Vliv kombinovaného učení v STEM na afektivní, kognitivní a akademické výsledky malých dětí

Vliv kombinovaného učení v STEM na afektivní, kognitivní a akademické výsledky malých dětí.

Pozadí studie Výzkum v přírodovědném vzdělávání se tradičně zaměřoval především na formální výuku ve třídě. S pokrokem technologie Gilbert (2015) tvrdí, že formální učební osnovy přírodovědných předmětů jsou omezené ve svém zpracování a používání zajímavých vědeckých ilustrací a vybavení. Navíc, i když tento vzdělávací kontext usnadňuje získávání znalostí, nemusí podporovat celoživotní učení ani motivaci k učení (Vedder-Weiss & Fortus, 2011). Motivaci k přírodovědnému učení lze zvýšit prostřednictvím neformálních vzdělávacích kontextů, jako jsou mimoškolní aktivity a programy související s vědou (Fortus & Vedder-Weiss, 2014). V těchto kontextech mohou zkušenosti, které se zaměřují na problémy reálného světa – mimo školu – zase pomoci posílit logické uvažování a porozumění ve vědě. Současná studie zkoumá dopad přístupu smíšeného učení v neformálním vzdělávacím prostředí na afektivní, kognitivní a akademické výsledky dětí ve vědě. Zejména motivace, identita, uvažování a výkon studentů ve vědě jsou posuzovány holisticky.

Cíle výzkumu Cílem této studie je implementovat intervenční program založený na aplikacích, který se zaměřuje na výuku STEM mimo formální prostředí třídy. Zastřešujícím cílem je prozkoumat účinnost kombinovaného učení, které využívá kombinaci experimentů v aplikaci a laboratorních experimentů v oblasti afektivních, kognitivních a akademických výsledků dětí.

Metody

Účastníci Účastníky bude 400 žáků základních škol ve věku 8-10 let ze 3 škol v Hongkongu. Školy budou vybrány na základě několika kritérií: 1) Anglické školy se střední instrukcí (EMI) s 2) třídami se smíšenými schopnostmi. Údaje budou shromažďovány během letních prázdnin v roce 2021 a před zpracováním budou anonymizovány a použity v analýzách. Třídy budou náhodně přiřazeny do experimentálních podmínek nebo kontrolních podmínek na základě metody náhodného výběru. Náborový dopis a reklamní plakát budou zveřejněny online i offline prostřednictvím různých platforem. Informační list, formulář souhlasu a formulář souhlasu budou distribuovány ředitelům škol.

Design a postupy Třídy budou náhodně rozděleny do experimentální skupiny a do kontrolní skupiny. Jako léčba bude experimentální skupině přidělena intervence, která používá aplikaci STEM pro smíšené učení s gamifikovanými videi pro znalosti obsahu spolu s praktickými experimenty. Videa jsou fiktivní vzdělávací příběhy související se znalostmi obsahu a studenti byli požádáni, aby „vstoupili do bot“ kresleného vědce (veverky), aby během příběhů vyřešili různé problémy. Vědecké experimenty budou doplněny podrobným video průvodcem v aplikaci. Kontrolní skupině bude přiděleno čtení stejného obsahu e-knihy a pro každou lekci, která nesouvisí se znalostmi obsahu, obdrží sadu pro umění a řemesla. Obsah je navržen tak, aby byl v souladu s učebním plánem; obě skupiny se dozvědí o stejném tématu:

1. Elektřina (fyzika): 4 lekce na témata jako úvod do elektřiny, jednoduché a složité elektrické obvody, obnovitelná energie a statická elektřina.
2. Části těla (biologie): 4 lekce na témata, jako je pohybový aparát, plíce, srdce a mozek
3. Environmental Science: 4 lekce na témata, jako je úvod do deštného pralesa, klasifikace, části a fáze růstu rostlin, fotosyntéza a transport vody v rostlinách.

Účastníci experimentální skupiny obdrží 2,5měsíční intervenci s aplikací pro smíšené vzdělávání, zatímco kontrolní skupina obdrží během stejného období kapitoly z e-knih. Během studie bude provedeno pět hodnocení, z nichž každé bude trvat přibližně 20-30 minut: (1) před intervencí (čas 1) a; (2) po dokončení zásahu (čas 2). Bez ohledu na skupinové zadání obě skupiny dokončí předběžné hodnocení týden před intervencí pomocí stejného souboru hodnocení ve třídě. Obě skupiny navíc během intervence obdrží praktické materiály, i když se materiály mezi skupinami liší. V rámci studie obdrží experimentální skupina vědeckou experimentální sadu pro každou z lekcí, které v aplikaci sledují. Každý experiment odpovídá znalostem obsahu, které se naučí pro konkrétní lekci. Kontrolní skupina obdrží sadu uměleckých řemesel pro každou kapitolu, kterou si přečte v elektronické knize. Všichni studenti se zapojí do stejné doby na každou lekci (45 minut) po dobu 12 lekcí během 2,5 měsíce.

Opatření

Demografické proměnné Věk, pohlaví a akademické známky studentů budou shromažďovány prostřednictvím učitelů během 1.

Opatření před testem a po něm. Bude zahrnovat následující dotazníky, které měří vědeckou motivaci, vědeckou identifikaci, vědecký výkon a vědecké uvažování.

Vědecká motivace Vědecká motivace bude hodnocena pomocí škály Expectancy-Value-Cost Scale založené na modelu očekávané hodnoty (Kosovich et al., 2015). Dotazník byl navržen pro měření motivace studentů ve STEM. Obsahuje 10 položek k posouzení 3 subdomén: jak si úspěšní studenti myslí, že mohou podávat výkon (očekávání); jak cenná je věda (hodnota) a; vnímané úsilí dělat dobře (náklady). Studenti uvedli své odpovědi pomocí 6bodové Likertovy škály v rozmezí od 1 (zcela nesouhlasím) do 6 (zcela souhlasím). Před administrací jsou studentům vysvětleny pokyny: „Toto není test. Je to krátký průzkum o tom, jak moc se vám líbí vaše hodina vědy. Můžete odpovědět otevřeně a upřímně. Všechny vaše odpovědi budou důvěrné. Nikdo neuvidí vaše individuální odpovědi (ne váš učitel, ani vaši spolužáci, ani vaši rodiče).“

Vědecká identita Vědecká identita je pravděpodobně vícerozměrný konstrukt, který zahrnuje mnoho aspektů a souvislostí. V této studii se zaměříme na neformální prostředí mimo třídu. Tedy jaký vztah mají studenti k vědě obecně a v jejich každodenním životě. Podmnožina 8 položek byla upravena ze stupnice vědeckých postojů v (Pell & Jarvis (2001) k posouzení vědecké identity. Položky v dotazníku se zaměřují spíše na vědu ze skutečného světa než na vědu v kontextu třídy. Studenti uvedli míru svého souhlasu s každou položkou na 6bodové Likertově škále (1= zcela nesouhlasím, 6= zcela souhlasím).

Vědecký výkon Vědecký výkon bude měřen pomocí kombinace znalostních kvízů v reálném čase vytvořených jako součást aplikace a také podmnožiny položek z Trends in International Mathematics and Science Study (TIMSS). Kvízy o znalostech obsahu jsou navrženy tak, aby byly interaktivní, pohlcující a kvízy v reálném čase jako součást příběhů, se kterými se studenti v aplikaci zabývají. Otázky jsou sestaveny tak, aby odpovídaly učebním osnovám a byly přezkoumány učiteli přírodovědných předmětů. Každé téma má 40 otázek; celkem je k dispozici 120 otázek pro tři témata obsažená v aplikaci. Součtové skóre se používá ke kvantifikaci vědeckého výkonu v aplikaci. Položky vybrané z TIMSS budou použity jako druhé měření znalostí studentů v přírodních vědách. Celkem bude vybráno 12 položek s možností výběru, které jsou relevantní k tématům.

Vědecké uvažování Vědecké uvažování bude hodnoceno pomocí 7položkové verze Science-P Reasoning Inventory (SPR-I) určené pro žáky základních škol (Koerber & Osterhaus, 2019). SPR-I je inventář, který je založen na konceptuálním modelu vědeckého uvažování, který se opírá o pochopení vztahu důkazů hypotéz na více nevýlučných úrovních (tj. naivní, střední a pokročilé). Těchto 7 položek zahrnuje 3 položky o povaze vědy, 3 položky o experimentování a 1 položku o interpretaci dat. Všechny položky jsou bodovány pomocí dílčí kreditní škály (0,1,2), která představuje tři úrovně vědeckého uvažování. Skóre 0 znamená naivní porozumění; skóre 1 znamená středně pokročilé porozumění a; skóre 2 znamená pokročilou úroveň porozumění.

Analýza V této studii budou použity jak deskriptivní, tak inferenční statistické metody. Nejprve bude provedena analýza spolehlivosti pomocí skóre získaných z předběžného a následného hodnocení. Srovnání mezi průměrnými skóre experimentální a kontrolní skupiny ve všech měřeních výsledků se pak provádí vyhodnocením ekvivalence skupin před intervencí. Jako hlavní analýza bude použita vícerozměrná analýza rozptylu (MANOVA) se skóre vědecké motivace, identity, úspěchu a vědeckého uvažování jako závislých proměnných a statusu skupinového přiřazení jako nezávislé proměnné. Stav přiřazení měl dvě úrovně, experimentální a kontrolní.