劳森科学推理课堂测验的有效性评价外文翻译资料

劳森科学推理课堂测验的有效性评价

作者：Lei Bao, ^1,* Yang Xiao, ^1,2 Kathleen Koenig, ³ and Jing Han ¹

单位：¹ The Ohio State University, Columbus, Ohio 43210, USA ² South China Normal University, Guangzhou, Guangdong 510631, China ³ University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio 45221, USA

摘要：

在科学、技术、工程和数学教育中，包括知识概念的学习及科学推理技能的发展在内的教学目标愈发受到重视。劳森科学推理课堂测试(LCTSR)是一种普及性的用来评估科学推理的工具。然而，经过大规模的应用之后，已经出现了一些关于LCTSR有效性的问题。本文将对科学推理评价的文献进行综述，并对现行的科学推理测验的有效性和测量特征进行详细的分析。结果表明，LCTSR 是一个评估一维尺度的科学推理的实用工具，该工具具有良好的整体测试可靠性。然而，对个别问题组的检测显示，十二组问题组中有五组的效度有问题。这五组问题的回答模式相当不一致。定性分析也显示了广泛的设计问题。因此，五个问题对所涉及的子技能的评估因为存在问题的有效性而具有较小的可信度。

1引言

在科学、技术、工程和数学(STEM)教育中，被普遍接受的教学目标不仅包括学习广泛的知识性内容，还包括提高一般的科学推理能力。科学推理能力对于增长21世纪劳动力和全球经济是必需的^[1]。科学推理与“形式操作推理”^[2]、“批判性思维”^[3]密切相关，它代表了在探究、实验、结果评价、推理和论证过程中所涉及的思维和推理技能，支持自然界和人类社会相关概念与理论的形成与修正^[4-6]。早期的研究表明，科学推理能力可以通过训练而发展，并可以转移并支持其他领域的学习^[7,8]。科学推理能力的训练也会对学生的学业成就产生长远的影响，使他们的价值更具吸引力，而不是受到学科的限制^[7]。

最近，人们研究学生科学推理能力的兴趣有所增加。例如，包^[4]等人的研究报告指出，传统的STEM教育风格对学生科学推理能力的发展影响不大。同时，相关研究发现，科学推理能力与课程成绩^[9,10]、概念测试成绩^[11,12]和迁移推理成绩^[13,14]呈正相关。这些结果促使我们需要采取更广泛更主动的方法来改善教育环境，更积极地面向科学推理。为了更好的前进，教育工作者和研究人员需要良好的评估工具，可以方便地应用于大规模的实验设定并产生有效的结果，以便评估科学推理能力。这对于衡量学生的能力很重要，这样才能实施适当的教学技能方法，并在不同的教育背景下评估学生的科学推理发展效果。

从历史上看，皮亚杰临床访谈法是评估学生形式推理能力的早期方法之一。然而，这种方法耗费大量成本和时间，使课堂实践变得困难^[15,16]。在皮亚杰任务的指导下，许多研究人员开发了他们自己的评估学生科学推理能力的工具，如逻辑思维测试的小组评估(GALT)^[17] ，逻辑思维测试(TOLT)^[18] ，以及 lawson 的正式推理课堂测试(CTFR-78)^[16]。最初的CTFR-78开放式回答版本在2000年修订为24题多项选择题测试^[19]。这个最新的版本被称为科学推理的劳森课堂测试(LCTSR)，它在科学教育界获得了广泛的欢迎。例如，物理教育研究者使用LCTSR来研究学生科学推理能力和物理内容学习之间的关系。在一项研究中，Coletta 和 Phillips^[11] 报告了力量概念量表的前后标准化收益^[20]与学生推理能力之间的相关性(r asymp;0.5)。

虽然已有几项研究^[21,22]调查了CTFR-78的有效性，但是对于LCTSR有效性的研究还是非常有限的。然而，LCTSR工具已经成为教育研究中的标准评估工具。本研究以大量的评估数据和随访访谈为基础，评价了LCTSR的有效性。这些发现将进一步证实LCTSR的有效性，揭示当前设计的测量特性。

II.科学推理评估文献综述

A.CTFR-78的发展和验证

在二十世纪六七十年代，对形式推理评估的研究促进了几种工具的发展，这些工具采用纸笔的方法，比临床访谈更方便实施与计分^[23-26]。一些测试要求学生在评估过程中与设备互动，但是对问题的回答是书面形式的^[27]。然而，由于设备的需要已经仪器的使用受到限制，依赖这种仪器的研究样本量往往更少。基于这个想法，其他仪器被开发出来，简化了测试过程，由一个教师为整个班级演示，以减少对时间和设备的需求^[28]。这种方法在访谈及一种更易实施的形式之间寻求平衡。

这一时期比较流行的评估方式之一是1978年劳森的课堂形式推理测试(CTFR-78)^[16]。CTFR-78是根据皮亚杰的发展理论开发的^[2]，利用其他人在不同背景下创造的问题来测试各种操作的形式推理^[17,18,26]。CTFR-78包括十五个项目，每个项目由教师进行示范，然后由学生在单独的测试书中回答两个问题。第一个问题是多项选择题，要求学生回答与示范有关的结果。第二个问题是一个书面的自由回答问题，学生解释他们回答第一个问题的理由。只有在两个问题的答案都令人满意的情况下，项目才被打分为正确。测试包括五个技能维度，包括守恒性、比例、控制变量、组合和概率。

在一篇介绍CTFR-78的论文中，劳森^[16]为确定CTFR-78在测量具体和形式推理方面的初步有效性而进行了一系列研究。在这项研究中，皮亚杰研究中心的六位专家评估了问题的质量，六位专家一致认为，这些问题评估了具体和形式上的推理。随后，513名初一到初三的学生使用了这个工具，从中随机选中72名学生参加了一系列皮亚杰任务的临床访谈。采用参数统计和主成分分析两种统计方法对访谈和测试数据进行比较，前者的相关系数为0.76(p＜ 0.001)。主成分分析在五个技能维度中确定了三个主要因素，占总分变异量的66%。由于学生人数较少，这个结果被认为是初步的，但是是令人满意的。总的来说，分析表明CTFR-78能够测量形式推理，并且与临床访谈的方法具有很好的相关性^[16]。

劳森还创建了一个评分系统，帮助教师以皮亚杰推理量表来解释学生能力水平的测试结果。根据513名学生的测试成绩，劳森定义了三个推理水平: 具体(0-5分)、过渡(6-11分)和正式(12-15分)。大约三分之一(35.3%)的学生被分为具体级别，约一半(49.5%)为过渡级别，其余(15.2%)为正式级别。与访谈评估相比，72名受访者中超过一半的人符合CTFR-78确定的三级标准。

其他研究人员也分析了CTFR-78，以确定其测量学生推理能力的能力。Stefanich^[22]等人测量临床访谈结果与CTFR-78之间的相关性，发现比劳森报告的相关性更弱(r=0.50)。有趣的是，与临床访谈相比，研究人员发现测试高估了推理能力，而不是低估了，但是由于样本量很小(N=27)没有统计学意义，这项研究没有挑战劳森早期的发现。

普拉特和哈克^[21]的另一项研究对150名学生进行测试，以发现CTFR-78测量的是一个还是多个因素。研究人员发现劳森测试的测量是多因素的，而不是单一的，他们认为这是测试的弱点。这项检查后来被哈克^[29]重复了，他再次发现这项检查是多因素的。其他研究人员^[30]没有发现多因素的检查是有问题的，特别是考虑到形式上的推理是多方面的。

最后，另一项早期研究调查了CTFR-78测试分数与学生在科学和数学方面^[31]的成绩有多大的相关性。研究发现，学生在形式运算推理的水平上，比科学及数学的过渡及具体运算推理的水平更胜一筹，但后两个水平的能力并不相同。在科学及数学的一般表现方面，只有其中一个项目(概率推理)具有预测能力，但整体而言，这个测试是生物学习成功的良好指标，但在预测其他科学及数学领域的成功方面则较为逊色。

B.LCTSR的开发和验证

二十年后，LCTSR出版了，这是一个完全的多项选择题评估测试，不涉及示范题。这个新版本使用了两层设计，共有12对24个问题，总共包含6个技能维度。CTFR-78中的组合推理项目没有包含在新的LCTSR中，而是增加了与相关推理和假设-演绎推理有关的新项目。CTFR-78和LCTSR的对比见表一。在下面的讨论中，术语“item”和“question”将根据相关文献的风格互换使用。

LCTSR的前10个问题对保持了传统的两层模式，在这种模式下，两个问题中的第一个问题询问给定任务的结果，第二个问题询问第一个问题的答案背后的解释和推理。最后两组(21-22和23-24)关于假设-演绎推理的成对问题略有改变。问题21要求学生确定最合适的实验设计，可以用来测试一个给定的假设提供的现象。问题22要求学生选择实验结果来反驳问题21中提出的假设。问题23-24是类似的结构，并要求学生选择实验结果，将推翻两个给定的假设。

LCTSR的评分方法已经演变成两种形式: 一种是配对评分方法，即当一对问题中的两个问题都得到正确答案时，才可得分；另一种是独立评分方法，该方法简单地对每个问题进行独立评分。这两种方法均常被研究人员使用^{[4,11,16,32-34]}。

5 参考文献：

[1] National Research Council, Education for Life and Work: Developing Transferable Knowledge and Skills in the 21^st Century (National Academies Press, Washington, DC,2012).

[2] J. Piaget, The stages of the intellectual development of the child, in Readings in Child Development and Personality, edited by P.H. Mussen, J. J. Conger, and J. Kagan (Harper and Row, New York, 1970), pp. 98–106.

[3] J. Hawkins and R. D. Pea, Tools for bridging the cultures of everydayand scientificthinking, J. Res. Sci. Teach. 24, 291 (1987).

[4] L. Bao, T. Cai, K. Koenig, K. Fang, J. Han, J. Wang, Q. Liu, L. Ding, L. Cui, Y. Luo et al., Learning and scientific reasoning, Science 323, 586 (2009).

[5] C. Zimmerman, The development of scientific reasoning: What psychologists contribute to an understanding of elementary science learning, Paper commissioned by the National Academies of Science (National Research Councilrsquo;s Board of Science Education, Consensus Study on Learning Science, Kindergarten through Eighth Grade) (2005).

[6] C.Zimmerman,The development of scientific thinking skills in elementary and middle school, Dev. Rev. 27, 172 (2007).

[7] P. Adey and M. Shayer, Really Raising Standards (Routledge, London, 1994).

[8] Z. Chen and D. Klahr, All other things being equal: Acquisition and transfer of the control of variables strategy, Child Development 70, 1098 (1999).

[9] A. M. Cavallo, M. Rozman, J. Blickenstaff, and

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 19 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[597878]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word