L'effet de l'apprentissage mixte en STEM sur les résultats affectifs, cognitifs et scolaires des jeunes enfants

L'effet de l'apprentissage mixte dans les STEM sur les résultats affectifs, cognitifs et académiques des jeunes enfants.

Contexte de l'étude Traditionnellement, la recherche sur l'enseignement des sciences s'est principalement concentrée sur l'apprentissage formel en classe. Avec les progrès de la technologie, Gilbert (2015) soutient que le programme scientifique formel est limité dans son élaboration et son utilisation d'illustrations et d'équipements scientifiques intéressants. De plus, bien que ce contexte d'apprentissage facilite l'acquisition de connaissances, il peut ne pas favoriser l'apprentissage tout au long de la vie ni la motivation à apprendre (Vedder-Weiss et Fortus, 2011). La motivation pour l'apprentissage des sciences peut être renforcée par des contextes d'apprentissage informels tels que des activités et des programmes parascolaires liés aux sciences (Fortus et Vedder-Weiss, 2014). Dans ces contextes, les expériences qui se concentrent sur des problèmes du monde réel - en dehors de l'école - peuvent à leur tour aider à renforcer les capacités de raisonnement et la compréhension en sciences. La présente étude examine l'impact de l'approche d'apprentissage mixte dans un environnement d'apprentissage informel sur les résultats affectifs, cognitifs et scolaires des enfants en sciences. En particulier, la motivation, l'identité, le raisonnement et la performance des élèves en sciences sont considérés de manière holistique.

Objectifs de la recherche La présente étude vise à mettre en œuvre un programme d'intervention basé sur une application qui se concentre sur l'apprentissage des STEM en dehors d'un environnement de classe formel. L'objectif principal est d'examiner l'efficacité de l'apprentissage mixte qui utilise une combinaison d'une application et d'expériences en laboratoire sur les résultats affectifs, cognitifs et scolaires des enfants.

Méthodes

Participants Les participants seront composés de 400 élèves du primaire âgés de 8 à 10 ans de 3 écoles à Hong Kong. Les écoles seront sélectionnées sur la base de plusieurs critères : 1) écoles d'anglais moyen d'instruction (EMI) avec 2) classes à capacités mixtes. Les données seront collectées pendant les vacances d'été en 2021 et seront anonymisées avant traitement et utilisées dans les analyses. Les classes seront assignées au hasard à la condition expérimentale ou à la condition de contrôle selon la méthode d'échantillonnage aléatoire. La lettre de recrutement et l'affiche publicitaire seront publiées en ligne et hors ligne sur différentes plateformes. Une feuille d'information, un formulaire de consentement et un formulaire d'assentiment seront distribués aux directeurs des écoles.

Conception et procédures Les classes seront assignées au hasard au groupe expérimental et au groupe témoin. En tant que traitement, le groupe expérimental sera affecté à une intervention qui utilise une application d'apprentissage mixte STEM avec des vidéos ludiques pour la connaissance du contenu ainsi que des expériences pratiques. Les vidéos sont des récits éducatifs fictifs liés à la connaissance du contenu et les élèves ont été invités à "se mettre à la place" du scientifique de la bande dessinée (un tamia) pour résoudre divers problèmes au cours des histoires. Les expériences scientifiques seront complétées par un guidage vidéo étape par étape sur l'application. Le groupe de contrôle sera chargé de lire le même contenu sur un livre électronique et de recevoir un kit d'art et d'artisanat pour chaque leçon qui n'est pas liée à la connaissance du contenu. Le contenu est conçu pour être aligné sur le curriculum; les deux groupes apprendront sur les mêmes sujets :

1. Electricité (Physique) : 4 leçons sur des thèmes tels que l'introduction à l'électricité, les circuits électriques simples et complexes, les énergies renouvelables et l'électricité statique.
2. Parties du corps (biologie) : 4 leçons sur des sujets tels que l'appareil locomoteur, les poumons, le cœur et le cerveau
3. Sciences de l'environnement : 4 leçons sur des sujets tels qu'une introduction à la forêt tropicale, la classification, les parties et les étapes de la croissance des plantes, la photosynthèse et le transport de l'eau dans les plantes.

Les participants du groupe expérimental recevront une intervention de 2,5 mois avec l'application d'apprentissage mixte tandis que le groupe témoin recevra des chapitres de livres électroniques au cours de la même période. Cinq évaluations, chacune d'une durée d'environ 20 à 30 minutes, seront menées tout au long de l'étude : (1) avant l'intervention (Temps 1) et ; (2) après la fin de l'intervention (Temps 2). Quelle que soit la tâche de groupe, les deux groupes effectueront les pré-évaluations une semaine avant l'intervention en utilisant le même ensemble d'évaluations en classe. De plus, les deux groupes recevront du matériel pratique pendant l'intervention, bien que le matériel diffère d'un groupe à l'autre. Dans le cadre de l'étude, le groupe expérimental recevra un kit d'expérimentation scientifique pour chacune des leçons qu'il regarde sur l'application. Chaque expérience correspond à la connaissance du contenu qu'ils apprennent pour une leçon particulière. Le groupe de contrôle recevra un kit d'artisanat pour chaque chapitre lu sur le livre électronique. Tous les étudiants s'engageront dans le même temps pour chaque leçon (45 minutes) pour 12 leçons sur les 2,5 mois.

Mesures

Variables démographiques L'âge, le sexe et les notes académiques des élèves seront collectés via les enseignants au cours de la période 1.

Pré/post-tests Mesures L'étude consistera en des questionnaires auto-déclarés multi-mesures. Il comprendra les questionnaires suivants qui mesurent la motivation scientifique, l'identification scientifique, la performance scientifique et le raisonnement scientifique.

Motivation scientifique La motivation scientifique sera évaluée à l'aide de l'échelle Espérance-Valeur-Coût basée sur le modèle espérance-valeur (Kosovich et al., 2015). Le questionnaire a été conçu pour mesurer la motivation des étudiants en STEM. Il comprend 10 items pour évaluer 3 sous-domaines : comment les élèves qui réussissent pensent pouvoir réussir (espérance) ; quelle est la valeur de la science (valeur) et ; effort perçu pour bien faire (coût). Les élèves ont rapporté leurs réponses à l'aide d'une échelle de Likert en 6 points allant de 1 (fortement en désaccord) à 6 (fortement d'accord). Les consignes sont expliquées aux étudiants avant l'administration : « Ceci n'est pas un test. Il s'agit d'un court sondage pour savoir à quel point vous aimez votre cours de sciences. Vous pouvez répondre ouvertement et honnêtement. Toutes vos réponses resteront confidentielles. Personne ne verra vos réponses individuelles (ni votre professeur, ni vos camarades de classe, ni vos parents)."

Identité scientifique L'identité scientifique est sans doute une construction multidimensionnelle qui implique de nombreux aspects et contextes. Dans cette étude, nous nous concentrerons sur les cadres informels en dehors de la salle de classe. C'est-à-dire comment les élèves se rapportent à la science en général et dans leur vie quotidienne. Un sous-ensemble de 8 items a été adapté de l'échelle d'attitude scientifique de (Pell & Jarvis (2001) pour évaluer l'identité scientifique. Les éléments du questionnaire se concentrent sur la science du monde réel plutôt que sur la science dans le contexte de la classe. Les étudiants ont rapporté leur degré d'accord avec chaque item sur une échelle de Likert en 6 points (1 = fortement en désaccord, 6 = fortement en accord).

Performance scientifique La performance scientifique sera mesurée à l'aide d'une combinaison de quiz de connaissances en temps réel conçus dans le cadre de l'application ainsi que d'un sous-ensemble d'éléments de l'étude TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study). Les quiz de connaissance du contenu sont conçus pour être des quiz interactifs, immersifs et en temps réel dans le cadre des histoires avec lesquelles les étudiants s'engagent dans l'application. Les questions sont conçues pour être alignées sur le programme d'études et ont été examinées par des professeurs de sciences. Chaque sujet comporte 40 questions ; au total, il y a 120 questions pour les trois sujets abordés dans l'application. Le score total est utilisé pour quantifier les performances scientifiques dans l'application. Les éléments sélectionnés à partir de TIMSS seront utilisés comme deuxième mesure des connaissances des élèves en sciences. Un total de 12 items à choix multiples pertinents aux sujets seront sélectionnés.

Raisonnement scientifique Le raisonnement scientifique sera évalué à l'aide de la version à 7 items de l'inventaire de raisonnement Science-P (SPR-I) conçue pour les élèves du primaire (Koerber & Osterhaus, 2019). Le SPR-I est un inventaire basé sur le modèle conceptuel du raisonnement scientifique qui s'appuie sur la compréhension de la relation hypothèsepreuve à plusieurs niveaux non exclusifs (c'est-à-dire naïf, intermédiaire et avancé). Les 7 items comprennent 3 items sur la nature de la science, 3 items sur l'expérimentation et 1 item sur l'interprétation des données. Tous les éléments sont notés à l'aide d'une échelle de crédits partiels (0,1,2), qui représente les trois niveaux de raisonnement scientifique. Un score de 0 indique une compréhension naïve ; un score de 1 indique une compréhension intermédiaire et ; un score de 2 indique un niveau avancé de compréhension.

Analyse Des méthodes statistiques descriptives et inférentielles seront toutes deux employées dans cette étude. Une analyse de fiabilité sera d'abord effectuée à l'aide des scores obtenus lors des pré et post-évaluations. Des comparaisons entre les scores moyens du groupe expérimental et du groupe témoin sur toutes les mesures de résultats sont ensuite effectuées en évaluant l'équivalence pré-intervention des groupes. Une analyse multivariée de la variance (MANOVA) sera utilisée comme analyse principale avec la motivation scientifique, l'identité, la réussite et les scores de raisonnement scientifique comme variables dépendantes et le statut d'affectation de groupe comme variable indépendante. Le statut d'affectation avait deux niveaux, expérimental et contrôle.