Transformando o Aprendizado de Astronomia Através de Ferramentas Online

Na faculdade, os alunos geralmente precisam completar pelo menos um curso de ciências. Para muitos que não são da área de ciências, essa é a última chance de aprender sobre o assunto. Esse aprendizado pode moldar suas visões e como eles vão se envolver com temas científicos no futuro. Com tanta informação conflitante disponível online, entender ciência e dados é mais importante do que nunca.

Muitos alunos que não são da área de ciências fazem um curso introdutório de astronomia, muitas vezes chamado de ASTRO 101. É essencial que os alunos terminem esse curso com uma compreensão melhor do nosso lugar no universo. Tradicionalmente, as aulas expositivas são a principal forma de ensino na graduação. No entanto, estudos mostram que o Aprendizado Ativo, onde os alunos interagem com o conteúdo, resulta em melhores resultados de aprendizado. Os Lecture-Tutorials (LTs) são um método de aprendizado ativo. Eles são projetados para ajudar os alunos a trabalharem juntos em pequenos grupos, enfrentando desafios comuns na compreensão dos conceitos de astronomia.

#A Necessidade de Materiais de Ensino Online

Tem havido menos pesquisa sobre como usar métodos de aprendizado ativo como os LTs em cursos online. A pandemia de COVID-19 tornou essencial ter materiais envolventes e baseados em pesquisa para salas de aula online. Com mais alunos fazendo cursos online, há uma necessidade maior de atividades de aprendizado ativo que melhorem a experiência de aprendizado em formato digital.

Desenvolvemos um LT online interativo para ajudar a ensinar a formação de planetas em cursos introdutórios de astronomia para graduação. Esse LT transforma o formato tradicional de lápis e papel em uma atividade digital. Para ver como o LT online é eficaz, comparamos seus resultados com aqueles de turmas que só usaram aulas expositivas ou os LTs tradicionais de lápis e papel.

#Principais Descobertas

De modo geral, o impacto do LT online foi semelhante ao dos LTs tradicionais de lápis e papel quando ambos foram realizados presencialmente. Ambos os formatos tiveram um desempenho melhor que a abordagem só com aulas expositivas. No entanto, quando o LT online foi usado de forma assíncrona (onde os alunos não se encontram ao mesmo tempo), os ganhos de aprendizado foram menores, semelhantes à abordagem só com aula expositiva. Isso sugere que, embora o LT online mostre potencial, melhorias são necessárias para seu uso assíncrono.

#A Importância do Aprendizado Ativo

Aprendizado ativo se refere a métodos de ensino onde os alunos estão engajados e interagem entre si. Trabalhar em pequenos grupos ajuda os alunos a aprenderem melhor, permitindo que compartilhem diferentes pontos de vista. Os LTs têm sido benéficos por muitos anos no ensino de astronomia e mostraram que o aprendizado em grupo é eficaz. Pesquisas indicam que alunos que trabalham juntos alcançam melhores resultados em comparação com aqueles que estudam sozinhos.

#Criando o LT Online

O LT online foi projetado para manter os alunos ativamente engajados enquanto aprendem sobre a formação de planetas. Nós o modelamos a partir de um LT existente de lápis e papel sobre o mesmo assunto. Dada a crescente quantidade de descobertas de exoplanetas (planetas fora do nosso Sistema Solar), entender a formação de planetas se tornou uma parte importante do currículo de astronomia.

Desenvolvemos perguntas e tarefas para o LT online que exigem que os alunos pensem criticamente sobre conceitos relacionados à formação de planetas. O formato digital permite elementos interativos que não são possíveis com os LTs tradicionais em papel. Por exemplo, os alunos podem traçar visualmente onde diferentes materiais provavelmente vão se condensar em um sistema solar com base na distância de uma estrela.

#Participantes do Estudo

O LT online foi implementado em diversos cursos de astronomia em várias universidades. Coletamos dados de alunos em ambientes online e presenciais para comparar os resultados de aprendizado. A maioria dos alunos que participaram deste estudo eram não-cientistas, com foco nos que estavam nos primeiros dois anos da faculdade.

#Avaliando os Resultados de Aprendizado

Para medir o quanto os alunos aprenderam, usamos uma ferramenta chamada Inventário de Conceitos sobre Formação de Planetas (PFCI). Essa avaliação foca nos mesmos tópicos abordados em nossos LTs e foi projetada para minimizar a linguagem complicada. Os alunos fizeram um pré-teste antes de aprender sobre formação de planetas e depois fizeram um pós-teste após completar o LT.

Queríamos descobrir:

1. Os resultados de aprendizado dos LTs de lápis e papel melhoram quando são convertidos para um formato online com elementos interativos?
2. Como os ganhos de aprendizado dos alunos com o LT online se comparam com os dos LTs tradicionais e da abordagem só com aula expositiva?

#O Lecture-Tutorial de Formação de Planetas (PFLT)

O PFLT é estruturado para ajudar os alunos a entender a formação de planetas passo a passo. Envolve uma série de perguntas que se constroem gradualmente, abordando equívocos comuns. A atividade leva cerca de 25-30 minutos e incentiva os alunos a trabalharem em duplas ou pequenos grupos após uma aula sobre formação de planetas.

Ao completarem o PFLT, os alunos aprendem a:

• Diferenciar entre como o Sistema Solar e o Universo se formaram.
• Prever quais materiais serão encontrados em planetas com base na distância deles do Sol.
• Compreender a importância da linha de gelo/neve na determinação da composição de um planeta.
• Discutir como gigantes gasosos poderiam existir dentro da linha de gelo de outro sistema solar.

#Aprendendo Através de Discussões em Grupo

Um aspecto valioso do PFLT é que ele incorpora discussões em grupo. Essas discussões permitem que os alunos confrontem e desafiem o raciocínio uns dos outros, o que melhora a compreensão deles. Por exemplo, os alunos podem debater equívocos comuns sobre a formação de planetas, como confundir as linhas do tempo da formação do Universo com a do nosso Sistema Solar.

O PFLT também inclui recursos visuais, como gráficos e tabelas, que ajudam os alunos a ver a relação entre temperatura e localização dos planetas. Ao analisarem os dados juntos, os alunos reforçam sua compreensão do material.

#Transição para o Online Lecture-Tutorial (PFOLT)

O PFOLT foi projetado para replicar os resultados de aprendizado do PFLT enquanto incorpora elementos interativos adequados para o aprendizado online. Os alunos interagem com simulações onde podem manipular variáveis para ver como os materiais se condensam em um sistema solar.

Essa abordagem permite uma experiência de aprendizado mais dinâmica, já que os alunos podem visualizar os conceitos que estão estudando. O PFOLT leva cerca de 40 minutos e pode ser completado de forma colaborativa ou independente, dependendo do acesso à internet dos alunos.

#Resultados e Análise do Estudo

Nossas descobertas mostraram que, para o PFOLT usado presencialmente, os ganhos de aprendizado foram comparáveis aos do PFLT. No entanto, o PFOLT assíncrono não mostrou ganhos de aprendizado significativos em comparação com a condição só de aula expositiva. Isso sugere que, embora o PFOLT tenha potencial, o uso assíncrono apresenta desafios que precisam ser abordados.

A qualidade da instrução também desempenha um papel crucial na determinação dos resultados de aprendizado. Onde os instrutores facilitaram o trabalho em pequenos grupos, os alunos alcançaram ganhos maiores. Em contraste, cursos assíncronos que careciam de uma boa instrução anterior levaram a um menor engajamento e compreensão.

#Importância do Trabalho em Grupo no Aprendizado

A partir da nossa análise, é claro que trabalhar em pequenos grupos melhora significativamente os resultados de aprendizado. Alunos que colaboram tendem a processar as informações melhor, compartilhar ideias e aprender uns com os outros.

Os resultados variados destacam a necessidade de promover oportunidades de aprendizado colaborativo, especialmente em ambientes online onde a interação entre pares pode ser mais desafiadora.

#Abordando Feedback e Melhorias

Nas nossas pesquisas com os instrutores, o feedback indicou que alguns alunos acharam partes do PFOLT repetitivas. Para o futuro, planejamos aprimorar o LT online reduzindo a redundância na apresentação dos dados e melhorando o sistema de feedback.

Para aprimorar ainda mais o PFOLT, vamos considerar integrar um sistema de tutoria inteligente que forneça feedback e orientação mais detalhados enquanto os alunos trabalham na atividade.

#Conclusões

A transição para o aprendizado online destacou a necessidade de materiais de ensino eficazes que incentivem o engajamento ativo. Nosso estudo mostrou que o PFOLT pode ser uma ferramenta útil para ensinar formação de planetas nos cursos de ASTRO 101, mesmo que melhorias sejam necessárias para as aulas assíncronas.

Apesar dos desafios, nossos resultados demonstram que o PFOLT superou as aulas expositivas tradicionais em ambientes presenciais, proporcionando uma base para futuros esforços de aprimoramento do aprendizado online em astronomia. À medida que continuamos ajustando e inovando nossos materiais, a importância do aprendizado colaborativo e da qualidade instrucional forte continuará sendo a prioridade em nossa abordagem.

Ao focar em estratégias de aprendizado ativo e refinar nossas ofertas online, pretendemos preparar melhor os alunos para seus papéis como cidadãos informados que podem se envolver com conceitos científicos em suas vidas cotidianas.