معلومة

5.5: المستوى 3: النظر في التميز التطوري - علم الأحياء

5.5: المستوى 3: النظر في التميز التطوري - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عند التباين بين أنماط تنوع الأنواع وتميز المجتمع ، فإننا نتعامل عادةً مع كل نوع على أنه بنفس القدر من الأهمية ، ولكن هل هي كذلك؟ ماذا لو كانت منطقة فقيرة بالأنواع مختلفة تمامًا تطوريًا عن غيرها؟ وبالمثل ، ماذا لو كان موقعك الأكثر ثراءً بالأنواع يتألف من سرب من الأنواع التي تباعدت مؤخرًا عن بعضها البعض وتشبه تمامًا الأنواع الموجودة في موقع آخر؟ تشير هذه الأسئلة إلى قضايا التنوع البيولوجي في المستويات التصنيفية الأعلى. فقط من خلال النظر إلى العلاقات التطورية الأساسية بين الأنواع يمكننا اكتساب هذا المنظور الإضافي. لقد قدمنا ​​في شكل ( PageIndex {1} ) سلالة من عائلات العنكبوت التي تحدث في مجموعاتك (سلالة حقيقية لهذه العائلات تستند في جزء كبير منها إلى Coddington و Levi 1991). باختصار ، توجد العائلات الأكثر ارتباطًا (والأنواع الموجودة فيها) في فروع أكثر قربًا داخل نسالة. استنادًا إلى العلاقات التطورية بين هذه العائلات ، هل ستقوم بتعديل أي من الاستنتاجات التي توصلت إليها بشأن إعطاء الأولوية لبقع الغابات للحماية بناءً على أنماط تنوع الأنواع وحدها؟ إذا كان الأمر كذلك لماذا؟

شكل ( PageIndex {1} )


الاستجابة الجنسية للذكور البشرية للمنبهات الشمية

تقول الحكمة الشعبية أن الروائح المختلفة جذابة جنسياً ولكن لا توجد بيانات توضح التأثيرات الفعلية لروائح معينة على الإثارة. ال
تشير الدراسة الحالية إلى آثار 30 رائحة مختلفة على الإثارة الجنسية (الاستجابة الجنسية للذكور البشري) لـ 31 متطوعًا من الذكور من خلال مقارنة تدفق الدم في القضيب ، وقياس مؤشر القضيب العضدي ، أثناء ارتداء أقنعة معطرة وأثناء ارتداء أقنعة فارغة غير معطرة. تم اختيار الروائح التي وجدت بشكل عام لطيفة في الاستطلاعات السابقة لهذه الدراسة. أنتجت كل منهما زيادة في تدفق الدم في القضيب ، وأنتجت رائحة الخزامى وفطيرة اليقطين مجتمعة أكبر زيادة (40٪). قد تتوسط العديد من الآليات هذه التأثيرات. إن التطبيق المحتمل للرائحة لزيادة تدفق الدم في القضيب لدى المرضى الذين يعانون من العجز الجنسي الوعائي يستحق الدراسة. لم يتم العثور على الروائح التي قد تقلل من تدفق الدم في القضيب لاستخدامها المحتمل في علاج الانحرافات الجنسية.

الكلمات الدالة: الروائح والاستجابة الجنسية

مقدمة

تاريخيا ، اعتبرت بعض الروائح من المواد المثيرة للشهوة الجنسية ، وهو موضوع كثير من الفولكلور والعلوم الزائفة. في البقايا البركانية لبومبي ، تم حفظ عبوات العطر في الغرف المخصصة للعلاقات الجنسية. استحم قدماء المصريين بالزيوت الأساسية استعدادًا لمهمات أغوى السومريون نسائهم بالعطور. يتم التأكيد على العلاقة بين الرائحة والجاذبية الجنسية في الطقوس الصينية التقليدية ، واستخدمت جميع الثقافات تقريبًا العطور في طقوس زواجهم. في الميثولوجيا ، ترمز بتلات الورد إلى الرائحة ، ويصف العمل & # 8220deflowering & # 8221 الفعل الأولي للجنس. ارتدت شخصيات الأسهم الهزلية في Commedia dell الإيطالية الشهيرة & # 8217Arte of the Renaissance أقنعة طويلة الأنف لترمز إلى هباتهم القضيبية ، وهو تقليد باق في شخصية Punch. تزخر الأدبيات الدرامية بالإشارات الخبيثة إلى حجم الأنف كرمز لحجم القضيب ، كما هو الحال في المسرحية الشهيرة Cyrano De Bergerac.

لقد صنع التحليل النفسي الكثير من هذه الارتباطات. وصف Fliess ، في مفهومه للأنف القضيبي ، رسميًا الرابط الأساسي بين الأنف والقضيب. (1) يربط علم النفس اليونغي أيضًا بين الروائح والجنس.

في العالم الحديث ، أنتج الترويج الواسع واستخدام العطور والكولونيا وما بعد الحلاقة كإغراءات رومانسية أعمالًا بمليارات الدولارات. يصور فيلم Scent of a Woman أهمية الشم والجاذبية الجنسية في مجتمعنا ، كما تفعل الرواية الأخيرة Perfumery.

العلاقة البارزة بين الروائح والجنس بين الفترات التاريخية والثقافات المتنوعة تشير إلى مستوى عالٍ من الأهمية التطورية. اقترح فرويد (3) أن الروائح هي محرضات قوية للمشاعر الجنسية لدرجة أن كبت أحاسيس الشم ضروري للحضارة.

يحمل التشريح الرابط بين الروائح والجنس: منطقة الدماغ التي نشعر من خلالها بالروائح ، الفص الشمي ، هي جزء من الجهاز الحوفي ، الدماغ العاطفي (4) ، المنطقة التي من خلالها يتم اشتقاق الأفكار والرغبات الجنسية. (5) يقترح بريل (6) أن يقبل الناس ليقتربوا من أنوفهم ، حتى يتمكنوا من شم رائحة بعضهم البعض (قبلة الإسكيمو). أو ربما يقبلون ليجمعوا أفواههم معًا حتى يتمكنوا من تذوق بعضهم البعض لأن معظم ما نسميه الذوق يعتمد على الشم. [7)

عند مناقشة الروائح والجنس ، يجب أن نبدأ بالطيور والنحل. كلاسيكياً ، من المعروف أن النحل والعث والحشرات الأخرى تطلق الفيرومونات والروائح الهوائية التي تجذب الجنس الآخر. من الإنجاب. وبالمثل ، توجد الفيرومونات في جميع أنحاء المملكة الحيوانية في أجناس الحشرات ، والرئيسيات ، والرئيسيات (9) لصالح التطور التطوري للأنواع. من غير الواضح ما إذا كانت الفيرومونات البشرية موجودة ، لكن الأسس النظرية تدعم وجودها ، حيث يبدو أن الهياكل الموجودة في جميع أنحاء المملكة الحيوانية من المحتمل أن تكون موجودة في البشر أيضًا. داخل دماغ الإنسان ، بالقرب من الجزء العلوي من الأنف ، هناك ميزة تشريحية تعطينا سببًا للاعتقاد بوجود الفيرومونات البشرية: العضو المِكعي الأنفي. (10) وظيفتها غير معروفة ، ولكن في الرئيسيات دون البشر ، هذه هي المنطقة التي تعمل فيها الفيرومونات لزيادة فرصة الإنجاب. هذا هو المكان الذي تتحد فيه vomeropherins البشرية. (11) (12)

عندما نمارس الرياضة ، نتعرق من خلال الغدد الصماء. (13) ولكن عندما نشعر بالحرج أو الإثارة الجنسية ، فإننا نتعرق من خلال الغدد المفرزة التي تطلق المنشطات عالية الكثافة (14) تحت الذراعين وحول الأعضاء التناسلية ، فإن دورها غير معروف. في الرئيسيات دون البشر ، تطلق نفس الغدد المفرزة الفيرومونات. (14) إذا كانت هذه الغدد تعمل بشكل مشابه في البشر ، فقد يفسر هذا لماذا عندما ترفع المرأة ذراعيها إلى رأسها لتكشف إبطيها ، فإن لفتتها تعتبر استفزازية جنسياً & # 8220 هذه المغارة الساحرة مليئة بالمفاجآت المثيرة للاهتمام. & # 8221 (13) )

الدليل الفسيولوجي لأهمية الروائح في الإثارة الجنسية ذو شقين: أولاً ، أثناء الإثارة الجنسية ، يؤدي احتقان الأنف إلى تطور التيارات الدوامة (مثل الأعاصير الصغيرة). بعد ذلك ، نظرًا لأن القليل من الهواء يذهب مباشرة إلى الرئتين (15) ، يمكن أن يصل المزيد من الفيرومونات أو الجاذبات الجنسية إلى الظهارة الشمية (16) وتكون الرائحة أكثر حدة. يعتبر التنفس من الفم أثناء الإثارة الجنسية دليلًا على احتقان الأنف ويزيد من الاتصال بالمنشطات والفيرومونات. ثانيًا ، تكون القدرة الشمية لدى النساء ، أفضل عمومًا من الرجال (16-19) ، في ذروتها أثناء الإباضة ، ربما لاكتشاف أي فرمونات موجودة. قد تفسر زيادة القدرة الشمية في هذا الوقت سبب تميل النساء حول الإباضة إلى الحصول على تجارب جنسية أكثر. من المحتمل أن تؤدي زيادة التحفيز الشمي إلى زيادة النشاط الجنسي. (20)

تدعم الملاحظة السريرية وجود الفيرومونات في البشر ، كما يتجلى في تأثير زميل الحجرة في الكلية (21-22). النساء اللواتي ينتقلن إلى صالات نوم مشتركة للنساء & # 8217s ، قاموا ، بحلول منتصف الفصل الدراسي ، بمزامنة دورات الإباضة مع النساء الأخريات في القاعة. يشير هذا إلى أن الفرمون الذي تطلقه امرأة قد يجر الآخرين في نمط من الهيمنة. الظاهرة نفسها موجودة في المكاتب الصغيرة حيث تعمل النساء معًا.

كدليل إضافي على وجود الفيرومونات & # 8217 ، طُلب من طلاب الجامعات الذكور تقييم صور النساء أثناء ارتداء الأقنعة إما بدون رائحة أو مع فرمون أنثوي مفترض (أندروستيرون). وصف الرجال الذين يرتدون أقنعة فرمون أنثوية مفترضة النساء بأنهن يبدأن أكثر ودية وأجمل من أولئك الذين يرتدون أقنعة غير معطرة (23).

أثناء دراسة في إنجلترا ، تم وضع فرمون ذكر محتمل أسفل مكاتب معينة في الفصل الدراسي ثم تم التقاط الصور باستمرار لمراقبة مكان جلوس الطلاب. تميل الطالبات إلى الجلوس بالقرب من المكاتب حيث تم وضع فرمون الذكر المفترض (24). عند سؤالهن عن سبب جلوسهن هناك ، قالت الفتيات & # 8220 إنه يبدو المكان المناسب للجلوس. & # 8221

قد لا تكون الفيرومونات مجرد جاذبات جنسية ، ولكن أيضًا علامات إقليمية ، على سبيل المثال ، يؤسس الكلب الهيمنة في فناء منزله عن طريق التبول هناك (25). في دراسة عن غرفة نوم جامعية للرجال # 8217s ، تم وضع فرمون ذكر مفترض تحت أكشاك مراحيض معينة والتي تمت مراقبتها بعد ذلك (24). كان الرجال يميلون إلى تجنب الأكشاك حيث تم وضع فرمون الذكر المفترض ، مما يوحي بأن الرائحة لها تأثير علامة إقليمية.

هذه التجارب ، بالطبع ، لا تثبت وجود الفيرومونات البشرية. ومع ذلك ، تقوم شركات العطور بتسويق تفسيراتها للفيرومونات ، وغالبًا ما تحتوي على المسك ، وهو فرمون من ذكر غزال المسك. سميت مارلين ميجلان العطر & # 8220Pheromone ، & # 8221 لكن رائحتها عبارة عن مزيج من الأزهار (26).

تفضل الثقافات المختلفة الروائح المختلفة. في الولايات المتحدة ، تقوم النساء بقص شعرهن الإبط لأن هذه الرائحة الجسدية تعتبر غير نظيفة. لكن في أوروبا الشرقية ، تعتبر الرائحة مثيرة جنسيًا ، وتُترك البصيلات الإبطية عذريًا. أليكس كومفورت يسميها الباقة النسائية # 8217s (27).

تربط الأدلة الطبية بين الرائحة والاستجابة الجنسية. في إحدى الدراسات ، أصيب أكثر من 17 في المائة من المرضى الذين يعانون من عجز في حاسة الشم بخلل وظيفي جنسي (28).

توجد علاقة بلا شك بين الوظائف الشمية والجنسية ، ومع ذلك ، لا يزال يتعين اكتشاف آليتها. في التجربة الحالية ، قمنا بالتحقيق في تأثير المنبهات الشمية المحيطة على الاستجابة الجنسية لدى الذكر البشري.

طريقة

مشاركون

تم تجنيد الأشخاص الذين يجيدون القراءة والكتابة باللغة الإنجليزية من خلال التماس في البث الإذاعي الكلاسيكي لموسيقى الروك. تطوع 31 رجلاً تتراوح أعمارهم بين 18 و 6 سنوات.

الإجراءات

خضع جميع الأشخاص لاختبار حاسة الشم مع اختبار تحديد الرائحة بجامعة بنسلفانيا (UPSIT) ، وهو عنصر 40 ، والاختيار القسري ، واختبار تحديد الرائحة والخدش والشم (29) واختبار شيكاغو للروائح ، وهو ثلاثة اختبارات للكشف عن الروائح وتحديدها (30-32) ). تم سؤالهم عن الميول الجنسية ، والممارسات الجنسية ، ورائحة اللذة.

أثناء التجربة ، تم تحديد الموضوعات & # 8217 الإثارة الجنسية باستخدام مؤشر القضيب العضدي (33) باستخدام Floscope Ultra Pneumoplethymosgraph يتبع الشركة المصنعة & # 8217s بروتوكول (34). باستخدام هذه الأداة ، تم قياس ضغط الدم في القضيب والعضد وحساب نسبتهما ، وبالتالي التحكم في التأثيرات الجهازية. سمح هذا بإجراء تقييم محدد غير باضع لتدفق الدم في القضيب.

إجراء

تم اختيار أربعة وعشرين رائحة مختلفة لهذه الدراسة بناءً على مذاقاتها الإيجابية بشكل عام في المسوحات السابقة. بالإضافة إلى ذلك ، تم اختيار 6 مجموعات من 2 من أكثرها شهرة. تم تقييم تأثيرات 30 رائحة على تدفق الدم في القضيب من خلال مقارنة مؤشر القضيب العضدي للموضوع # 8217s أثناء ارتداء قناع معطر بمؤشره المتوسط ​​أثناء ارتداء قناع فارغ غير معطر. تم ذلك لكل مادة لكل رائحة.

خضعت الموضوعات للتقييم على النحو التالي: بعد ربطها بجهاز قياس التحجم ، تم السماح بثلاث دقائق للتأقلم ، ثم تم وضع قناع تحكم فارغ لمدة دقيقة واحدة وسجل مؤشر القضيب العضدي. ثم تم إزالة القناع الفارغ ووضع قناع معطر. وهكذا تم تطبيق 30 قناعًا معطرًا بشكل عشوائي بطريقة مزدوجة التعمية ، مع فجوة لمدة ثلاث دقائق بين الأقنعة لمنع التعود على الروائح. تم ارتداء كل قناع لمدة دقيقة واحدة وسجل مؤشر القضيب العضدي. أخيرًا ، تم تطبيق قناع فارغ إضافي لمدة دقيقة واحدة وسجل مؤشر القضيب العضدي مرة أخرى.

تحليل احصائي

يتم تحديد الدلالة الإحصائية بقيمة p & lt = 0.05. يتضمن تحليل البيانات هذه الاختبارات اللامعلمية: اختبار الرتبة الموقَّعة ، واختبار مجموع الرتبة ويلكوكسان ، ومعامل ارتباط الرتبة (35-36) سبيرمان & # 8217 ثانية.

نتائج

نتائج

عاش جميع الأشخاص في شيكاغو أو ضواحيها. كان معظمهم (77٪) عازبين وكان متوسط ​​أعمارهم 30 عامًا ، بمتوسط ​​29 عامًا تتراوح أعمارهم بين 18 و 64 عامًا. كان معظمهم (87 ٪) من جنسين مختلفين ، وكان لديهم شريك جنسي منتظم (74 ٪) ، ومارسوا الجماع أربع مرات في فترة 30 يومًا قبل التجربة مباشرة واعتبروا حياتهم الجنسية مرضية إلى حد ما (الجدول 1).

لتقييم وظيفة الانتصاب الفسيولوجية ، طُلب من الأشخاص تقييم وتيرة الانتصاب الصباحي على مقياس من 1 (غائب) إلى 5 (كل صباح). كان متوسط ​​استجابتهم 3 (الجدول 1). ذكر معظم (84٪) أنهم لم يختبروا أبدًا الانتصاب الناجم عن الرائحة (الجدول 1).

الموضوعات & # 8217 الخصائص الشمية موضحة في الجدول الثاني. تم تصنيف درجات UPSIT بناءً على المعايير المنشورة للعمر والجنس. بالنظر إلى هذه النتائج ، كانت 52٪ من درجات الأشخاص طبيعية و 48٪ كانت دقيقة ، أي ناقصة الكآبة (ناقصة في حساسية الرائحة) أو غير شمولية (بدون حاسة شم). أكثر من نصف الأشخاص (55٪) عانوا من استعادة الرائحة ، وهي ظاهرة تثير فيها الرائحة الذكريات والمشاعر المرتبطة بها (37). كان أكثر من النصف (61٪) من غير المدخنين. استخدم معظم (71٪) الكولونيا ، ومن بين أولئك الذين لديهم شريك جنسي منتظم ، استخدم 83٪ من الشركاء الرائحة.

آثار الروائح على تدفق الدم في القضيب

أنتجت كل من الروائح الثلاثين زيادة في تدفق الدم في القضيب (الجدول الثالث). كان للرائحة المجمعة للخزامى وفطيرة اليقطين التأثير الأكبر ، حيث زادت متوسط ​​تدفق الدم في القضيب بنسبة 40٪. ثانيًا من حيث الفعالية كان مزيج العرقسوس الأسود والدونات ، مما أدى إلى زيادة متوسط ​​تدفق الدم في القضيب بنسبة 31.5٪. وجاءت الروائح المجمعة لفطيرة اليقطين والدونات في المرتبة الثالثة بزيادة قدرها 20٪. كان التوت البري أقل تحفيزًا ، حيث زاد تدفق الدم في القضيب بنسبة 2٪. لم تقلل أي من الروائح تدفق الدم إلى القضيب.

الرجال الذين يعانون من حاسة الشم أقل من الطبيعي لم يختلفوا بشكل كبير عن أولئك الذين لديهم حاسة شم طبيعية ، ولم يختلف المدخنون بشكل كبير عن غير المدخنين. ومع ذلك ، من بين الأشخاص ذوي القدرة الشمية الطبيعية ، هناك العديد من الارتباطات المهمة: ترتبط مؤشرات القضيب العضدي الأعلى مع تقدم العمر واستجابات أكبر لرائحة الفانيليا (P = 0.05) يرتبط مستوى الرضا الجنسي الذي يتم تقييمه ذاتيًا باستجابات أكبر للرائحة من الفراولة (ع = 0.05) وتكرار الجماع الجنسي يرتبطان باستجابات أكبر لرائحة الخزامى (ع = 0.03) ، والتوابل الشرقية (ع = 0.02) والكولا (ع = 0.03).

مناقشة

افترضنا أن الروائح الإيجابية ، بما أن لها تأثيرات سلوكية أخرى (38-40) ، ستزيد من تدفق الدم في القضيب. تدعم بياناتنا هذه الفرضية.

توجد العديد من الآليات التي يمكن أن يحدث من خلالها. يمكن أن تؤدي الروائح إلى استجابة مشروط بافلوفيان لتذكير الأشخاص بشركائهم الجنسيين أو الأطعمة المفضلة لديهم (41). من بين الأشخاص الذين نشأوا في الولايات المتحدة ، فإن روائح المخبوزات هي الأكثر ميلًا للحث على حالة تسمى استدعاء حاسة الشم (37). من المحتمل أن الروائح في الدراسة الحالية أثارت استدعاءً للحنين مع حالة مزاجية إيجابية مرتبطة بها أثرت على تدفق الدم في القضيب (38-40). أو قد تكون الروائح ببساطة مهدئة. في دراسات أخرى ، الخزامى ، الذي أدى إلى زيادة موجات ألفا إلى الخلف ، وهو تأثير مرتبط بحالة الاسترخاء (42-43). في حالة انخفاض القلق ، يمكن إزالة الموانع وبالتالي زيادة تدفق الدم في القضيب.

لقد ثبت أن رائحة الياسمين تزيد من موجات بيتا من الأمام والتي ترتبط باليقظة (42). من المحتمل أن الروائح قد توقظ نظام التنشيط الشبكي ، مما يجعل الأشخاص أكثر انتباهًا لأي إشارات جنسية ، وبالتالي زيادة تدفق الدم في القضيب.

احتمال آخر ، قد تعمل الروائح من الناحية الفيزيولوجية العصبية. أوضح ماكلين (5) أن تحفيز نواة الحاجز في قرد السنجاب يؤدي إلى الانتصاب. يربط المسار المباشر البصلة الشمية بنواة الحاجز (44) ، وبالتالي ، يبدو من الصحيح تشريحيًا أن الرائحة يمكن أن تؤثر على نواة الحاجز للحث على الانتصاب مع زيادة تدفق الدم في القضيب. يبدو هذا احتمالًا قويًا في دراستنا ، حيث أظهر الشخص الذي نام خلال التجربة بأكملها أكبر زيادة في تدفق الدم في القضيب استجابةً لرائحة اللافندر وفطيرة اليقطين معًا.

نشك في وجود آلية فسيولوجية مباشرة ، ومع ذلك لا يمكننا استبعاد التأثير المحتمل للروائح على أحلام الشخص الذي نام خلال التجربة ، ربما مع محتوى حلمه الذي يؤثر على تدفق الدم في القضيب.

من المحتمل أن تزيد الروائح العدوانية من خلال تحفيز نواة الحاجز. قد تكون زيادة تدفق الدم في القضيب مقياسًا لتأثير & # 8220 حي & # 8221 للعدوانية المستحثة بدلاً من الإثارة الجنسية المباشرة (45).

ولا يمكننا استبعاد وجود تأثير عام لا السمبتاوي ، وزيادة تدفق الدم في القضيب بدلاً من الإثارة الجنسية المحددة (46). قدر الإمكان ، قمنا بالتحكم في هذا عن طريق قياس ضغط الدم العضدي المتزامن مع تدفق الدم في القضيب.

كانت الروائح المحددة التي أثرت على تدفق الدم في القضيب في تجربتنا روائح الطعام في المقام الأول. وبصورة أكثر مباشرة ، تم استخدام Rediwhip (c) فيما يتعلق بالجنس ، مما يشير مرة أخرى إلى وجود علاقة قوية بين الجنس والطعام والرائحة. هل هذا يدعم البديهية القائلة بأن الطريق إلى قلب الرجل (والحنان الجنسي) يكون من خلال معدته؟ تشرح الفرضية التطورية سبب حدوث ذلك. بعد عملية صيد ناجحة ، تجمع البشر في القبائل البدائية حول الطعام (47). هناك ، ربما كانت لديهم أكثر فرص الإنجاب. زيادة تدفق الدم في القضيب استجابةً لرائحة الطعام ستكون ميزة. الاكتشاف الأخير حول البونوبو - عندما وجدوا مصدرًا غذائيًا وفيرًا توقفوا عن ممارسة الجنس قبل أن يأكلوا ، ربما لتقليل الشجار على الطعام - يقدم تفسيرًا آخر للعلاقة بين الطعام والجنس (48).

يمكن للبشر اكتشاف ما يقرب من 10000 رائحة (8). تشير الدراسات إلى أن العديد منها يؤثر على السلوك ، أي أن بعض روائح الأزهار يمكن أن تعزز التعلم (49) وأن سلوك الشراء (50) قد تخفف رائحة التفاح الأخضر من مشاعر الخوف من الأماكن المغلقة (51) ، وقد يؤدي دخان الشواء إلى استجابة طيران (51) واستنشاق بعض قد تساعد روائح الطعام على فقدان الوزن (52). يمكن أن يكون للروائح غير تلك التي تم فحصها في هذه الدراسة تأثير أكبر على تدفق الدم في القضيب.

يمكن أن يؤثر الإحساس الشمي على قوس الانعكاس الجنسي كما هو مذكور ، الفيرومونات البشرية ، التي تحفز الاستجابة الجنسية من خلال الترابط المباشر الشمي الحوفي ، هي تخمينية (53-55). انتصاب القضيب ، مقياس الاستثارة الجنسية للذكور (56) هو مظهر من مظاهر التدفق من نواة الحاجز داخل الجهاز الحوفي ، وعضو نهاية للألياف الشمية (57). كدالة للجهاز العصبي اللاإرادي (58) ، يتم التحكم في احتقان القضيب عن طريق التدفق الشرياني عبر الشريان الفرجي والشرايين الأصغر إلى القضيب. أول علامة جسدية على الإثارة الجنسية هي حدوث تغيير في تدفق الدم في القضيب.يزداد تدفق الدم إلى القضيب مع الإثارة الجنسية ويقل مع التثبيط الجنسي (59).

بالتأكيد لا يمكننا اعتبار الروائح في تجربتنا فرمونات بشرية ، لذلك نعتقد أنها تصرفت من خلال مسارات أخرى غير الفيرومونات ، والتي يُعتقد أنها تسبب تأثيرًا للغدد الصماء على الدماغ. يقال أن فرمون مفترض ، أندروستينول ، وهو الستيرويد عالي الكثافة ، يعمل ببطء شديد على نظام الغدد الصماء (60). تعمل الروائح التي تؤثر على تدفق الدم في القضيب مباشرة على الدماغ أو لها تأثير نفسي فوري ، على عكس الفيرومونات المفترضة.

تشير هذه البيانات الأولية إلى استخدامات محتملة للروائح كطريقة علاج. يكون العجز الجنسي ، في 10-15٪ من الحالات ، عضويًا ، والسبب الأكثر شيوعًا هو التخلخل ، وعادةً بسبب مرض السكري (57-61). يجب أن تحدد التحقيقات الحالية ما إذا كان العلاج غير الباضع مع الروائح يمكن أن يعزز تدفق الدم في القضيب في مرض السكري.

على الرغم من أننا لم نعثر على رائحة لتقليل تدفق الدم في القضيب ، فقد افترضنا أنه يمكن العثور على مثل هذه الرائحة ، من المحتمل أن تكون منبهًا ثلاثي التوائم برائحة تلذذ سلبية للغاية. يمكن استخدام مثل هذه الرائحة لتقليل تدفق الدم في القضيب لدى مرتكبي الجرائم الجنسية ، مثل مشتهي الأطفال ، كجزء من تدريبهم على إزالة التكييف أو النفور.

بينما درسنا موضوعات ذكور فقط ، يمكن العثور على روائح مماثلة بلا شك تؤثر على النساء. يتم إجراء دراسات موازية لتدفق الدم عن طريق المهبل.


نظم تقييم علوم الدولة (2006)

أنافي هذا التقرير ، شددت اللجنة على أهمية النظر في نظام التقييم ككل. ومع ذلك ، كما تمت مناقشته في الفصل 2 ، يعتمد نجاح النظام بشكل كبير على طبيعة ونوعية العناصر التي يتكون منها ، في هذه الحالة ، العناصر أو الاستراتيجيات أو المهام أو المواقف أو الملاحظات التي تُستخدم لجمع الأدلة على تعلم الطالب والطرق المستخدمة لتفسير معنى أداء الطلاب على تلك المقاييس.

تمشيا مع استنتاج اللجنة و rsquos بأن تعليم العلوم وتقييمها يجب أن يعتمد على أساس كيفية تطور فهم الطلاب للعلم بمرور الوقت من خلال التعليمات المختصة ، فقد اتخذنا نهجًا تنمويًا لتقييم العلوم. يعتبر هذا النهج أن تعلم العلوم ليس مجرد عملية لاكتساب المزيد من المعرفة والمهارات ، بل هو عملية تقدم نحو مستويات أعلى من الكفاءة حيث ترتبط المعرفة الجديدة بالمعرفة الحالية ، كما أن الفهم الجديد يبني على المفاهيم السابقة ويحل محلها. .

يبدأ هذا الفصل بنظرة عامة موجزة عن التأثيرات الرئيسية على تفكير اللجنة و rsquos حول التقييم. ويختتم بملخص لعمل فريقي تصميم استخدموا الاستراتيجيات والأدوات الموضحة في هذا التقرير لتطوير أطر تقييم حول فكرتين علميتين: النظرية الجزيئية الذرية والمفاهيم الكامنة وراء علم الأحياء التطوري والانتقاء الطبيعي.

لا يقدم الفصل فحصًا شاملاً لتصميم الاختبار ، ولا دليلًا إرشاديًا لبناء اختبار ، حيث يوفر عدد من الكتب الممتازة هذا النوع من المعلومات (انظر ، على سبيل المثال ، Downing and Haladyna ، في المطبعة Irvine and Kyllonen ، 2002) . بدلاً من ذلك ، فإن الغرض من هذا الفصل هو مساعدة المعنيين بتصميم التقييمات العلمية على تصور العملية بطرق من شأنها أن

قد يختلف نوعًا ما عن تفكيرهم الحالي. تشدد اللجنة على أنه في إعادة تشكيل مناهجها لتصميم التقييم ، يجب على الدول ، في جميع الأوقات ، الالتزام بـ معايير لاختبار التربوي والنفسي (الجمعية الأمريكية للبحوث التربوية ، والجمعية الأمريكية لعلم النفس ، والمجلس الوطني للقياس في التعليم ، 1999).

النهج التنموي للتقييم

النهج التنموي للتقييم هو عملية مراقبة تقدم الطلاب من خلال مجال التعلم بمرور الوقت بحيث يمكن اتخاذ القرارات بشأن أفضل الطرق لتسهيل مزيد من التعلم. إنه ينطوي على معرفة ما يعرفه الطلاب الآن ، وما يحتاجون إلى معرفته من أجل التقدم. يستخدم هذا النهج للتقييم تقدمًا في التعلم (انظر الفصل 3) ، أو سلسلة متصلة أخرى لتوفير إطار مرجعي لرصد تقدم الطلاب مع مرور الوقت. 1 المربع 5-1 هو مثال لخريطة التقدم العلمي ، وهي سلسلة متصلة تصف في ضربات واسعة مسارًا ممكنًا لتطوير فهم العلم على مدار 13 عامًا من التعليم. يمكن استخدامه أيضًا لتتبع تقدم الطلاب والإبلاغ عنه بطرق مشابهة لتلك المستخدمة من قبل الأطباء أو أولياء الأمور لتتبع التغيرات في الطول والوزن بمرور الوقت (انظر الإطار 5-2).

يوضح المربع 5-3 مفهومًا آخر لخريطة التقدم لتعلم العلوم. يصف الرسم البياني المصاحب له توقعات تحصيل الطلاب في كل مستوى على طول السلسلة المتصلة في أربعة مجالات لموضوع العلوم: الأرض وما بعدها (EB) الطاقة والتغيير (EC) الحياة والمعيشة (LL) والمواد الطبيعية والمعالجة (NPM) . يؤكد منشئو هذا التقدم التعليمي (واللجنة) على أن أي تصور لسلسلة التعلم هو دائمًا افتراضي ويجب التحقق منه بشكل مستمر وصقله من خلال البحث التجريبي وتجارب المعلمين الرئيسيين الذين يراقبون تقدم الطلاب الفعليين.

يتضمن النهج التنموي استخدام مصادر متعددة للمعلومات ، تم جمعها في مجموعة متنوعة من السياقات ، والتي يمكن أن تساعد في إلقاء الضوء على تقدم الطالب بمرور الوقت. يمكن أن تتخذ هذه الأساليب مجموعة متنوعة من الأشكال التي تتراوح بين الاختبارات المطورة والمُدارة خارجيًا على نطاق واسع إلى الملاحظات والمحادثات غير الرسمية في الفصول الدراسية ، أو أي من الاستراتيجيات العديدة الموضحة في هذا التقرير. يمكن توحيد بعض المقاييس وبالتالي توفير معلومات قابلة للمقارنة حول تحصيل الطالب والتي يمكن استخدامها لأغراض المساءلة ، قد يكون البعض الآخر مفيدًا فقط للطالب ومعلمه في الفصل. يوفر النهج التنموي إطارًا للتفكير في ما يجب تقييمه ومتى يمكن تقييم بنيات معينة ، وكيف يتم إثبات

قد يشار إليها أيضًا باسم متغيرات التقدم أو خرائط التقدم أو خرائط التقدم التنموي أو الخيوط.

المربع 5-1
خريطة تقدم العلوم

يفسر البيانات التجريبية التي تتضمن عدة متغيرات. تربط المعلومات الممثلة في النصوص والرسوم البيانية والأشكال والمخططات. يجعل التنبؤات على أساس البيانات والملاحظات. يوضح فهمًا متزايدًا للمعرفة والمفاهيم العلمية الأكثر تقدمًا (على سبيل المثال ، التغيير الكيميائي للسعرات الحرارية).

يوضح فهمًا للحقائق والمبادئ العلمية الوسيطة ويطبق ذلك في تصميم التجارب وتفسير البيانات. يفسر الأشكال والرسوم البيانية المستخدمة لنقل المعلومات العلمية. يستنتج العلاقات ويستخلص النتائج من خلال تطبيق الحقائق والمبادئ ، خاصة من العلوم الفيزيائية.

لديه فهم للإجراءات التجريبية المستخدمة في العلوم ، مثل تصميم التجارب ، والتحكم في المتغيرات ، واستخدام المعدات. يحدد أفضل الاستنتاجات المستخلصة من البيانات الموجودة على الرسم البياني وأفضل تفسير للظواهر المرصودة. يفهم بعض المفاهيم في مجموعة متنوعة من مجالات المحتوى العلمي ، بما في ذلك علوم الحياة والفيزياء والأرض والفضاء.

يعرض المعرفة المتزايدة في علوم الحياة ، ولا سيما النظم البيولوجية البشرية ، ويطبق بعض المبادئ الأساسية من العلوم الفيزيائية ، بما في ذلك القوة. يعرض أيضًا فهمًا أوليًا لبعض الأساليب الأساسية للتفكير المستخدمة في العلوم ، بما في ذلك التصنيف وتفسير العبارات.

يعرف بعض الحقائق العلمية العامة من النوع الذي يمكن تعلمه من التجارب اليومية. على سبيل المثال ، يعرض بعض المعارف الأولية المتعلقة بالبيئة والحيوانات.

المصدر: لابوينت وميد وفيليبس (1989). أعيد طبعها بإذن من خدمة الاختبارات التعليمية.

قد يختلف فهم الفهم حيث يكتسب الطلاب المزيد من المعرفة بالمحتوى ومهارات التفكير العليا والأكثر تعقيدًا ، وعمقًا أكبر في فهم المفاهيم وكيف يمكن تطبيقها في مجموعة متنوعة من السياقات.

على سبيل المثال ، النظرية الجزيئية الحركية هي فكرة كبيرة لا تظهر عادة في معايير الدولة أو التقييمات حتى المدرسة الثانوية. ومع ذلك ، يجب تطوير المفاهيم المهمة الضرورية لفهم هذه النظرية في وقت سابق. الشمبانيا وآخرون. (مجلس إدارة التقييم الوطني ، 2004) 2 توفير

المربع 5-2
تفاصيل خريطة التقدم

يفسر البيانات التجريبية التي تتضمن عدة متغيرات. تربط المعلومات الممثلة في النصوص والرسوم البيانية والأشكال والمخططات. يجعل التنبؤات على أساس البيانات والملاحظات. يوضح فهمًا متزايدًا للمعرفة والمفاهيم العلمية الأكثر تقدمًا (على سبيل المثال ، التغيير الكيميائي للسعرات الحرارية).

يوضح فهمًا للحقائق والمبادئ العلمية الوسيطة ويطبق ذلك في تصميم التجارب وتفسير البيانات. يفسر الأشكال والرسوم البيانية المستخدمة لنقل المعلومات العلمية. يستنتج العلاقات ويستخلص النتائج من خلال تطبيق الحقائق والمبادئ ، خاصة من العلوم الفيزيائية.

لديه فهم للإجراءات التجريبية المستخدمة في العلوم ، مثل تصميم التجارب ، والتحكم في المتغيرات ، واستخدام المعدات. يحدد أفضل الاستنتاجات المستخلصة من البيانات الموجودة على الرسم البياني وأفضل تفسير للظواهر المرصودة. يفهم بعض المفاهيم في مجموعة متنوعة من مجالات المحتوى العلمي ، بما في ذلك علوم الحياة والفيزياء والأرض والفضاء.

يعرض المعرفة المتزايدة في علوم الحياة ، ولا سيما النظم البيولوجية البشرية ، ويطبق بعض المبادئ الأساسية من العلوم الفيزيائية ، بما في ذلك القوة. يعرض أيضًا فهمًا أوليًا لبعض الأساليب الأساسية للتفكير المستخدمة في العلوم ، بما في ذلك التصنيف وتفسير العبارات.

يعرف بعض الحقائق العلمية العامة من النوع الذي يمكن تعلمه من التجارب اليومية. على سبيل المثال ، يعرض بعض المعارف الأولية المتعلقة بالبيئة والحيوانات.

ملاحظة: يمثل هذا تقدمًا تعليميًا لمحو الأمية العلمية على مدار 13 عامًا من التدريس. يشير السهم الموجود على اليسار إلى زيادة الخبرة. يوفر مركز التقدم وصفًا عامًا لأنواع التفاهمات والممارسات التي سيظهرها الطلاب في كل مستوى. لكي تكون مفيدة لتطوير التقييم ، يجب تقسيم هذه الأوصاف بشكل أكثر تحديدًا.

المصدر: LaPointe et al. (1989). أعيد طبعها بإذن من خدمة الاختبارات التعليمية.

بعد توضيح كيف أن الفهم المبكر يدعم طرقًا أكثر تعقيدًا لفهم الأفكار الكبيرة.

يلاحظ الأطفال اختفاء الماء و rdquo من المقلاة أثناء تسخينها على الموقد وقطرات الماء و rdquo على السطح الخارجي لأكواب الماء المثلج. يلاحظون العلاقة بين الحارة والباردة وسلوك الماء. يطورون نماذج من الماء والدفء والبرد يستخدمونها لفهم ملاحظاتهم. إنهم يعتقدون أن الماء الموجود على السطح الخارجي للكوب يأتي من داخل الزجاج. لكن تحدى منطقهم من خلال ملاحظة أن القطرات لا تتشكل على كوب من الماء بدرجة حرارة الغرفة. هل الماء يختفي حقا؟ إذا كان الأمر كذلك ، من أين أتت قطرات الماء عند وضع غطاء على الوعاء ، ولماذا لا يستمر الماء في الاختفاء عندما يكون الغطاء مفتوحًا؟

هذه الملاحظات ، نماذج للمادة ، الدفء والبرودة ، هي أسس الفهم المعقد للنظرية الجزيئية الحركية. يتكون الماء من جزيئات ، وهي في حالة حركة ، وبعضها لديه طاقة كافية للهروب من سطح الماء. يسمح لنا هذا النموذج من المادة بشرح ملاحظة أن الماء يتبخر من الحاويات المفتوحة. يوفر فهم درجة الحرارة كمقياس لمتوسط ​​الطاقة الحركية للجزيئات نموذجًا لشرح سبب اعتماد معدل تبخر الماء على درجة الحرارة. كلما ارتفعت درجة حرارة الماء كلما زاد معدل التبخر.

يوضح هذا الوصف البسيط أنه في نقاط مختلفة على طول استمرارية التعلم ، تختلف الفهم والمهارات التي يجب معالجتها من خلال التدريس والتقييم اختلافًا جوهريًا.

التأثيرات على اللجنة وعلى التفكير

اعتمدت اللجنة على مجموعة متنوعة من المصادر في التفكير في تصميم تقييمات العلوم التنموية ، بما في ذلك عمل فرق التصميم الموضحة في الفصل الثاني وتلك الموضحة أدناه. قمنا أيضًا بمراجعة العمل الذي أجراه مجموعة متنوعة من المهتمين بهذا النوع من التقييم (Wiggins and McTighe ، 1998 CASEL ، 2005 Wilson 2005 Wilson and Sloane 2000 Wilson and Draney 2004) ، عمل المجلس الأسترالي للبحوث التربوية (الماجستير وفورستر) ، 1996) ، والعمل الذي وجه إنشاء خرائط الجدائل المدرجة في أطلس محو الأمية العلمية (AAAS ، 2001). 3

مثلث التقييم

يصف أخصائيو القياس التقييم بأنه عملية استدلال من الأدلة و [مدشوف] باستخدام أداء تمثيلي لاستنتاج مجموعة أوسع من المهارات أو

المربع 5-3
خريطة التقدم المفصلة للطاقة والتغيير

خريطة التقدم لتعلم العلوم

إطار مفصل

علم & gt Earth وما بعدها ، الطاقة والتغيير ، الحياة والمعيشة ، المواد الطبيعية والمعالجة

الأرض وما بعدها

يفهم الطلاب كيف تؤثر البيئة المادية على الأرض وموقعها في الكون على طريقة عيشنا.

الطالب: يحضر ويستجيب للسمات البيئية المحلية.

الطالب: يدرك أن السمات البيئية التي يمكن ملاحظتها بسهولة ، بما في ذلك الشمس والقمر ، قد تؤثر على الحياة.

الطالب: يفهم كيف تؤثر بعض التغييرات في البيئة المرصودة ، بما في ذلك السماء ، على الحياة.

الطالب: يفهم التغييرات والأنماط في البيئات والأماكن المختلفة ، ويربطها باستخدام الموارد.

الطاقة والتغيير

يفهم الطلاب المفهوم العلمي للطاقة ويشرحون أن الطاقة أمر حيوي لوجودنا ولنوعية حياتنا.

الطالب: يُظهر وعيًا بأن الطاقة موجودة في الحياة اليومية.

الطالب: يدرك أن الطاقة مطلوبة لأغراض مختلفة في الحياة.

الطالب: يفهم طرق نقل الطاقة وأن الناس يستخدمون أنواعًا مختلفة من أغراض تحويل الطاقة.

الطالب: يفهم أنماط استخدام الطاقة وبعض أنواع الطاقة من أجل fer.

الحياة والمعيشة

يفهم الطلاب علم الأحياء الخاص بهم وبيولوجيا الكائنات الحية الأخرى ، ويدركون الترابط بين الحياة.

الطالب: يتعرف على سماتهم الشخصية ويتواصل مع الاحتياجات الأساسية.

الطالب: يفهم أن الناس كائنات حية ولديهم ميزات ووظائف بمرور الوقت.

الطالب: يفهم أن الاحتياجات والميزات وتغيير الكائنات الحية مرتبطة وتتغير بمرور الوقت.

الطالب: يدرك أن للكائنات الحية ميزات تشكل الأنظمة التي تحدد تفاعلها مع البيئة.

المواد الطبيعية والمعالجة

يفهم الطلاب أن بنية المواد تحدد خصائصها وأن معالجة المواد الخام ينتج عنها مواد جديدة ذات خصائص واستخدامات مختلفة.

الطالب: يستكشف ويستجيب للمواد وخصائصها.

الطالب: يدرك أن المواد المختلفة تستخدم في الحياة وأن تلك المواد يمكن أن تتغير.

الطالب: يفهم أن المواد لها استخدامات مختلفة وخصائص مختلفة وتخضع لتغييرات مختلفة.

الطالب: يدرك أن الخصائص والتغييرات واستخدامات المواد مرتبطة ببعضها البعض.

الطالب: يفهم العمليات التي يمكن أن تساعد في شرح والتنبؤ بالتفاعلات والتغييرات في الأنظمة والبيئات المادية.

الطالب: يفهم النماذج والمفاهيم التي تشرح أنظمة الأرض والفضاء وأن استخدام الموارد مرتبط بالتاريخ الجيولوجي والبيئي للأرض والكون.

الطالب: يفهم كيفية استخدام المفاهيم والمبادئ لشرح التغير الجيولوجي والبيئي في الأرض والأنظمة واسعة النطاق في الكون.

الطالب: يستخدم المفاهيم والنظريات في ربط العمليات والتركيبات الجزيئية والميكروسكوبية بالتأثيرات الماكروية داخل وبين أنظمة الأرض والفضاء ويفهم أن هذه الأنظمة ديناميكية.

الطالب: يستخدم المفاهيم والنماذج والنظريات لفهم التأثيرات الشاملة والآثار التي تنطوي على دورات التغيير أو التوازن داخل أنظمة الأرض والفضاء.

الطالب: يفهم أن الطاقة تتفاعل بشكل مختلف مع المواد المختلفة وأن هذا يمكن أن يؤثر على

الطالب: يفهم النماذج والمفاهيم المستخدمة لشرح النقل والتحويل

الطالب: فهم المبادئ والمفاهيم المستخدمة لشرح النقل والتحويل

الطالب: يفهم العلاقات بين مكونات نقل الطاقة و

الطالب: يطبق الأطر المفاهيمية والنظرية لتقييم العلاقات بين مكونات

استخدام ونقل الطاقة.

تزاوج الطاقة في تفاعل الطاقة.

تزاوج الطاقة التي تحدث في أنظمة الطاقة.

نظام التحول ويتنبأ بآثار التغيير.

نظام الطاقة والأنظمة ككل.

الطالب: يفهم أن الأنظمة يمكن أن تتفاعل وأن مثل هذه التفاعلات يمكن أن تؤدي إلى التغيير.

الطالب: يفهم النماذج والمفاهيم المستخدمة لشرح العمليات التي تربط الأنظمة وتؤدي إلى التغيير.

الطالب: يفهم المفاهيم والمبادئ المستخدمة لشرح آثار التغيير على أنظمة الكائنات الحية.

الطالب: يستخدم المفاهيم والأفكار ويفهم النظريات في ربط الهياكل ووظائف الحياة بالبقاء داخل الأنظمة وفيما بينها.

الطالب: يطبق فهمهم للمفاهيم والنماذج والنظريات لتفسير الأنظمة الشاملة والعمليات التي ينطوي عليها التوازن وبقاء هذه الأنظمة.

الطالب: يدرك أن الخصائص والتغييرات واستخدامات المواد مرتبطة بهيكلها الجزيئي.

الطالب: يفهم النماذج والمفاهيم المستخدمة لشرح الخصائص من هيكلها المجهري.

الطالب: يفهم المفاهيم والمبادئ المستخدمة لشرح التغيرات الفيزيائية والكيميائية في أنظمة وعائلات التفاعلات الكيميائية.

الطالب: يستخدم المفاهيم المترابطة لشرح والتنبؤ بالعمليات الكيميائية والعلاقات بين المواد وعائلات المواد. يستخدمون المفاهيم الذرية والرمزية في تفسيراتهم للأدلة العيانية.

الطالب: يختار المفاهيم والمبادئ النظرية المناسبة ويستخدمها لوضع تصور لإطار عمل أو فهم شامل من أجل شرح الخصائص والعلاقات والتغييرات في المواد.

المصدر: مجلس مناهج أستراليا الغربية. أعيد طبعها بإذن.

المعرفه. تعتبر عملية جمع الأدلة لدعم الاستنتاجات حول ما يعرفه الطلاب أمرًا أساسيًا لجميع التقييمات و mdash من اختبارات الفصل الدراسي أو اختبارات الإنجاز الموحدة أو برامج التدريس المحوسبة ، إلى المحادثات التي يجريها الطلاب مع معلميهم أثناء عملهم من خلال تجربة (Mislevy ، 1996).صورت لجنة NRC & rsquos المعنية بالأسس المعرفية للتقييم عملية الاستدلال من الأدلة في شكل ما سمته بمثلث التقييم (NRC 2001b ، ص 44 و ndash51) (انظر الشكل 5-1).

يرتكز المثلث على الإدراك والنظرية أو مجموعة من المعتقدات حول كيفية تمثيل الطلاب للمعرفة وتطوير الكفاءة في مجال الموضوع (NRC، 2001b، p. 44). بعبارة أخرى ، يبدأ تصميم التقييم بفهم محدد ليس فقط للمعرفة والمهارات التي يجب تقييمها ولكن أيضًا لكيفية تطور الفهم في مجال الاهتمام. يربط عنصر المثلث هذا التقييم بالنتائج المتعلقة بالتعلم التي تمت مناقشتها في الفصل 2. في مصطلحات القياس ، يشار إلى جوانب الإدراك والتعلم التي هي أهداف التقييم على أنها البنية.

الزاوية الثانية من المثلث هي الملاحظة ، أنواع المهام التي سيُطلب من الطلاب القيام بها والتي يمكن أن تقدم دليلًا حول ما يعرفونه وما يمكنهم القيام به. يجب أن يرتبط تصميم المهام واختيارها ارتباطًا وثيقًا بالاستنتاجات المحددة حول تعلم الطلاب التي يهدف التقييم إلى دعمها. من المهم أن نلاحظ هنا أنه على الرغم من وجود مجموعة متنوعة من الأسئلة التي يمكن أن تجيب عليها بعض أنواع التقييم ، فإن التعريف الواضح للأسئلة المتعلقة بالمعلومات المطلوبة يجب أن يلعب دورًا في تصميم المهام.

الركن الثالث من المثلث هو التفسير والأساليب والأدوات المستخدمة في الاستدلال من الملاحظات التي تم جمعها. قد تكون الطريقة المستخدمة في اختبار معياري واسع النطاق نموذجًا إحصائيًا ، أثناء الفصل الدراسي

شكل 5-1 مثلث التقييم.

التقييم يمكن أن يكون طريقة أقل رسمية وأكثر عملية لاستخلاص استنتاجات حول فهم الطالب بناءً على تجربة المعلم و rsquos. يمكن أيضًا الإشارة إلى رأس المثلث هذا كنموذج القياس.

الغرض من تقديم هذه العناصر الثلاثة في شكل مثلث هو التأكيد على أنها مترابطة. في سياق أي تقييم ، يجب أن يكون كل تقييم منطقيًا من حيث التقييمين الآخرين حتى ينتج عن التقييم نتائج سليمة وذات مغزى. على سبيل المثال ، يجب أن تنمو الأسئلة التي تملي طبيعة المهام التي يُطلب من الطلاب القيام بها بشكل منطقي من فهم الطرق التي يتطور بها التعلم والفهم في المجال الذي يتم تقييمه. يجب أن يوفر تفسير الدليل الناتج ، بدوره ، رؤى للطلاب & [رسقوو] التقدم الذي يتطابق مع تلك الفهمات نفسها. وبالتالي ، فإن عملية تصميم التقييم هي عملية ينبغي فيها النظر في قرارات محددة في ضوء كل عنصر من هذه العناصر الثلاثة.

من المفهوم إلى التنفيذ

مثلث التقييم هو مفهوم يصف طبيعة التقييم ، لكنه يحتاج إلى توضيح ليكون مفيدًا لبناء المقاييس. باستخدام المثلث كأساس ، طور العديد من الباحثين المختلفين عمليات لتطوير التقييم تأخذ في الاعتبار المنطق الذي يقوم عليه مثلث التقييم. يمكن استخدام هذه الأساليب لإنشاء أي نوع من التقييم ، من تقييم الفصل الدراسي إلى برنامج اختبار الحالة واسع النطاق. تم تضمينها هنا لتوضيح أهمية استخدام نهج منظم لتصميم التقييم حيث يتم النظر منذ البداية إلى ما سيتم قياسه ، وما الذي يمكن أن يشكل دليلاً على كفاءات الطلاب ، وكيفية فهم النتائج. تتعارض العملية المنهجية مع ما وجدته اللجنة كاستراتيجية نموذجية لتصميم التقييم. تميل هذه الأساليب الأكثر شيوعًا إلى التركيز على إنشاء & ldquogood العناصر & rdquo بمعزل عن جميع الجوانب المهمة الأخرى للتصميم.

تصميم التقييم المرتكز على الأدلة

Mislevy وزملاؤه (انظر على سبيل المثال ، Almond، Steinberg، and Mislevy، 2002 Mislevy، Steinberg، and Almond، 2002 and Steinberg et al.، 2003) طوروا واستخدموا منهجًا وتصميم تقييم قائم على الأدلة (ECD) و [مدش] لبناء التعليم التعليمي. التقييم الذي يقوم على حجة الاستدلال. تم توضيح الشكل العام للحجة التي تقوم عليها تنمية الطفولة المبكرة (ومثلث التقييم الذي تمت مناقشته أعلاه بالإضافة إلى عملية رسم خرائط بناء ويلسون التي تمت مناقشتها أدناه) بواسطة Messick (1994 ، ص 17):

سيبدأ النهج الذي يركز على البناء عن طريق السؤال عن مجموعة المعارف أو المهارات أو السمات الأخرى التي يجب تقييمها ، ويفترض أنها مرتبطة بأهداف واضحة أو ضمنية للتعليم أو يتم تقييمها بطريقة أخرى بواسطة

المجتمع. بعد ذلك ، ما هي السلوكيات أو العروض التي يجب أن تكشف عن تلك التركيبات ، وما المهام أو المواقف التي يجب أن تستنبط هذه السلوكيات؟ وبالتالي ، فإن طبيعة البناء توجه اختيار وبناء المهام ذات الصلة بالإضافة إلى التطوير العقلاني لمعايير ونماذج التسجيل المبنية على البناء.

يعتمد تنمية الطفولة المبكرة على فهم أن السياق والغرض من التقييم التربوي يؤثران على المعرفة والمهارات التي يجب قياسها ، والظروف التي سيتم فيها إجراء الملاحظات ، وطبيعة الأدلة التي سيتم جمعها لدعم الاستنتاج المقصود. وبالتالي ، هناك اعتراف بأن مهام التقييم الجيد لا يمكن تطويرها بمعزل عن غيرها ، بل يجب تصميم التقييم منذ البداية حول الاستنتاجات المقصودة ، والملاحظات والأداء اللازم لدعم تلك الاستنتاجات ، والمواقف التي ستؤدي إلى تلك العروض ، و سلسلة من المنطق التي ستربطهم.

تستخدم تنمية الطفولة المبكرة إطار عمل تقييم مفاهيمي (CAF) مقسم إلى أجزاء متعددة (نماذج) وبنية من أربع عمليات لأنظمة تسليم التقييم (انظر الإطار 5-4). يعمل CAF كمخطط لتصميم التقييم الذي يحدد المعرفة والمهارات التي يجب قياسها ، والظروف التي سيتم فيها إجراء الملاحظات ، وطبيعة الأدلة التي سيتم جمعها لدعم الاستنتاجات المقصودة. يجادل Mislevy وزملاؤه أنه من خلال تقسيم المواصفات إلى أجزاء أصغر ، يمكن إعادة تجميعها بأشكال مختلفة-

المربع 5-4
المكونات الرئيسية لإطار التقييم المفاهيمي لتصميم التقييم المرتكز على الأدلة وبنية العمليات الأربع

المصدر: Almond، Steinberg، and Mislevy (2002) Mislevy، Steinberg، and Almond (2002).

تكوينات الأنف والأذن والحنجرة لأغراض مختلفة. على سبيل المثال ، قد يحتاج التقييم الذي يهدف إلى توفير معلومات تشخيصية حول الطلاب الفرديين إلى نموذج طالب أكثر دقة من التقييم المصمم لتوفير معلومات حول مدى تقدم مجموعات الطلاب في تلبية معايير الولاية. تسمح مبادئ تنمية الطفولة المبكرة باستخدام نفس المهام لهذه الأغراض المختلفة (إذا كان نموذج المهمة مكتوبًا بشكل عام بشكل كافٍ) ولكنها تتطلب أن يختلف نموذج الأدلة لتوفير مستوى التفاصيل الذي يتوافق مع الغرض من التقييم.

كما تمت مناقشته في هذا التقرير ، يتم تقديم التقييمات بعدة طرق وتوفر تنمية الطفولة المبكرة إطارًا عامًا لتقديم الاختبار الذي يسمح للمقيمين بالتخطيط لطرق متنوعة لتقديم التقييم. تحدد البنية المكونة من أربع عمليات لتسليم التقييم العمليات التي يجب أن تحتويها عمليات أي نظام تقييم بشكل أو بآخر (انظر الإطار 5-4). تقوم هذه العمليات بتحديد المهام أو العناصر أو الأنشطة التي تشتمل على التقييم (عملية اختيار النشاط) واختيار وسيلة لعرض المهام على المتقدمين للاختبار وجمع ردودهم (عملية العرض التقديمي) وتسجيل الردود على العناصر أو المهام الفردية (الاستجابة المعالجة) تراكم الأدلة على أداء الطلاب عبر عدة عناصر ومهام لإنتاج درجات التقييم (أو القسم) (ملخص عملية تسجيل الدرجات). تعتمد تنمية الطفولة المبكرة على نماذج قياس محددة مرتبطة بكل مهمة لإنجاز عملية تسجيل الدرجات الملخصة.

للحصول على مثال لكيفية استخدام إطار تنمية الطفولة المبكرة لإنشاء نموذج أولي للتقييم القائم على المعايير ، انظر مقدمة لمشروع BioMass (شتاينبرغ وآخرون ، 2003). ينتقل نهج التقييم المستند إلى المعايير الموصوف في هذه الورقة من بيانات المعايير في منطقة المحتوى ، من خلال بيانات الادعاءات حول قدرات الطلاب & rsquo التي تشير إليها المعايير ، إلى أنواع الأدلة التي يحتاجها المرء لتبرير تلك الادعاءات ، وأخيرًا لتطوير أنشطة التقييم التي تستخرج مثل هذه الأدلة (ص 9).

كتب Mislevy أيضًا عن كيفية استخدام نهج تنمية الطفولة المبكرة في سياق تقييم البرنامج (Mislevy، Wilson، Ercikan، and Chudowsky، 2003). في الآونة الأخيرة ، كان هو ومجموعة من زملائه يعملون على مواصفات الاختبار المحوسب ونظام التطوير الذي يعتمد على هذا النهج ، يسمى PADI (تصميم التقييم المبدئي للتحقيق) (Mislevy and Haertel ، 2005).

بناء نهج النمذجة

يتوسع ويلسون (2005) أيضًا في مثلث التقييم من خلال اقتراح تصور آخر ونهج نمذجة بناء mdasha و mdasht الذي يستخدم أربع كتل بناء لإنشاء تقييمات مختلفة يمكن استخدامها على جميع مستويات نظام التعليم (انظر الشكل 2-5). يتصور ويلسون اللبنات الأساسية كدليل لعملية تصميم التقييم ، وليس كنهج متسلسل. إنه واضح أن كل خطوة قد تحتاج إلى إعادة النظر عدة مرات في التطوير-

الشكل 5-2 لبنات بناء التقييم.

من أجل صقلها ومراجعتها استجابةً للتعليقات. نستخدم هذه اللبنات الأساسية كإطار عمل لتوضيح عملية تصميم التقييم. اللبنات الأساسية هي:

مواصفات البناء (ق)& تعاريف العمل لما يجب قياسه. 4

تصميم العنصر& mdasha وصف لجميع الأشكال المحتملة للعناصر والمهام التي يمكن استخدامها لاستنباط أدلة حول معرفة الطلاب وفهمهم المتجسدين في التركيبات.

مساحة النتيجة& mdasha للمستويات المختلفة نوعياً للاستجابات للعناصر والمهام (عادةً من حيث الدرجات) التي ترتبط بمستويات مختلفة من الأداء (غالبًا ما يتم توضيح مستويات الأداء المختلفة بأمثلة لعمل الطلاب).

نموذج القياس& [مدش] الأساس الذي على أساسه يربط المقيمون والمستخدمون الدرجات المكتسبة على العناصر والمهام بمستويات معينة من الأداء و [مدش] ، أي أن نموذج القياس يجب أن يربط الاستجابات التي تم تسجيلها بالبناء.

يسمي ويلسون هذه الكتلة & ldquoconstruct الخرائط. & rdquo

تطبيق كتل البناء

وجدت اللجنة أنه عند تصميم التقييم ، سيتم إنجاز المهام المختلفة الموصوفة في اللبنات الأساسية بشكل مختلف اعتمادًا على الغرض من التقييم والمسؤول عن تصميمه. على سبيل المثال ، في تصميم تقييم الفصل الدراسي ، سيكون المعلمون على الأرجح مسؤولين عن جميع جوانب تصميم التقييم و [مدش] من تحديد البنية لتفسير النتائج. ومع ذلك ، عندما يتم تطوير اختبار على نطاق واسع ، فإن موظفي الدولة عادة ما يحددون البنى المراد قياسها ، 5 وقد يتحمل مقاولو الاختبار المحترفون المسؤولية الأساسية عن تطوير العنصر ، وتسجيل الدرجات ، وتطبيق نموذج القياس و [مدش] في بعض الأحيان بالتعاون مع الدولة. (يناقش باتز وريكاس ومارتينو ، 2005 ، تقسيم العمل بمزيد من التفصيل).

تحديد البناء

إن مفتاح تطوير أي تقييم ، سواء كان تقييمًا للفصل الدراسي مضمنًا في التعليمات أو اختبار حالة واسع النطاق يتم إدارته خارجيًا ، هو تحديد واضح للبنية التي سيتم قياسها. يمكن أن يكون البناء واسعًا أو محددًا على سبيل المثال ، معرفة القراءة والكتابة العلمية هي بناء ، مثل معرفة الضرب المكون من رقمين. ناقش الفصل 3 ، في سياق تقييم الاستفسار ، صعوبة تطوير التقييم عندما لا تكون التركيبات محددة بوضوح ومعانيها غير مفهومة بوضوح.

يجب أن يبدأ أي تقييم قائم على المعايير بمعايير محتوى الولاية. ومع ذلك ، فإن معظم وثائق المعايير تحدد بنيات باستخدام مصطلحات مثل & ldquoknowing & rdquo أو & ldquounderstanding. & rdquo على سبيل المثال ، قد تحدد معايير الولاية أن الطلاب سوف أعرف أن الحرارة تتحرك في تدفق يمكن التنبؤ به من أجسام أكثر دفئًا إلى أجسام أكثر برودة حتى تصبح جميع الكائنات بنفس درجة الحرارة ، أو أن الطلاب سوف تفهم التفاعلات بين الكائنات الحية وبيئتها. ولكن ، كما تمت مناقشته في الفصل 4 ، لا تقدم معظم معايير الولاية تعريفات تشغيلية لهذه المصطلحات. وبالتالي ، فإن المعيار الذي يدعو الطلاب إلى & ldquounderstand & rdquo مفتوح لتفسير واسع ، سواء حول ما يجب تدريسه أو ما يمكن قبوله كدليل على أن الطلاب قد حققوا الهدف. تحث اللجنة الدول على اتباع الاقتراحات الواردة في الفصل 4 لكتابة المعايير بحيث تنقل أكثر من مجرد بنيات مجردة.

وجدت اللجنة ذلك عروض التعلم، وهو مصطلح اعتمده عدد من الباحثين و mdashReiser (2002) و Perkins (1998) من بين آخرين و mdash توفير طريقة لتوضيح المقصود بالمعيار من خلال اقتراح الروابط بين المعرفة المفاهيمية في المعايير والقدرات ذات الصلة والتفاهمات التي يمكن ملاحظتها وتقييمها . عروض التعلم هي وسيلة للمعرفة-

في برنامج الاختبار واسع النطاق ، سيتم تحديد التركيبات في شكل إطار اختبار.

المربع 5-5
الممارسات العلمية التي تعمل كأساس لأداء التعلم

تتضمن بعض الممارسات الرئيسية التي مكنتها المعرفة العلمية ما يلي:

تعريف ووصف. يتضمن التعريف والوصف استدعاء تعريف مفهوم أو مبدأ من الذاكرة أو وصف كيفية ارتباط مفهوم ما بأفكار أخرى. على سبيل المثال ، يمكن للطالب أن يصف تدفق الطاقة في نظام بيئي. أو يمكن للطالب أن يصف كيفية استخدام مسبار الضوء بإخبار زميله الطالب بكيفية استخدامه لقياس الضوء الذي يصل إلى النبات.

تمثيل البيانات وتفسير التمثيلات. يتضمن تمثيل البيانات استخدام الجداول والرسوم البيانية لتنظيم وعرض المعلومات من الناحيتين النوعية والكمية. يتضمن تفسير التمثيلات القدرة على استخدام الأساطير والمعلومات الأخرى لاستنتاج ما يمثله شيء ما أو ما يعنيه نمط معين. على سبيل المثال ، يمكن للطالب إنشاء جدول لعرض خصائص المواد المختلفة أو رسم بياني يربط التغييرات في حجم الكائن بوزن الكائن. على العكس من ذلك ، يمكن للطالب تفسير رسم بياني للاستدلال على حجم الجسم الأثقل أو الخط المستقيم ذي الانحدار الإيجابي ليعني أن هناك تناسبًا بين المتغيرات.

التحديد والتصنيف. يتضمن كل من التحديد والتصنيف تطبيق معرفة الفئة على نماذج معينة. عند تحديد الهوية ، قد يفكر الطلاب في نموذج واحد فقط (هل هذا الكائن بالذات مصنوع من الشمع؟) بينما في تصنيف الطلاب ينظمون مجموعات من النماذج. على سبيل المثال ، يمكنهم فرز العناصر حسب ما إذا كانت مادة أم لا حسب ما إذا كانت صلبة أو سائلة أو غازية أو حسب نوع المادة.

قياس. القياس هو شكل بسيط من النمذجة الرياضية: مقارنة عنصر بوحدة قياسية وتحليل البعد كمجموع تكراري للوحدات التي تغطي مساحة القياس.

الترتيب / المقارنة على طول البعد. يتضمن الترتيب تجاوز التصنيف البسيط (على سبيل المثال ، الثقيل مقابل الضوء) إلى تصور البعد المستمر. على سبيل المثال ، يمكن للطلاب فرز العينات وفقًا للوزن أو الحجم أو درجة الحرارة أو الصلابة أو الكثافة.

التحديد. يتضمن القياس الكمي القدرة على قياس (تحديد) المقادير الفيزيائية المهمة مثل الحجم والوزن والكثافة ودرجة الحرارة باستخدام وحدات قياسية أو غير قياسية.

التصنيف على معايير المحتوى من خلال تحديد ما يجب أن يكون الطلاب قادرين على فعله عندما يحققون معيارًا. على سبيل المثال ، قد تشير عروض التعلم إلى أن الطلاب يجب أن يكونوا قادرين على وصف الظواهر ، أو استخدام النماذج لشرح الأنماط في البيانات ، أو بناء تفسيرات علمية ، أو اختبار الفرضيات. حدد سميث ، ووايزر ، وأندرسون ، وكراجسيك ، وكوبولا (2004) مجموعة متنوعة من المهارات المحددة 6 التي

سميث وآخرون. (2004) استدعاء هذه & ldquopractices. & rdquo

التنبؤ / الاستنتاج. يتضمن التنبؤ / الاستنتاج استخدام معرفة مبدأ أو علاقة لعمل استنتاج حول شيء لم يتم ملاحظته بشكل مباشر. على سبيل المثال ، يمكن للطلاب استخدام مبدأ الحفاظ على الكتلة للتنبؤ بالكتلة التي يجب أن تكون عليها بعد التبخر أو يمكنهم حساب وزن الجسم من خلال معرفة حجمه وكثافة المادة المكونة منه.

طرح الأسئلة. يحدد الطلاب ويطرحون أسئلة حول الظواهر التي يمكن الإجابة عليها من خلال التحقيقات العلمية. غالبًا ما يطرح المتعلمون الصغار أسئلة أكثر وصفًا ، ولكن مع اكتساب المتعلمين الخبرات وفهمهم ، يجب عليهم طرح المزيد من الأسئلة المتعلقة بالعلاقة والسبب والنتيجة.

تصميم وإجراء التحقيقات. يتضمن تصميم التحقيق تحديد وتحديد ما هي المتغيرات التي يجب معالجتها وقياسها والتحكم في فرضيات البناء التي تحدد العلاقة بين المتغيرات التي تبني / تطور الإجراءات التي تسمح لهم باستكشاف فرضياتهم وتحديد عدد المرات التي سيتم فيها جمع البيانات ونوعها. سيتم إبداء الملاحظات. يشمل إجراء التحقيق مجموعة من الأنشطة و [مدش] المعدات ، وتجميع الجهاز ، ووضع المخططات والجداول ، ومتابعة الإجراءات ، وإجراء الملاحظات النوعية أو الكمية.

بناء التفسيرات القائمة على الأدلة. يتضمن بناء التفسيرات استخدام النظريات والنماذج والمبادئ العلمية جنبًا إلى جنب مع الأدلة لبناء تفسيرات للظواهر ، كما يستلزم استبعاد الفرضيات البديلة.

تحليل وتفسير البيانات. عند تحليل البيانات وتفسيرها ، يفهم الطلاب البيانات من خلال الإجابة على الأسئلة: & ldquo ماذا تعني البيانات التي جمعناها؟ & rdquo & ldquo كيف تساعدني هذه البيانات في الإجابة على سؤالي؟ & rdquo يمكن أن يتضمن التفسير والتحليل تحويل البيانات بالانتقال من جدول البيانات إلى رسم بياني ، أو عن طريق حساب عامل آخر وإيجاد أنماط في البيانات.

تقييم / التفكير / صنع حجة. تقييم البيانات: هل تدعم هذه البيانات هذا الادعاء؟ هل هذه البيانات موثوقة؟ تقييم القياس: هل التالي مثال على القياس الجيد أو السيئ؟ تقييم نموذج: هل يمكن أن يمثل هذا النموذج سائلًا؟ مراجعة نموذج: بالنظر إلى نموذج للغاز ، كيف يمكن تعديله ليمثل مادة صلبة؟ قارن وتقييم النماذج: ما مدى جودة تفسير نموذج معين لظاهرة ما؟ هل هذا النموذج & ldquoobey & rdquo the & ldquoaxioms & rdquo من النظرية؟

يمكن أن يقدم دليلًا على الفهم في ظل ظروف محددة وأن يقدم أمثلة على الشكل الذي قد يبدو عليه دليل الفهم (انظر الإطار 5-5).

يوضح المثال التالي كيف يمكن للمرء أن يتوسع في معيار لإنشاء أداء التعلم وتحديد أهداف التقييم. ضع في اعتبارك المعيار التالي الذي تم اقتباسه من معايير محو الأمية العلمية (AAAS، ​​1993، p. 124) حول البقاء التفاضلي: [سوف يفهم الطالب ذلك] الكائنات الحية الفردية التي لها سمات معينة أكثر عرضة من غيرها للبقاء على قيد الحياة وإنجاب ذرية. يشير المعيار بوضوح إلى إحدى الآليات المركزية للتطور-

وغالبًا ما يُطلق على هذا المفهوم اسم "البقاء للأصلح". ومع ذلك فإن المعيار لا يشير إلى المهارات والمعرفة التي يمكن الاستعانة بها في العمل على تحقيقها. في المقابل ، قام Reiser و Krajcik و Moje و Marx (2003) بتضخيم هذا المعيار الفردي باعتباره ثلاثة عروض تعليمية مرتبطة:

تلاميذ تحديد وتمثيل رياضيا الاختلاف في سمة في السكان.

تلاميذ افترض الوظيفة التي قد تخدمها سمة و يشرح كيف أن بعض الاختلافات في السمة مفيدة في البيئة.

تلاميذ توقع ، باستخدام الأدلة، كيف سيؤثر التباين في السمة على احتمالية أن ينجو الأفراد من ضغوط بيئية.

يؤكد ريزر وزملاؤه أن هذا التفصيل للمعيار يحدد بشكل أكثر وضوحًا المهارات والمعرفة التي يحتاجها الطلاب للوصول إلى المعيار ، وبالتالي يحدد البناء الذي سيتم تقييمه بشكل أفضل. على سبيل المثال ، من خلال الإشارة إلى أنه من المتوقع أن يمثل الطلاب التباين رياضيًا ، يشير التفسير إلى أهمية مفاهيم رياضية معينة ، مثل التوزيع. بدون التفصيل ، قد تكون الحاجة إلى هذا الجانب المهم قد استنتجت أو لم تستنتج من قبل مطور التقييم.

اختيار المهام

لا ينبغي أن تملي القرارات المتعلقة باستراتيجية التقييم المحددة التي يجب استخدامها من خلال الرغبة في استخدام نوع عنصر معين أو آخر ، أو من خلال افتراضات غير مختبرة حول فائدة أنواع معينة من العناصر للاستفادة من المهارات المعرفية المحددة. بدلاً من ذلك ، يجب أن تستند هذه القرارات إلى فائدة العنصر أو المهمة في استنباط أدلة حول الطلاب وفهم بناء الاهتمام ولتسليط الضوء على تقدم الطلاب على طول سلسلة متصلة تمثل كيفية توقع تطور التعلم المرتبط بالبناء.

تقييم الأداء هو أحد الأساليب التي توفر إمكانات كبيرة لتقييم التفكير المعقد وقدرات التفكير المنطقي ، ولكن عناصر الاختيار من متعدد لها أيضًا نقاط قوتها. على الرغم من أن العديد من الأشخاص يدركون أن عناصر الاختيار من متعدد هي وسيلة فعالة وفعالة لتحديد مدى جودة اكتساب الطلاب للمعرفة الأساسية بالمحتوى ، لا يدرك الكثيرون أنه يمكن استخدامها أيضًا لقياس العمليات المعرفية المعقدة. على سبيل المثال ، يعد مخزون مفهوم القوة (Hestenes ، Wells ، و Swackhamer ، 1992) تقييمًا يستخدم عناصر متعددة الخيارات ولكنه ينتقل إلى العمليات المعرفية عالية المستوى. على العكس من ذلك ، فإن العديد من عناصر الاستجابة المُنشأة المستخدمة في تقييمات الحالة واسعة النطاق تستفيد فقط من المهارات ذات المستوى المنخفض ، على سبيل المثال عن طريق مطالبة الطلاب بإظهار المعرفة التصريحية واستدعاء الحقائق أو تقديم إجابات من كلمة واحدة. يقدم Metzenberg (2004) أمثلة على هذه الظاهرة مأخوذة من اختبارات الحالة العلمية الحالية.

يكون العنصر أو المهمة مفيدًا إذا كان ينتج دليلًا مهمًا على التركيب المقصود منه قياسه. يجب تجميع مجموعات من العناصر أو سلسلة من المهام بهدف قدرتها الجماعية على إلقاء الضوء على النطاق الكامل للعلم

معرفة المحتوى والتفاهمات والمهارات المتضمنة في البناء كما هو موضح في عروض التعلم ذات الصلة.

خلق العناصر 7 من عروض التعلم

عند استخدامها في عملية التصميم العكسي ، يمكن لأداء التعلم أن يوجه تطوير استراتيجيات التقييم. يبدأ التصميم الخلفي بفهم واضح للبناء. ثم يركز على ما يمكن أن يكون دليلًا مقنعًا أو عروض توضيحية للتعلم (تسمي اللجنة عروض التعلم هذه) والنظر في الشكل الذي سيبدو عليه دليل الفهم.

يوضح المربع 5-6 عملية التصميم العكسي من خلال توسيع معيار في أداء التعلم واستخدام أداء التعلم لتطوير مهام التقييم التي تعود إلى المعيار. لكل أداء تعليمي ، يتم توفير العديد من مهام التقييم لتوضيح كيف يمكن أن توفر مقاييس متعددة لنفس البنية تقديرًا أكثر ثراءً وأكثر صحة لتحقيق الطالب و rsquos للمعيار. من الممكن أن نتخيل أن بعض هذه المهام يمكن استخدامها في تقييم الفصل الدراسي بينما يمكن تضمين أخرى تستهدف نفس المعيار في التقييم واسع النطاق على مستوى الولاية. سميث وآخرون. (2004) ، أوضحوا هذه العملية بشكل أكثر شمولاً في ورقتهم من خلال تحديد أداء التعلم لسلسلة من معايير K & ndash8 حول النظرية الجزيئية الذرية. تتضمن مجموعات المهام الخاصة بهم عناصر متعددة الخيارات والأداء مناسبة لمجموعة متنوعة من أغراض التقييم ، من الاختبارات السنوية واسعة النطاق إلى التقييمات التي يمكن تضمينها في التعليمات.

لكل مهمة تقييم مدرجة في المربع 5-6 ، يتم عرض عوامل التشتيت (الردود غير الصحيحة) التي يمكن أن تلقي الضوء على الطلاب والمفاهيم الخاطئة أيضًا لأن المشتتات يمكن أن توفر معلومات حول ما هو مطلوب لتقدم تعلم الطالب. تتوسع إستراتيجية تصميم العناصر التي طورها بريجز وألونزو وشواب وويلسون (2004) ، والتي أطلقوا عليها اسم الاختيار من متعدد (OMC) ، وفقًا لهذا المبدأ.

الميزة الفريدة لعناصر OMC هي أنها مصممة بحيث يرتبط كل خيار من خيارات الإجابة المحتملة بالمستويات التنموية لفهم الطلاب ، مما يسهل التفسير التشخيصي لاستجابات الطلاب. توفر عناصر OMC معلومات حول الفهم التنموي للطلاب والتي قد لا تكون متاحة من عناصر الاختيار من متعدد التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، فهي فعالة في الإدارة والتسجيل ، مما ينتج عنه معلومات يمكن توفيرها بسرعة وبشكل موثوق للمدارس والمعلمين والطلاب. بريجز وآخرون (2004) يرى إمكانات هذا النهج في إنشاء تقييمات محسنة على نطاق واسع ، لكنهم لاحظوا أنه لا تزال هناك حاجة إلى قدر كبير من البحث والتطوير.

يتم استخدام العنصر هنا للإشارة إلى أي مهمة أو حالة أو موقف يوفر معلومات حول فهم الطالب أو إنجازه.

المربع 5-6
عملية التصميم العكسي: صياغة المعايير من خلال أداء التعلم وتطوير مهام التقييم ذات الصلة

كنتيجة للأنشطة في الصفوف 5 و ndash8 ، يجب على جميع الطلاب تطوير فهم أن المواد تتفاعل كيميائيًا بطرق مميزة مع المواد الأخرى لتكوين مواد جديدة بخصائص مميزة مختلفة (National Research Council ، 1996 ، Content Standard B5-8: 1B). 1

مزيد من التوضيح للمعيار:

المواد لها خصائص مميزة وهي مصنوعة من مادة واحدة في جميع الأنحاء. التفاعل الكيميائي هو عملية يتم فيها صنع مواد جديدة من مواد قديمة. نوع واحد من التفاعل الكيميائي هو عندما يتم خلط مادتين معًا وتتفاعل لتكوين مادة (مواد) جديدة. تختلف خصائص المادة (المواد) الجديدة عن المادة (المواد) القديمة. عندما يتحدث العلماء عن & ldquoold & rdquo المواد التي تتفاعل في التفاعل الكيميائي ، يسمونها المتفاعلات. عندما يتحدث العلماء عن مواد جديدة ينتجها التفاعل الكيميائي ، فإنهم يسمونها منتجات. يفرق الطلاب بين التغيير الكيميائي والتغييرات الأخرى ، مثل تغيير الطور ، والتغير المورفولوجي ، وما إلى ذلك.

المعرفة السابقة التي يحتاجها الطلاب:

من الضروري أن يفهم الطلاب معنى الخصائص وأن المواد لها نفس الخصائص في كل مكان ، بغض النظر عن مكان أخذ عينة المادة.

يحتاج الطلاب إلى فهم المصطلح مستوى.

يحتاج الطلاب إلى معرفة أنه يمكن صنع الكثير من المواد المختلفة من نفس المواد الأساسية (هذا هو معيار الصف 3 و ndash5).

مفهوم خاطئ محتمل قد يحمله الطلاب:

تظهر مادة & ldquonew & rdquo لأنه تم نقلها من مكان آخر (على سبيل المثال ، دخان من الخشب).

تختفي المادة (على سبيل المثال ، الاحتراق ، الذوبان).

تحدث التفاعلات الكيميائية كلما تغير شيء ما.

تغييرات المرحلة هي تفاعلات كيميائية.

المخاليط هي تفاعلات كيميائية.

يمكن تحويل مادة واحدة إلى أي نوع آخر من المواد (على سبيل المثال ، يمكن تحويل القش إلى ذهب).

عروض التعلم الممكنة ومهام التقييم المرتبطة بها:

يستفيد أداء التعلم التالي من مهارة التحديد. تحديد

يتطلب فهم هذا المعيار أن يفهم الطلاب معيارًا سابقًا: كنتيجة للأنشطة في الصف الخامس وندش 8 ، يجب على جميع الطلاب تطوير فهم أن المادة لها خصائص مميزة ، مثل الكثافة ونقطة الغليان والقابلية للذوبان ، وكلها مستقلة عن كمية العينة. (National Research Council، 1996، Content Standard B 5-8: 1A). يوضح هذا كيف يعتمد التعلم الجديد على التعلم السابق.

يتضمن تطبيق معرفة الفئة على نماذج معينة. عند تحديد الهوية ، يمكن للطلاب التفكير في نموذج واحد فقط (هل هذا الكائن بالذات مصنوع من الشمع؟). يشمل التحديد أيضًا النطاق الأدنى من العروض المعرفية التي نريد من الطلاب تحقيقها.

أداء التعلم 1:

يتعرف الطلاب على التفاعلات الكيميائية.

مهمة التقييم المصاحبة رقم 1:

أي مما يلي مثال على تفاعل كيميائي؟

تبريد علبة من المشروبات الغازية في الثلاجة

حرق أعشاب من الفصيلة الخبازية على النار

مهمة التقييم المصاحبة رقم 2:

أجرى فصل دراسي تجربة قام خلالها الطلاب بخلط سائلين عديم اللون. بعد خلط السوائل ، لاحظ الطلاب فقاعات ومادة صلبة رمادية تكونت في قاع الحاوية.

ما نوع العملية التي حدثت؟

قدم أدلة تدعم كيفية معرفتك بحدوث ذلك.

يتجاوز الجزء ب من الملاحظة أداء التعلم ليشمل تبرير استجابة one & rsquos.

يستفيد أداء التعلم التالي من ممارسة بناء التفسيرات القائمة على الأدلة. يتضمن بناء التفسيرات استخدام النظريات والنماذج والمبادئ العلمية جنبًا إلى جنب مع الأدلة لبناء تفسيرات للظواهر وقد يستلزم أيضًا استبعاد الفرضيات البديلة. يعد تطوير تفسير قائم على الأدلة مهمة معرفية عالية المستوى.

أداء التعلم 2:

ينشئ الطلاب تفسيرًا علميًا يتضمن ادعاءً حول ما إذا كانت العملية عبارة عن تفاعل كيميائي ، ودليل في شكل خصائص المواد و / أو علامات التفاعل ، والتفكير بأن التفاعل الكيميائي هو عملية تتفاعل فيها المواد لتشكل مواد جديدة بحيث توجد مواد مختلفة بخصائص مختلفة من قبل مقارنة بما بعد التفاعل.

مهمة التقييم المصاحبة رقم 1:

يأخذ Carlos بعض القياسات لسائلين وحمض mdashbutanic والبيوتانول. ثم يقلب السائلين معًا ويسخنهما. بعد تقليب السوائل وتسخينها ، تشكل طبقتان منفصلتان وطبقة مدشلاير أ وطبقة ب. يستخدم كارلوس قطارة عين للحصول على عينة من كل طبقة وأخذ بعض القياسات لكل عينة. ها هي نتائجه:

اكتب التفسير العلمي يوضح ما إذا كان تفاعل كيميائي قد حدث عندما قام كارلوس بتقليب وتسخين حمض البوتانيك والبيوتانول.

المربع 5-7 من بريجز وآخرون. (2004) يحتوي على تقدم تعليمي يحدد الأخطاء الشائعة. يتم تضمين العناصر التي يمكن استخدامها للاستفادة من الطلاب & [رسقوو] التفاهمات والمفاهيم الخاطئة. توضح تفسيرات اختيارات الإجابة كيف يمكن جعل مهام التقييم أكثر أهمية إذا سلط المشتتون الضوء على الاستراتيجيات التعليمية اللازمة لإعادة بناء المفاهيم الخاطئة لدى الطلاب.

وصف مساحة النتيجة

كما تمت مناقشته سابقًا ، فإن التقييم هو عملية تكوين استنتاجات حول ما يعرفه الطلاب بناءً على الملاحظات حول ما يفعلونه استجابةً لمواقف محددة. يتطلب تفسير استجابات الطلاب لدعم هذه الاستنتاجات شيئين: استجابة مسجلة وطريقة لتفسير النتيجة. يتطلب تسجيل عناصر الاختيار من متعدد مقارنة الاستجابة المحددة بمفتاح التسجيل لتحديد ما إذا كانت الإجابة صحيحة أم لا. تسجيل مهام الأداء ، 8 ومع ذلك ، إعادة

تستخدم اللجنة هذا المصطلح لتضمين أي تقييم يتطلب من الطلاب إنشاء استجابة بدلاً من تحديدها.

يتطلب كلا من الحكم والمعايير المحددة التي يبنى عليها الحكم. نشير إلى هذه المعايير كنموذج. يتضمن نموذج التقييم وصفًا للأبعاد للحكم على أداء الطالب ومقياسًا للقيم لتصنيف تلك الأبعاد. غالبًا ما يتم استكمال القواعد بأمثلة على عمل الطلاب في كل قيمة مقياس للمساعدة بشكل أكبر في إصدار الأحكام. يمكن أن ترتبط واصفات الأداء التي تعد جزءًا من معايير الإنجاز في الحالات بنماذج التقييم التي تم تطويرها للاختبارات أو المهام الفردية. تم تضمين مناقشة معايير الإنجاز في الفصل 4.

المربع 5-8 هو دليل تقدم أو نموذج تقييم يستخدم لتقييم أداء الطلاب في تقييم مفهوم الطفو. يمكن أن يكون الدليل مفيدًا للمعلمين والطلاب لأنه يوفر معلومات حول كل من الأداء الحالي وما هو ضروري لتقدم الطلاب.

طورت ولاية ديلاوير نظامًا لجمع المعلومات ذات الصلة إرشاديًا من الردود على عناصر الاختيار من متعدد. تستخدم الولاية نموذج تقييم مكون من رقمين على غرار نموذج التقييم الدرجات المستخدم في مهام الأداء في الدراسة الدولية الثالثة للرياضيات والعلوم (TIMSS). يشير الرقم الأول من النتيجة إلى ما إذا كانت الإجابة صحيحة أو غير صحيحة أو صحيحة جزئيًا ، بينما يشير الرقم الثاني من نتيجة استجابة غير صحيحة أو صحيحة جزئيًا إلى طبيعة الاعتقاد الخاطئ الذي أدى إلى الإجابة الخاطئة. يحلل اختصاصيو التوعية هذه المفاهيم الخاطئة لفهم ما ينقص الطلاب وفهمهم وتسليط الضوء على جوانب المنهج التي لا تعمل على النحو المطلوب (الإطار 5-9).

تحديد نموذج القياس

نماذج القياس الرسمية هي أدوات إحصائية وقياسية نفسية تسمح لمفسري نتائج التقييم باستخلاص المعنى من مجموعات البيانات الكبيرة حول أداء الطالب والتعبير عن درجة عدم اليقين التي تحيط بالاستنتاجات. نماذج القياس هي شكل معين من أشكال التفكير من الأدلة التي تتضمن قواعد رسمية لكيفية دمج مجموعة متنوعة من البيانات التي قد تكون ذات صلة باستدلال معين. هناك مجموعة متنوعة من نماذج القياس ويحمل كل نموذج كلاً من الافتراضات والاستنتاجات التي يمكن استخلاصها عند استيفاء الافتراضات.

بالنسبة لمعظم القرن الماضي ، تم التفكير في تفسير درجات الاختبار من حيث الافتراض بأن الشخص و rsquos لاحظ أن الدرجة (O) في الاختبار تتكون من مكونين ، الدرجة الحقيقية (T) والخطأ (E) ، أي ، O = T + E. من تلك الصيغة ، تم اشتقاق طرق لتحديد مقدار الخطأ الموجود ، والعمل للخلف ، ومدى الثقة التي يمكن أن يتمتع بها المرء في النتيجة المرصودة. الموثوقية هي مقياس لنسبة التباين في النتيجة الملحوظة التي تُعزى إلى الدرجة الحقيقية بدلاً من الخطأ. تم بناء الأجزاء الرئيسية للقياسات النفسية التقليدية لتفسير الاختبار ، وبناء الاختبار ، وما إلى ذلك على هذا الأساس.

نوع آخر شائع الاستخدام من نموذج القياس هو نظرية استجابة العنصر (IRT) ، والتي ، كما تم تصورها في الأصل ، مناسبة للاستخدام في المواقف التي يكون فيها

المربع 5-7
طلب عناصر متعددة الخيارات ذات صلة بمتغير التقدم لفهم الطلاب للأرض في النظام الشمسي

الطالب قادر على وضع حركات الأرض والقمر في وصف كامل للحركة في النظام الشمسي والذي يشرح:

مراحل القمر (بما في ذلك إضاءة القمر بالشمس)

الطالب قادر على تنسيق الحركة الظاهرية والفعلية للأشياء في السماء. يعرف الطالب أن:

تدور الأرض حول الشمس وتدور حول محورها

تدور الأرض حول الشمس مرة واحدة في السنة

تدور الأرض حول محورها مرة واحدة يوميًا ، مما يتسبب في دورة النهار / الليل ومظهر أن الشمس تتحرك عبر السماء

يدور القمر حول الأرض مرة كل 28 يومًا ، مما ينتج مراحل القمر

خطأ شائع: الفصول ناتجة عن المسافة المتغيرة بين الأرض والشمس.

خطأ شائع: تحدث مراحل القمر بسبب سقوط ظل الكواكب أو الشمس أو الأرض على القمر.

القمر يدور حول الأرض

تدور الأرض حول محورها

ومع ذلك ، لم يضع الطالب هذه المعرفة جنبًا إلى جنب مع فهم الحركة الظاهرة لتكوين التفسيرات وقد لا يدرك أن الأرض تدور وتدور في نفس الوقت.

خطأ شائع: يصبح الظلام ليلاً لأن الأرض تدور حول الشمس مرة في اليوم.

يبدو أن الشمس تتحرك عبر السماء كل يوم

يتغير شكل القمر المرئي كل 28 يومًا

قد يعتقد الطالب أن الشمس تتحرك حول الأرض.

خطأ شائع: كل حركة في السماء ناتجة عن دوران الأرض حول محورها.

خطأ شائع: الشمس تسافر حول الأرض.

خطأ شائع: يصبح الظلام ليلاً لأن الشمس تدور حول الأرض مرة واحدة في اليوم.

خطأ شائع: الأرض هي مركز الكون.

لا يتعرف الطالب على الطبيعة المنهجية لظهور الأشياء في السماء. قد لا يدرك الطلاب أن الأرض كروية.

خطأ شائع: يصبح الظلام ليلاً لأن شيئًا ما (على سبيل المثال ، السحب ، الغلاف الجوي ، & ldquodarkness & rdquo) يغطي الشمس.

خطأ شائع: تحدث مراحل القمر بسبب السحب التي تغطي القمر.

خطأ شائع: الشمس تغرق تحت الأرض ليلاً.

طلبت عينة عناصر متعددة الخيارات (OMC) بناءً على الأرض في متغير تقدم النظام الشمسي

البند المناسب لطلاب الصف الخامس:

هو على الأرجح أكثر برودة في الليل بسبب

الأرض في أبعد نقطة في مدارها حول الشمس.

انتقلت الشمس إلى الجانب الآخر من الأرض.

الشمس تحت الأرض ولا ينبعث من القمر نفس القدر من الحرارة مثل الشمس.

المكان الذي يكون فيه الليل على الأرض يدور بعيدًا عن الشمس.

البند المناسب لطلاب الصف الثامن:

ما هو أفضل تفسير لسبب اختلاف المواسم (الشتاء ، الصيف ، إلخ) على الأرض؟

يجعلنا مدار الأرض و rsquos حول الشمس أقرب إلى الشمس في الصيف وأبعد في الشتاء.

إن مدار الأرض و rsquos حول الشمس يجعلنا نواجه الشمس في الصيف وبعيدًا عن الشمس في الشتاء.

يتسبب ميل الأرض و rsquos في تألق الشمس بشكل مباشر في الصيف أكثر من الشتاء.

إن إمالة الأرض و rsquos تجعلنا أقرب إلى الشمس في الصيف عنها في الشتاء.

الميزة الفريدة لعناصر OMC هي أن كل خيار من خيارات الإجابة المحتملة في عنصر OMC مرتبط بالمستويات التنموية لفهم الطلاب ، مما يسهل التفسير التشخيصي لاستجابات عناصر الطلاب. تسعى بنود OMC إلى الجمع بين مزايا الصلاحية للعناصر ذات النهايات المفتوحة ومزايا الكفاءة لعناصر الاختيار من متعدد. من ناحية أخرى ، توفر عناصر OMC معلومات حول الفهم التنموي للطلاب غير المتاح مع العناصر التقليدية متعددة الخيارات من ناحية أخرى ، ويمكن تقديم هذه المعلومات للمدارس والمعلمين والطلاب بسرعة وبشكل موثوق ، على عكس المفتوحة التقليدية- عناصر الاختبار المنتهية.

المصدر: بريجز ، ألونزو ، شواب ، وويلسون (2004). تم تطويره بواسطة WestEd بالاشتراك مع مركز BEAR في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، بدعم NSF (REC-0087848). أعيد طبعها بإذن.

المربع 5-8
دليل التقدم إلى الطفو

الطفو: WTSF

دليل التقدم

ما يعرفه الطالب بالفعل

ما يحتاج الطالب إلى تعلمه

الكثافة النسبية

يعرف الطالب أن الطفو يعتمد على كثافة أقل من الوسط ، أو على الأقل أن الطفو يعتمد على الكثافة النسبية بطريقة ما. يذكر كثافة الكائن والوسيط.

يعرف الطالب أن الطفو يعتمد على كثافة أقل ، أو على الأقل أن الطفو مرتبط بالكثافة بطريقة ما.

للتقدم إلى المستوى التالي ، يحتاج الطالب إلى إدراك أن الوسيط يلعب دورًا مهمًا بنفس القدر في تحديد ما إذا كان الكائن سيغرق أو يطفو.

الكتلة والحجم

يعرف الطالب أن الطفو يعتمد على وجود كتلة أقل وحجم أكبر ، أو على الأقل يعرف أن الكتلة والحجم يعملان معًا للتأثير على الطفو والغرق.

للتقدم إلى المستوى التالي ، يحتاج الطالب إلى فهم مفهوم الكثافة كطريقة للجمع بين الكتلة والحجم في خاصية واحدة.

البناء أحادي البعد (أي ، سمة أساسية واحدة ، مثل فهم علم الأحياء ، تشرح الأداء في عنصر الاختبار). تقدم نماذج IRT افتراضًا إضافيًا ، أي أن احتمال الاستجابات المرصودة يتم تحديده من خلال نوعين من العناصر غير المرصودة ، وهي قدرة الممتحن و rsquos والمعلمات التي تميز العناصر. يتم استخدام مجموعة من النماذج الرياضية المختلفة لتقدير هذه المعلمات. عندما لا يتم استيفاء افتراض عدم الأبعاد ، فإن نسخة أكثر تعقيدًا من نموذج نظرية استجابة العنصر و [مدش] نظرية استجابة العنصر متعدد الأبعاد و [مدش] أكثر ملاءمة. يسمح هذا النموذج باستخدام العناصر التي تقيس أكثر من سمة واحدة ، مثل فهم علم الأحياء وفهم الكيمياء.

يعرف الطالب أن الطفو يعتمد على وجود كتلة أقل.

يعرف الطالب أن الطفو يعتمد على وجود حجم أكبر.

للتقدم إلى المستوى التالي ، يحتاج الطالب إلى إدراك أن تغيير أي كتلة أو حجم سيؤثر على ما إذا كان الجسم يغرق أو يطفو.

ميزة غير تقليدية

يعتقد الطالب أن الطفو يعتمد على ميزة غير تقليدية ، مثل الشكل أو مساحة السطح أو التجويف.

للتقدم إلى المستوى التالي ، يحتاج الطالب إلى إعادة التفكير في أفكاره من حيث الكتلة و / أو الحجم. على سبيل المثال ، الأجسام المجوفة لها حجم كبير ولكن ليس كثيرًا من الكتلة.

لا يحضر الطالب إلى أي خاصية أو ميزة لشرح الطفو.

للتقدم إلى المستوى التالي ، يحتاج الطالب إلى التركيز على بعض خصائص الكائن أو ميزاته لشرح سبب غرقه أو طفوه.

لا يوجد رد

لم يحاول الطالب الإجابة.

للتقدم إلى المستوى التالي ، يحتاج الطالب إلى الرد على السؤال.

قدم الطالب ردًا ، لكن لا يمكن تفسيره للتسجيل.

المصدر: http://www.caesl.org/conference/Progress_Guides.pdf. أعيد طبعها بإذن من مركز تقويم وتقويم تعلم الطلاب.

في برامج التقييم واسعة النطاق ، من المعتاد أن يقرر موظفو الدولة نموذج القياس الذي سيتم استخدامه ، بالتشاور مع مقاول تطوير الاختبار. غالبًا ما تكون إما نظرية اختبار كلاسيكية أو أحد نماذج IRT. تتوفر نماذج أخرى (انظر على سبيل المثال ، الفصل 4 من NRC [2001 ب] لاستطلاع حديث) ، على الرغم من أن هذه كانت محصورة بشكل أساسي في الدراسات البحثية بدلاً من التطبيقات واسعة النطاق. يعتمد القرار بشأن نموذج القياس الذي يجب استخدامه بشكل عام على المعلومات المقدمة من الدولة حول الاستنتاجات التي تريد دعمها بنتائج الاختبار ، وعلى النموذج الذي يستخدمه المقاول عادةً لتحقيق أهداف مماثلة.

المربع 5-9
قواعد تسجيل ديلاوير للاختبارات الكيميائية

السؤال الأول: يتكون خليطك من ثلاث مواد كيميائية عملت معها في هذه الوحدة. قد لا يكون لديك نفس الخليط مثل جارك. باستخدام حاستين أو أكثر ، لاحظ الخليط المجهول. اكتب على الأقل ثلاث خصائص فيزيائية لاحظتها. لا تتذوق الخليط.

يقيس هذا السؤال قدرة الطلاب على ملاحظة وتسجيل الخصائص الفيزيائية للمزيج.

معيار الرد الكامل:

يحدد ويسجل ثلاث خواص فيزيائية مختلفة باستخدام حاستين أو أكثر ، على سبيل المثال ، يشعر بالنعومة ، مثل مسحوق ، وعرة ، وأبيض ، وبه بلورات ، وما إلى ذلك.

استجابة كاملة

الاستجابة تستوفي المعيار أعلاه.

يسرد ثلاث خصائص ويتضمن مادة محددة واحدة ، مثل السكر.

استجابة صحيحة جزئيًا

يسجل خاصيتين فيزيائيتين مختلفتين باستخدام حاسة واحدة أو أكثر.

يسجل خاصيتين فيزيائيتين مختلفتين باستخدام حاسة واحدة أو أكثر ، بالإضافة إلى إضافة اسم مادة كيميائية (مادة).

استجابة غير صحيحة

يسجل خاصية مادية واحدة.

يحدد مادة (السكر) وليس أي خصائص.

أي إجابة أخرى غير صحيحة.

عدم الرد

تم شطبها أو محوها أو عدم وضوحها أو عدم اكتمالها أو استحالة تفسيرها.

تقييم الصلاحية الإدراكية للتقييم

يرغب المعلمون وصانعو السياسات والطلاب والجمهور في معرفة أن الاستنتاجات المستمدة من نتائج الاختبارات العلمية مبررة. لمعالجة الصلاحية المعرفية لاختبارات التحصيل العلمي ، طور شافيلسون وزملاؤه (أيالا ، ويين ، وشافيلسون ، وفانيديس 2002 رويز بريمو ، وشافلسون ، ولي ، وشولتز 2001) استراتيجية لتحليل الاختبارات العلمية للتأكد مما يقيسونه. يمكن استخدام نفس العملية لتحليل معايير الولاية ومقارنة ما يقيسه التقييم مع أهداف الحالة و rsquos لتعلم الطلاب.

في قلب العملية يوجد إطار إرشادي لوضع تصور لـ

بناء التحصيل العلمي على أنه يتكون من أربعة أنواع مختلفة ولكن متداخلة من المعرفة. أنواع المعرفة هي:

المعرفة التقريرية هو معرفة و [مدش] على سبيل المثال ، معرفة الحقائق أو التعاريف أو القواعد.

المعرفة الإجرائية يعرف كيف و [مدش] على سبيل المثال معرفة كيفية حل معادلة ، وإجراء اختبار لتحديد حمض أو قاعدة ، وتصميم دراسة ، وتحديد الخطوات المتضمنة في أنواع أخرى من المهام.

المعرفة التخطيطية هو معرفة لماذا و [مدش] على سبيل المثال ، لماذا تغرق الأشياء أو تطفو ، أو لماذا تتغير الفصول و [مدش] يتضمن مبادئ أو نماذج عقلية أخرى يمكن استخدامها لتحليل أو شرح مجموعة من النتائج.

المعرفة الاستراتيجية هو معرفة كيف ومتى يتم تطبيق معرفة one & rsquos في موقف جديد أو عند استيعاب معلومات جديدة و mdash على سبيل المثال ، تطوير استراتيجيات حل المشكلات ، وتحديد الأهداف ، ومراقبة تفكير one & rsquos في الاقتراب من مهمة أو موقف جديد.

باستخدام منظور التفاعل الممتحن و ndashtest لشرح كيفية قيام الطلاب بإحضار معارفهم وتطبيقها للإجابة على أسئلة الاختبار ، طور الباحثون طريقة لتحليل عناصر الاختبار منطقيًا وربطها بإطار عمل التحصيل لأنواع المعرفة (لي ، 2001). يمر كل عنصر في الاختبار بسلسلة من التحليلات المصممة للتأكد مما إذا كان العنصر سيخرج استجابات تتفق مع ما ينوي التقييم قياسه وما إذا كانت الردود التي يستخرجونها يمكن تفسيرها لدعم أي استنتاجات مقصودة أن المقيم يأمل في الاستفادة من النتائج.

قام لي وشافيلسون وزملاؤه (لي ، 2001 Shavelson and Li ، 2001 Shavelson et al. ، 2004) بتطبيق هذا الإطار في تحليل الأجزاء العلمية للدراسة الدولية الثالثة للرياضيات والعلوم و mdashRepeat (TIMMS-R) (السكان 2) وديلاوير برنامج اختبار الطلاب. وجدوا أن كلا الاختبارين كان لهما وزن كبير على المعرفة التصريحية و mdashal ما يقرب من 60 في المائة. تم تقسيم العناصر المتبقية بين المعرفة الإجرائية والتخطيطية. قام الباحثون أيضًا بتحليل معايير المحتوى العلمي لولاية ديلاوير باستخدام إطار الإنجاز ووجدوا أن معايير الولاية كانت أكثر ترجيحًا تجاه المعرفة التخطيطية أكثر من التقييم و [مدش] مشيرين إلى أن التقييم لم يمثل بشكل كاف الأولويات المعرفية الواردة في معايير الولاية. أدت هذه النتائج إلى تغييرات في برنامج اختبار الولاية وتطوير نظام تقييم قوي مرتبط بالمناهج الدراسية لتحسين تعلم الطلاب لتكملة اختبار الولاية وتقديم معلومات إضافية عن تحصيل الطلاب في العلوم (التواصل الشخصي ، راشيل وود).

بناء التقييم التنموي حول التعلم

قامت اللجنة بتكليف فريقين للتصميم ضما العلماء ومعلمي العلوم وخبراء لديهم معرفة بكيفية تعلم الأطفال للعلوم

اقتراح طرق لاستخدام الأبحاث حول تعلم الأطفال و rsquos لتطوير تقييمات واسعة النطاق على المستوى الوطني ومستوى الولاية ، وتقييمات الفصول الدراسية التي كانت متسقة معهم. طُلب من الفرق النظر في الطرق التي يمكن من خلالها استخدام الأدوات والاستراتيجيات المستمدة من الأبحاث حول تعلم الأطفال و rsquos لتطوير مناهج جديدة لوضع المعايير وتصميم التقييمات وتفسيرها.

طُلب من كل فريق وضع تقدم تعليمي لنظرية مهمة أو فكرة كبيرة في العلوم الطبيعية. كان من المقرر أن يعتمد تقدم التعلم على الدراسات التجريبية والنظرية المعرفية والتحليل المنطقي للمفاهيم والمبادئ والنظرية. طُلب من الفرق النظر في الطرق التي يمكن من خلالها استخدام تقدم التعلم لبناء استراتيجيات لتقييم الطلاب وفهم أسس النظرية ، بالإضافة إلى فهمهم للنظرية نفسها. يجب أن تكون استراتيجيات التقييم (إذا طوروها) تنموية ، أي لاختبار الطلاب وفهم أكثر تعقيدًا تدريجيًا للطبقات المختلفة للنظرية وأساس rsquos في تسلسل يقترح فيه العلم المعرفي أنه يمكن توقع تطوره بشكل معقول. يتم تلخيص عمل هاتين المجموعتين أدناه. يمكن الحصول على نسخ من أوراقهم على http://www7.nationalacademies.org/bota/Test_Design_K-12_Science.html.

تداعيات البحث على تعلم الأطفال و rsquos للتقييم: نظرية المادة والجزيئات الذرية 9

استخدم هذا الفريق بحثًا عن تعليم الأطفال و rsquos حول طبيعة المادة والمواد ، وكيف تتغير المادة والمواد ، والتركيب الذري للمادة 10 لتوضيح عملية تطوير التقييمات التي تعكس البحث حول كيفية تعلم الطلاب وتطوير فهم هذه المفاهيم العلمية.

كانت خطوتهم الأولى هي تنظيم المفاهيم الأساسية للنظرية الجزيئية الذرية حول ستة أفكار كبيرة تشكل مجموعتين رئيسيتين: أول مجموعتين المستوى العياني العنقودية والأربعة الأخيرة شكل المستوى الجزيئي الذري الكتلة (المربع 5-10 يقدم مزيدًا من التفاصيل حول هذه المفاهيم). تشرح النظرية الجزيئية الذرية الأفكار الكبيرة العيانية التي تمت دراستها مسبقًا وتقدم تفسيرات أعمق للخصائص والظواهر العيانية.

باستخدام البحث عن تعليم الأطفال و rsquos ، حدد الفريق المسارات و [مدش]تقدم التعلم& mdasht التي من شأنها تتبع المسار الذي قد يسلكه الأطفال كإرشادات تساعدهم على الانتقال من أفكار na & iumlve إلى فهم أكثر تعقيدًا للنظرية الجزيئية الذرية. لاحظت المجموعة أن البحث يشير إلى التحديات

ورقة أعدها للجنة كارول سميث وماريان وايزر وآندي أندرسون وجو كراجسيك وبريان كوبولا (2004).

يتم تمثيل هذه الأفكار في كل من معايير محو الأمية العلمية (AAAS ، 1993) و معايير تعليم العلوم الوطنية (المجلس النرويجي للاجئين ، 1996).

المربع 5-10
النظرية الذرية الجزيئية

تتطلب قدرة الأطفال و rsquos على تقدير قوة النظرية الذرية عددًا من الفهمات ذات الصلة حول طبيعة المادة وأنواع المواد ، وكيف تتغير المادة والمواد ، والتركيب الذري للمادة. تم تفصيل هذه التفاهمات في وثائق المعايير. سميث وآخرون. (2004) نظمهم حول ستة أفكار كبيرة تشكل مجموعتين رئيسيتين: الأولى والثانية شكل a المستوى العياني العنقودية والأربعة الأخيرة شكل المستوى الجزيئي الذري العنقودية. تم تقديم المجموعة الأولى في الصفوف الأولى وتم تفصيلها طوال فترة الدراسة. يتم تقديم الثاني في المدرسة الإعدادية ويتم تفصيله في المدرسة الإعدادية والثانوية. تشرح النظرية الجزيئية الذرية الأفكار الكبيرة العيانية التي تمت دراستها مسبقًا وتقدم تفسيرات أعمق للخصائص والظواهر العيانية.

ستة أفكار كبيرة للنظرية الجزيئية الذرية التي تشكل مجموعتين رئيسيتين

الخصائص العيانية: يمكننا التعرف على الأشياء والمواد التي تشكل العالم من خلال القياس والتصنيف والوصف وفقًا لخصائصها.

الحفظ العياني: يمكن تحويل المادة ، ولكن لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها ، من خلال العمليات الفيزيائية والكيميائية.

النظرية الجزيئية الذرية: كل المواد التي نواجهها على الأرض تتكون من أقل من 100 نوع من الذرات ، والتي عادة ما تكون مرتبطة ببعضها البعض في جزيئات وشبكات.

التفسير الذري الجزيئي للمواد: يتم تحديد خصائص المواد من خلال طبيعة وترتيب وحركة الذرات والجزيئات التي تتكون منها.

التفسير الذري الجزيئي للتحولات: تتضمن التغييرات في المادة كلاً من التغييرات والاستمرارية الأساسية في الذرات والجزيئات.

تمييز البيانات من التفسيرات الذرية الجزيئية: يجب تمييز خصائص وتغيرات الذرات والجزيئات عن الخصائص والظواهر العيانية التي تمثلها.

متأصلة في التحرك من خلال التقدم ، لأنها تنطوي على فهم مجهري للمواد والمواد بالإضافة إلى الفهم النانوسكوبي للذرات والجزيئات. يحتوي المربع 5-11 على هذه التطورات كما تصورها فريق التصميم هذا. يقدم الفريق التحذيرات التالية حول هذا التقدم. أولاً ، تقدم التعلم ليس حتميًا ولا يوجد ترتيب واحد صحيح ويتعلم الأطفال mdashas ، تحدث العديد من التغييرات في وقت واحد بطرق متعددة ومترابطة ، وليس بالضرورة في القيود والمرتبة

المربع 5-11
توضح المفاهيم والأفكار التأسيسية المرتبطة بالنظرية الجزيئية الذرية إمكانية تقدم التعلم

تجارب مع مجموعة واسعة من المواد والظواهر. يوسع الأطفال نطاق تجاربهم مع المواد وخصائص المواد والتغييرات في المواد. غالبًا ما تساعدهم التجارب الجديدة على رؤية قيود أفكارهم السابقة وقبول الأفكار الجديدة التي تمثل نطاقًا أوسع من الظواهر.

زيادة التطور في وصف وقياس وتصنيف المواد. يتعلم الأطفال حول حدود انطباعاتهم الحسية ويتقنون استخدام مجموعة واسعة من الأدوات لقياس وتصنيف خصائص المواد والتغيرات في المواد. يصبحون على دراية بخصائص المواد التي لا يتم الكشف عنها من خلال الملاحظة العرضية ويتعلمون قياسها. كما أنهم أصبحوا على دراية بتكوين العديد من المواد ، مدركين أنه حتى المواد المتجانسة هي عبارة عن خليط من المواد ، بما في ذلك العناصر والمركبات المختلفة.

تطوير حسابات سببية تركز على المادة والكتلة. ينتقل الأطفال من تفسيرات التغييرات كأحداث ناتجة عن ظروف أو ظروف إلى تفسيرات تركز على آليات التغيير وعلى تتبع المواد من خلال التغييرات. لقد أدركوا أن الكتلة هي مقياس أساسي لمقدار المادة ، لذلك يجب حساب التغيرات في الكتلة من حيث دخول المادة أو مغادرتها للنظام. يتعلمون أن الغازات هي أشكال من مادة مثل المواد الصلبة والسوائل ، وبالتالي فإن الغازات لها كتلة ويمكن استخدامها لتفسير التغيرات الكتلية غير القابلة للتفسير.

بالطريقة التي تظهر بها في تقدم التعلم. ثانيًا ، يكون أي تقدم تعليمي استنتاجيًا أو افتراضيًا حيث لا توجد دراسات طويلة المدى للأطفال الفعليين الذين يتعلمون مفهومًا معينًا ، ويصعب وصف الطلاب والتفكير المنطقي لأن الباحثين المختلفين استخدموا طرقًا وأطرًا مفاهيمية مختلفة.

لتصميم التقييمات للاستفادة من الطلاب & [رسقوو] التقدم على طول هذا التعلم ، اقترح الفريق عملية من ثلاث مراحل:

قم بتدوين الأفكار الكبيرة في عروض التعلم: أنواع المهام أو الأنشطة المناسبة لإعدادات الفصل الدراسي والتي يمكن للطلاب من خلالها إظهار فهمهم للأفكار الكبيرة والممارسات العلمية.

استخدم عروض التعلم لتطوير مجموعات من مهام أو عناصر التقييم ، بما في ذلك العناصر التقليدية وغير التقليدية التي (أ) مرتبطة بالمبادئ في المعايير و (ب) قابلة للتحليل باستخدام أدوات القياس النفسي.

استخدم البحث عن تعلم الأطفال و rsquos كأساس لتفسير الطالب

زيادة العمق النظري. يطور الأطفال حسابات لخصائص المادة والتغيرات في المادة التي تزيد من استخدام الآليات الخفية والنظرية الجزيئية الذرية. إنهم قادرون بشكل متزايد على الاستفادة من جميع الأفكار الست الكبيرة (المذكورة أعلاه) وتطوير الحسابات التي تنسق أربعة مستويات مختلفة من الوصف:

الانطباعات أو المظاهر الحسية& [مدش] ما نراه ونشعر به و مدشور يتعلق به

الخصائص أو المتغيرات القابلة للقياس& mdashmass ، الحجم ، الكثافة ، درجة الحرارة ، الضغط ، وما إلى ذلك و mdash التي ترتبط بـ

المواد المكونة والمواد الكيميائية ، وأخيرًا إلى

ال الذرات والجزيئات التي تتكون منها تلك المواد.

خلال المدرسة الابتدائية ، يعمل الطلاب على تنسيق المستويين الأولين حيث يطورون فهمًا عيانيًا سليمًا للمادة والمواد بناءً على القياس الدقيق. من المدرسة المتوسطة فصاعدًا يقومون بتنسيق جميع المستويات الأربعة أثناء تطويرهم لفهم النظرية الجزيئية الذرية وقوتها التفسيرية الواسعة.

فهم طبيعة واستخدامات الأدلة والنظريات العلمية. يتعلم الأطفال التمييز بين البيانات والنماذج أو النظريات ، والتي يمكن استخدامها لحساب العديد من الملاحظات والتجارب المختلفة. أصبحوا قادرين بشكل متزايد على تطوير وانتقاد الحجج التي تنطوي على الاستخدام المنسق للبيانات والنظريات. كما أنهم أصبحوا أكثر تعقيدًا في فهمهم لمصادر عدم اليقين وقدرتهم على استخدام التفكير الشرطي والافتراضي.

الاستجابات ، وشرح كيف تكشف الاستجابات الطلاب عن تفكيرهم فيما يتعلق بالأفكار الكبيرة وتطورات التعلم.

في إنشاء أمثلة لتوضيح عمليتهم ، وضع الفريق أسبابه في كل خطوة في عملية التطوير و mdash من المعايير الوطنية إلى معايير مفصلة لأداء التعلم إلى عناصر التقييم والتفسيرات و mdashand حول المساهمات التي يمكن أن يقدمها البحث عن تعليم الأطفال و rsquos في كل خطوة. من خلال القيام بذلك ، يوضحون سبب اعتقادهم بأن التقييمات الصفية والواسعة النطاق التي تم تطويرها باستخدام هذه الأساليب سيكون لها ثلاث صفات مهمة مفقودة في معظم التقييمات الحالية:

مبادئ واضحة لتغطية المحتوى. نظرًا لأن التقييمات يتم تنظيمها حول الأفكار الكبيرة التي تتجسد في الممارسات والمحتوى العلمي الرئيسي ، فإن تنظيمها وعلاقتها بالموضوعات في المناهج ستكون واضحة. بدلاً من أخذ العينات بشكل عشوائي أو تعسفي من عدد كبير من المعايير الفردية ، قم بتقييم-

يمكن أن تتضمن الملاحظات التي تم تطويرها باستخدام هذه الأساليب بشكل متوقع عناصر تقيم الطلاب وفهمهم للأفكار الكبيرة والممارسات العلمية.

علاقات واضحة بين المعايير وعناصر التقييم. نظرًا لأن المنطق والأساليب المستخدمة في كل مرحلة من مراحل عملية التطوير واضحة ، فإن تفسير المعايير والعلاقات بين المعايير وعناصر التقييم واضح. العلاقة بين المعايير وعناصر التقييم واضحة وبالتالي يسهل فحصها.

تقديم رؤى حول تفكير الطلاب و rsquo. ستساعد التقييمات ونتائجها المعلمين على فهم تفكير طلابهم والاستجابة له. لهذا الغرض ، يعد تفسير استجابات الطلاب أمرًا بالغ الأهمية ، وتتطلب التفسيرات الموثوقة قاعدة بحثية. وبالتالي ، فإن تطوير العناصر التي تكشف عن الطلاب والتفكير هو أسهل بكثير بالنسبة للمادة والنظرية الجزيئية الذرية مقارنة بالموضوعات الأخرى ذات القواعد البحثية الأقل شمولاً.

بينما توضح هذه المجموعة الدور الرئيسي الذي يمكن أن يلعبه البحث حول التعلم في تصميم تقييمات علمية عالية الجودة ، فقد لاحظوا أنه بالنسبة للمقيمين الذين يكون اهتمامهم الأساسي هو التقييم والمساءلة ، قد لا تبدو هذه الصفات بنفس أهمية بعض الصفات الأخرى ، مثل الكفاءة والموثوقية. وخلصوا ، مع ذلك ، إلى أن التقييمات بهذه الصفات ضرورية لتحسين تقييم العلوم على المدى الطويل.

علم الأحياء التطوري 11

في حين أن أهمية دمج نتائج الأبحاث حول تعلم الطلاب في تطوير التقييم أمر معترف به على نطاق واسع ، فإن البحث في العديد من مجالات تعلم العلوم غير مكتمل. جادل فريق التصميم الذي تناول علم الأحياء التطوري ، مع ذلك ، بأن انتظار البحث لسد جميع الفجوات لن يكون له ما يبرره. لتوضيح سبب عدم ضرورة الانتظار ، طور الفريق نهجًا لإنتاج استنتاجات حول تعلم الطلاب والتي تطبق وجهة نظر معاصرة للتقييم وتستغل نظرية التعلم. يتمثل نهجهم في استخدام نظرية التعلم لتحديد ما يجب تقييمه بشكل أكثر وضوحًا والمهام أو الظروف التي يمكن أن توفر أدلة حول فهم الطلاب ، بحيث تكون الاستنتاجات حول الطلاب ومعرفةهم على أسس جيدة. النهج من ثلاثة مكونات.

أولاً ، في نظام التعليم القائم على المعايير ، يعتمد مطورو التقييم على المعايير لتحديد ما يجب أن يعرفه الطلاب (البنى) ، ومع ذلك غالبًا ما تحجب المعايير المفاهيم والممارسات التأديبية الهامة المتأصلة فيها. لتصحيح ذلك ، يقترح الفريق تطوير هيكل مفاهيمي مركزي حول الأفكار الكبيرة الواردة في المعايير كوسيلة لتوضيح ما هو مهم للتقييم. قد ترتبط العديد من المعايير الفردية بنفس الشيء

ورقة أعدها Kefyn Catley و Brian Reiser و Rich Lehrer (2005) للجنة.

فكرة كبيرة ، بحيث يكون التركيز عليها وسيلة لتكثيف المعايير. من الناحية المثالية ، تتم إعادة النظر في الفكرة الكبيرة طوال فترة الدراسة ، بحيث يتم صقل معرفة الطالب و rsquos بشكل تدريجي. من المحتمل أن تبسط هذه الممارسة المواءمة بين المناهج والتقييم لأن كلاهما مرتبط بنفس مجموعة التركيبات.

يدعو الفريق أيضًا إلى اختيار الأفكار الكبيرة مع وضع مسارات التنمية المستقبلية في الاعتبار بحزم. لاحظوا أن هذه متاحة في بعض الأحيان من خلال البحث في التعلم ، ولكن عادة ما تعتمد أيضًا على آراء المعلمين الرئيسيين بالإضافة إلى بعض التخمينات الملهمة لسد الفجوات في قاعدة البحث.

ثانيًا ، المعايير محاذاة مع الأفكار الكبيرة ، بحيث يمكن اعتبارها في سياق الأفكار الأكثر مركزية. هذه الممارسة هي وسيلة أخرى لتقليم المعايير ، وهي طريقة لتطوير التماسك بين المعايير الفردية.

ثالثًا ، يتم وضع المعايير على النحو التالي عروض التعلم. كما تم وصفه سابقًا ، تصف عروض التعلم العمليات المعرفية المحددة والممارسات المرتبطة بها والتي ترتبط بتحقيق معايير معينة ، وبالتالي تساعد في توجيه اختيار المواقف لجمع أدلة الفهم وكذلك القرائن على ما يعنيه الدليل.

يوضح الفريق نهجه من خلال تطوير خريطة للأفكار الكبيرة وعروض التعلم المرتبطة بالبيولوجيا التطورية للسنوات الثماني الأولى من الدراسة. يتتبع رسم الخرائط تطور ستة أفكار كبيرة ذات صلة تدعم فهم الطلاب و rsquo للتطور. الأول والأهم هو التنوع: لماذا الحياة متنوعة جدًا؟ تلعب المفاهيم الأساسية الأخرى دورًا داعمًا: (أ) علم البيئة ، (ب) وظيفة الهيكل ، (ج) التباين ، (د) التغيير ، (هـ) العمليات الجيولوجية. بالإضافة إلى هذه التركيبات التأديبية ، يتم تضمين عادات أساسية للعقل: الأدوات الرياضية التي تدعم التفكير حول هذه الأفكار الكبيرة ، وأشكال التفكير التي غالبًا ما تستخدم في دراسات التطور ، وخاصة التفكير القائم على النموذج والتحليل المقارن. في كل من نطاقات الصفوف الثلاثة (K & ndash2 3 & ndash5 ، 6 & ndash8) ، تم وضع المعايير التي وضعها المجلس القومي للبحوث (1996) والرابطة الأمريكية لتقدم العلوم (1993) لتشمل أداء التعلم. مع تقدم التعليم ، تعكس عروض التعلم هذه زيادة التنسيق والتواصل بين الأفكار الكبيرة. على سبيل المثال ، يتم التعامل مع التنوع في البداية على أنه نوع من الجودة الموجودة في العالم الحي ، ولكن على مدار سنوات الدراسة ، يتم تفسيره باللجوء إلى تطوير المفاهيم حيث يتعلم الطلاب عن وظيفة الهيكل ، والتنوع ، والتغيير ، والبيئة ، والجيولوجيا.

اختار الفريق هذا الموضوع بسبب دوره الحاسم والموحد في العلوم البيولوجية ولأن التعلم عن التطور يتطلب التوليف والتنسيق بين شبكة من المفاهيم والممارسات ذات الصلة ، بدءًا من علم الوراثة والبيئة إلى الجيولوجيا ، لذلك من المرجح أن يظهر فهم التطور عبر سنوات الدراسة. وبالتالي ، فإن التعلم عن التطور سيكون تقدميًا وسيشمل التنسيق بين التخصصات المنفصلة (على النقيض من ذلك ، يمكن للمرء أن يتعلم عن البيئة أو الجيولوجيا دون النظر إلى دورهما في التطور). على عكس المجالات الأخرى في تعليم العلوم ، لم يتم تنفيذ التطور.

بحثت oughly. يمثل المجال تحديات كبيرة لأولئك الذين يرغبون في وصف المسارات التي قد يتطور من خلالها التعلم في هذا المجال والتي يمكن أن توجه التقييم. وهكذا ، كان التطور بمثابة قاعدة اختبار لهذا النهج.

الاستنتاجات

يعد تصميم تقييمات علمية عالية الجودة هدفًا مهمًا ، ولكن يصعب تحقيقه. كما تمت مناقشته في الفصل 3 ، يجب أن تستهدف التقييمات العلمية المعرفة والمهارات والعادات الذهنية الضرورية لمحو الأمية العلمية ، ويجب أن تعكس المعرفة والفهم العلميين الحاليين بطرق دقيقة ومتسقة مع الطرق التي يفهم بها العلماء العالم. . يجب أن يقيِّم فهم الطلاب للعلم كمجال محتوى وفهمهم للعلم كنهج. يجب أن يقدم أيضًا دليلًا على أنه يمكن للطلاب تطبيق معرفتهم بشكل مناسب وأنهم يبنون على معارفهم ومهاراتهم الحالية بطرق تؤدي إلى فهم أكثر اكتمالاً للمبادئ الأساسية والأفكار الكبيرة للعلم. إضافة إلى التحدي ، فإن الكفاءة في العلوم متعددة الأوجه ولا تتبع مسارًا منفردًا. تتطور الكفاءة في العلوم إلى حد كبير مثل التعاقب البيئي ، مع حدوث تغييرات في وقت واحد بطرق متعددة مترابطة. يجب أن يعالج التقييم العلمي هذه التعقيدات مع تلبية المعايير الفنية المهنية للموثوقية والصلاحية والإنصاف للأغراض التي سيتم استخدام النتائج من أجلها.

لذلك تخلص اللجنة إلى أن الهدف من تطوير تقييمات علمية عالية الجودة لن يتحقق إلا من خلال الجهود المشتركة للعلماء ومعلمي العلوم وعلماء النفس التنموي والمعرفي وخبراء التعلم وأخصائيي القياس التربوي الذين يعملون بشكل تعاوني وليس منفصلين. إن خبرة فرق التصميم الموضحة في هذا الفصل والنتائج المتعددة التي توصلت إليها لجان المجلس النرويجي للاجئين الأخرى (NRC، 1996، 2001b، 2002) تدعم هذا الاستنتاج. لا يتمتع مقاولو الاختبار التجاري عمومًا بميزة وجهات النظر المتنوعة هذه حيث يقومون بإنشاء أدوات تقييم للدول. ولهذا السبب نقترح في الفصل التالي أن تقوم الدول بإنشاء مجالس استشارية خاصة بها خاصة بالمحتوى لمساعدة موظفي الدولة المكلفين بالعمل مع المقاولين. يمكن لهذه الهيئات تقديم المشورة للدول بشأن ملاءمة استراتيجيات التقييم وجودة ودقة العناصر والمهام المدرجة في أي اختبارات مطورة خارجيًا.

أسئلة للدول

وصف هذا الفصل طرق التفكير في تصميم التقييمات العلمية التي يمكن تطبيقها على التقييمات على جميع مستويات النظام. نقدم الأسئلة التالية لتوجيه الدول في تقييم مناهجها لتطوير تقييمات العلوم:


نتائج

تطوير النموذج وتركيب البيانات

تم الإبلاغ عن الحد الأقصى لقيم احتمالية تسجيل الدخول لكل نموذج وماوس في الجدول C1. باستخدام اختبار نسبة الاحتمالية ، تم اختيار النموذج 7 باعتباره الأنسب لعشرة من الفئران الثلاثة عشر. الثلاثة التي لم يكن النموذج 7 مناسبًا لها ، كان لكل منها النموذج 8 باعتباره الأنسب ولكن كان لديها أقصى تقديرات احتمالية لمعدلات تحويل الخلايا المشيمية التي لا يمكن التوفيق بينها بسهولة مع القيم المنشورة (AS 10 5 mouse 1 ، $ g = 0.3 $ AS 10 5 فأر 3 ، $ g = 0.19 $ AS 10 6 Mouse 2 ، $ g = 0.197 $). يصعب الحصول على تقديرات تجريبية لمعدلات تحويل الخلايا المشيمية لأنه لا يمكن حساب سوى المنتج النهائي لهذه العملية وقد يتخلص الجهاز المناعي بسرعة من الخلايا المشيمية الناضجة (Taylor and Read 1997). بدلاً من ذلك ، قامت بعض الدراسات بقياس النسبة اليومية من إجمالي الطفيليات (الخلايا المشيمية والميروزويت) التي هي خلايا مشيجية (Buckling et al. 1999 Shutler et al. 2005). يعمل هذا بمثابة وكيل معقول لمعدل التحويل في حالة عدم وجود دليل على استجابة مناعية قوية خاصة بالخلية المشيمية ، مع الأخذ في الاعتبار العمر الطويل نسبيًا في مجرى الدم للخلايا المشيمية مقارنةً بالميروزويت (يُقدر نصف عمر الخلية المشيمية بـ 8 ساعات من أجل ذكور و 16 ساعة للإناث ريس وآخرون 2003). في الإصابات التجريبية مع المتصورة تشابودي استنساخ DK في ظل الظروف العادية ، تشكل الخلايا المشيمية حوالي 1٪ -2٪ من جميع الطفيليات المنتشرة ، وحتى عند كثافتها القصوى ، لا تشكل أكثر من 10٪ (Shutler et al. 2005). في ظل التحفيز الأقصى ، من الممكن أن تصل معدلات التحويل إلى قيم أعلى من 0.1 ، ولكن لا يوجد دليل تجريبي على استمرار هذه المعدلات المرتفعة طوال فترة المرحلة الحادة من العدوى ، وبالتالي ، فإننا نستبعد النموذج 8 لهذه الفئران. كان النموذج التالي الأفضل لكل من هذه الفئران الثلاثة هو النموذج 7 ، لذلك اتخذنا هذا النموذج باعتباره أفضل نموذج ملائم لهذه الفئران لبقية التحليلات. لا يتغير أي من استنتاجاتنا حول حجم اللقاح أو تأثيرات الاستنساخ نوعيًا باختيار النموذج 8 بدلاً من ذلك.

إن أفضل منحنيات تناسب جميع الفئران هي في اتفاق نوعي جيد مع كثافات كرات الدم الحمراء المقاسة (انظر الشكل 2). من أفضل النماذج المناسبة وتقديرات المعلمات ، أنشأنا تنبؤات لديناميكيات الطفيليات موضحة ، جنبًا إلى جنب مع البيانات التجريبية ، في الشكل 3. بالنظر إلى أننا لم نستخدم هذه البيانات للتركيب ، يقوم النموذج بعمل جيد في الشرح النوعي ديناميات الطفيليات ، مع استثناءات قليلة ملحوظة. بالنسبة للفأر 4 من تجربة AS 10 5 ، يتنبأ النموذج بكثافة طفيلي عالية بشكل غير معقول للذروة الثانية. هناك حالة شاذة واحدة محتملة في قياسات كرات الدم الحمراء لهذا الفأر تحدث في اليوم العاشر بعد التلقيح. لقد حذفنا نقطة البيانات هذه ، وأعدنا النموذج ، ووجدنا تنبؤات أكثر منطقية لديناميكيات الطفيل (كما هو موضح بالخط الأزرق في الشكلين 2 ، 3). نشير إلى مجموعة البيانات المعدلة هذه مع حذف واحد خارجي مثل الماوس 4 ′. أيضًا ، بالنسبة للفأر 2 من تجربة AS 10 6 ، فشل النموذج في التقاط توقيت قمم الطفيليات. في مجموعة البيانات هذه ، لم تكن هناك قيم متطرفة واضحة في قياسات كرات الدم الحمراء ، لكن ديناميكيات كرات الدم الحمراء تبدو مختلفة تمامًا عن تلك الخاصة بالفئران الأخرى في هذه التجربة. على وجه الخصوص ، تنخفض كثافة كرات الدم الحمراء بعد حوالي يومين من انخفاضها في الفئران الأخرى ، على الرغم من التوقيت المماثل في قمم الطفيليات ، وتفشل كثافة كرات الدم الحمراء في إظهار أي زيادة حقيقية بعد ذروة الطفيل الثانية. تم استبعاد هذا الماوس من التحليل الإحصائي الإضافي. الشكل 2:

البيانات التجريبية وأفضل المنحنيات المناسبة لديناميات خلايا الدم الحمراء. الدوائر، القيم المرصودة خطوط الصلبة، الأنسب. تكون العدوى بطفيليات 10 5 AS أو 10 6 AS أو 10 6 DK. خط أزرق، أفضل منحنى مناسب للماوس 4 في تجربة 10 5 AS مع إزالة جزء خارجي واحد (اليوم 10) (يُشار إليه بالماوس 4 ′). تناسب النموذج جيد جدًا لجميع الفئران. القيم الجيدة ‐ من الملائمة للتلقيح AS 10 5: فأر 1 = 388 ، فأر 3 = 134 ، فأر 4 = 739 ، فأر 5 = 134 لتلقيح AS 10 6: فأر 1 = 824 ، فأر 3 = 581 ، فأر 4 ′ = 590 ، فأر 5 = 642 للتلقيح DK 10 6: فأر 1 = 610 ، فأر 2 = 866 ، فأر 3 = 727 ، فأر 4 = 368. تمثل القيم الأكبر من 50 نوبات جيدة.

البيانات التجريبية والمحاكاة لديناميات الطفيليات. الدوائر، القيم المرصودة خطوط الصلبة، تنبؤات نموذجية (باستخدام معلمات ملائمة لبيانات خلايا الدم الحمراء فقط). تكون العدوى بطفيليات 10 5 AS أو 10 6 AS أو 10 6 DK. خط أزرق، تنبؤات النموذج للماوس 4 في تجربة 10 5 AS بعد إزالة واحدة (اليوم 10).

تحليل احصائي

يتم إعطاء قيم الجودة ‐ of fit للنموذج 7 لجميع الفئران في وسيلة إيضاح الشكل 2 ويتم عرضها بيانياً في الشكل C1. كانت النوبات جيدة جدًا لجميع الفئران وكانت جميع المعلمات مهمة لكل فأر. يتم عرض المعلمات الأكثر ملاءمة للنموذج 7 للفئران الفردية في الجدول C2 ، وتظهر الأشكال الصندوقية لتوزيعات المعلمات المقدرة في الأشكال C2 - C4.

يمكن رؤية بعض الاتجاهات عند مقارنة القيم المقدرة لمعايير معينة داخل الأفراد. على وجه الخصوص ، يميل عجز كرات الدم الحمراء إلى التعويض بسرعة أكبر في ظل ظروف فقر الدم مقارنة بكثافات كرات الدم الحمراء الطبيعية (على سبيل المثال ، $ theta _ <0> & lt theta _ $ انظر الشكل C4). بالإضافة إلى ذلك ، يتم إثبات جانب واحد من أهمية البنية العمرية لـ RBC في هذه التوزيعات: لكل فرد ، يكون معدل غزو كرات الدم الحمراء الناضجة تمامًا أعلى من معدل غزو الخلايا الشبكية (أي $ beta _& lt بيتا _$ انظر الشكل. C2) ، غالبًا بترتيب من حيث الحجم. تتحكم معدلات الغزو هذه في الاختلافات في التوافر ، لذا فهي تمثل حقًا تفضيلًا لكرات الدم الحمراء الناضجة. على الرغم من هذا التفضيل ، فإن حجم الاندفاع يكون أعلى بالنسبة لمعظم الأفراد في الخلايا الشبكية منه في الخلايا العادية (على سبيل المثال ، $ omega _& GT أوميغا _$ انظر الشكل. C3).

تأثير استنساخ الطفيلي.

من خلال تجميع البيانات من الأفراد ، يمكننا مقارنة توزيعات تقديرات المعلمات لمعرفة تأثير استنساخ الطفيلي على ديناميكيات العدوى ، وعلى وجه الخصوص ، لمحاولة تحديد أساس الاختلافات في الفوعة بين DK (أقل ضراوة ) و AS (أكثر ضراوة) المستنسخات. قارنا فقط تلك البيانات من التطعيمات مع 10 6 طفيليات للتحكم في التأثيرات المحتملة لحجم اللقاح. يتم عرض Boxplots للتوزيعات المجمعة في الشكل C5 ، ويتم سرد القيم المتوسطة في الجدول C3. يحتوي الجدول 2 على قيم معلمة DK المقدرة المتعلقة بقيم AS ، ونفترض ، بشكل تعسفي إلى حد ما ، أن الاختلافات التي تزيد عن 10 ٪ من قيمة AS هي دليل على تأثير استنساخ. متوسط ​​معدلات الغزو للخلايا الشبكية متساوٍ تقريبًا لكلا النسختين ، لكن استنساخ AS له معدل غزو أعلى للخلايا السوية من استنساخ DK. القيم المتوسطة لحجم الاندفاع أعلى أيضًا بالنسبة لطفيليات AS مقارنة بطفيليات DK ، وهذا الاختلاف أكثر وضوحًا في الخلايا الشبكية منه في الخلايا المعيارية. الفئران في المجموعة المصابة بـ AS لديها معدلات أبطأ من إنتاج كرات الدم الحمراء ، سواء عند كثافة كرات الدم الحمراء الطبيعية أو أثناء فقر الدم.

متوسطات توزيعات المعلمات المقدرة المجمعة المتعلقة بـ AS 10

ملحوظة: نفترض أن الاختلاف بنسبة 10٪ أو أكثر دليل على وجود تأثير ، كما هو موضح بواسطة X.

تأثير حجم اللقاح.

قمنا أيضًا بمقارنة توزيعات تقديرات المعلمة لمعرفة تأثير حجم اللقاح على ديناميكيات العدوى. قارنا فقط تلك البيانات من التلقيح بطفيليات AS للتحكم في تأثيرات الاستنساخ المحتملة. يتم عرض Boxplots للتوزيعات المجمعة في الشكل C6 ، ويتم سرد القيم المتوسطة في الجدول C3. القيم المعلمة المقدرة للتجربة 10 5 بالنسبة إلى تلك الخاصة بالتجربة 10 6 معطاة في الجدول 2. القيم المتوسطة لمعدل غزو كرات الدم الحمراء وحجم رشقات الخلايا العادية متساوية تقريبًا. ومع ذلك ، هناك اختلاف ملحوظ في متوسط ​​أحجام انفجار الخلايا الشبكية ، حيث يحصل حجم اللقاح المنخفض على ضعف عدد الميروزيت لكل خلية شبكية مصابة مقارنة بحجم اللقاح المرتفع. تقديرات معدلات إنتاج كرات الدم الحمراء أعلى في حجم اللقاح 10 6 مقارنة بحجم اللقاح 10 5 ، سواء في كثافة كرات الدم الحمراء الطبيعية أو أثناء فقر الدم.

تجارب العدوى المصاحبة

تم رسم تنبؤات النموذج والبيانات التجريبية من تجارب العدوى المصاحبة في الشكلين 4 و 5. على الرغم من عدم السماح بأي اختلاف فردي باستثناء بدء كرات الدم الحمراء وكثافة الطفيليات ، توفر تنبؤات النموذج ملاءمة نوعية معقولة للبيانات ، خاصة بالنسبة للمرحلة المبكرة من الطفيلي ديناميات. القمم والقيعان المتوقعة في كثافات كرات الدم الحمراء لها سعة مماثلة للبيانات ، لكن التوقيت مختلف قليلاً. يتضح هذا بشكل خاص في الفئران 1 و 2 ، حيث من المتوقع أن تنتعش كثافة كرات الدم الحمراء أسرع مما هي عليه في الواقع. يشير هذا إلى أن إنتاج كرات الدم الحمراء في الفئران المصابة بالعدوى المختلطة يكون أبطأ مما هو عليه في الفئران المصابة باستنساخ واحد ، نظرًا لأننا استخدمنا تقديرات معلمة الاستنساخ الفردي لتوليد هذه التنبؤات. على الرغم من هذه الاختلافات ، فإن تنبؤات كثافة الطفيليات جيدة جدًا ، حيث تتنبأ بالتوقيت الصحيح للقمم وحجم الموجة الأولى من الطفيليات. تبدأ تنبؤات النموذج والبيانات في التباعد بعد الذروة الأولى ، حيث يبالغ النموذج في تقدير مستوى الاستبعاد التنافسي لاستنساخ DK الأقل ضراوة بواسطة استنساخ AS الأكثر ضراوة نسبيًا. الشكل 4:

البيانات التجريبية والتنبؤات النموذجية لديناميات خلايا الدم الحمراء (RBC) في تجارب المنافسة. الدوائر، القيم المرصودة خطوط الصلبة، تنبؤات النموذج. العدوى هي طفيليات 10 6 AS و 10 6 DK βص، βن، ωصو ωن محددة بالاستنساخ ويتم تعيينها على القيم المدرجة في الجدول C2 لـ 10 6 تجارب أحادية الاستنساخ ، و0 و θأ يتم تعيينها على متوسط ​​القيم التي تم الحصول عليها من هذه التجارب ويتم تعيين على 2 ، كما تم الحصول عليها من بيانات AS 10 6.

البيانات التجريبية والتنبؤات النموذجية لديناميات الطفيليات في تجارب المنافسة. أحمر، AS الطفيليات أزرق، طفيليات DK الدوائر، القيم المرصودة خطوط الصلبة، تنبؤات النموذج. المعلمات هي نفسها كما في الشكل 4.


2. خلفية

في هذا القسم ، نقدم أولاً مفاهيم من التطور البيولوجي والتي تكون بمثابة مصدر إلهام لمنهجنا في تنظيم عملية التجميع الذاتي. بعد ذلك ، نحدد نموذجًا تجريديًا للتجميع الذاتي وامتداده المرحلي ، ويستخدم للتحقيق في الطبيعة الحسابية لعملية التجميع الذاتي.أخيرًا ، نقدم أمثلة على الأنظمة الفيزيائية المرحلية لمقارنة نهجنا التدريجي.

2.1 التطور البيولوجي

يستخدم التطور البيولوجي مراحل واضحة في توفير حل لبناء كائنات متعددة الخلايا [36]. غالبًا ما تكون المراحل الواضحة في التطور البيولوجي ، مثل الانغماس والمعدة وتشكيل خطة الجسم ، لا رجعة فيها ولا يمكن تكرارها في مراحل لاحقة. يسمح التطور المرحلي في الطبيعة بتكوين أنماط ظاهرية أكثر تعقيدًا ، والتي لولا ذلك لما كانت ممكنة [36].

من العمليات التي ينطوي عليها التطور البيولوجي ، نركز عليها تكوين نمط و التشكل في سياق البحث المقدم هنا. تشكيل النمط هو العملية التي يتم من خلالها تنظيم النمط المكاني والزماني (الشكل أو الوظيفة) لأنشطة الخلية. على سبيل المثال ، يشارك تشكيل النمط في التخطيط الأولي للجسم في الأجنة ، مما يؤدي إلى إنشاء نظام منسق يعتمد على ثلاثة محاور (الأمامي والخلفي والظهري البطني واليسار واليمين فيما يتعلق بالجسم). تستخدم إحدى الآليات لكيفية اكتساب الخلايا للهوية والقيمة الموضعية (فيما يتعلق بالمحور والقيود الحدودية) الانتشار مورفوجين الانحدار. التشكل هو عملية ينتج عنها شكل ثلاثي الأبعاد للكائن الحي (على سبيل المثال ، استخدام هجرة الخلايا في تطور الجنين).

في التطور البيولوجي ، ينتج التدريج عن العوامل البيئية للخلايا التي تؤدي إلى تنشيط وقمع مختلف شبكات تنظيم الجينات داخل الخلايا في أوقات ومواقع مختلفة. تم تطوير نماذج حاسوبية للبيولوجيا التطورية التطورية [20] ، حيث يتم استخدام التطور الاصطناعي لتصميم حل ويستخدم التطوير لبناء الحل. على سبيل المثال ، تم تطوير الهياكل في برمجيات نموذجية للتطوير والتمايز الخلوي ، والتي كانت قادرة على الإصلاح الذاتي عند تلفها [21].

2.2 التجميع الذاتي الحسابي

يتمثل التحدي الذي يواجه إنشاء أنظمة التجميع الذاتي في استخدام المكونات الثابتة على عكس المكونات التي يمكنها التمييز والتواصل (على سبيل المثال ، الخلايا في الكائنات الحية). تقنية النانو DNA و حوسبة الحمض النووي هما تطبيقان يستخدمان مكونات ثابتة. على نطاق النانو ، يعتبر الحمض النووي أحد أكثر المواد الواعدة في ابتكار تقنية النانو ، نظرًا لخصائصه الذاتية التجميع [30 ، 31]. اخترع نادريان سيمان تقنية النانو للحمض النووي [25] ، الذي أدرك أنه يمكن استخدام المشابك ثلاثية الأبعاد لتوجيه الجزيئات ، مما يبسط دراستهم البلورية. فئة واحدة من مكونات مقياس النانو ، بلاط الحمض النووي، لإنشاء هياكل شعرية [35]. تستخدم بلاطات الحمض النووي DNA مزدوج الشريطة المتشابك لإنشاء جسم مربع الشكل للبلاط ، وتمتد خيوط الحمض النووي المفردة من حواف جسم البلاط [35]. في حوسبة الدنا ، يتم التلاعب بالحمض النووي لتشكيل أشكال (على سبيل المثال ، بلاطات الحمض النووي) يمكن أن تتفاعل وتتجمع ذاتيًا لحساب وظائف فيزيائية [24]. تطوير آليات لتمكين عملية التجميع الذاتي لإنشاء الهياكل المستهدفة مطلوبة لتعزيز هذين المجالين. تتضمن هذه الآليات تصميم المكونات (على سبيل المثال ، مجالات الشكل والترابط) ، وتصميم البيئات (على سبيل المثال ، الظروف المستقرة مقابل الظروف المتغيرة) ، وتصميم التفاعلات (على سبيل المثال ، استخدام القيود لإملاء تفاعلات المكون إلى المكون). يتم توفير نماذج التجميع الذاتي التالية لمراجعة التطورات النظرية في البناء المرحلي.

أنشأ Erik Winfree ملف نموذج تجميع البلاط مجردة (اتام) للتحقيق في عملية التجميع الذاتي [34]. كان الهدف من aTAM هو ربط الحساب بالتجميع الذاتي عن طريق نمذجة نمو البلورات الكاذبة. يوفر aTAM إطارًا نظريًا للتحقيق في العملية خطوة بخطوة للتجميع الذاتي لبلاطات DNA ثنائية الأبعاد في بيئة شبكية مربعة لإنشاء بنية مستهدفة ، التجميع الذاتي الحسابي [34]. تم استخدام aTAM للتحقيق في الإنشاء الحسابي للهياكل ، مثل الاتصال الكامل ن × ن مربع (). يمثل إنشاء مربع مشكلة ، حيث يجب تنسيق تجميع البلاط لمنع حدوث الثقوب.

في aTAM ، يتم تحديد نوع التجانب من خلال مجالات الربط على الحواف الشمالية والغربية والجنوبية والشرقية للبلاط. يجب تحديد بلاطة بذرة واحدة على الأقل لبدء عملية التجميع الذاتي. لا يمكن تدوير البلاط أو عكسه. لا يمكن استخدام أكثر من نوع واحد من البلاط في موقع التجميع في الهيكل المتنامي. أنواع البلاط في العرض اللانهائي ، بتركيز متساوٍ ، في النموذج. تتم إضافة جميع المربعات إلى نفس البيئة (خليط وعاء واحد). يتم وضع بلاطة البذور أولاً في بيئة الشبكة المربعة ، وتتم إضافة بلاطات إضافية واحدة تلو الأخرى إذا تم استيفاء قيود الترابط.

في السياق النظري لـ aTAM ، فإن ملف درجة الحرارة النظام يحدد البلاط الذي يمكن تجميعه ذاتيًا معًا. يمكن للبلاط أن يتجمع ذاتيًا معًا فقط إذا كانت نطاقات الترابط تفي بمعامل درجة الحرارة أو تتجاوزه. في aTAM ، يتم إعطاء كل مجال ربط الخضوع ل القيمة . في Φ1 (درجة الحرارة 1) ، أي قوة ربط 1 أو أكبر تكفي في حد ذاتها لتجميع بلادين معًا. في Φ2 (درجة الحرارة 2) رابطة قوة واحدة 1 غير كافية لتجميع بلاطتين معًا. لذلك ، يلزم وجود رابطتين قويتين على الأقل لتجميع البلاط في الهيكل المتنامي. نتيجة لذلك ، تملي درجة الحرارة الترابط التعاوني.

ومع ذلك ، فإن الإدراك المادي لـ Φ2 أثبتت الأنظمة القائمة على البلاط أنها صعبة (على سبيل المثال ، تحدث المرفقات الجزئية بين المكونات) ، واستمرار التحقيقات في خصائص التجميع الذاتي في Φ1 مطلوبة [23]. تمديدات اثنين إلى aTAM في Φ1 تشمل نموذج تجميع البلاط على مراحل (sTAM) و نموذج تجميع بلاط الغراء المقيد (rgTAM).

تعالج sTAM التحدي المتمثل في استخدام مجموعة من المكونات الثابتة بآليات ربط محدودة (أي ، بلاطات الحمض النووي) من خلال تقسيم عملية التجميع الذاتي إلى فترات زمنية بناءً على الجوانب الزمنية لإجراء التجارب المعملية [12]. يمكن إضافة المربعات إلى مجموعة من البيئات في sTAM أو إزالتها منها. تستند هذه العمليات المجردة لإضافة وإزالة البلاط في sTAM إلى العمليات المختبرية لإضافة وترشيح المكونات القائمة على الحمض النووي من وإلى الحلول التي يمكن مزجها معًا. كما هو الحال مع aTAM ، تم استخدام sTAM للتحقيق في البناء الحسابي للوصل الكامل ن × ن مربعات. أظهر sTAM كفاءة خوارزمية مع الحد الأدنى من مجموعات البلاط وآليات الترابط (لا تتطلب الترابط التعاوني ، أي Φ1) في بناء ساحات متصلة بالكامل. ترجع هذه الكفاءة إلى التدريج ، وهي ميزة على aTAM نفسها ، والتي تعتمد على الترابط التعاوني في Φ2 [29] أو امتدادات أخرى لـ aTAM بتغيير درجة الحرارة [18] أو بتغيير تركيز البلاط [1 ، 13].

على عكس sTAM ، الذي يعتمد على التدريج لتمكين عملية التجميع الذاتي عند Φ1، يعتمد rgTAM على نقاط قوة الغراء المقيدة (أي نقاط قوة الرابطة) [23]. إن rgTAM مقيد بنقاط قوة الغراء −1 و 0 و 1 (أي ، معني مثير للاشمئزاز ، ومحايد ، وجذاب - محايد حيث لا يمكن أن يحدث تجميع). لا تستطيع أنواع الغراء المتعارضة التفاعل مع بعضها البعض (أي أن مصفوفة تفاعل الغراء قطرية). يستخدم المصطلح "مقيّد" في الاسم "rgTAM" لتمييزه عن الامتدادات الأخرى لـ aTAM التي تستخدم أنواع الغراء السالبة ومصفوفات تفاعل الغراء غير القطرية. يمكن تحقيق الخلق المادي لبلاط الدنا بتفاعلات مثيرة للاشمئزاز (مواد لاصقة سالبة) عن طريق ربط جسيمات مغناطيسية بالحمض النووي [19 ، 27]. باستخدام نقاط قوة الغراء البغيضة والمحايدة والجذابة ، يمكن لـ rgTAM استغلال مفهوم نظام تجميع البلاط المتعرج [10]. الأنظمة المتعرجة هي تلك التي تنمو أفقيًا صفًا واحدًا في كل مرة ، بالتناوب بين النمو من اليسار إلى اليمين ومن اليمين إلى اليسار في اتجاه واحد فقط (على سبيل المثال ، الشمال وليس الجنوب). يتم استخدام مزيج من قوى الصمغ البغيضة والمحايدة والجذابة لتمكين تسلسل التجميع الذاتي للهيكل المستهدف ، مثل الاتصال الكامل ن × ن مربع ، عن طريق زيادة الهيكل زمانيًا ومكانيًا صفًا واحدًا في كل مرة. في المقابل ، ن × ن يمكن تحقيق المربع باستخدام aTAM عن طريق (1) استخدام بلاط البذور كأحد أركان المربع ، (2) باستخدام روابط القوة 2 ، الممتدة من بلاطة البذور ، لتحديد طول وعرض المربع ، و (3) استخدام الروابط التعاونية عند Φ2 لاستكمال الجزء الداخلي من الساحة.

تم تمديد aTAM أيضًا إلى 3D باستخدام البلاط القائم على المكعب [39]. وقد تم عرض ميزة بلاطات DNA ثلاثية الأبعاد في حساب أنواع معينة من الوظائف عن طريق التجميع الذاتي [26]. ومع ذلك ، لا يبدو أن الإنشاء المادي لبلاط DNA ثلاثي الأبعاد قد تحقق حتى الآن.

2.3 أنظمة التجميع الذاتي على مراحل مادية

التنمية الواقعة هي طريقة أخرى للتحقيق في البناء المرحلي ، حيث تم استخدام التطور الاصطناعي لتطوير خطة التجميع للهيكل [28]. بناءً على الطباعة ثلاثية الأبعاد ، تم تطوير خطط التجميع باستخدام دائم و مؤقت المكونات التي "تم إسقاطها" في البيئة. تعمل المكونات المؤقتة كسقالات ويمكن إزالتها (تمثل كيفية إزالة مواد الدعم في الطباعة ثلاثية الأبعاد).

على النقيض من [12 ، 23 ، 28] ، هناك مثالان على التجميع الذاتي المادي المرحلي يشتملان على استخدام قوالب البيئة [38] وتركيزات المكونات [15] ، وكلاهما يتيح التجميع الذاتي في عملية من مرحلتين. تم استخدام القوالب للتجميع الذاتي للخرز الكروية في هياكل أساسية ذات أنماط محددة (على سبيل المثال ، الأشكال الخطية والمثلثية والسداسية) ، وبعد ذلك تم وضع الهياكل الأساسية في بيئة جديدة لتشكيل هياكل شبكية مختلفة. تم استخدام مكونات الزخرفة النجمية ثلاثية النقاط للتجميع الذاتي رباعي السطوح ، وثناعي عشر السطوح ، وكرات بوكي من خلال التحكم في طول الشكل وتركيز المكونات. على الرغم من هذا العمل ، هناك القليل من الأدبيات (إن وجدت) التي تصف استخدام المعلومات المورفولوجية لتنظيم عملية التجميع الذاتي.


3. فيروسات كورونا البشرية (HCoVs)

3.1. تاريخ

تم تمييز فيروس كورونا البشري (HCoV) لأول مرة في الستينيات [35]. فحص تيريل وبينوي من وحدة نزلات البرد في إنجلترا عينات من مرضى مصابين بنزلات البرد وعزلوا فيروسًا جديدًا شبيهًا بالإنفلونزا في الستينيات. تم تصنيف هذه الفيروسات على أنها B814 وتم الإبلاغ عنها على أنها حساسة للأثير بطبيعتها. في البداية ، لم يتمكنوا من استزراع B814 من خلال استخدام تقنيات الاستزراع المعيارية المتاحة. ومع ذلك ، في عام 1965 ، نجحوا في زراعة B814 في زراعة الأعضاء [[35] ، [36] ، [37] ، [38]]. في عام 1966 ، عزل هامري وبروكنو من جامعة شيكاغو وأبلغا عن وجود فيروس RNA جديد مرتبط بأمراض الجهاز التنفسي. تم تسمية هذا الفيروس بـ 229E وأظهر حساسية تجاه الأثير مثل فيروس B814 [39].

تم توصيف فيروسات B814 و 229E باستخدام المجهر الإلكتروني بواسطة Almeida و Tyrell. وبحسب ما ورد تعذر تمييز هذه الفيروسات الحساسة للأثير عن بعضها البعض وكذلك عن فيروس التهاب الشعب الهوائية المعدية للطيور (IBV) [40].

تم تجميع هذه الفيروسات الجديدة جنبًا إلى جنب مع فيروسات حيوانية أخرى متطابقة شكليًا مثل IBV في جنس جديد يسمى & # x0201cCoronavirus & # x0201d (الكلمة اللاتينية & # x0201ccorona & # x0201d المعنى & # x0201ccrown & # x0201d) في عام 1968. تم تسميتها بعد الحافة المميزة أو نتوءات مستديرة تشبه التاج على سطحها (تشبه الإكليل الشمسي) كما لوحظ تحت المجهر الإلكتروني [41]. في عام 1975 ، تم حشر فيروسات كورونا تحت عائلة جديدة من الفيروسات تسمى & # x0201cCoronaviridae & # x0201d [42].

بصرف النظر عن HCoVs المذكورة أعلاه ، تم تحديد العديد من سلالات HCoVs الأخرى ، بما في ذلك HCoV-OC43 (1967) ، SARS-CoV (2002 & # x020132003) ، HCoV-NL63 (2004) ، HCoV-HKU1 (2005) ، الأوسط متلازمة الشرق التنفسي (MERS) -CoV (2012) ، و SARS-CoV-2 (2019) [[43] ، [44] ، [45]].

تُعرف HCoVs مثل 229E و OC43 و NL63 و HKU1 باسم CoVs المستوطنة. توجد عادة في البشر ومن المعروف أنها تسبب التهابات الجهاز التنفسي الخفيفة [46]. ومع ذلك ، فإن HCOVs مثل SARS-CoV ، و MERS-CoV ، و SARS-CoV-2 هي الفيروسات الفتاكة التي تسببت في تفشي المرض العالمي وأصابت الآلاف من الناس في جميع أنحاء العالم [44].

قرب نهاية عام 2002 ، تم الإبلاغ عن ظهور فيروس معدي من مقاطعة جوانجدونج ، الصين. تم الإبلاغ عن هذا الفيروس للانتقال من إنسان إلى آخر وتم تحديده لاحقًا على أنه SARS-CoV في عام 2002 & # x020132003. تظهر على الأشخاص المصابين في الغالب أعراض مثل الحمى والسعال وألم عضلي ، إلخ. وشملت الأعراض الأخرى الصداع وضيق التنفس والصداع ونقص الأكسجة في الدم والقيء. إلخ. [[45] ، [46] ، [47] ، [48] ، [49]]. في بعض الحالات ، تم الإبلاغ عن حدوث الالتهاب الرئوي ومتلازمة الضائقة التنفسية الحادة [48].

في عام 2012 ، تم الإبلاغ عن ظهور رواية أخرى معدية HCoV ، سميت فيما بعد MERS-CoV. تم الإبلاغ عن الحالة الأولى من المملكة العربية السعودية ولكنها سرعان ما انتشرت عبر شبه الجزيرة العربية [50 ، 51]. كما تم الإبلاغ عن عدة حالات في آسيا وأوروبا وأفريقيا [52]. يقال إن انتقال فيروس MERS-CoV يحدث عبر من إنسان إلى إنسان وكذلك الجمل من الجمل إلى الإنسان. ومع ذلك ، فإن حالات العدوى من الجمل إلى الإنسان أقل نسبيًا [53]. تظهر على الأشخاص المصابين في البداية أعراضًا مثل الحمى والصداع والسعال وألم عضلي ، إلخ. ومع ذلك ، قد يتطور المرض في الحالات الشديدة ويسبب الالتهاب الرئوي ، ومتلازمة الضائقة التنفسية الحادة ، والصدمة الإنتانية بالإضافة إلى فشل متعدد الأعضاء الذي يمكن أن يكون قاتلاً. إلى جانب ذلك ، تم الإبلاغ أيضًا عن حالات عدوى بفيروس كورونا بدون أعراض [44].

ينتمي فيروس كورونا الجديد SARS-CoV-2 الذي تم تحديده مؤخرًا إلى جنس وفيروس كورونا # x003b2 لعائلة Coronaviridae [54]. يقال إنها تشترك في 96٪ و 79.6٪ من هوية التسلسل إلى الخفافيش CoVRaTG13 و SARS-CoV ، على التوالي [8].

3.2 الأصل والميزات الهيكلية

فيروسات كورونا (CoVs) هي فيروسات مفردة من نوع RNA موجبة الشريط. يبلغ طول جينومهم حوالي 26 & # x0201332 & # x0202fkb [44]. وهي تنتمي إلى عائلة coraviridae من رتبة nidovirales ويتم تصنيفها إلى الأجناس & # x02013 alpha (& # x003b1) و beta (& # x003b2) و gamma (& # x003b3) و delta (& # x003b4) فيروس كورونا [54 ]. تتضمن & # x003b1- و & # x003b2-CoVs كلاً من CoVs البشرية والحيوانية. تنتمي HCoVs مثل 229E و NL63 إلى & # x003b1-CoV بينما تنتمي OC43 و HKU1 و SARS-CoV و MERS-CoV و SARS-CoV-2 إلى & # x003b2-CoVs. يتكون العاملان & # x003b3- و & # x003b4-CoVs بشكل أساسي من فيروسات كورونا للطيور.

يشفر الجينوم الفيروسي لـ CoV أربعة بروتينات هيكلية مهمة. هم - المغلف (E) ، السنبلة (S) ، الغشاء (M) ، والبروتينات النوكليوكابسيد (N) [54]. يتم تثبيت البروتينات E و S و M في الطبقة الدهنية الثنائية للمغلف الفيروسي [55] يبلغ حجم البروتين M حوالي 25 & # x0201330 & # x0202fkDa ويعطي شكلًا للفيروس. يبلغ حجم البروتين E تقريبًا 8 & # x0201312 & # x0202fkDa ويعزز الإطلاق الفيروسي. ترتبط البروتينات M و E معًا بالتجمع الفيروسي. علاوة على ذلك ، فهي تسهل أيضًا نضج المغلفات الفيروسية [56]. يشارك البروتين N في تكوين القابس النوكليوكابسيد. يرتبط بالجينوم الفيروسي ويلعب دورًا أساسيًا في التعبئة الفيروسية [55]. يبلغ حجم بروتين S (بروتين الانصهار من الفئة الأولى) حوالي 150 & # x0202fkDa. وهي مسؤولة عن النتوءات المميزة التي تشبه السنبلة على الفيروس. وهو يتألف من وحدات فرعية S1 و S2 ويخضع للانقسام بواسطة البروتياز الشبيه بالفورين في المضيف. تحتوي الوحدة الفرعية S1 على مجال ربط مستقبلات (RBD). يرتبط بالمستقبل المضيف للإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 (ACE2). ثم تندمج الوحدة الفرعية S2 من البروتين S الفيروسي مع غشاء الخلية للمضيف. هذا يسهل دخول الفيروس إلى الخلايا المضيفة [[56] ، [57] ، [58]].

3.3 آلية دخول SARS-CoV-2 في الخلايا

حتى الآن ، لم يتم توضيح آلية عدوى SARS-COV-2 بالكامل. يتم إجراء العديد من الدراسات على مستوى العالم حول SARS-COV-2 للكشف عن آلية العدوى والتسبب في فيروس كورونا الجديد. إن & # x003b2-CoVs - SARS-CoV و SARS-CoV-2 متطابقتان إلى حد كبير وتعتبران تصيبان البشر بالمثل. يساهم بروتين S بشكل كبير في ارتباط واندماج الفيروس بالخلية المضيفة. يرتبط RBD للوحدة الفرعية S1 من البروتين S الفيروسي بمستقبل الخلية المضيفة الذي يبدأ العدوى الفيروسية.

أفادت الدراسات أن SARS-CoV و SARS-CoV-2 يستخدمان نفس مستقبل ACE2 البشري (hACE2) لربط أنفسهم بالخلايا المضيفة [8]. يتم التعبير عن مستقبل الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 بشكل ملحوظ في النوع الثاني من الخلايا السنخية ، والغشاء المخاطي للفم ، والخلايا الظهارية للأنف [[59] ، [60] ، [61]]. الشعب الهوائية التنفسية ، القرنية ، القلب ، الكلى ، إلخ.، تعبر أيضًا عن مستقبلات ACE2 [59]. هذه الأعضاء معرضة بشدة للإصابة بفيروس COVID-19 [62] وأكثرها تضررًا.

أفادت دراسة حديثة أن SARS-CoV-2 لديه تقارب أكبر مع مستقبلات hACE2 من SARS-CoV. وذكروا كذلك أن التعديلات الهيكلية في سلسلة التلال المرتبطة بـ ACE2 لـ SARS-CoV-2 RBD هي المسؤولة عن التقارب العالي تجاه مستقبل hACE2 [63]. يشق إنزيم الفورين بروتين SARS-CoV-2 S في موقع S1 / S2 ويكشف الوحدة الفرعية S2 التي تتوسط اندماج الأغشية الفيروسية والمضيف [58 ، 64]. هذا الانقسام مسؤول عن التنشيط المسبق لبروتين S الذي يعزز الدخول الفيروسي المعتمد على الغشاء الثاني (TMPRSS2) إلى الخلايا المضيفة [64]. يعتبر TMPRSS2 مهمًا لدخول SARS-CoV في الخلية المضيفة. تم الإبلاغ عن تعبير أوسع عن TMPRSS2 في تجويف الأنف ، والرئتين ، والقولون ، والمرارة ، والكلى ، والبروستاتا ، والبنكرياس ، والقلب ، إلخ. علاوة على ذلك ، يتم إثراء الخلايا الظهارية الأنفية بـ TMPRSS2 بالإضافة إلى مستقبلات ACE2 [59]. يقوم TMPRSS2 بإعداد بروتين S الفيروسي المرتبط بمستقبلات ACE2 مما يؤدي إلى تغيير تكوين [64 ، 65]. ينشط هذا التغيير التوافقي بروتين S ويسهل الدخول الفيروسي إلى الخلايا المضيفة. علاوة على ذلك ، فإنه يزيل أيضًا مستقبلات ACE2 [58].

ذكرت دراسة أن TMPRSS2 يتم التعبير عنه على وجه التحديد في أنواع خلايا ACE2 +. علاوة على ذلك ، ذكروا أيضًا أن التعبير عن البروتياز مثل cathepsin B (Cat B) لوحظ في & # x0003e70 & # x0201390٪ من خلايا ACE2 +. إجمالاً ، أشارت النتائج التي توصلوا إليها إلى أن SARS-CoV-2 قد يستخدم أيضًا مسارات بديلة للدخول [59]. تم الإبلاغ عن نتائج مماثلة في آخر في المختبر الدراسة التي أظهرت أن SARS-CoV-2 يعتمد على كل من Cathepsin B / L (CatB / L) و TMPRSS2 للتهيئة والدخول إلى الخلية المضيفة. أظهرت دراستهم أن تثبيط أي من هذه البروتياز يؤدي إلى تثبيط جزئي لدخول الفيروس. يشير هذا إلى أنه في حالة عدم وجود TMPRSS2 ، قد يستخدم الفيروس CatB / L لدخوله و والعكس صحيح [ 66 ].

بعد الإدخال ، يحرر SARS-CoV-2 مادته الجينومية (mRNA) في السيتوبلازم. يتولى آلية تخليق البروتين في المضيف ويترجم mRNA في النواة.إلى جانب ذلك ، فإنه يستخدم أيضًا الآلية لتجميع البروتينات الفيروسية ومن ثم البدء في تكاثر الفيروس [58] (الشكل 2).

آلية دخول SARS-CoV-2 في الخلايا. أ- ربط ارتفاع SARS-CoV-2 بمستقبل ACE2 المضيف. ب. انشقاق ارتفاع SARS-CoV-2 بواسطة TMPRSS2 ، اندماج الغشاء ، العدوى ، وإطلاق الحمض النووي الريبي الفيروسي في الخلية المضيفة.

الاختصارات: ACE2: الإنزيم المحول للأنجيوتنسين -2 ، NTD: المجال الطرفي N ، RBD: مجال ربط المستقبلات ، بروتين S: بروتين سبايك ، SARS-CoV-2: فيروس كورونا التنفسي الحاد الشديد -2.


الطرق التقليدية ليست فعالة وكفؤة لعتبة الصورة متعددة المستويات بسبب تكلفة الحساب التي تستغرق وقتًا طويلاً وتكلفة باهظة. يمكن طرح مشكلة العتبة متعددة المستويات على أنها مشكلة تحسين ، وتحسين بعض معايير العتبة. في هذا البحث ، تم تقديم الحوسبة الغشائية لاقتراح طريقة عتبة فعالة وقوية متعددة المستويات ، حيث تم تصميم نظام P يشبه الخلية بهيكل متداخل من ثلاث طبقات كإطار حوسبي. علاوة على ذلك ، تم تطوير نموذج وضع السرعة المحسن لتطوير الكائنات في الأغشية بناءً على بنية الغشاء الخاصة وآلية الاتصال للأشياء. تحت سيطرة آلية التطور والتواصل للأشياء ، يمكن لنظام P الشبيه بالخلية أن يستغل بكفاءة أفضل العتبات متعددة المستويات للصورة. تجارب المحاكاة على تسع صور قياسية تقارن طريقة العتبة متعددة المستويات المقترحة مع العديد من طرق العتبة متعددة المستويات الحديثة وتثبت تفوقها.

هونغ بينغ حصل على بكالوريوس العلوم. درجة الماجستير ودرجة الماجستير في الرياضيات من جامعة سيتشوان نورمال ، تشنغدو ، الصين في 1987 و 1990 ، والدكتوراه. شهادة في معالجة الإشارات والمعلومات من جامعة العلوم والتكنولوجيا الإلكترونية في الصين ، تشنغدو ، الصين في عام 2010.

كان محاضرًا في كلية سيتشوان للعلوم والتكنولوجيا ، الصين (1990-1999) وأستاذًا مشاركًا في جامعة زيهوا ، الصين (2000-2004). كان باحثًا زائرًا في مجموعة أبحاث الحوسبة الطبيعية ، جامعة إشبيلية ، إسبانيا (2011.09 - 2012.08). وهو حاليًا أستاذ في مركز إدارة الراديو وتطوير التكنولوجيا ، جامعة Xihua ، الصين منذ عام 2005. تشمل اهتماماته البحثية الحوسبة الغشائية ومعالجة الصور ومعالجة الإشارات وطرق النواة.

جون وانغ حصل على بكالوريوس العلوم. حاصل على درجة الماجستير ودرجة الماجستير في أتمتة الصناعة من جامعة تشونغتشينغ ، الصين في عامي 1988 و 1991 ، على التوالي. شهادة في الهندسة الكهربائية من جامعة جنوب غرب جياوتونغ ، الصين عام 2006.

كانت محاضرة في كلية سيتشوان للعلوم والتكنولوجيا ، الصين (1991-2003) وأستاذة مشاركة في جامعة Xihua ، الصين (1998-2003). تعمل حاليًا أستاذة في كلية الهندسة الكهربائية وهندسة المعلومات بجامعة Xihua بالصين منذ عام 2004. وتشمل اهتماماتها البحثية الأتمتة الكهربائية والتحكم الذكي وحوسبة الأغشية.

ماريو جي بيريز خيمينيز حصل على بكالوريوس العلوم. حاصل على بكالوريوس في الرياضيات من جامعة برشلونة بإسبانيا عام 1971 ودكتوراه. شهادة في الرياضيات من جامعة إشبيلية ، إسبانيا عام 1992.

كان أستاذًا مساعدًا في جامعة برشلونة (1971-1983) ، وأستاذًا زائرًا في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا ، ووهان ، الصين (من 2005). حاليًا ، هو عضو في Academia Europaea (أكاديمية أوروبا) ، وأستاذًا متفرغًا في قسم علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي ، جامعة إشبيلية ، إسبانيا ، حيث يرأس مجموعة الأبحاث حول الحوسبة الطبيعية. تشمل اهتماماته البحثية نظرية الحوسبة ، ونظرية التعقيد الحسابي ، والحوسبة الطبيعية (حوسبة الحمض النووي وحوسبة الأغشية) ، والمعلوماتية الحيوية ، والنمذجة الحاسوبية لبيولوجيا الأنظمة وعلم الأحياء السكاني. نشر اثني عشر كتابًا في علوم الكمبيوتر والرياضيات ، وأكثر من 250 ورقة علمية في المجلات الدولية (بالتعاون مع العديد من الباحثين في جميع أنحاء العالم).


الكلمات الدالة

محمد مهدي تفلاعي محاضر (أستاذ مساعد) في كلية ساري للأعمال وعضو في مركز الاقتصاد الرقمي (CoDE) بجامعة سوري في المملكة المتحدة. يركز بحثه بشكل أساسي على الإستراتيجية التنافسية ، لا سيما في الأسواق متعددة الجوانب والأنظمة البيئية للمنصات.

كارميلو سينامو أستاذ الإستراتيجية وريادة الأعمال في كلية كوبنهاغن للأعمال ، الدنمارك ، وعضو اللجنة العلمية لأجندة ديجيتالي (التفكير بالشكر لتعزيز الأجندة الرقمية الإيطالية) وزميل في قيمة المؤسسة الرقمية وتنظيمها (معمل DEVO) في SDA Bocconi ، مدرسة إدارة ، إيطاليا. تركز اهتماماته البحثية الرئيسية على المنافسة في أسواق المنصات ، وإدارة النظم الإيكولوجية للمنصة ، والتحول الرقمي.


تطوير الدوائر التوافقية عن طريق الترميز على أساس علم الأحياء التطوري

يتصور العمل الحالي تطور الدوائر الرقمية البدائية كمشكلة تنموية. يتم تنفيذ تطوير الدائرة الرقمية بشكل مشابه لتطور جنين بشري من خلية واحدة إلى الكائن الحي الكامل. يتم ترميز الأجزاء المكونة للدائرة الرقمية البدائية في سلاسل ثنائية. يُنظر إلى كل سلسلة ثنائية على أنها خلية ، ويُسمح للعديد من هذه الخلايا بالالتصاق والتكاثر قبل أن تبلغ ذروتها لتصبح كائنًا متطورًا. يتم تعيين السلسلة الثنائية للخلية إلى سمة معينة تحدد مكون الدائرة الرقمية الكاملة المطبقة. يوضح العمل الحالي تطور دائرة رقمية توافقية ذات 4 مدخلات. يتم توضيح تطوير وظيفة الأغلبية المكونة من دخلين ، وتظهر النتائج لبوابة Ex-OR ذات الدخلتين ، ووظيفة الأغلبية ذات المدخلات 2 مع 4 متغيرات الإدخال ، ودائرة معدد إرسال 2 إلى 1. يشبه تطور الدائرة الرقمية تطور الجنين في كائن حي.

1 المقدمة

لقد أثبت العالم البيولوجي أن أصلح الكائنات الحية تعيش بمرور الوقت. يؤدي التغيير في جينوم الكائن الحي إلى تغييرات أولية في النمط الظاهري. تتجلى هذه التغييرات في النسل بمرور الوقت. نشير إلى هذه العملية باسم التطور. التغيير الذي يحدث في التركيب الوراثي للكائن إما عشوائي أو بفرض البيئة. أدى فهم الطبيعة وتقليدها إلى مجال جديد تمامًا من الخوارزميات التطورية ، والتي تتمثل أهدافها الأساسية في البحث عن المشكلات متعددة المتغيرات وتحسينها. تعد الخوارزمية الجينية (GA) ، والاستراتيجيات التطورية (ES) ، والبرمجة التطورية (EP) استراتيجيات بديلة تتبعها مجموعات مختلفة من الباحثين الذين يعملون على مجموعة من المشكلات المتنوعة.

يستند العمل الحالي إلى فرضية أن التنمية هي مفتاح التطور. تعتمد قابلية أي كائن حي على مرونة الكائن الحي للتغيرات داخله وخارجه. لن تكون المرونة والقدرة على التكيف في نهاية المطاف ذات مغزى إلا عندما يكون الإطار التنظيمي للكائن الحي سليمًا. وبالتالي ، يُنظر إلى التنمية على أنها مفتاح تطور الأنواع. العمل المقترح هو محاولة لمحاكاة قدرة الكائن البيولوجي على التكيف مع الأجهزة الرقمية.

تخضع الأنواع البيولوجية لدورة تنموية شديدة الحتمية. يبدأ التطور الجنيني لأي نوع بكائن خلوي واحد. تخضع الخلية المفردة لعملية تتكون من أكثر من مرحلة تنموية واحدة ، مصنوعة بشكل طبيعي ، لتصبح كائنًا متعدد الخلايا. يهدف العمل المقترح إلى إنشاء دورة تطويرية لتصميم الأجهزة الرقمية. يتم تمثيل الأجهزة الرقمية بتعبير منطقي. يمكن تمثيل التعبير المنطقي الذي يتكون من بوابات قليلة إما على هيئة مجموع المنتج أو تعبيرات منتج المجموع. حاول العمل المقترح اكتشاف ما إذا كان يمكن تطوير التعبير المنطقي باستخدام الأوليات التي تحاكي الدورة التنموية لكائن حي.

العمل الحالي مدفوع أيضًا بمحاولات تشمل مجموعات ماندلبروت ، حيث طور ماندلبروت أنماطًا باستخدام معادلة بسيطة. تعتمد أنظمة Lindenmayer ، التي يشار إليها عادةً باسم أنظمة L ، على إجراءات خطوة بخطوة لتطوير أنماط معقدة ومتماثلة من الأوليات الفردية.

يقترح العمل الحالي خوارزمية تطورية ، مماثلة بما يتماشى مع التطور الجنيني للأنواع البيولوجية ، للدائرة الإلكترونية. في هذه العملية ، يتم تنفيذ تشفير متميز لكل مكون من مكونات الدائرة بواسطة سلسلة ثنائية. يتم ترميز كل مكون وارتباطه بالمكونات الأخرى للدائرة التي تشبه ترميز الحمض النووي للأنواع البيولوجية. كما مهد التمثيل الثنائي أيضًا الحافة اللازمة لتشمل الطفرة عن طريق قلب البتات. يعتبر جينوم الدائرة خاصًا بوظيفة الدائرة.

يهدف العمل المقترح إلى تطوير الدائرة الإلكترونية مع تطور الجنين في عالم بيولوجي. يتم تنفيذ ذلك عن طريق الترميز الثنائي لكل مكون ثم تصميم خوارزمية لتطوير الدائرة. سيكون العمل المقترح منصة مثالية لتصميم أنظمة تحمل الأخطاء ودوائر الإصلاح الذاتي.

2. مسح الأدب

كانت هناك محاولات لتحديد قابلية التكيف لمختلف الأساليب التطورية في الاستفادة المثلى من المشاكل المختلفة [1]. من بين المشاكل الهندسية التي تم تبنيها بنجاح لتصميم الأجهزة العملية ، أهمها تصميم الهوائي [2] ، الجدول [3] ، تصميم الشفرة الدوارة [4] ، والخصائص الفيزيائية لطبقة السليكون التحتية [5]. يمكن الإشارة بشكل عابر إلى أن السلوك الاجتماعي للطيور [6] والأسد [7-9] والبشر [10] قد تمت صياغته أيضًا كمشكلة تحسين.

يبدأ تطوير دائرة رقمية ذات بوابات أساسية بجدول الحقيقة الخاص بالدائرة. ل ن المتغيرات ، يتطلب 2ن مجموعات لفحصها لتحديد تعبير منطقي. يشار إلى هذه المشكلة بمشكلة الرضا (SAT). الوقت اللازم لمشكلة Boolean SAT يزداد أضعافا مضاعفة مع زيادة عدد المتغيرات. Perdrycz وآخرون. عالج التحديات في تطبيق الحساب التطوري (EC) لمشكلة Boolean SAT عن طريق تحويل المشكلة المنطقية إلى مجال مستمر [11]. تعامل De Jong and Spears مع الأمر نفسه عن طريق تحويل المتغيرات المنطقية إلى أرقام فاصلة عائمة [12]. قدم Slowik و Bialko في [13] مسحًا شاملاً لتطبيق المستشارين الخبراء في تصميم الدوائر الرقمية.

تم توضيح فكرة تطوير الدوائر المحسّنة عن طريق تشفير المكونات والترابط فيما بينها في [14]. قدم كوزا محاولة لتطبيق البرمجة الجينية لتطوير برنامج كمبيوتر مناسب في [15]. استخدم كويلو [16] الخوارزمية الجينية لتصميم الإضافات والمضاعفات. في [17] ، ميلر وآخرون. اقترح تصميم الدوائر التوافقية القائم على الخوارزمية الجينية والذي تم تصميمه على نموذج FPGA. أدت هذه الجهود إلى تصميم وتطوير الدوائر الرقمية المبنية على مجموعة من البوابات التي يتم التحكم فيها بواسطة معايير محددة مسبقًا [18 ، 19]. تم اقتراح نموذج معدل ، يسمى نموذج التطوير الذي يحتوي على طبقتين ، طبقة بروتينية وطبقة معمارية ، بواسطة جوردون وبنتلي في [20]. يهدف العمل الحالي إلى تطوير دائرة رقمية بدون مصفوفة محددة مسبقًا. تناقش الأقسام اللاحقة الأمر نفسه بالتفصيل. القسم 2 يتعامل مع تصميم النظام باستخدام الخلايا الاصطناعية. الخوارزمية المقترحة معطاة في القسم 3. تمت مناقشة مثال الدائرة التوافقية في القسم 4. القسم 5 يناقش نتائج الخوارزمية.

3. تصميم النظام بالخلايا الاصطناعية

3.1. تطوير الدوائر التوافقية

تقترح هذه الورقة نموذجًا لتطوير دائرة رقمية. يتم تصور المكونات المختلفة المكونة للدائرة كخلية بيولوجية تشكل العضو. يتم ترميز كل مكون ، مع نمط الإدخال المرتبط به ، بسلسلة ثنائية فريدة. بالنسبة لدائرة رقمية ذات 7 مستويات ، يتم تحديد طول السلسلة الثنائية المشفرة لخلية واحدة من خلال علاقة تجريبية معطاة في المعادلة التالية:


شاهد الفيديو: درس اعضاء الحس تركيب العين (يونيو 2022).


تعليقات:

  1. Harlen

    انت على حق تماما. في هذا الشيء ، يبدو أنني هذه هي الفكرة الممتازة. أنا أتفق معك.

  2. Fadi

    في رأيي ، إنه سؤال مثير للاهتمام ، سأشارك في المناقشة.

  3. Atemu

    لم تبن موسكو في يوم واحد.



اكتب رسالة