Effekten av blandingslæring i STEM i små barns affektive, kognitive og akademiske resultater

Effekten av blandingslæring i STEM i små barns affektive, kognitive og akademiske resultater.

Bakgrunn for studien Tradisjonelt har forskning innen realfagsutdanning hovedsakelig fokusert på formell klasseromslæring. Med teknologiens fremskritt argumenterer Gilbert (2015) for at formelle vitenskapelige pensum er begrenset i sin utforming og bruk av interessante vitenskapelige illustrasjoner og utstyr. Dessuten, mens denne læringskonteksten letter kunnskapstilegnelsen, fremmer den kanskje ikke livslang læring eller motivasjon til å lære (Vedder-Weiss & Fortus, 2011). Motivasjon for naturfagslæring kan forsterkes gjennom uformelle læringskontekster som for eksempel vitenskapsrelaterte aktiviteter og programmer utenom faget (Fortus & Vedder-Weiss, 2014). I disse sammenhengene kan erfaringer som fokuserer på virkelige problemer - utenfor skolen - bidra til å styrke resonnementferdigheter og forståelse i naturfag. Den nåværende studien undersøker virkningen av blandet læringstilnærming i et uformelt læringsmiljø på barns affektive, kognitive og akademiske resultater i naturfag. Spesielt vurderes elevenes motivasjon, identitet, resonnement og prestasjoner i naturfag helhetlig.

Forskningsmål Den nåværende studien tar sikte på å implementere et app-basert intervensjonsprogram som fokuserer på STEM-læring utenfor et formelt klasseromsmiljø. Det overordnede målet er å undersøke effekten av blandet læring som bruker en kombinasjon av en app og laboratorieeksperimenter i barns affektive, kognitive og akademiske resultater.

Metoder

Deltakere Deltakerne vil bestå av 400 barneskoleelever i alderen 8-10 år fra 3 skole i Hong Kong. Skolene vil bli valgt ut fra flere kriterier: 1) Engelsk Medium-of-Instruction (EMI)-skoler med 2) klasser med blandede evner. Dataene vil bli samlet inn i sommerferien i 2021 og anonymiseres før behandling og brukes i analysene. Klassene vil bli tilfeldig tilordnet den eksperimentelle tilstanden eller kontrollbetingelsen basert på tilfeldig prøvetakingsmetode. Rekrutteringsbrev og annonseplakat vil bli publisert både online og offline gjennom ulike plattformer. Informasjonsskjema, samtykkeskjema og samtykkeskjema vil bli delt ut til rektorane ved skulane.

Design og prosedyrer Klasser vil bli tildelt tilfeldig til den eksperimentelle gruppen og til kontrollgruppen. Som behandling vil den eksperimentelle gruppen bli tildelt en intervensjon som bruker en STEM blandet læringsapp med gamifiserte videoer for innholdskunnskap sammen med praktiske eksperimenter. Videoene er fiktive pedagogiske fortellinger knyttet til innholdskunnskapen, og elevene ble bedt om å "trå inn i skoene" til tegneserieforskeren (en jordekorn) for å løse ulike problemer i løpet av historiene. De vitenskapelige eksperimentene vil bli fullført med trinn-for-trinn videoveiledning på appen. Kontrollgruppen vil bli tildelt å lese det samme innholdet på en e-bok og motta et kunst- og håndverksett for hver leksjon som ikke er relatert til innholdskunnskapen. Innholdet er designet for å være pensumjustert; begge gruppene vil lære om de samme emnene:

1. Elektrisitet (fysikk): 4 leksjoner om temaer som en introduksjon til elektrisitet, enkle og komplekse elektriske kretser, fornybar energi og statisk elektrisitet.
2. Kroppsdeler (biologi): 4 leksjoner om emner som muskelskjelettsystemet, lungene, hjertet og hjernen
3. Miljøvitenskap: 4 leksjoner om temaer som en introduksjon til regnskogen, klassifisering, deler og stadier av plantevekst, fotosyntese og vanntransport i planter.

Deltakere i forsøksgruppen vil motta en 2,5-måneders intervensjon med blended learning-appen mens kontrollgruppen mottar e-bokkapitler i samme periode. Fem vurderinger, som hver vil vare i ca. 20-30 minutter, vil bli utført gjennom hele studien: (1) før intervensjonen (Tid 1) og; (2) etter at intervensjonen er fullført (Tid 2). Uavhengig av gruppeoppgaven vil begge gruppene gjennomføre forhåndsvurderingene en uke før intervensjonen ved å bruke samme sett med vurderinger i klasserommet. Dessuten vil begge gruppene motta praktisk materiale under intervensjonen, selv om materialet er forskjellig mellom gruppene. Som en del av studien vil den eksperimentelle gruppen motta et vitenskapelig eksperimentelt sett for hver av leksjonene de ser på appen. Hvert eksperiment tilsvarer innholdskunnskapen de lærer for en bestemt leksjon. Kontrollgruppen vil motta et kunst- og håndverksett for hvert kapittel de leser på e-boken. Alle studenter vil engasjere seg i samme mengde tid for hver leksjon (45 minutter) i 12 leksjoner i løpet av de 2,5 månedene.

målinger

Demografiske variabler Elevenes alder, kjønn og akademiske karakterer vil bli samlet inn via lærere i løpet av tid 1.

Pre/post-tester Tiltak Studien vil bestå av flermåls selvrapporterte spørreskjemaer. Det vil inkludere følgende spørreskjemaer som måler vitenskapelig motivasjon, vitenskapelig identifisering, vitenskapelig ytelse og vitenskapelig resonnement.

Vitenskapelig motivasjon Vitenskapelig motivasjon vil bli vurdert ved bruk av Expectancy-Value-Cost Scale basert på forventningsverdimodellen (Kosovich et al., 2015). Spørreskjemaet ble laget for å måle elevenes motivasjon i STEM. Den inkluderer 10 elementer for å vurdere 3 underdomener: hvor vellykkede studenter tror de kan prestere (forventning); hvor verdifull vitenskap er (verdi) og; opplevd innsats for å gjøre det bra (kostnad). Studentene rapporterte svarene sine ved å bruke en 6-punkts Likert-skala fra 1 (helt uenig) til 6 (helt enig). Instruksjoner er forklart til studentene før administrasjonen: "Dette er ikke en prøve. Det er en kort spørreundersøkelse om hvor godt du liker naturfagklassen din. Du kan svare åpent og ærlig. Alle svarene dine vil bli holdt konfidensielt. Ingen vil se dine individuelle svar (ikke læreren din, ikke klassekameratene dine, ikke foreldrene dine).»

Vitenskapsidentitet Vitenskapsidentitet er uten tvil en flerdimensjonal konstruksjon som involverer mange aspekter og kontekst. I denne studien vil vi fokusere på uformelle omgivelser utenfor klasserommet. Det vil si hvordan elever forholder seg til realfag generelt og i hverdagen. En undergruppe av 8 elementer ble tilpasset fra vitenskapsholdningsskalaen i (Pell & Jarvis (2001) for å vurdere vitenskapelig identitet. Elementene i spørreskjemaet fokuserer på virkelighetsvitenskap i stedet for vitenskap i klasseromssammenheng. Studentene rapporterte graden av enighet med hvert punkt på en 6-punkts Likert-skala (1= helt uenig, 6= helt enig).

Vitenskapsytelse Vitenskapsytelse vil bli målt ved hjelp av en kombinasjon av kunnskapsquizer i sanntid utformet som en del av appen, samt et undersett av elementer fra Trends in International Mathematics and Science Study (TIMSS). Innholdskunnskapsquizene er designet for å være interaktive, oppslukende og sanntidsquizer som en del av historiene elevene engasjerer seg i i appen. Spørsmålene er konstruert for å være pensumtilpasset og ble gjennomgått av naturfaglærere. Hvert emne har 40 spørsmål; totalt er det 120 spørsmål for de tre temaene som dekkes i appen. Sumpoengsummen brukes til å kvantifisere vitenskapelig ytelse i appen. Elementene som er valgt fra TIMSS vil bli brukt som en andre måling av elevenes kunnskaper i naturfag. Det vil bli valgt ut totalt 12 flervalgselementer som er relevante for temaene.

Vitenskapelig resonnement Vitenskapelig resonnement vil bli vurdert ved hjelp av Science-P Reasoning Inventory (SPR-I) 7-element versjon designet for grunnskoleelever (Koerber & Osterhaus, 2019). SPR-I er en oversikt som er basert på den konseptuelle modellen for vitenskapelig resonnement som er avhengig av forståelsen av hypotesebevisforhold på flere ikke-eksklusive nivåer (dvs. naiv, middels og avansert). De 7 elementene inkluderer 3 elementer om naturvitenskap, 3 elementer om eksperimentering og 1 element om datatolkning. Alle elementer blir skåret ved hjelp av en delvis kredittskala (0,1,2), som representerer de tre nivåene av vitenskapelig resonnement. En poengsum på 0 indikerer en naiv forståelse; en poengsum på 1 indikerer en mellomforståelse og; en poengsum på 2 indikerer et avansert nivå av forståelse.

Analyse Både beskrivende og inferensielle statistiske metoder vil bli brukt i denne studien. En pålitelighetsanalyse vil først bli utført ved å bruke skårer hentet fra før- og ettervurderingene. Sammenligninger mellom gjennomsnittsskårene til den eksperimentelle gruppen og kontrollgruppen på alle utfallsmålene utføres deretter ved å evaluere gruppens ekvivalens før intervensjon. En multivariat variansanalyse (MANOVA) vil bli brukt som hovedanalyse med vitenskapelig motivasjon, identitet, prestasjon og vitenskapelig resonnement som avhengige variabler og gruppetildelingsstatus som uavhengig variabel. Oppdragsstatus hadde to nivåer, eksperimentell og kontroll.