Aps-ajp-11-1001-Book indb

IV. DOES THE PROGRAM ACHIEVE ITS GOALS?
A. Summary of goals
The program described above has several specific goals.
The goals are to prepare a teacher of physics or physical
science who:
共i兲 is knowledgeable in the content and processes of phys-
ics,
共ii兲 can engage students in active learning of physics that
resembles scientific inquiry
共iii兲 knows how to listen to the students and assess their
learning in ways that improve learning, and
共iv兲 stays in the teaching profession.
A fifth goal is to increase the number of teachers of phys-
ics graduating from the program.
B. What is the evidence that the program achieves
these goals?
1. Evidence of learning physics content
For the last 3 years the students have taken FCI
关
62
兴 and
CSEM
关
63
兴 as pretests when they enroll in the first course in
the program. The scores range from very low
共40–50 % on
FCI to 30–40 % on CSEM
兲 to very high 共100% on FCI and
90% on CSEM
兲. The preservice teachers who score low are
usually those who received their undergraduate degree a long
time ago
共“postbac” students兲, have a chemistry major and
are pursuing a physical science certification rather than
straight physics, have an engineering major, or are students
in the five-year program who are taking the bulk of their
physics courses in the last year of their undergraduate degree
共usually these are transfer students or students who decided
to become physics teachers late in the undergraduate course
of study
兲. Sometimes those scores can be as low as 25–30 %
on FCI. However, after two years in the program preservice
teachers make huge improvements in their physics knowl-
edge. The majority score 90–100 % on FCI and 80–90 % on
CSEM when they take them in the last course of the pro-
gram. Another way to assess their level of physics knowl-
edge is to examine the artifacts that the students create while
in the program, such as history projects, lesson plans, unit
plans, and course assessments; this allows for a much more
thorough assessment of preservice teachers’ knowledge of
the content of physics. As the same instructor teaches all of
the PCK courses, these continuous physics-based interac-
tions allow her to assess their current state of knowledge and
TABLE V.
共Continued.兲
Unit element
Difficulty
Feedback to the student
List of resources
Preservice teachers list the internet sites
and curriculum materials but not physics
books and higher-level textbooks.
What resources related to the depth of the content
did you use?
TABLE VI. Rubric for assessment of force diagrams
关
59
兴.
Missing
Inadequate
Needs some
improvement
Adequate
No force diagram
is constructed.
Force diagram is constructed but
contains major errors: missing
or extra forces
共not matching
with the interacting objects
兲,
incorrect directions of
force arrows or incorrect
relative length
of force arrows.
Force diagram contains no
errors in force arrows but
lacks a key feature such as
labels of forces with
two subscripts or forces
are not drawn from
single point.
The diagram contains all
appropriate force and each
force is labeled so that
one can clearly understand
what each force represents.
Relative lengths of
force arrows are correct.
Axes are shown.
PEDAGOGICAL CONTENT KNOWLEDGE AND PREPARATION
…
PHYS. REV. ST PHYS. EDUC. RES. 6, 020110
共2010兲
020110-17
Teacher Education in Physics
119

---

their progress. This is a subjective part of the assessment as
the artifacts are not coded and there is no reliability check;
however, the amount of evidence accumulated over the 7
years of the existence of the program allows me to describe
some patterns that repeat year after year.
When students come into the program, many of them ex-
hibit the difficulties described in the PER literature, despite
the fact that they are completing or have completed a degree
in physics or have an equivalent of a physics degree. In
addition, their approach to problem solving resembles that of
novices—when given a problem they search for equations
and when they find the ones that they think are appropriate,
they plug in the numbers right away instead of drawing a
picture and thinking about relevant concepts, and then deriv-
ing the final equation in a symbolic form before plugging in
the numbers.
By the end of the program, the graduates become New-
tonian thinkers who understand the connections between the
net force and the changes of motion of the object; they are
also skilled in momentum and energy, electrostatics, DC cir-
cuits, and magnetism. In addition, they learn to approach
problems in an expert way: represent the problem situation
with a picture, a graph, derive an expression for the desired
quantity and only then plug in the numbers. These conclu-
sions are based on the quiz performance in the courses in the
program and the homework assignments. For example, in the
course Teaching Physical Science
共TPS, spring of the first
year
兲 and in the course “Multiple Representations” 共MR,
spring of the second year
兲, part of the homework assignment
every other week is to solve standard physics problems rel-
evant to the unit
共dynamics problems, conservation prob-
lems, circuit problems, etc.
兲. In the spring of 2010 in the TPS
course on the first assignment for dynamics, of the nine pre-
service teachers only one person consistently derived the fi-
nal expression for the answer before plugging in the numbers
for all 12 assigned problems. At the same time in the MR
course, five out of seven preservice teachers did it
共the as-
signment was for electrostatics and had 13 problems
兲.
Another source of data are the final unit plans and lesson
plans. According to the scoring rubric developed for lesson
plans adopted by the whole GSE, preservice teachers need to
show an understanding of the content through the choice of
appropriate NJ standards, goals, prerequisite knowledge, se-
lection of concepts for the lesson and activities for formative
assessments. The rubric scores range from 0 to 3
共0–missing;
1—does not meet expectations; 2—meets expectations;
3—exceeds expectations
兲. Although the reliability in the
scoring is not determined as only the course instructor does
the scoring, again, multiple years allow us to see some pat-
terns. For example out of 27 first drafts of the lessons that
students submitted during the first three weeks of the TPS
course in the spring of 2010, 12 were scored 1, 13 were
scored as 2 and only 2 were scored as 3. For the 7 lesson
plans submitted at the end of the Teaching Internship seminar
共fall 2009, a different cohort兲 none of them was scored as 1,
three were scored as 2 and another three were scored as 3.
The topic of waves, including wave optics, still presents a
challenge even after two years in the program, as does quan-
tum optics and modern physics, as very few students design
unit and lesson plans for those topics. The biggest difficulties
there are the concepts of coherent waves and the dual nature
of photons. The reason is that students encounter the major
concepts of mechanics and electricity and magnetism at least
three times in different courses in the program in different
contexts but they only encounter modern physics and optics
once or twice.
Another assessment of graduates’ content knowledge
comes from their student teaching supervisors and cooperat-
ing teachers. For the former, we examined the records of
student teachers during the past two years. Each preservice
teacher was evaluated 14 times during a semester of student
teaching. Because 11 students graduated from the program,
there were 154 evaluations available. In each evaluation,
among other criteria, the student’s demonstrated content
knowledge was rated on a scale of 0–3, where 0 is not ob-
served, 1 is not meeting expectations, 2 is meeting expecta-
tions, and 3 is exceeding expectations. Out of the examined
evaluations, the majority of the ratings were in the category
of 3
共96兲 with the rest being in the category of 2. Additional
data supporting the hypothesis that content knowledge of the
graduates is relatively high comes from the interviews of
science supervisors of the graduates who are now teaching.
They were asked to rate the content knowledge of those of
their teachers who are graduates of the Rutgers program. Out
of 9 interviewed supervisors
共there are 11 graduates teaching
in these districts
兲, 6 rated content knowledge of their teachers
共Rutgers graduates兲 to be 10 on the scale of 0–10 and 3 rated
it as 9.