Het effect van blend-learning in STEM op de affectieve, cognitieve en academische resultaten van jonge kinderen

Het effect van blend-learning in STEM op de affectieve, cognitieve en academische resultaten van jonge kinderen.

Achtergrond van de studie Traditioneel is onderzoek in het wetenschappelijk onderwijs voornamelijk gericht op formeel klassikaal leren. Met de vooruitgang van technologie stelt Gilbert (2015) dat het formele wetenschappelijke curriculum beperkt is in de uitwerking en het gebruik van interessante wetenschappelijke illustraties en apparatuur. Bovendien, hoewel deze leercontext kennisverwerving mogelijk maakt, bevordert het misschien niet het levenslang leren of de motivatie om te leren (Vedder-Weiss & Fortus, 2011). Motivatie voor wetenschappelijk leren kan worden versterkt door informele leercontexten zoals buitenschoolse wetenschapsgerelateerde activiteiten en programma's (Fortus & Vedder-Weiss, 2014). In deze contexten kunnen ervaringen die gericht zijn op problemen uit de echte wereld - buiten school - op hun beurt helpen om de redeneervaardigheden en het begrip in de wetenschap te versterken. De huidige studie onderzoekt de impact van blended learning in een informele leeromgeving op de affectieve, cognitieve en academische resultaten van kinderen in de wetenschap. Met name de motivatie, identiteit, redenering en prestaties van studenten in de wetenschap worden holistisch beschouwd.

Onderzoeksdoelstellingen De huidige studie heeft tot doel een app-gebaseerd interventieprogramma te implementeren dat zich richt op STEM-leren buiten een formele klasomgeving. Het overkoepelende doel is om de effectiviteit te onderzoeken van blended learning dat gebruikmaakt van een combinatie van een app en laboratoriumexperimenten in de affectieve, cognitieve en academische resultaten van kinderen.

methoden

Deelnemers De deelnemers zullen bestaan ​​uit 400 basisschoolleerlingen in de leeftijd van 8-10 jaar van 3 scholen in Hong Kong. De scholen worden geselecteerd op basis van verschillende criteria: 1) Engelse Medium-of-Instruction (EMI) scholen met 2) gemengde klassen. De gegevens worden verzameld tijdens de zomervakantie in 2021 en worden voor verwerking geanonimiseerd en gebruikt in de analyses. De klassen worden willekeurig toegewezen aan de experimentele conditie of de controleconditie op basis van de random sampling methode. Wervingsbrief en advertentieposter zullen zowel online als offline via verschillende platforms worden gepubliceerd. Informatieblad, toestemmingsformulier en instemmingsformulier worden uitgedeeld aan de directeuren van de scholen.

Ontwerp en procedures De klassen worden willekeurig toegewezen aan de experimentele groep en aan de controlegroep. Als behandeling wordt de experimentele groep toegewezen aan een interventie die gebruikmaakt van een STEM-app voor gemengd leren met gamified video's voor inhoudelijke kennis, samen met praktische experimenten. De video's zijn fictieve educatieve verhalen die verband houden met de inhoudelijke kennis en studenten werd gevraagd om "in de schoenen te stappen" van de cartoonwetenschapper (een aardeekhoorn) om verschillende problemen tijdens de verhalen op te lossen. De wetenschappelijke experimenten worden afgerond met stapsgewijze videobegeleiding op de app. De controlegroep krijgt de opdracht om dezelfde inhoud van een e-book te lezen en krijgt voor elke les een knutselpakket dat geen verband houdt met de inhoudskennis. De inhoud is ontworpen om op het curriculum afgestemd te zijn; beide groepen leren over dezelfde onderwerpen:

1. Elektriciteit (natuurkunde): 4 lessen over onderwerpen als een inleiding tot elektriciteit, eenvoudige en complexe elektrische circuits, hernieuwbare energie en statische elektriciteit.
2. Lichaamsdelen (biologie): 4 lessen over onderwerpen als het bewegingsapparaat, longen, hart en hersenen
3. Milieukunde: 4 lessen over onderwerpen als een introductie in het regenwoud, classificatie, delen en stadia van plantengroei, fotosynthese en watertransport in planten.

Deelnemers in de experimentele groep krijgen gedurende 2,5 maand een interventie met de blended learning app terwijl de controlegroep in dezelfde periode e-book hoofdstukken ontvangt. Gedurende het onderzoek zullen vijf beoordelingen worden uitgevoerd, die elk ongeveer 20-30 minuten zullen duren: (1) vóór de interventie (Tijd 1) en; (2) na voltooiing van de interventie (tijdstip 2). Ongeacht de groepsopdracht zullen beide groepen de pre-assessments een week voor de interventie voltooien met behulp van dezelfde set assessments in de klas. Bovendien krijgen beide groepen praktijkmateriaal tijdens de interventie, hoewel het materiaal per groep verschilt. Als onderdeel van het onderzoek ontvangt de experimentele groep een wetenschappelijke experimentele kit voor elke les die ze in de app bekijken. Elk experiment komt overeen met de inhoudelijke kennis die ze leren voor een bepaalde les. De controlegroep ontvangt een knutselpakket voor elk hoofdstuk dat ze in het e-book lezen. Alle studenten zullen dezelfde hoeveelheid tijd besteden aan elke les (45 minuten) voor 12 lessen gedurende de 2,5 maand.

Maatregelen

Demografische variabelen De leeftijd, het geslacht en de academische cijfers van studenten worden tijdens tijd 1 via docenten verzameld.

Pre-/posttests Maatregelen Het onderzoek zal bestaan ​​uit zelfrapportagevragenlijsten met meerdere metingen. Het bevat de volgende vragenlijsten die wetenschappelijke motivatie, wetenschappelijke identificatie, wetenschappelijke prestaties en wetenschappelijk redeneren meten.

Wetenschapsmotivatie Wetenschapsmotivatie wordt beoordeeld met behulp van de Verwachtingswaarde-Kostenschaal op basis van het verwachtingswaardemodel (Kosovich et al., 2015). De vragenlijst is ontworpen om de motivatie van studenten in STEM te meten. Het bevat 10 items om 3 subdomeinen te beoordelen: hoe succesvol studenten denken te kunnen presteren (verwachting); hoe waardevol wetenschap is (waarde) en; waargenomen inspanning om het goed te doen (kosten). Studenten rapporteerden hun antwoorden met behulp van een 6-punts Likertschaal variërend van 1 (helemaal niet mee eens) tot 6 (helemaal mee eens). Instructies worden voorafgaand aan de afname aan studenten uitgelegd: "Dit is geen toets. Het is een korte enquête over hoe leuk je je wetenschapsles vindt. Je kunt open en eerlijk reageren. Al uw antwoorden worden vertrouwelijk behandeld. Niemand zal je individuele antwoorden zien (niet je leraar, niet je klasgenoten, niet je ouders)."

Wetenschapsidentiteit Wetenschapsidentiteit is waarschijnlijk een multidimensionaal construct dat vele aspecten en context omvat. In dit onderzoek richten we ons op informele situaties buiten het klaslokaal. Dat wil zeggen, hoe studenten zich verhouden tot wetenschap in het algemeen en in hun dagelijks leven. Een subset van 8 items werd aangepast van de wetenschappelijke attitudeschaal in (Pell & Jarvis (2001) om wetenschappelijke identiteit te beoordelen. De items in de vragenlijst richten zich meer op wetenschap in de echte wereld dan op wetenschap in de klascontext. De leerlingen gaven aan in welke mate ze het met elk item eens waren op een 6-punts Likertschaal (1 = helemaal mee oneens, 6 = helemaal mee eens).

Wetenschapsprestaties Wetenschapsprestaties worden gemeten met behulp van een combinatie van real-time kennisquizzen die zijn ontworpen als onderdeel van de app en een subset van items uit de Trends in International Mathematics and Science Study (TIMSS). De inhoudskennisquizzen zijn ontworpen als interactieve, meeslepende en real-time quizzen als onderdeel van de verhalen waarmee leerlingen in de app bezig zijn. De vragen zijn zo opgesteld dat ze op het curriculum zijn afgestemd en werden beoordeeld door bètadocenten. Elk onderwerp heeft 40 vragen; in totaal zijn er 120 vragen voor de drie onderwerpen die in de app worden behandeld. De somscore wordt gebruikt om de wetenschappelijke prestaties in de app te kwantificeren. De geselecteerde items uit TIMSS zullen worden gebruikt als een tweede meting van de kennis van studenten in de wetenschap. Er worden in totaal 12 meerkeuzevragen geselecteerd die relevant zijn voor de onderwerpen.

Wetenschappelijk redeneren Wetenschappelijk redeneren zal worden beoordeeld met behulp van de Science-P Reasoning Inventory (SPR-I) 7-itemversie ontworpen voor basisschoolleerlingen (Koerber & Osterhaus, 2019). De SPR-I is een inventarisatie die is gebaseerd op het conceptuele model van wetenschappelijk redeneren dat berust op het begrip van de hypothese-bewijsrelatie op meerdere niet-exclusieve niveaus (d.w.z. naïef, intermediair en geavanceerd). De 7 items bevatten 3 items over de aard van wetenschap, 3 items over experimenteren en 1 item over data-interpretatie. Alle items worden gescoord met behulp van een gedeeltelijke puntenschaal (0,1,2), die de drie niveaus van wetenschappelijk redeneren vertegenwoordigt. Een score van 0 duidt op een naïef begrip; een score van 1 duidt op een gemiddeld begrip en; een score van 2 geeft een gevorderd niveau van begrip aan.

Analyse In deze studie zullen zowel beschrijvende als inferentiële statistische methoden worden gebruikt. Er wordt eerst een betrouwbaarheidsanalyse uitgevoerd aan de hand van scores uit de voor- en nametingen. Vergelijkingen tussen de gemiddelde scores van de experimentele groep en de controlegroep op alle uitkomstmaten worden vervolgens uitgevoerd door de pre-interventie-equivalentie van de groepen te evalueren. Een multivariate variantieanalyse (MANOVA) zal worden gebruikt als de hoofdanalyse met wetenschappelijke motivatie, identiteit, prestatie en wetenschappelijk redeneerscores als afhankelijke variabelen en groepsopdrachtstatus als de onafhankelijke variabele. De toewijzingsstatus had twee niveaus, experimenteel en controle.