F = 0.17(p=0.804>0.05)，外在动机F = 0.10(p=0.150>0.05)，以学生学习动机得分前问卷为协变量，进行单向ANCOVA，分析两组学习动机的差异。如表3所示，两组学生的内在动机差异有统计学意义(F = 13.69, p=0.001<0.05)。实验组的内在动机(调整平均值= 3.97;Std. error = 0.07)高于对照组(调整后平均值= 3.69;Std. error = 0.07)。eta平方(η2)为0.26，表明有较大的效应量。结果表明，CM- IR学习方法对学生的内在动机有积极的影响。然而，两组的外在动机并无显著差异。
前测
后测
表3 不同维度学习动机的单因素方差分析
|
维度 |
组别 |
N |
M |
SD |
调整M |
SE |
F |
η2 |
|
内在动机 |
实验组 |
22 |
3.97 |
0.33 |
3.97 |
0.07 |
13.69 |
0.255 |
|
对照组 |
22 |
3.68 |
0.32 |
3.69 |
0.07 |
|
|
|
|
外在动机 |
实验组 |
22 |
3.78 |
0.24 |
3.75 |
0.05 |
1.22 |
0.029 |
|
对照组 |
22 |
3.65 |
0.24 |
3.69 |
0.05 |
|
|
（四）认知负荷
采用t检验如表4所示，实验组精神负荷的均值和标准差分别为3.20和0.40，对照组为2.82和0.49。t检验结果显示，两组精神负荷差异有统计学意义(t =2.80,p=0.008<0.05)，即实验组精神负荷显著高于对照组。而实验组的心理努力的均值和标准差分别为3.16和0.48，对照组的均值和标准差分别为2.97和0.44,t检验结果显示两组心理努力的差异无统计学意义。
表4 学生认知负荷的t检验结果
|
维度 |
组别 |
N |
M |
SD |
t |
d |
|
精神负荷 |
实验组 |
22 |
3.20 |
0.40 |
2.80 |
0.85 |
|
对照组 |
22 |
2.82 |
0.49 |
|
|
|
|
心理努力 |
实验组 |
22 |
3.16 |
0.48 |
1.37 |
0.41 |
|
对照组 |
22 |
2.97 |
0.44 |
|
|
（五）定性分析
表5显示了访谈的分析结果，包括主题、代码，以及参考以往研究建议的分析程序，每种访谈被提及的次数。实验组学生访谈代码为ES01 - ES22，对照组学生访谈代码为CS023 - CS044。这些访谈旨在了解他们对科学探究和IR工具使用的看法。
表5 主题、代码和采访中提到的次数
|
主题 |
代码 |
提及次数 |
|
|
实验组 |
对照组 |
||
|
IR工具应用 |
知识：了解IR工具并学习使用它们 |
12 |
10 |
|
理解：图像识别的概念 |
8 |
5 |
|
|
应用：IR工具非常简单，易于使用 |
11 |
4 |
|
|
应用：IR工具有助于更快地查找信息 |
9 |
7 |
|
|
评价：在线社区互动 |
5 |
2 |
|
|
改善学习体验 |
到外面去亲身体验 |
11 |
9 |
|
观察活的植物 |
7 |
3 |
|
|
提高观察能力 |
更仔细地观察 |
12 |
4 |
|
有更深的印象 |
9 |
2 |
|
|
课后延伸学习 |
主动学习识别未知植物 |
3 |
2 |
|
向家人和朋友推广IR工具 |
9 |
3 |
|
|
查询不知名的植物给人很大的成就感 |
10 |
7 |
|
|
当你在现场时，你可以用IR工具来检查 |
2 |
0 |
|
|
提高科学探究能力 |
知识：了解更多关于植物的知识 |
13 |
11 |
|
理解：植物的分类 |
12 |
7 |
|
|
应用：学会解构概念 |
5 |
0 |
|
|
分析：掌握植物的特性 |
7 |
0 |
|
|
促进反思 |
随时随地主动观察 |
3 |
0 |
|
保证自己的安全 |
1 |
0 |
|
四、结论与展望
（一）结论
1.在学习成绩方面，即概念映射学习有助于学生有效地将新的学习经验与之前的知识有组织地联系起来，有助于记忆理解学习内容。在教育环境中使用人工智能，如IR系统，使教师能够利用这些系统设计新的学习活动，为学生提供以方便和创新的方式学习的机会。在本研究中，红外系统帮助学生利用红外技术和在线数据库识别在现实环境中发现的植物。
2.在学习态度方面，采用CM- IR学习方法的学生比采用传统IR学习方法的学生表现出更好的学习态度。访谈结果显示，与传统的基于IR的学习相比，CM- IR组的学生更愿意搜索与学习内容相关的补充数据，并认识到学习课程内容的价值。在本研究中，将概念图整合到基于IR的学习情境中，使学生能够利用IR应用在探究过程中组织学习到的概念，进而使学生能够感知他们所学到的概念与他们在现实世界情境中所体验到的概念之间的关系。这可以帮助他们感知学习内容的价值，从而提升他们的学习态度。
3.在学习动机方面，采用CM- IR学习方法的学生比采用传统IR学习方法的学生具有更高的内在动机。访谈结果显示，与传统IR组相比，CM- IR组更多的学生表示这种学习方法在“提高观察能力”、“扩展课后学习”和“增强科学探究能力”等方面对他们有好处。在本研究中，将概念映射融入到基于IR的学习情境中，不仅使学生能够组织他们所观察和所学到的内容，而且使他们能够将课本内容与现实生活情境联系起来，从而帮助他们感知学习内容的意义。
4.在认知负荷方面，两组学生的心理努力评分无显著差异，说明在基于IR的学习情境中使用概念映射并没有增加学生的外部负荷。CM- IR组的精神负荷明显高于常规IR组。由于心理负荷是指学习内容或任务带来的内在负荷，这一发现意味着，尽管CM- IR组的精神负荷高于常规IR组，但仍可被学生接受。在访谈结果中，CM- IR学生普遍表示该方法的优点为“提高学习体验”和“改进”“观察能力”从使他们能够“走到外面去体验”、“更仔细地观察”和“有更深的印象”几个方面来评价。
（二）展望
1.局限性：第一，学习活动时间不够长。自然观察能力的培养和概念图的生成可能需要较长时间才能完成。第二，本研究的样本群体较小，在推断结果时也应谨慎考虑，根据小样本组的实验结果推断在其他条件下也可以得到相同的结果可能是不恰当的。
2.解决对策：未来的研究可以进行纵向研究和扩大样本量来验证所提出的方法。此外，还可以采用其他的方法技术，如定性分析，从参与者那里收集更多的信息，从不同的角度评估所提出的方法的有效性。
标签：对照组,图像识别,实验组,映射,IR,学生,学习,探究,CM From： https://www.cnblogs.com/xiaoxin-ing/p/16934847.html