多媒体《 工程制图》 CAI 评价实验研究.doc

多媒体工程制图CAI评价实验研究徐建成 宗士增 张文辉（南京理工大学制造工程学院，南京210094）在教学过程中，我们以教学目标为导向，以评价为教学动力，以强化、矫正前进为手段，使教学活动在具体的目标控制下进行的，让绝大多数学生都能达到教学目标，掌握教学内容，完成教学任务。(1)、建立评价指标体系的基本原则工科大学应能培养出社会公认的高层次优秀人才，使他们成为当代政治、经济、科技领域及各条战线的带头人和生力军，因此高校的教学工作必须坚持育人为首要原则。多媒体工程制图CAI课件的评价指标也应围绕这一原则进行确定，不断提高人才培养的全面素质，使高校培养的人才能主动适应社会主义市场经济的需要，具有开拓性强、知识性强、实践性强的高质量人才，是学校的办学方向，也是各项工作的总目标。(2)、评价指标体系的设计和选取根据国家教委高等工科学校工作评价体系的原则和工程制图教学特点，我们按三级指标设计了“多媒体工程制图CAI课件评价指标体系”(如图1所示)，第三级指标按五级量化标准。评价量化等级设为“”五级，使评价工作客观化。评价指标体系的建立，将定性和定量相结合，如级指标中既采用了“学生行为表现”、“兴趣态度”等定性评价，又采用实验组与对照组的测试成绩之比的定量评价方法，较为准确地反映多媒体工程制图CAI课件的教学效果。评价指标体系的建立使评价具有可测性，为评价提供了方向。一、 评价模型设计1评价模型的确定在工程制图课堂教学评价过程中，根据计算机教学中评价的作用，我们提出多媒体工程制图CAI课件的评价对课件设计和教与学之间调节作用(如图2所示)。考虑到工程制图课程教学的特点且卡罗尔教学评价模型比较符合评价顺序排列的特点，我们首次提出多媒体工程制图CAI课件的评价模型(如图3)。2学生模型的确定学生模型是用于记录学生情况的一种数据结构，是为了使教师在进行CAI教学时能了解所教对象，做到比较有针对性而建立的。传统的学生模型绝大多数都是“知识型”，即只能记录学生的原有知识水平。随着认知学习理论的发展，目前的学习模型已逐渐转向“认知型”，即着重记录学生关于当前所学概念的认知结构与认知能力特点。实现认知型的学生模型的建造，其关键是要解决认知结构的形式化表示与认知能力的表征及定量测量问题。目前，这些问题仍处于研究、探索阶段，也是当前教育技术的前沿课题之一。北大西洋公约组织(NATO)科学委员会的先进教育技术(Advantage Educational technology AET)项目所列八大研究课题第三项便是“学生模型建造与学生错误诊断”。 我们拟定多媒体工程制图CAI课件的学生模型(如图4所示)。课堂知识掌握速度表示学生的识记能力，课堂知识掌握正确程度表示学生的理解能力，中期重要知识点测试考察学生的应用能力，期终综合能力测试检查学生的综合能力。其中a1=0.1400，a2=0.1125，a3=0.1625，a4=0.2750。二、 评价实验设计多媒体工程制图CAI课件评价实验前期是在二年级一学期三个班的学生中进行，后期是在一年级二学期两个班的学生中进行的，历时一年。1评价实验假设计算机辅助教学(CAI)是一项具有开拓性的新兴课题。在我国的国情条件下，现阶段所拥有的只是低档计算机以及简易网络。在高校中，CAI还处于推广阶段，这就使得CAI长期处于“演示+练习”阶段，未能体现CAI个别化与交互性的特点。能否利用CAI，充分发挥现有计算机设备的最大效益，提高教学质量？CAI如何与常规教学有机结合？CAI能在哪些方面显著地提高学生学习能力？这些都是我们想要探讨的问题。实验假设：在简易的多媒体教学的硬件环境下，采用多媒体工程制图CAI课件教学，可以获得优于常规教学的教学效果。实验目的：(1)、研究CAI与常规教学的关系，逐步形成二者互为补充，有机结合的教学模式和方法；(2)、开发能够较好地体现CAI人机交互作用、因材施教的多媒体工程制图CAI课件；(3)、通过对比实验，证实CAI在工程制图教学中的可行性和有效性。2 评价实验流程在多媒体工程制图CAI课件的评价模型的基础上，提出多媒体工程制图CAI课件评价实验流程，如图5所示：(1)、实验组织形式选择根据实验的目的、任务、性质和条件，选取比较实验组织形式(实验班和非随机分配的对照班的比较)。实验是在正常班级教学的自然条件下进行，通过空间能力测试，将学生按成绩分成上、中、下三等，从中挑选出具有两个或两个以上条件相等的两组作为实验对象(即实验班和对照班)，两班上、中、下三种成绩对应人数均相同，分别为4，5，7人，这种选取方法即所谓的分层取样法，能确保实验的可比性。由于南京理工大学属于工科，各班女生人数差异较大，故而此次实验仅限于用男生为实验对象。(2)、实验环境实验班和对照班均以兵器工业出版社工程制图教程为文字教材。实验班采用CAI方式进行教学，对照班采用常规方式进行教学。(3)、实验变量及其控制在本次实验中，由于主要研究CAI的效果，故自变量取值为CAI与常规教学方法；因变量为学生学习效率的提高、学习能力的提高、学习环境的改善等；控制和消除无关变量，在实验中确保实验班和对照班的学生来源及人数相同，教学时数相同，同一天进行教授课程，即教学时刻相同，并且采用同一个教师上课，课外作业相同。对照班除了不使用计算机辅助教学外，其他教学条件均与实验班相同。(4)、实验周期实验周期初步定为一年。3 评价实验设计虽然实验组和对照组是以原来的班(组)为基础，不是随机分组，不是等值的但由于设了对照组，又和前测相结合，在一定程度上控制了无关变量。尤其是通过前测，控制了实验对象的选择偏差，如智力、能力、年龄、性别、学业成就等。可以得到相似的两组，或即使有偏差，也不致影响实验结果。在实验设计中，前测是为了给实验处理后的结果提供一个基准线。(1)、实验模型图6依据实验控制的严密程度，此次CAI教学实验使用准实验设计，并且是在正常课堂教学过程中进行实验，所以我们根据非处理比较组实验设计和工程制图的教学特点提出多媒体工程制图CAI课件评价实验模型(如图6所示)。 (2)、测试方案选择测试含中期测试和前测后测。中期测试是在课堂上搭配测试，考察学生每个知识点掌握程度。前测法是在CAI方案实施前，为方案挑选学生，确保小组的可比性而进行的测验，其中包括一次智力水平测验、计算机水平测试、英语水平测试和数学水平测试。后测法是在CAI方案实施后，对达到目标的程度而进行的测验24。中期测验是在CAI方案实施过程中，定目标地进行三次测量，观察学生从方案中受益程度情况2。应用前测后测法，可以比较两班的后测结果(O15-O25，O14-O24，O13-O23，O12-O22)，获取横向学习信息2，还可比较各组内前测与后测(实验班为O11-O10，对照班为O21-O20)的差异，此项为空间能力水平变化，既表示学生纵向学习信息。由于此次实验是系列实验，周期较长，所以采用后继组时间系列进行设计，即首先对一个年级的两班进行实验，统计实验结果，探索CAI教学方法和课件对学生学习能力影响，改进CAI教学与课件，然后对下一个年级的两班进行实验，即重复实验，加以验证。(3)、实验数据收集方法检查教学效果的方式是收集教学数据。教学数据是一种反馈信息，是进行教学评价的依据。教学反馈信息分为两类：一类是成绩信息，即学生所获得的知识和技能；另一类叫做反响信息，是指学生对教学活动各个方面，如课程设置、教学内容、教学方法、课堂考试、教学设施、教学管理、教学服务等所提出的意见和建议。前者是评价教学目标达到与否的主要依据，后者对分析教学效果的优劣的原因，制定改进教学设计的措施具有重要意义。通过空间能力测试，挑选出符合要求的定量的学生(16人)，控制非因变量的影响，确保小组的可比性。在实验实施过程中，采用观察法(Observation)了解学生课堂学习行为反应、理解问题的行为反应、内容掌握程度、积极性、注意力和兴趣情绪变化等，以及重难点授课时间。用问卷方式(Questionnaire)收集课件对学生思维活动、记忆效果和注意力的影响，课件对学生学习兴趣和自学能力的作用，学生对课件的欢迎程度，对课件提高学习效率作用因素的看法并了解学生对教学内容、教学方法中存在问题的看法和意见。最后我们再进行一次空间能力测试，并且在期终进行一次标准参照测验(StandardizedReferenced Test)，了解在学习某一教学内容时学生受益程度情况。(4)、学生学习信息反馈对实验数据进行整理，可得到关于两组学生注意力变化表、重要知识点掌握情况表、学习成绩变化表，CAI课件的使用对所学内容记忆效果、积极思维、学习兴趣和自学能力等的影响情况。从学习成绩变化表中，可对比分析优等生、中等生、差生人数变化情况。由这些反馈信息，提供CAI课件制作、修订的参考依据。三、 评价实验结果1 学生反映(1)、学生情况结果图799级两个班学生在CAI结束后，认真填写了多媒体工程制图CAI课件问卷表(见附录三)，从中了解到CAI的教学效果，其结果用直方图表示为图7所示。由图7可看出，实验班的各项值都比对照班高，尤其是所学内容记忆效果、上课集中注意力程度、媒体选择合理化程度等这几项差异较大。(2)、统计结果的显著性检验图7表明出实验班的得分高于对照班的得分，这种差异是否显著？CAI的教学效果优势是否可靠？我们应用配对t检验来回答这些问题。检验公式为： (1)df=n-1 (2)表1其中表示实验班的平均值，表示对照班的平均值，D表示配对的学生成绩差，n表示被测人数，df表示自由度，此次实验中，n=16，df=15。实验数据参见表1。假设有两组数值，要对虚无假设或()进行检验，一般显著性水平p=0.05。我们用公式(1)分别计算上述几项的显著性。a、 思维b、 记忆c、 注意d、 理解e、 兴趣f、 媒体g、 满意根据自由度为df=15，显著性水平p=0.05，查阅t值表，可得t(15)=2.131，将此值与、比较，可得、 t(15)=2.131，0，表明多媒体工程制图CAI课件的教学效果是有成效，但学生的成绩波动很大，不是理想的直线型上升。影响成绩的主要因素有：(1)、课件的制作水平。(2)、教师与课件相结合的完美程度。四、评价结论这次为期一年的系列实验，所取得的结果有力地证明了多媒体工程制图CAI课件教学价值，也为课件的设计与应用提供了强有力的支持。1 提高学习兴趣，创造良好的学习环境兴趣是学生学习动机中最现实、最强烈的心理因素。而工程制图的学习，由于概念抽象、空间推理和想象枯燥，随着教学内容的逐步深入，学生的学习兴趣反而逐步减弱。多媒体工程制图CAI以其独特的优越性，能模拟机件的形成，再现机件立体模型，激发学生的学习兴趣，促进学生抽象思维的发展。从图8可看出，实验班的学习兴趣比对照班高4个百分点。2 学生学习能力得到了提高为了较全面地、科学地检验实验所取得的效果，我们进行了有关对照测试，发现多媒体工程制图CAI课件教学使学生掌握知识点的速度加快(见图10)，即学生的识记能力得到了极大的提高，中期测试成绩提高幅度呈波浪似的增加(见图