Влияние смешанного обучения в STEM на эмоциональные, когнитивные и академические результаты детей младшего возраста

Влияние смешанного обучения в STEM на эмоциональные, когнитивные и академические результаты детей младшего возраста.

Предыстория исследования Традиционно исследования в области естественнонаучного образования в основном были сосредоточены на формальном обучении в классе. Гилберт (2015) утверждает, что с развитием технологий формальная учебная программа по естественным наукам ограничена в ее разработке и использовании интересных научных иллюстраций и оборудования. Более того, хотя этот учебный контекст способствует получению знаний, он может не способствовать обучению на протяжении всей жизни или мотивации к обучению (Vedder-Weiss & Fortus, 2011). Мотивация к изучению естественных наук может быть повышена за счет неформального контекста обучения, такого как внеклассные мероприятия и программы, связанные с наукой (Fortus & Vedder-Weiss, 2014). В этих условиях опыт, сосредоточенный на реальных проблемах вне школы, может, в свою очередь, помочь укрепить навыки рассуждения и понимания в науке. В настоящем исследовании изучается влияние смешанного подхода к обучению в неформальной учебной среде на эмоциональные, когнитивные и академические результаты детей в науке. В частности, целостно рассматриваются мотивация, идентичность, рассуждения и успеваемость учащихся.

Цели исследования Настоящее исследование направлено на реализацию программы вмешательства на основе приложений, которая фокусируется на обучении STEM за пределами формальной классной среды. Главной целью является изучение эффективности смешанного обучения, в котором используется комбинация приложения и лабораторных экспериментов в отношении эмоциональных, когнитивных и академических результатов детей.

Методы

Участники Участники будут состоять из 400 учеников начальных классов в возрасте 8-10 лет из 3-х школ Гонконга. Школы будут выбраны на основе нескольких критериев: 1) школы с преподаванием на английском языке (EMI) и 2) классы со смешанными способностями. Данные будут собираться во время летних каникул 2021 года и будут анонимизированы перед обработкой и использованием в анализе. Классы будут случайным образом назначены экспериментальным условиям или контрольным условиям на основе метода случайной выборки. Письмо о наборе и рекламный плакат будут опубликованы как онлайн, так и офлайн на разных платформах. Информационный лист, форма согласия и форма согласия будут распространены среди директоров школ.

Классы дизайна и процедур будут случайным образом распределены между экспериментальной и контрольной группами. В качестве лечения экспериментальной группе будет назначено вмешательство, в котором используется приложение для смешанного обучения STEM с игровыми видео для ознакомления с контентом, а также практические эксперименты. Видеоролики представляют собой вымышленные образовательные рассказы, связанные с содержанием знаний, и студентов просили «встать на место» мультипликационного ученого (бурундука), чтобы решить различные проблемы во время рассказов. Научные эксперименты будут дополнены пошаговыми видеоинструкциями в приложении. Контрольной группе будет поручено прочитать тот же контент в электронной книге и получить набор для творчества за каждый урок, который не имеет отношения к знанию контента. Содержание предназначено для согласования с учебной программой; обе группы будут изучать одни и те же темы:

1. Электричество (физика): 4 урока по таким темам, как введение в электричество, простые и сложные электрические цепи, возобновляемые источники энергии и статическое электричество.
2. Части тела (биология): 4 урока по таким темам, как опорно-двигательный аппарат, легкие, сердце и мозг
3. Наука об окружающей среде: 4 урока по таким темам, как введение в тропический лес, классификация, части и стадии роста растений, фотосинтез и перенос воды в растениях.

Участники экспериментальной группы получат 2,5-месячное вмешательство с приложением для смешанного обучения, в то время как контрольная группа получит главы в электронных книгах в течение того же периода. На протяжении всего исследования будет проведено пять оценок, каждая из которых будет длиться около 20-30 минут: (1) до вмешательства (время 1) и; (2) после завершения вмешательства (Время 2). Независимо от группового задания, обе группы завершат предварительную оценку за неделю до вмешательства, используя один и тот же набор оценок в классе. Кроме того, обе группы получат практические материалы во время вмешательства, хотя материалы различаются между группами. В рамках исследования экспериментальная группа получит набор для научных экспериментов за каждый из уроков, которые они просматривают в приложении. Каждый эксперимент соответствует содержанию знаний, которые они изучают для конкретного урока. Контрольная группа получит набор для творчества за каждую главу, которую они прочитают в электронной книге. Все учащиеся будут уделять одинаковое количество времени каждому уроку (45 минут) в течение 12 уроков в течение 2,5 месяцев.

Меры

Демографические переменные Возраст, пол и академические оценки учащихся будут собираться учителями в течение Времени 1.

Предварительные/пост-тестовые измерения Исследование будет состоять из многомерных анкет с самоотчетами. Он будет включать следующие анкеты, которые измеряют научную мотивацию, научную идентификацию, научную деятельность и научное мышление.

Научная мотивация Научная мотивация будет оцениваться с использованием шкалы «ожидание-ценность-затраты», основанной на модели «ожидание-ценность» (Kosovich et al., 2015). Анкета была разработана для измерения мотивации студентов в STEM. Он включает 10 пунктов для оценки 3 поддоменов: насколько успешные студенты думают, что они могут работать (ожидание); насколько ценна наука (ценность) и; воспринимаемые усилия, направленные на достижение успеха (затраты). Студенты представили свои ответы, используя 6-балльную шкалу Лайкерта от 1 (полностью не согласен) до 6 (полностью согласен). Инструкции объясняются студентам до администрации: «Это не тест. Это краткий опрос о том, насколько вам нравится ваш урок естественных наук. Вы можете ответить открыто и честно. Все ваши ответы останутся конфиденциальными. Никто не увидит ваши индивидуальные ответы (ни ваш учитель, ни ваши одноклассники, ни ваши родители)».

Научная идентичность Научная идентичность, возможно, является многомерной конструкцией, включающей множество аспектов и контекстов. В этом исследовании мы сосредоточимся на неформальной обстановке за пределами классной комнаты. То есть, как студенты относятся к науке в целом и в своей повседневной жизни. Подмножество из 8 пунктов было адаптировано из шкалы отношения к науке в (Pell & Jarvis (2001) для оценки научной идентичности. Вопросы в анкете сосредоточены на науке реального мира, а не науке в контексте классной комнаты. Студенты сообщали о степени своего согласия с каждым пунктом по 6-балльной шкале Лайкерта (1 = полностью не согласен, 6 = полностью согласен).

Научная успеваемость Научная успеваемость будет измеряться с помощью комбинации викторин по содержанию в режиме реального времени, разработанных как часть приложения, а также подмножества элементов из «Тенденций в международном исследовании математики и естественных наук» (TIMSS). Тесты на знание контента разработаны так, чтобы быть интерактивными, захватывающими и в реальном времени викторинами как часть историй, с которыми учащиеся взаимодействуют в приложении. Вопросы составлены в соответствии с учебным планом и проверены учителями естественных наук. В каждой теме 40 вопросов; всего в приложении 120 вопросов по трем темам. Суммарный балл используется для количественной оценки научных достижений в приложении. Элементы, выбранные из TIMSS, будут использоваться в качестве второго измерения знаний учащихся в области естественных наук. Всего будет выбрано 12 элементов с множественным выбором, которые относятся к темам.

Научное мышление Научное мышление будет оцениваться с использованием версии из 7 пунктов опросника Science-P Reasoning Inventory (SPR-I), предназначенного для учащихся начальных классов (Koerber & Osterhaus, 2019). SPR-I представляет собой инвентаризацию, основанную на концептуальной модели научного рассуждения, которая опирается на понимание связи между гипотезой и свидетельством на нескольких неисключающих уровнях (т. е. наивном, промежуточном и продвинутом). 7 пунктов включают 3 пункта по природе науки, 3 пункта по экспериментированию и 1 пункт по интерпретации данных. Все пункты оцениваются по частичной кредитной шкале (0,1,2), которая представляет собой три уровня научного мышления. Оценка 0 указывает на наивное понимание; оценка 1 указывает на промежуточное понимание и; оценка 2 указывает на продвинутый уровень понимания.

Анализ В этом исследовании будут использоваться как описательные, так и логические статистические методы. Сначала будет проведен анализ надежности с использованием баллов, полученных в результате предварительной и последующей оценки. Сравнения между средними баллами экспериментальной и контрольной группы по всем показателям результатов затем выполняются путем оценки эквивалентности групп до вмешательства. Многомерный дисперсионный анализ (MANOVA) будет использоваться в качестве основного анализа с научной мотивацией, идентичностью, достижениями и научными рассуждениями в качестве зависимых переменных и статусом группового назначения в качестве независимой переменной. Статус задания имел два уровня: экспериментальный и контрольный.