대규모 물리수업에서 학습 증진(Science, 2011)

대규모 물리수업에서 학습 증진(Science, 2011)

Improved Learning in a Large-Enrollment Physics Class

Louis Deslauriers,1,2 Ellen Schelew,2 Carl Wieman*†‡

전통적인 강의 방식은 고등 교육 수준에서 과학을 가르치는 일반적인 방법이지만 다른 학습 방식이 더 효과적이라는 연구가 늘어나고 있습니다 (1-8).

The traditional lecture approach remains the prevailing method for teaching science at the postsecondary level, although there are a growing number of studies indicating that other instructional approaches are more effective (1–8).

• 통제 그룹은 고등학생 평가와 이 과정을 수년간의 경험을 가진 의욕적 인 교수진에 의해 강의되었습니다. 

• 실험 그룹은 학습 연구를 기반으로 한 지시를 사용하여 박사후 연구원이 진행했습니다. 

선택한 학습 목표는 1 주일 동안 두 강사 모두에게 적용되었습니다.

The control group was lectured by a motivated faculty member with high student evaluations and many years of experience teaching this course. The experimental group was taught by a postdoctoral fellow using instruction based on research on learning. The same selected learning objectives were covered by both instructors in a 1-week period.

실험 섹션을위한 교수 설계는 전문 지식 개발을위한 "deliberate practice"(11) 개념에 기반을두고 있습니다. DP개념은 구성주의와 형성평가의 교육적 아이디어를 포함합니다. 우리의 경우, DP는 잦은 피드백을 제공하면서 학생들이 수업 시간에 물리학자 같은 추론과 문제 해결을 연습하도록 요구하는 일련의 도전적인 질문과 과제의 형태를 취합니다.

The instructional design for the experimental section was based on the concept of “deliberate practice” (11) for the development of expertise. The deliberate practice concept encompasses the educational ideas of constructivism and formative assessment. In our case, the deliberate practice takes the form of a series of challenging questions and tasks that require the students to practice physicist-like reasoning and problem solving during class time while provided with frequent feedback.

디자인 목표는 학생들이 

• 관련 주제에 관한 예측과 논증을 만들고 테스트하며 

• 문제를 해결하고 

• 자신의 추론을 비판하고 다른 사람들의 의견을 비판하는 형태로 

..."과학적으로 사고하는" DP에 engage하는 수업에서 모든 시간을 보내도록하는 것이 었습니다 . 

The design goal was to have the students spend all their time in class engaged in deliberate practice at “thinking scientifically” in the form of 

• making and testing predictions and arguments about the relevant topics, 

• solving problems, and 

• critiquing their own reasoning and that of others. 

모든 활동은 이 목표를 뒷받침하기 위해 함께 맞도록 고안되었습니다. 

• 가능한 한 클래스 밖으로 사실에 대한 지식의 간단한 이전을 옮기고

• 학생들이 완전히 참여하도록 동기를 부여하는 작업과 피드백을 생성하는 것을 포함하여 

All of the activities are designed to fit together to support this goal, including 

• moving the simple transfer of factual knowledge outside of class as much as possible and 

• creating tasks and feedback that motivate students to become fully engaged. 

학생들은 이러한 작업을 통해 동료 학생들 (12)과 강사로부터 피드백을받습니다. 우리는 여러 가지 "최상의 교육 실습"을 통합하지만, 교육의 이점은 주로 특정 실습이 아니라 오히려 여러 요소가 전반적인 DP 프레임 워크로 통합되는 것이라고 생각합니다.

As the students work through these tasks, they receive feedback from fellow students (12) and from the instructor. We incorporate multiple “best instructional practices,” but we believe the educational benefit does not come primarily from any particular practice but rather from the integration into the overall deliberate practice framework.

(Table 1).

실험 섹션에서 사용 된 교육 접근법에는 CWSEI가 추진하고 콜로라도 대학 (University of Colorado)에서 추진 한 요소가 포함되어 있습니다 : 사전 읽기 과제, 사전 읽기 퀴즈, 학생 - 학생 토론 (CQ), 소그룹 능동 학습 과제 (GT) 및 목표로 한 강사 피드백 (IF)을 제공합니다. 

The instructional approach used in the experimental section included elements promoted by CWSEI and its partner initiative at the University of Colorado: 

• preclass reading assignments, 

• preclass reading quizzes, 

• in-class clicker questions with student-student discussion (CQ), 

• small-group active learning tasks (GT), and 

• targeted in-class instructor feedback (IF). 

3 개의 50 분 수업 전 각각에 학생들은 3 페이지 또는 4 페이지 분량의 독서 과제를 배정 받았으며 독서 과제에 대한 짧은 true-false 온라인 퀴즈를 마쳤습니다. 학생들의 저항을 피하기 위해 첫 시간 초반에 몇 분 동안 학생들에게 왜 자료가 이런 식으로 가르쳐졌는지, 그리고 연구를 통해 이 접근법이 학습을 증가시키는 것으로 나타 났는지를 설명했습니다.

Before each of the three 50-min classes, students were assigned a three or four-page reading, and they completed a short true-false online quiz on the reading. To avoid student resistance, at the beginning of the first class, several minutes were used to explain to students why the material was being taught this way and how research showed that this approach would increase their learning.

실험 주간에 관여 및 출석은 통제 섹션에서 변경되지 않았습니다. 실험 섹션에서 학생 참여도는 거의 두 배로 증가했으며 출석률은 20 % 증가했습니다 (표 1).

During the week of the experiment, engagement and attendance remained unchanged in the control section. In the experimental section, student engagement nearly doubled and attendance increased by 20% (Table 1).

시험 결과는 그림 1과 같으며, 실험 구간은 211 명으로 시험에 응시하였으며, 대조 시험에서는 171 명이었다. 평균 점수는 대조군에서는 41 T 1 % 였고 실험군에서는 74 T 1 %였다. 무작위 추측은 23 %의 점수를 산출 할 것이므로 실험 구역의 학생들은이 시험에서 대조 구역의 학생들보다 두 배 이상 뛰어났습니다.

The test results are shown in Fig. 1. For the experimental section, 211 students attended class to take the test, whereas 171 did so in the control section. The average scores were 41 T 1% in the control section and 74 T 1% in the experimental section. Random guessing would produce a score of 23%, so the students in the experimental section did more than twice as well on this test as those in the control section.

테스트 점수 분포는 정규분포가 아닙니다 (그림 1). 천장 효과는 실험 섹션에서 분명합니다. 두 분포는 거의 겹치지 않아 두 부분 간의 학습 차이가 본질적으로 전체 학생 집단에 대한 것임을 보여줍니다. 두 섹션에 대해 계산 된 표준 편차는 약 표준 편차 2.5의 두 섹션 사이의 차이에 대한 효과 크기를 제공하는 약 13 %입니다. (4)에서 검토 한 바와 같이, 다른 과학 및 공학 교실 연구는 1.0 미만의 효과 크기를보고합니다. 훈련 된 개인 교사로 얻은 2의 효과 크기는 모든 교육 개입 (16)에서 관찰 된 최대 규모라고 주장됩니다.

The test score distributions are not normal (Fig. 1). A ceiling effect is apparent in the experimental section. The two distributions have little overlap, demonstrating that the differences in learning between the two sections exist for essentially the entire student population. The standard deviation calculated for both sections was about 13%, giving an effect size for the difference between the two sections of 2.5 standard deviations. As reviewed in (4), other science and engineering classroom studies report effect sizes less than 1.0. An effect size of 2, obtained with trained personal tutors, is claimed to be the largest observed for any educational intervention (16).

Hawthorne 효과의 영향에 대해 질문을 받는다. Hawthorne 효과는 조건의 변경이 성능 향상으로 이어지는 것을 말한다. SOM의 인용문에서 논의 된 것처럼 원래 Hawthorne 식물 데이터는 실제로 그러한 효과가 나타나지 않으며 교육 환경에서도 마찬가지로 그러한 효과는 없었다(17).

We are often asked about the possible contributions of the Hawthorne effect, where any change in conditions is said to result in improved performance. As discussed in citations in the SOM, the original Hawthorne plant data actually show no such effect, nor do experiments in educational settings (17).

교수진이 적극적인 학습 접근법을 채택 할 때 자주 제기되는 우려는 학생들이 변화에 반대 할 수 있다는 것입니다 (18). 실험과 시험이 끝난 지 일주일 후 실험 섹션의 학생들에게 온라인 설문 조사를 보냈습니다 (SOM 참조). 150 명의 학생들이 설문 조사를 완료했습니다.

A concern frequently voiced by faculty as they consider adopting active learning approaches is that students might oppose the change (18). A week after the completion of the experiment and exam, we gave students in the experimental section an online survey (see SOM); 150 students completed the survey.

"전체 물리학 과정이 고도의 양방향 스타일로 진행 되었다면 더 많은 것을 배웠을 것이다."77 %는 동의했으며 7 %만이 의견을 달리했다. 따라서 이러한 형태의 교육은 학생들에게 호평을 받았습니다.

For the statement “I feel I would have learned more if the whole physics 153 course would have been taught in this highly interactive style.” 77% agreed and only 7% disagreed. Thus, this form of instruction was well received by students.

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Science. 2011 May 13;332(6031):862-4. doi: 10.1126/science.1201783.

Improved learning in a large-enrollment physics class.

Deslauriers L1, Schelew E, Wieman C.

Author information

1

Carl Wieman Science Education Initiative, University of British Columbia, Vancouver, BC, Canada.

Abstract

We compared the amounts of learning achieved using two different instructional approaches under controlled conditions. We measured the learning of a specific set of topics and objectives when taught by 3 hours of traditional lecture given by an experienced highly rated instructor and 3 hours of instruction given by a trained but inexperienced instructor using instruction based on research in cognitive psychology and physics education. The comparison was made between two large sections (N = 267 and N = 271) of an introductory undergraduate physicscourse. We found increased student attendance, higher engagement, and more than twice the learning in the section taught using research-based instruction.

Comment in

• Education research: call for controls. [Science. 2011]
• Education research: set a high bar. [Science. 2011]

PMID:

 

21566198

 

DOI:

 

10.1126/science.1201783