Trasformare l'apprendimento dell'astronomia attraverso strumenti online

Al college, gli studenti devono spesso completare almeno un corso di scienze. Per molti studenti che non sono nel campo scientifico, questa è la loro ultima possibilità di imparare qualcosa di scienza. Questo apprendimento può influenzare le loro opinioni e il modo in cui si confrontano con argomenti scientifici in futuro. Con così tante informazioni contrastanti disponibili online, capire la scienza e i dati è più importante che mai.

Molti studenti non scientifici seguono un corso introduttivo di astronomia, spesso chiamato ASTRO 101. È fondamentale che gli studenti terminino questo corso con una migliore comprensione del nostro posto nell'universo. Tradizionalmente, le lezioni sono il modo principale per insegnare a livello universitario. Tuttavia, gli studi dimostrano che l'Apprendimento Attivo, dove gli studenti interagiscono con il materiale, porta a risultati di apprendimento migliori. I Lecture-Tutorial (LT) sono un metodo di apprendimento attivo. Sono progettati per aiutare gli studenti a lavorare insieme in piccoli gruppi, affrontando le sfide comuni che incontrano nella comprensione dei concetti astronomici.

#La Necessità di Materiali Didattici Online

C'è stata meno ricerca su come usare metodi di apprendimento attivo come gli LT nei corsi online. La pandemia di COVID-19 ha reso essenziale avere materiali coinvolgenti e basati su ricerca per le aule online. Con più studenti che seguono corsi online, c'è una maggiore necessità di attività di apprendimento attivo che migliorino l'esperienza di apprendimento in formato digitale.

Abbiamo sviluppato un LT online interattivo per aiutare a insegnare la formazione dei Pianeti nei corsi di astronomia introduttivi per gli studenti universitari. Questo LT trasforma il formato tradizionale carta e penna in un'attività digitale. Per vedere quanto è efficace il LT online, abbiamo confrontato i suoi risultati con quelli delle classi che usavano solo lezioni o i tradizionali LT su carta.

#Risultati Chiave

In generale, l'impatto del LT online è stato simile a quello degli LT tradizionali su carta quando entrambi sono stati condotti di persona. Entrambi questi formati hanno avuto risultati migliori rispetto all'approccio delle sole lezioni. Tuttavia, quando il LT online è stato utilizzato in modo asincrono (dove gli studenti non si incontrano nello stesso momento), i guadagni di apprendimento sono stati inferiori, simili a quelli del metodo delle sole lezioni. Questo suggerisce che, mentre il LT online mostra potenzialità, sono necessari miglioramenti per il suo uso asincrono.

#L'Importanza dell'Apprendimento Attivo

L'apprendimento attivo si riferisce a metodi di insegnamento dove gli studenti sono coinvolti e interagiscono tra loro. Lavorare in piccoli gruppi aiuta gli studenti ad apprendere meglio permettendo loro di condividere diversi punti di vista. Gli LT sono stati utili per molti anni nell'insegnamento dell'astronomia e hanno dimostrato che l'apprendimento di gruppo è efficace. La ricerca indica che gli studenti che lavorano insieme ottengono risultati migliori rispetto a quelli che studiano da soli.

#Creazione del LT Online

Il LT online è stato progettato per mantenere gli studenti attivamente coinvolti mentre imparano sulla formazione dei Pianeti. Lo abbiamo modellato su un LT esistente carta e penna sullo stesso argomento. Dato l'aumento delle scoperte di esopianeti (pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare), comprendere la formazione dei pianeti è diventato un'importante parte del curriculum astronomico.

Abbiamo sviluppato domande e compiti per il LT online che richiedono agli studenti di pensare in modo critico ai concetti relativi alla formazione dei pianeti. Il formato digitale consente elementi interattivi che non sono possibili con i tradizionali LT su carta. Ad esempio, gli studenti possono rappresentare visivamente dove diversi materiali sono probabili di condensarsi in un sistema solare in base alla loro distanza da una stella.

#Partecipanti allo Studio

Il LT online è stato implementato in vari corsi di astronomia in diverse università. Abbiamo raccolto dati da studenti in ambienti sia online che di persona per confrontare i risultati di apprendimento. La maggior parte degli studenti che partecipano a questo studio erano studenti non scientifici, con un focus su quelli nei loro primi due anni di college.

#Valutazione dei Risultati di Apprendimento

Per misurare quanto bene hanno imparato gli studenti, abbiamo usato uno strumento chiamato Planet Formation Concept Inventory (PFCI). Questa valutazione si concentra sugli stessi argomenti trattati nei nostri LT ed è stata progettata per minimizzare il linguaggio complicato. Gli studenti hanno sostenuto il test preliminare prima di apprendere sulla formazione dei pianeti e poi hanno sostenuto il test finale dopo aver completato il LT.

Abbiamo cercato di scoprire:

1. I risultati di apprendimento degli LT su carta migliorano quando sono convertiti in formato online con elementi interattivi?
2. Come si confrontano i guadagni di apprendimento degli studenti dal LT online con quelli del LT tradizionale e dell'approccio solo lezioni?

#Il Planet Formation Lecture-Tutorial (PFLT)

Il PFLT è strutturato per aiutare gli studenti a capire la formazione dei pianeti passo dopo passo. Comporta una serie di domande che si costruiscono gradualmente l'una sull'altra, affrontando le comuni idee sbagliate. L'attività richiede circa 25-30 minuti e incoraggia gli studenti a lavorare in coppie o piccoli gruppi dopo una lezione sulla formazione dei pianeti.

Completando il PFLT, gli studenti imparano a:

• Differenziare tra come si è formato il Sistema Solare e l'Universo.
• Predire quali materiali si troveranno nei pianeti in base alla loro distanza dal Sole.
• Comprendere l'importanza della linea di gelo/neve nel determinare la composizione di un pianeta.
• Discutere come i giganti gassosi potrebbero esistere all'interno della linea di gelo di un altro sistema solare.

#Apprendere Attraverso Discussioni tra Pari

Uno degli aspetti preziosi del PFLT è che incorpora discussioni tra pari. Queste discussioni consentono agli studenti di confrontare e sfidare il ragionamento degli altri, il che migliora la loro comprensione. Ad esempio, gli studenti possono dibattere idee sbagliate comuni sulla formazione dei pianeti, come confondere le linee temporali della formazione dell'Universo con quelle del nostro Sistema Solare.

Il PFLT include anche ausili visivi, come grafici e tabelle, che aiutano gli studenti a vedere la relazione tra temperatura e posizione dei pianeti. Analizzando i dati insieme, gli studenti rafforzano la loro comprensione del materiale.

#Transizione al Lecture-Tutorial Online (PFOLT)

Il PFOLT è stato progettato per replicare i risultati di apprendimento del PFLT incorporando elementi interattivi adatti all'apprendimento online. Gli studenti interagiscono con simulazioni in cui possono manipolare variabili per vedere come i materiali si condensano in un sistema solare.

Questo approccio consente un'esperienza di apprendimento più dinamica, poiché gli studenti possono visualizzare i concetti che stanno studiando. Il PFOLT richiede circa 40 minuti e può essere completato collaborativamente o in modo indipendente, a seconda dell'accesso a Internet degli studenti.

#Risultati e Analisi dello Studio

I nostri risultati hanno mostrato che per il PFOLT utilizzato di persona, i guadagni di apprendimento erano comparabili a quelli del PFLT. Tuttavia, il PFOLT asincrono non ha mostrato guadagni di apprendimento significativi rispetto alla condizione delle sole lezioni. Questo suggerisce che, mentre il PFOLT ha potenziale, il suo uso asincrono presenta sfide che devono essere affrontate.

La qualità dell'insegnamento gioca anche un ruolo cruciale nel determinare i risultati di apprendimento. Dove gli istruttori hanno facilitato il lavoro di gruppo, gli studenti hanno ottenuto guadagni maggiori. Al contrario, i corsi asincroni che mancavano di un'istruzione preliminare forte hanno portato a un coinvolgimento e a una comprensione inferiori.

#Importanza del Lavoro di Gruppo nell'Apprendimento

Dalla nostra analisi, è chiaro che lavorare in piccoli gruppi migliora notevolmente i risultati di apprendimento. Gli studenti che collaborano tendono a elaborare meglio le informazioni, condividere idee e apprendere gli uni dagli altri.

I risultati variabili evidenziano la necessità di promuovere opportunità di apprendimento collaborativo, soprattutto negli ambienti online dove l'interazione tra pari può essere più difficile.

#Affrontare il Feedback e i Miglioramenti

Nei nostri sondaggi per gli istruttori, il feedback indicava che alcuni studenti trovavano parti del PFOLT ripetitive. Andando avanti, intendiamo affinare il LT online riducendo la ridondanza nel modo in cui i dati vengono presentati e migliorando il sistema di feedback.

Per migliorare ulteriormente il PFOLT, considereremo l'integrazione di un sistema di tutoraggio intelligente che fornisca feedback e guida più dettagliati mentre gli studenti lavorano attraverso l'attività.

#Conclusioni

La transizione all'apprendimento online ha sottolineato la necessità di materiali didattici efficaci che incoraggino un coinvolgimento attivo. Il nostro studio ha dimostrato che il PFOLT può essere uno strumento utile per insegnare la formazione dei pianeti nei corsi ASTRO 101, anche se sono necessari miglioramenti per le classi asincrone.

Nonostante le sfide, i nostri risultati dimostrano che il PFOLT ha superato le lezioni tradizionali in ambienti di persona, fornendo una base per sforzi futuri per migliorare l'apprendimento online in astronomia. Man mano che continuiamo a regolare e innovare i nostri materiali, l'importanza dell'apprendimento collaborativo e della qualità didattica sarà sempre al centro del nostro approccio.

Concentrandoci su strategie di apprendimento attivo e perfezionando le nostre offerte online, puntiamo a preparare meglio gli studenti per i loro ruoli come cittadini informati che possono confrontarsi con concetti scientifici nella loro vita quotidiana.