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1、1,中小学实验教师如何开展课题研究,Educational Technology&Equipments,2,3,一、教育科研课题的基本问题,课题（Subject），即问题、主题或专题。教育科研课题研究是指对教育理论和教育实践中某一现象进行专题的系统的研究，来解决实际问题，并提示教育现象的因果关系，探讨教育规律和获得理论认识的活动。,4,任何一项研究都要解决三个基本问题：,其中，研究目的与研究对象要解决“是什么”和“为什么”的问题，而研究方法要解决“做什么”和“怎么做”的问题。,(1),(2),(3),研究目的是什么?,研究对象是什么?,研究方法是什么?,5,1课题的研究目的,教育科学课题的研究
2、目的：优化教育教学过程，提高教育教学的效果、效率、效益。,6,2课题的研究对象,教育科学课题的研究对象：学生：教学效果的体现教师：教学行为的评价教学过程：学生行为、教师行为、教学资源的综合测量,7,3课题的研究方法,教育科学课题常用的研究方法：准实验研究法（量化、实证研究）问卷调查（量化、实证研究）观察法（定性研究）行动研究法（定性研究）个案调查分析法（定性研究）,8,（1）准实验研究法 采用等组对比实验测量的方式得出变量之间的因果关系与结论的教育研究方法。它缘于实验室实验，但教育的实验研究对象是教师与学生，不允许进行破坏性的实验研究，且研究的学生群体的样本组也只能在自然班样本下进行控制，所以
3、教育的实验研究一般又称为准实验研究。提出假设；控制变量（单因素双水平）；进行前测、中测、后测，并进行采样；根据具体情况采用统计假设检验；得出研究结论。,9,（2）问卷调查法 问卷调查法是研究者通过事先设计好的问题来获取有关信息和资料的一种方法。研究者以书面形式给出一系列与研究目的有关的问题，让被调查者作出回答，通过对问题答案的回收、整理、分析、获取有关信息。问卷的形成，需要进行信度与效度的论证。,10,（3）观察法 观察法是研究者在一定理论指导下，通过感官或借助观察辅助仪器，有目的、有计划地察看、记录、分析，获取教育原始资料和信息的方法。观察可以提供有关教育行为的详细的、第一手的资料。如长期观
4、察某一个或某一类型学生的行为表现，完整地记录其成长历程，就可以为教育研究提供一笔宝贵的资料。,11,（4）行动研究法 所谓行动研究法，就是以解决实际问题为目的的研究，就是要创造地运用理论解决实际问题。行动研究作为一种研究方法和途径，起源于美国。所谓行动研究，其特点是在自然条件下进行实践，并对实践进行不断的反思，通过计划，实践，观察，反思四个步骤进行。前两步是实践阶段，与正常工作任务一致，后两步是反思阶段，对实践的结果进行观测，看任务完成得如何，然后寻找得失原因，制定出对策，以便指导下一阶段的实践。这种方法的优点是使日常工作，改革，科研同步运作，教师又可以自行操作。,12,（5）个案调查分析法
5、针对单一个体在某种情境下的特殊事件，广泛、系统地收集有关资料，从而进行系统的分析、解释、推理的过程。适用于对不良问题的研究或对某些难以重复、难以预测和控制的事例进行研究，如学生辍学、学业失败、家庭破裂、道德不良、青少年犯罪等，也适用于对学生的心理问题和人格偏差的诊断研究和矫正研究。个案调查不仅要收集有关的资料，还需要将资料整理记录、形成报告。,13,4教育科研课题的特点,复杂性：研究对象是人；多元性：影响研究目标的因素不是单一变量；模糊性：影响研究目标的诸因素之间没有明显的界限；干扰因素多：影响因素不易控制；度量水平低：测量指标不易量化；样本空间小：被试抽样点数不能太大。,14,二、注重学生能
6、力培养的研究,1新课程标准的教学目标,15,知识：称为显性知识，是人获取的各种信息；技能（能力）：称为隐性知识，是人认识、改变自己和环境（自然、社会）的本领知识与能力的关系：知识是能力培养的根本基础。没有大量而广泛的知识作积淀，便没有突出的分析和解决问题的能力。能力是知识获取的重要条件。缺乏全面而较强的应对能力，就很难得到知识的拓宽和更新。,技能、技巧：Skill,16,Knowledge：知识和经验,结构化知识良构知识,非结构化与半结构化知识、劣构知识,17,2中小学生更需要注重的能力,18,技能、技巧：Skill,19,3中小学生缺乏综合设计能力的原因,20,一个耐人寻味的比喻：中国学生的
7、知识是1英里深，1英寸宽美国学生的知识是1英寸深，1英里宽人的分析能力与知识深度呈高度正相关；人的综合设计能力与知识广度呈高度正相关。,知识广度,综合设计水平,21,一次发人深省的竞赛：试题 给你1加仑汽油，用什么方法可以知道它燃烧后放出多少热能？,22,创新：研究成果或研究方法具有差异从“情感态度价值观”的角度看创新能力创新能力需要具有创新精神创新精神需要研究兴趣研究兴趣需要成就感激励成就感依赖研究成果的实现,4综合设计能力与创新能力培养的关系,23,分析类的研究，其成果具有唯一性,24,剑桥大学三一学院内牛顿的苹果树,德国杰出的数学家高斯(17771855)对牛顿十分钦佩，也很清楚牛顿是经
8、过长期艰苦的准备工作和不间断的思考，才取得他最伟大的成就的。也正因为如此，有关牛顿和苹果的传奇故事让高斯非常愤慨，他嚷道:“愚蠢！如果你愿意，就相信这个故事好了。但事情的真相是这样的:一个愚蠢的、爱管闲事的人问牛顿，他是怎样发现万有引力定律的。牛顿看出他是在跟一个只有儿童智力水平的人打交道，便想避开这个讨厌的家伙，于是就回答说，有一个苹果掉下来，打在了他的鼻子上。那个人完全明白了，非常满意地走开了。”,给我一个支点，,25,综合设计类的研究，其成果具有多样性,26,5能力的社会需求问题,近年人才需求平均情况,未来几年就业趋势分析,27,结论：提高学生创新能力的最佳途径是培养综合设计能力新课题:
9、如何构建有效环境如何利用现有条件如何拓宽学生知识如何增加动手机会,6结论与新课题,28,三、教育科研的工具与方法,.探究式实验教学例.师生教学行为研究例.课堂互动分析例.准实验研究统计检验例,29,探究式实验教学研究,例：自由落体运动规律的研究,30,利用计算机进行自由落体运动实验研究的步骤,31,32,操作中的几个关键点：采集图象时应尽量选择高一些的分辨率。抓单帧图象使用“Print Screen”（“PrtSc”）键。如果不能正确粘贴图象，可做如下调整鼠标指向桌面空处，单击鼠标右键；选择“属性设置高级疑难解答”；将“硬件加速”滑块滑向“无”；选择“确定”。使用Excel进行曲线拟合由数据产
10、生图表时要选择“散点图”；点击散点图上的散点后选择“图表添加趋势线多项式选项显示公式”；,33,.师生教学行为的S-T分析,基本思想 将课堂教学中的行为分为学生（S）行为和教师（T）行为。计划教学与实施教学的结果可以S行为和T行为随时间的变化图形表示。采用这种可视化的方法研讨教学，增加了分析的客观性，减少了盲目性和模糊性。,34,方法步骤 定义教学当中的行为类别；将一个教学单元的时间按30秒的间隔进行划分；确定每个单位时间内的教学行为（S或T）；将一个教学单元的教学行为按时间顺序记录在S-T表中；根据S-T表绘制迁移表和S-T曲线；根据S-T表提供的数据计算T行为占有率Rt值和行为转换率Ch值
11、；绘制Rt-Ch图，分析教学模式。,35,行为类别定义,36,1.设定采样间隔（一般为30秒），观察教学过程中的行为，填入S-T表中。注：每个单元格占30秒时间；教师行为填T，学生行为填S；图中共有106个数据，该课程共用时间53分钟。,37,2.根据S-T表绘制迁移表。将S-T行为分为3种行为模式：说明（T）是教师单独的行为，学生除听讲外没有其他活动；对话（D）是教师和学生共同的行为，师生进行教学交互活动；练习（S）是学生单独行为，教师没有教学活动。*3为迁移表。参考S-T表和教学活动中T、D、S的具体情况，根据时间的长短绘制连线。迁移表中，横轴为时间轴，以0-60所表示，单位为分钟。,38
12、,3.根据迁移表绘制S-T图。S-T绘图区（*4）的纵轴为S，横轴为T。各轴的长度均为60分钟。教学的起点为原点。S-T绘图区（*4）的纵轴、横轴与迁移表（*3）的时间轴对应。将迁移表中说明（T）和练习（S）的连线用相同长短的线段在S-T绘图区的T轴和S轴上画线。将迁移表中对话（D）对应到S-T绘图区是具有45度倾斜的线段。D线段在T轴、S轴上的投影分别对应对话中的T行为和S行为。S-T曲线分为两种：计划S-T曲线：用于教学前实测S-T曲线：用于教学后,39,4.S-T图的定性对比分析根据教学设计要求可以绘制S-T曲线；将实测S-T曲线与计划S-T曲线进行对比，分析教学过程；对多人完成的教学过
13、程进行实测对比，分析差距。,40,5.S-T数据的定量分析（1）T行为占有率Rt：教学过程中T行为所占有的比例。,设教学过程中行为的总采样数为N，其中T行为采样数为NT，则T行为占有率Rt：,S行为占有率Rs：,例：N=106，NT=56；所以Rt=56/106=0.5283=52.83%则Rs=47.17%,41,（2）行为转换率Ch：教学过程中，T行为与S行为间的相互转换次数（称为“连”，用g表示）与总的行为采样数之比。,设教学过程中行为的总采样数为N，其中S-T行为转换次数为g，则行为转换率Ch：,例：N=106，g=20；所以Ch=20/106=0.1887=18.87%,42,6.R
14、t-Ch图的绘制计算出的Rt值为横坐标，Ch值为纵坐标，所有满足条件的点（Rt，Ch）都落在一个三角形中。落在三角形不同位置，代表不同类型的教学模式：练习型讲授型对话型混合型,43,例：N=106，NT=56，g=20；Rt=0.5283，Ch=0.1887；（Rt，Ch）=（0.5283，0.1887）,44,7.Rt-Ch图分析,45,Flanders课堂互动分析系统（FIAS）将整节课堂教学过程全程录象；将全程录象以3秒为单位进行分析编码（见编码表）；将所有编码按时间顺序排列成坐标序列；将所有出现的坐标序列次数填入课堂行为矩阵（迁移矩阵）；对矩阵数据进行分析。,.傅兰德斯课堂互动分析,4
15、6,编码举例,47,坐标序列举例原代码序列：6、10、5、1、4、8、8、2、3、6、4、8、9、5、形成的坐标序列：（6，10）、（10，5）、（5，1）、（1，4）、（4，8）、（8，8）、（8，2）、（2，3）、（3，6）、（6，4）、（4，8）、（8，9）、（9，5）、,48,1-3行与1-3列相交的区域是积极整合格，如果在这个区域里记录次数密集，反映的是教师与学生之间情感气氛融洽。7-8行与6-7列相交的区域是缺陷格，如果在这个区域里记录次数密集，反映的是教师和学生之间情感交流上有隔阂。间接教学与直接教学的比值为63.7，较大地调动了学生的学习积极性。积极影响与消极影响的比率297，
16、可看出该课教师对学生的讲话以接纳、鼓励为主，从而使整堂课的气氛比较宽松，进而极大地调动起学生的参与积极性。,矩阵分析,49,教师语言比率(1-7列次数总次数)为 51.9。学生语言比率(8-9列次数总次数)为 48.0。无效语言比率(第10列次数总次数)为0.56，说明课堂教学利用率较高。教师提问比率(第4列次数总次数)为9.1，可看出学生的参与率较高。间接教学与直接教学的比值(1-4列次数5-7列次数)为63.7。积极影响与消极影响的比率(2-3列次数6-7列次数)为297。,矩阵分析,50,.常用教育统计检验,设有两个总体：总体1和总体2；对两个总体的某项影响因子或指标进行抽样：X1，X2
17、，XN，Y1，Y2，YM；总体1的均值（数学期望）为1，总体2的均值为2；建立假设H0：1=2，即两个总体该项指标无差异；通过统计运算，确定假设H0成立的概率p。,1统计检验的基本原理,51,2教育统计检验的基本类型,52,（1）t 检验（仅做独立样本t 检验和配对t 检验）独立样本t 检验：两个不相关总体（如：两个班或一个班分两个组，变量控制条件为单因素、双水平）；配对t 检验：两个相关总体（如：一个班前后测）进行前后比较。,例1：独立样本t 检验的例子打开文件“test2.sav”，设与group=1对应的X值为1班（实验班）11个抽样学生的成绩，与group=2对应的X值为2班（对照班）
18、13个抽样学生的成绩；选择“Analyze”“Compare Mean”“Independent-Sample T Test”；在对话框中将X选进“Test Variable”栏中，将group选进“Grouping Variable”栏中，单击“Define Groups”按钮，Group1赋值1，Group2赋值2；单击“Continue”按钮返回后，再单击“OK”按钮。,3教育统计检验实例,53,结果分析：t=2.524，自由度df=N1+N2 2=24 2=22，p=0.019（双侧界限）；因为我们的问题属于单侧界限问题，所以需要查t 值表；查得的p=0.01（单侧界限）；p=0.01
19、=0.05（显著性水平），有显著性差异，即实验有明显效果。,54,典型双侧边界问题 罐装可乐的容量按标准应在350毫升和360毫升之间。一批可乐出厂前应进行抽样检查，现抽查了n罐，测得容量为X1,X2,Xn，问这一批可乐的容量是否合格？,典型单侧边界问题 某织物强力指标X的均值标准差为21公斤。改进工艺后生产一批织物，今从中取30件，测得均值标准差为21.55公斤。假设强力指标服从正态分布，且已知标准差为1.2公斤，问在显著性水平=0.01下，新生产织物比过去的织物强力是否有提高?,55,例2：配对t 检验的例子打开文件“test3.sav”，；选择“Analyze”“Compare Mean
20、”“Paired-Sample T Test”；在对话框中将前测和后测同时选进“Paired Variables”栏中，单击“OK”按钮。,结果分析：t=2.934，自由度df=7，p=0.022（双侧界限）；查t 值表，有p=0.01（单侧界限）；p=0.01=0.05（显著性水平），实验前后有显著性差异。,56,（2）Z 检验,Z 检验与t 检验使用SPSS命令相同，操作方法相同；当n1 和n2 都很大，而且n1 n2 时，计算出的t 值就是Z 值；计算完后要查Z 值表。,求t 和Z 的公式,57,（3）X2 检验,例3：X2 检验的例子 随机抽取某学校数学系和中文系学生各100名，对某一
21、英语教学软件的效果进行评价，根据下表所示的评价结果测试两系学生的评价态度的差异。,对态度进行编码：好=1，中=2，差=3；对系别进行编码：数学系=1，中文系=2；建立SPSS数据文件，命名为test4.sav，保存。,58,打开文件“test4.asv”；选择“Data”“Weight Cases”，在“Weight Cases”对话框中激活“Weight Cases by”选项，并将变量“人数”选入“Frequency”框中，单击“OK”按钮；选择“AnalyzeDescriptive StatisticsCrosstabs”，在“Crosstabs”对话框中将变量“系别”指定为“Rows”
22、，将变量“态度”指定为“Columns”；单击对话框中的“Statistics”按钮，在“Crosstabs:Statistics”对话框中选择“Chi-Square”选项；单击“Continue”按钮，返回后，单击“OK”按钮。,59,结果分析：Chi-Square 栏中，X2=10.667；查X2 值表；X2（df）0.005=X2（2）0.005=10.60；10.667 10.60；两系学生的评价态度存在显著差异。,60,四、教育教学的测量与评价,教育监测的方法：分类与时间序列分析（对教师）集团应答分析（对学生）信息结构分析（对环境）多元分析（对管理）多目标决策（质量控制）马尔可夫分析
23、（质量控制）,纸笔测量（问卷）心理测量（量表）生理测量（设备）行为测量统计测量,61,PISA（ProgrammerforInternationalStudentAssessment，“国际学生评价项目”）是大型国际性教育成果比较、监控项目测量。评价对象是处于义务教育阶段末期的15岁学生，以纸笔测验的形式测量学生的阅读能力、数学能力和科学能力。,62,学校教学水平监测指标体系,注：摘自龙岗区义务教育阶段学校教学水平监测指标体系,63,中小学学生发展评价指标体系,注：摘自中小学学生发展评价体系研究，北京教育科学研究院基教所，“教育评价”,64,1.第一个例子：层次分析（AHP）,问题：如何科学建
24、立评价指标体系？,65,20世纪70年代，美国运筹学家T.L.Saaty 教授提出的层次分析法（AHP：Analytic Hierarchy Process）是对一些较为复杂、较为模糊的问题作出决策的简易方法，它特别适用于那些难于完全定量分析的问题。,AHP法实施的关键步骤如下：建立递阶层次结构模型；构造各层次的判断矩阵；计算各矩阵的权值向量；层次排序的一致性检验。,66,（1）建立递阶层次结构模型,67,（2）构造各层次的判断矩阵 判断矩阵为nn方阵，为每个层次或子层次中的项目数；如，B层次有4个项目，则B层次判断矩阵为44方阵。该矩阵中的各行和各列都用B1B4来标注，而矩阵中各元素的取值要
25、根据下表确定。,68,A-B矩阵,仪器设备标准（B1）比实验教师（B2）明显重要，我们取b12=4，则b21=1/4；仪器设备标准（B1）比实验教师（B3）重要，我们取b13=2，则b31=1/2；实验教学（B4）比仪器设备标准（B1）重要，我们取b41=2，则b14=1/2；其它元素按此确定。,69,B1-C1 B2-C5,B3-C8 B4-C13,对于C层次，采用上面的方法我们可以得到4个判断矩阵。,70,（3）计算各矩阵的权值向量,步骤：用MATLAB求出矩阵的特征向量和特征值；找出最大特征值max和最大特征值对应的特征向量；将最大特征值对应的特征向量归一化后可得该矩阵的权值向量W。,A
26、-B矩阵的特征向量,A-B矩阵的特征值,A-B矩阵的最大特征值,A-B矩阵的最大特征值对应的特征向量,A-B矩阵的权值向量,71,通过计算得到C层次的4个判断矩阵的最大特征值、最大特征值对应的特征向量和权值向量，见下表。,72,（4）层次排序的一致性检验,一致性检验的目的是检测判断矩阵在逻辑上的合理性和防止出现矛盾关系。只有通过一致性检验的判断矩阵才能被接受。该检验又分为层次单排序一致性检验和层次总排序一致性检验。,层次单排序一致性检验的步骤：,73,前面建立的5个判断矩阵按上述各公式计算出的相关参数,74,为了防止层次单排序中小的不合理产生的累计效果，还须进行层次总排序一致性检验。层次总排序
27、一致性检验的公式如下：,j为C层次矩阵编号，m为C层次矩阵个数，wj为C层次矩阵权值。,层次总排序一致性检验结果：,75,76,2.第二个例子：数据包络分析（DEA）简介,问题：教育效益评价如何量化？,效益=产出/投入,77,C2R模型,S-是对应投入的松弛向量；S+是对应产出的松弛向量；一般取=10-6；若仅=1，则弱DEA有效；若=1，且S-=0和S+=0；则DEA有效。,求解方法：用DEA Excel Solver插件用专业软件DEA Solver Pro,78,79,其中：师资力量 X1=2特级教师数+1.5一级教师数+1.2二级教师数+其他人员数教育经费单位：万元设备图书单位：万元,
28、80,81,3.第三个例子：主成分分析（PCA）,问题：如何找出影响教育质量的主要因素？,注：主成分分析属于多元分析；主成分分析的目的是降低影响因素的维数；主成分 主要因素；主成分为全部因素（元素）的线性组合；通过对主成分中各因素的比例关系，可间接找出主要因素。PCA：Principal Component Analysis,2-8律：找出影响80%效果的20%因素,82,使用SPSS软件求解PCA,83,注：主成分系数=元素矩阵中系数 对应特征值的平方根,84,85,86,4.第四个例子：马尔可夫分析简介,问题：如何预测教育质量的发展？,三个地区A、B、C初中在2006年至2007年联考成绩
29、前1000名排队的情况见下表：,同时还知道：A地区减少的40个名次中有20个被B地区得到，20个被C地区得到；B地区减少的50个名次中有35个被A地区得到，15个被C地区得到；C地区减少的45个名次中有25个被A地区得到，20个被B地区得到；预测2008年情况。,87,通过分析可知：A地区有160个名次是保留住的，B地区有450个名次是保留住的，C地区有255个名次是保留住的。定义地区i向地区j流失的名次概率pij为：i向j流失的名次数/i的原有名次数。则：,A地区2007年的名次占有率为220/1000=0.220；B地区2007年的名次占有率为490/1000=0.490；C地区2007年的名次占有率为290/1000=0.290。,88,则对2008年的预测情况为：,即，2008年：A地区的名次数为234，B地区的名次数为483，C地区的名次数为283。,89,Educational Technology&Equipments,谢谢！,
