Approccio innovativo per i compiti di meccanica per gli studenti

Studiare la meccanica significa risolvere problemi da soli. Questa pratica ti aiuta a capire meglio l'argomento. Però, nelle lezioni grandi con più di 200 Studenti, diventa difficile per i professori creare e controllare tanti Compiti. Di conseguenza, gli studenti potrebbero non avere abbastanza pratica. Quando gli studenti copiano il lavoro degli altri, pensano di capire l'argomento quando in realtà non è così.

Per affrontare queste sfide, abbiamo sviluppato un metodo che permette di creare, distribuire e correggere automaticamente esercizi riguardanti la statica, la resistenza dei materiali, la dinamica e l'elettrostatica. Questo sistema fa sì che ogni studente riceva esercizi personalizzati.

#Importanza della Pratica in Meccanica

Fare esercizi è fondamentale per sviluppare una solida comprensione della meccanica. Purtroppo, le lezioni tradizionali spesso non offrono abbastanza pratica a causa del gran numero di studenti e del carico di lavoro per i professori nella correzione dei compiti. Questo potrebbe portare gli studenti a rimanere indietro nel loro apprendimento.

È essenziale che gli studenti interagiscano attivamente con il materiale. I compiti a casa sono un modo comune per incoraggiare questo, ma possono essere difficili da gestire efficacemente in classi grandi. Se gli studenti si limitano a copiare i compiti senza pensare, non li aiuta a capire davvero i concetti, il che può portare a valutazioni ingiuste e a un'autovalutazione poco realistica.

#Una Soluzione Scalabile

La nostra soluzione è progettata per creare, distribuire e correggere problemi di compiti automaticamente. Ogni studente riceve un set unico di esercizi. Questo metodo permette ai professori di gestire meglio il loro carico di lavoro, poiché il numero di compiti da creare non dipende dal numero di studenti. Rende anche più facile valutare le conoscenze di ogni studente.

Un altro vantaggio è che possiamo adattare la difficoltà degli esercizi in base alle competenze di ogni studente. Questo garantisce che gli esercizi siano sfidanti ma non impossibili.

Per gli studenti, il sistema di correzione automatica fornisce un feedback rapido sulle loro risposte. Possono ripresentare i compiti per ulteriori esercizi, il che incoraggia un apprendimento riflessivo. Quando gli studenti confrontano le loro risposte con quelle dei compagni, possono scaturire discussioni preziose anziché una semplice copia.

#Rendere la Tecnologia Facile da Usare

Affinché questo nuovo strumento di apprendimento abbia successo, deve essere intuitivo. Gli studenti devono vedere facilmente come può giovare al loro apprendimento. Quindi, il nostro obiettivo è duplice: introdurre il nuovo sistema e analizzare come gli studenti lo percepiscono.

#Come Funzionano i Compiti Individuali

La nostra soluzione si compone di due parti: il back-end per generare i compiti e il front-end con cui gli studenti interagiscono.

Il sistema di back-end, chiamato "mechpy," è costruito in Python e ha varie funzionalità. Può creare automaticamente problemi simili e le loro soluzioni. "Mechpy" genera anche guide per ogni compito e stabilisce le regole per la valutazione delle risposte degli studenti.

Una caratteristica chiave di "mechpy" è che può eseguire calcoli simbolici. Questo significa che invece di utilizzare solo numeri specifici, può lavorare con variabili e simboli, fondamentale per creare soluzioni di riferimento.

Il sistema può gestire diversi tipi di problemi meccanici, come analizzare strutture semplici e complesse. Si occupa anche di esempi di sezioni trasversali, fornendo calcoli importanti come area e centro di gravità.

Alterando i parametri dei problemi secondo regole predefinite, "mechpy" può produrre un gran numero di compiti unici. I risultati sono compilati in un formato compatibile con Moodle, un popolare sistema di gestione dell'apprendimento.

#Utilizzare Moodle per l'Interazione degli Studenti

Quando i compiti vengono importati in Moodle, diventano parte di un pool di domande accessibile agli studenti. Questo permette una distribuzione casuale dei compiti tra gli studenti, assicurando che ognuno riceva un set diverso di problemi.

Moodle offre funzionalità come la sottomissione automatica delle risposte, scadenze impostate e la possibilità di ripresentare i compiti. I compiti di "mechpy" sono configurati come domande STACK all'interno di Moodle. STACK utilizza un sistema di algebra computazionale per interpretare e valutare espressioni matematiche.

Gli studenti possono inviare le loro risposte attraverso un'interfaccia facile da usare. Ricevono feedback immediato su come il loro input viene interpretato, permettendo di controllare eventuali errori prima della valutazione.

Il sistema confronta le risposte degli studenti con le soluzioni di riferimento. Sebbene controlli principalmente per equivalenza algebrica, gli studenti possono anche presentare risposte come numeri a virgola mobile per aumentare la facilità d'uso. Ci sono controlli speciali per i casi in cui le risposte sono quasi zero per evitare interpretazioni errate.

#Dettagli Tecnici

Il nostro approccio alla creazione dei compiti prevede passaggi che garantiscono calcoli accurati. Per gli esempi di sezioni trasversali, il primo compito è calcolare l'area. Mentre gli studenti utilizzano metodi di base per suddividere le forme, noi utilizziamo il teorema della divergenza per calcoli più complessi.

Per trovare il centro di gravità e i momenti d'inerzia, utilizziamo integrali, che vengono calcolati simbolicamente nel back-end. "Mechpy" riconosce gli archi circolari come curve di confine, anche se questo calcolo è più complesso.

#Valutare il Feedback degli Studenti

Nel semestre invernale del 2022/23, la nostra tecnologia per i compiti è stata messa in pratica in un corso di statica con 235 studenti. Di questi, 143 hanno completato tutti e tre i compiti.

Per valutare come si sono sentiti gli studenti riguardo al nuovo approccio, abbiamo condotto due sondaggi: uno all'inizio e un altro alla fine del semestre. Il primo sondaggio ha raccolto dati su demografia, abitudini di studio e conoscenze pregresse sui soggetti. Il secondo sondaggio si è concentrato sulla soddisfazione del corso e sulle opinioni riguardo ai compiti individuali.

I risultati hanno indicato che la maggior parte degli studenti era soddisfatta del corso, con il 47% che esprimeva soddisfazione e solo una piccola parte che si dichiarava insoddisfatta. Più di due terzi degli studenti hanno apprezzato gli esercizi individuali, notando il loro impatto positivo sull'apprendimento.

#Punti Chiave

Gli studenti hanno sentito che i compiti personalizzati li hanno incoraggiati a prendersi carico del loro apprendimento e li hanno aiutati a concentrarsi sui concetti importanti. Hanno riferito che gli esercizi hanno aiutato nella pianificazione e monitoraggio dei loro processi di apprendimento. Tuttavia, alcuni studenti hanno trovato l'interfaccia un po' complicata, suggerendo che si potrebbero fare modifiche per un uso più semplice.

In generale, il feedback indica che questo nuovo approccio ai compiti offre vantaggi significativi sia per gli studenti che per gli insegnanti. Consente un maggiore coinvolgimento, una migliore valutazione dei progressi individuali e favorisce una comprensione più profonda dei concetti meccanici.

Il nostro obiettivo è continuare a perfezionare questo metodo e migliorarlo sulla base del feedback degli studenti. Il successo iniziale suggerisce che questo sistema può portare a un'esperienza di apprendimento più efficace e coinvolgente nella meccanica.