Um ein naturwissenschaftliches Hauptfach zu absolvieren, müssen die Studierenden zwischen 40 und 60 Kreditstunden an naturwissenschaftlichen Kursen absolvieren. Dies bedeutet, dass sie während ihrer gesamten Bachelor-Karriere rund 2.500 Stunden im Klassenzimmer verbringen.
Die Forschung hat jedoch gezeigt, dass trotz all dieser Bemühungen die meisten naturwissenschaftlichen College-Kurse Studenten geben nur ein bruchstückhaftes Verständnis grundlegende wissenschaftliche Konzepte. Die Lehrmethode verstärkt Auswendiglernen einzelner TatsachenB. indem Sie von einem Handbuchkapitel zum anderen springen, ohne notwendigerweise Verknüpfungen zwischen ihnen herzustellen, anstatt Informationen nutzen lernen und verbinden Sie diese Fakten sinnvoll.
Die Fähigkeit, diese Verbindungen herzustellen, ist auch außerhalb des Klassenzimmers wichtig, da es die Grundlage von ist naturwissenschaftliche Grundbildung: die Fähigkeit, wissenschaftliche Erkenntnisse zu nutzen, um Informationen genau zu bewerten und evidenzbasierte Entscheidungen zu treffen.
Wie Bildungsforscherin der ChemieIch arbeite seit 2019 mit meiner Kollegin zusammen Sonja Underwood um mehr darüber zu erfahren, wie Chemiestudenten ihr Wissen in andere wissenschaftliche Disziplinen integrieren und anwenden.
In unserer jüngsten Studie haben wir untersucht, inwieweit Schülerinnen und Schüler ihr Wissen über Chemie nutzen können, um reale biologische Phänomene zu erklären. Wir taten dies, indem wir sie Aktivitäten durchführen ließen, die darauf ausgerichtet waren stellen diese interdisziplinären Verbindungen her.
Wir haben festgestellt, dass, obwohl die meisten Schüler keine ähnlichen Gelegenheiten hatten, die sie darauf vorbereiten würden, diese Verbindungen herzustellen, Aktivitäten wie diese hilfreich sein können, wenn sie in den Lehrplan eingebaut werden.
Dreidimensionales Lernen
Viele Forschungsergebnisse zeigen, dass die traditionelle naturwissenschaftliche Bildung sowohl für Hauptfächer als auch für Nicht-Mehrheitsmitglieder lehrt Wissenschaft nicht gut Studenten wie man wissenschaftliche Erkenntnisse anwendet und Dinge erklären, die sie möglicherweise nicht direkt gelernt haben.
Vor diesem Hintergrund haben wir eine Reihe interdisziplinärer Aktivitäten entwickelt, die von einem Rahmen namens „dreidimensionales lernen.“
Kurz gesagt, dreidimensionales Lernen, bekannt als 3DL, betont, dass Lehren, Lernen und Schülerbeurteilung die Verwendung grundlegender Ideen in einer Disziplin beinhalten müssen. Es sollte auch einbeziehen Werkzeuge und Regeln die den Studierenden helfen, Verbindungen innerhalb und zwischen den Disziplinen herzustellen. Schließlich muss es die Schüler dazu anregen, ihr Wissen zu nutzen. Das Framework wurde basierend auf entwickelt wie Menschen lernen um allen Schülern zu helfen, ein tieferes Verständnis der Naturwissenschaften zu erlangen.
Wir haben dies in Zusammenarbeit mit gemacht Rebecca L. Matz, ein Experte für naturwissenschaftliche, technische, technische und mathematische Bildung. Dann nahmen wir diese Aktivitäten mit in den Unterricht.
Wissenschaftliche Verbindungen knüpfen
Zu Beginn befragten wir 28 College-Studenten im ersten Studienjahr mit naturwissenschaftlichen oder technischen Schwerpunkten. Alle waren sowohl in den Einführungskursen in Chemie als auch in Biologie eingeschrieben. Wir baten sie, die Verbindungen zwischen den Inhalten dieser Kurse und dem, was sie für das hielten, zu identifizieren Nachrichten zum Mitnehmen jedes Kurses.
Die Schüler antworteten mit langen Listen von Themen, Konzepten und Fähigkeiten, die sie im Unterricht gelernt hatten. Einige, aber nicht alle, haben die grundlegenden Ideen jeder Wissenschaft richtig identifiziert. Sie verstanden, dass ihre Kenntnisse der Chemie für ihr Verständnis der Biologie wesentlich waren, aber nicht, dass auch das Gegenteil der Fall sein könnte.
So erklärten die Schüler zum Beispiel, wie wichtig das im Chemieunterricht erworbene Wissen über Wechselwirkungen, also Anziehungs- und Abstoßungskräfte, sei, um zu verstehen, wie und warum sich die chemischen Spezies, aus denen die DNA besteht, verbinden.
Im Gegensatz dazu war der zentrale Gedanke, über den die Schüler im Biologieunterricht am meisten sprachen, die Struktur-Funktions-Beziehung – wie die Form chemischer und biologischer Spezies ihre Arbeit bestimmt.
Als nächstes wurde eine Reihe interdisziplinärer Aktivitäten entwickelt, um die Schüler bei der Verwendung der grundlegenden Ideen und Kenntnisse der Chemie anzuleiten, um biologische Phänomene in der realen Welt zu erklären.
Die Schüler wiederholten eine grundlegende Idee in Chemie und nutzten dieses Wissen, um ein vertrautes Chemieszenario zu erklären. Dann wandten sie es an, um ein biologisches Szenario zu erklären.
Eine untersuchte Aktivität die Auswirkungen der Ozeanversauerung auf Schalentiere. Hier wurden die Schüler herausgefordert, grundlegende Ideen der Chemie zu verwenden, um zu erklären, wie sich ein zunehmender Kohlendioxidgehalt im Meerwasser auf panzerbildende Meerestiere wie Korallen, Muscheln und Austern auswirkt.
Bei anderen Aktivitäten mussten die Schüler ihr Wissen über Chemie anwenden, um Osmose zu erklären – wie Wasser Transfers in und aus Zellen im menschlichen Körper – bzw wie Temperatur die Stabilität menschlicher DNA verändern kann.
Insgesamt fühlten sich die Schüler in ihren Chemiekenntnissen sicher und konnten Chemieszenarien leicht erklären. Sie hatten es schwerer, dasselbe chemische Wissen anzuwenden, um biologische Szenarien zu erklären.
Bei der Aktivität zur Ozeanversauerung war die Mehrheit der Schüler in der Lage, genau vorherzusagen, wie sich ein Anstieg des Kohlendioxids auf den Säuregehalt der Ozeane auswirkt. Sie konnten jedoch nicht immer erklären, wie sich diese Veränderungen auf das Leben im Meer auswirken, indem sie die Bildung von Muscheln behindern.
Diese Ergebnisse machen deutlich, dass eine große Lücke zwischen dem, was die Schüler in ihrem naturwissenschaftlichen Unterricht lernen, und dem Grad ihrer Vorbereitung auf die Anwendung dieser Informationen besteht. Dieses Problem besteht trotz der Tatsache, dass die National Science Foundation 2012 eine Reihe von dreidimensionalen Lernrichtlinien veröffentlicht hat, um Pädagogen zu helfen naturwissenschaftlichen Unterricht effektiver machen.
Die Studenten in unserer Studie berichteten jedoch auch, dass diese Aktivitäten ihnen geholfen haben, Verbindungen zwischen den beiden Disziplinen zu sehen, die sie sonst nicht wahrgenommen hätten.
Wir haben also auch Beweise dafür erhalten, dass zumindest unsere Chemiestudenten die Fähigkeit haben möchten, ein tieferes Verständnis der Wissenschaft und ihrer Anwendung zu erlangen.
Zahilyn D. Roche AllredPostdoktorand, Institut für Chemie und Biochemie, Florida Internationale Universität
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