16 Δημοσιεύσεις STEM Teachers and Researchers Should Read – Concord Consortium

Δημοσιεύσαμε έναν αριθμό ρεκόρ δημοσιεύσεων το 2022, συμπεριλαμβανομένων 15 άρθρων σε περιοδικά και ενός κεφαλαίου βιβλίου. Από άρθρα για εκπαιδευτικούς για την εφαρμογή δωρεάν πόρων μέχρι ερευνητικά άρθρα για την ενημέρωση του πεδίου, γράψαμε για ένα ευρύ φάσμα θεμάτων, όπως η εκπαίδευση της επιστήμης δεδομένων, η τεχνητή νοημοσύνη, η εκπαίδευση γεωεπιστημών, η μάθηση με βάση παιχνίδια και άλλα. Τα περισσότερα από τα άρθρα είναι ανοιχτής πρόσβασης, επομένως μπορείτε να διαβάσετε σχετικά με τους πόρους της τάξης και την έρευνα αιχμής στις εκπαιδευτικές και μαθησιακές επιστήμες.

Εκπαίδευση επιστήμης δεδομένων

Πρωτοστατήσαμε στον τομέα της εκπαίδευσης της επιστήμης δεδομένων και είμαστε ενθουσιασμένοι που βρισκόμαστε στο επίκεντρο πολλών έργων και πρωτοβουλιών μελετώντας τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους για να διασφαλίσουμε ότι όλοι οι μαθητές έχουν ευχέρεια με τα δεδομένα.

Δύο από τα άρθρα μας στο Ο Δάσκαλος των Φυσικών Επιστημών φέτος παρέχουν απόψεις προσανατολισμένες στον εκπαιδευτικό σχετικά με τη σημασία της διδασκαλίας με και σχετικά με τα δεδομένα. Η πρώτη στοχεύει να βοηθήσει τους μαθητές να κατανοήσουν από πού προέρχονται τα δεδομένα ή πώς τα δεδομένα πήραν τις τελείες τους (PDF). Χρησιμοποιώντας αισθητήρες για την παραγωγή δεδομένων, οι μαθητές μαθαίνουν να μπερδεύονται με δεδομένα και μπορούν να αρχίσουν να βλέπουν τα δεδομένα όχι ως «γεγονός», αλλά ως δημιουργημένα από αισθητήρες, υπολογιστές, επιστήμονες και τον φυσικό κόσμο. Ένα δεύτερο άρθρο δείχνει μια διαφορετική οπτική σε ένα παρόμοιο θέμα, που περιλαμβάνει ένα σύνολο καινοτόμων επιστημονικών πειραμάτων χρησιμοποιώντας συσκευές Internet of Things (PDF).

Άλλες δημοσιεύσεις φέτος κάλεσαν τους αναγνώστες να σκεφτούν διαφορετικά σχετικά με τα δεδομένα και τον τρόπο χρήσης τους στην εκπαίδευση, κάνοντας λόγο για τη συμμετοχή των μαθητών με σύνολα δεδομένων κοινωνικής δικαιοσύνης. Και ένα κεφάλαιο φέτος στο βιβλίο Situating Data Science: Exploring How Relationships to Data Shape Learning πήρε μια πολύ ευρύτερη θέση σχετικά με τη φύση των δεδομένων και τη σχέση μας με αυτά. Σκιαγραφώντας ένα θεωρητικό πλαίσιο που βασίζεται σε ιστορικές, φιλοσοφικές και εθνογραφικές μελέτες της επιστημονικής πρακτικής, αυτό το κεφάλαιο υποστηρίζει ότι θα πρέπει να θεωρούμε ότι τα δεδομένα παράγονται ενεργά, αντί να συλλέγονται παθητικά, και ότι παρερμηνεύοντας τη φύση των δεδομένων για τους μαθητές, παραδοσιακό σχολικό εργαστήριο επιστήμης Οι έρευνες περιορίζουν υπερβολικά τη δράση των μαθητών στην παραγωγή δεδομένων.

Περιβαλλοντική επιστήμη

Τα περιβαλλοντικά ζητήματα έγιναν πρωτοσέλιδα φέτος από τις φυσικές καταστροφές έως τα θέματα σχετικά με τη λειψυδρία. Σχεδιάζουμε δραστηριότητες που βοηθούν τους μαθητές γυμνασίου και γυμνασίου να προετοιμαστούν για να γίνουν ενημερωμένοι πολίτες έτοιμοι να αντιμετωπίσουν σημαντικά περιβαλλοντικά ζητήματα που σχετίζονται με τη ζωή τους.

Περιγράψαμε α 5Ε ακολουθία μαθημάτων για μαθητές γυμνασίου έχει σχεδιαστεί για να κάνει τη βιωσιμότητα και τη διατήρηση της λεκάνης απορροής προσβάσιμο θέμα και να δημιουργήσει μια γενιά περιβαλλοντικά εγγράμματων πολιτών. Το έργο WATERS (Watershed Awareness using Technology and Environmental Research for Sustainability) εξέτασε επίσης πώς τρεις δάσκαλοι της έβδομης τάξης προσάρμοσε το πρόγραμμα σπουδών WATERS για ασύγχρονη διαδικτυακή παράδοση κατά τη διάρκεια του COVID-19και τόνισε τόσο τα εμπόδια στη μετάβαση της διδασκαλίας στο διαδίκτυο όσο και τους πόρους που υποστηρίζουν αυτήν τη μετάβαση.

Γεωεπιστήμη εκπαίδευση

Πιστεύουμε ότι οι μαθητές θα πρέπει να βλέπουν την επιστήμη της Γης ως εργαστηριακή επιστήμη και ότι θα πρέπει να βλέπουν τους υπολογιστές ως ενεργά βοηθήματα που τους βοηθούν να κατανοήσουν τη Γη ως σύστημα και να παρέχουν ένα διαδραστικό, προσβάσιμο έδαφος για να δοκιμάζουν ιδέες και να κάνουν πρωτότυπες ανακαλύψεις. Δημιουργούμε καινοτόμα μοντέλα και προσομοιώσεις που το κάνουν αυτό σε τάξεις σε όλη τη χώρα.

Μοιραστήκαμε το δικό μας Ενότητα προγράμματος σπουδών GeoCode (PDF) σε Ο Επιστήμονας της Γης. Στην ενότητα, οι μαθητές συμμετέχουν σε επιστημονικές πρακτικές και υπολογιστική σκέψη, παράγοντας οπτικοποιήσεις δεδομένων της κίνησης GPS και δημιουργώντας κώδικα για να διερευνήσουν πώς η κίνηση της γης προκαλεί σεισμούς. Μοιραστήκαμε και τα δικά μας ηλεκτρονική ενότητα τεκτονικής πλακών (PDF) σε Επιστημονικό Πεδίοτο οποίο περιλαμβάνει δύο καινοτόμα εργαλεία—Seismic Explorer και Tectonic Explorer—που επιτρέπουν στους μαθητές να κάνουν συνδέσεις μεταξύ των πραγματικών δεδομένων και των μοντέλων τεκτονικών πλακών.

Με τους συνεργάτες μας στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, περιγράψαμε πώς να χρησιμοποιήσετε συνοπτικούς πίνακες για να υποστηρίξετε τις εξηγήσεις των μαθητών για τα επιστημονικά φαινόμενα (PDF), χρησιμοποιώντας την ενότητα τεκτονικών πλακών ως παράδειγμα για δασκάλους μέσης εκπαίδευσης Επιστημονικό Πεδίο. Μαζί, αναλύσαμε χρησιμοποιώντας κινήσεις ομιλίας δασκάλων για να βοηθήσει τους μαθητές γυμνασίου να μιλήσουν σαν επιστήμονες (PDF) ενώ αλληλεπιδρά με την τεκτονική μονάδα πλακών στο Ο Δάσκαλος των Φυσικών Επιστημών. Τέλος, περιγράψαμε μια ποιοτική μελέτη περίπτωσης του μάθηση τεσσάρων εκπαιδευτικών κατά την επαγγελματική εξέλιξη που περιβάλλει το πρόγραμμα σπουδών τεκτονικών πλακών στο Journal of Science Teacher Education.

Μοντελοποίηση συστήματος

Από τα συστήματα της Γης μέχρι τα οικοσυστήματα και τα συστήματα στο ανθρώπινο σώμα μας, ο κόσμος αποτελείται από αλληλένδετα στοιχεία. Δημιουργούμε εργαλεία που επιτρέπουν στους μαθητές να δημιουργήσουν και να βελτιώσουν υπολογιστικά μοντέλα για να αναπαραστήσουν πολύπλοκα συστήματα.

Αναπτύξαμε α πλαίσιο για την υποστήριξη της συστημικής σκέψης (ST) και της υπολογιστικής σκέψης (CT) μέσω της κατασκευής μοντέλων. Χρησιμοποιώντας αυτό το πλαίσιο, αναλύσαμε πώς αλληλεπιδρούν οι μαθητές με τις διάφορες πτυχές του ST και του CT καθώς κατασκευάζουν και βελτιώνουν υπολογιστικά μοντέλα χρησιμοποιώντας το εργαλείο μοντελοποίησης συστήματος SageModeler σε ένα μονάδα χημείας για ψύξη με εξάτμιση (PDF). Ερευνήσαμε επίσης τη χρήση του SageModeler από μαθητές σε μια μονάδα χημείας για φαινόμενα αερίων. Με βάση αυτή την έρευνα, δείξαμε ότι Οι μαθητές εμπλέκονται σε πολύπλοκους αιτιολογικούς συλλογισμούς που μπορεί να είναι σιωπηροί και απροσδόκητοι, τονίζοντας ότι εάν οι εκπαιδευτικοί δεν αναγνωρίσουν αυτό το σκεπτικό όπως συμβαίνει, δεν μπορούν να ανταποκριθούν σε αυτό κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας. Προτείναμε επίσης ότι οι υποδομές μοντέλων και οι απλές στρατηγικές αμφισβήτησης υποσχέθηκαν ότι βοηθούν τους μαθητές να κάνουν σαφή την αιτιολογική τους συλλογιστική.

Τεχνητή νοημοσύνη

Οι τεχνολογίες AI αναδιαμορφώνουν γρήγορα την κοινωνία. Δημιουργούμε εργαλεία, υλικά και ευκαιρίες για τους μαθητές να αποκτήσουν βασικές γνώσεις σχετικά με τον τρόπο χρήσης και συνεργασίας με εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης.

Ενώ ο κόσμος είναι γεμάτος δεδομένα κειμένου, η ανάλυση κειμένου δεν έπαιζε παραδοσιακά μεγάλο ρόλο στην εκπαίδευση των στατιστικών. Σε ένα άρθρο που έχει σχεδιαστεί για εκπαιδευτικούς γυμνασίου και κολεγίου, εισάγουμε τους μαθητές στη μηχανική μάθηση όπως αυτοί θεωρούν τέσσερις διαφορετικοί τρόποι αναγνώρισης ανεπιθύμητων μηνυμάτων ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Μέσω μιας Δραστηριότητας Εκκίνησης Μοντέλων, μιας Εξερεύνησης που βασίζεται σε CODAP, μιας εμπειρίας μοντελοποίησης με βάση το R Shiny και της πιο εξελιγμένης κωδικοποίησης βάσει R, δείξαμε πολλούς τρόπους στους μαθητές να ασχοληθούν με εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης και ανάλυση κειμένου.

Νέοι μαθητές

Αξιοποιώντας τις δυνατότητες της τεχνολογίας, αμφισβητούμε την ιδέα ότι οι νέοι μαθητές δεν μπορούν να έχουν πρόσβαση σε θεμελιώδη θέματα στον φυσικό κόσμο, όπως η σωματιδιακή φύση της ύλης.

Με την εξερεύνηση εκμάθηση μοντέλων απλών σωματιδίων από μαθητές νηπιαγωγείου, εντοπίσαμε τρόπους με τους οποίους οι εμπειρίες βασισμένες στην τεχνολογία τους βοήθησαν να κατανοήσουν και να εξηγήσουν τις ιδιότητες και τη συμπεριφορά της ύλης σε στερεές, υγρές και αέριες καταστάσεις και κατά τις μεταβάσεις φάσης (εξάτμιση, τήξη, κατάψυξη και συμπύκνωση). Συμμετέχοντας δύο ανεξάρτητες ομάδες σε βελτιωμένες από τεχνολογία δραστηριότητες μοντελοποίησης γύρω από τις αλλαγές ύλης και φάσης, δείξαμε ότι τα παιδιά που ασχολήθηκαν με τα ψηφιακά εργαλεία είχαν σημαντικά κέρδη σε σχέση με μια ομάδα σύγκρισης στη χρήση μοντέλων σωματιδίων για να εξηγήσουν υλικά φαινόμενα.

Μάθηση με βάση το παιχνίδι

Τέλος, επειδή μεγάλο μέρος της χρηματοδότησής μας προέρχεται από επιχορηγήσεις από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, εργαζόμαστε για να κατανοήσουμε τι συμβαίνει όταν τελειώνουν οι περίοδοι χρηματοδότησης και οι εκπαιδευτικοί υιοθετούν το υλικό μας χωρίς το όφελος της επαγγελματικής ανάπτυξης και υποστήριξης που χρηματοδοτείται από επιχορηγήσεις.

Παρουσιάσαμε το αποτελέσματα μιας εις βάθος ανάλυσης των ενεργειών των μαθητών στο Geniventure, ένα διαδραστικό ψηφιακό παιχνίδι σχεδιασμένο να διδάσκει γενετική σε μαθητές γυμνασίου και γυμνασίου. Συσχετίζοντας τις επιδόσεις των μαθητών στο παιχνίδι με τα μαθησιακά τους κέρδη σε τεστ πολλαπλής επιλογής που διεξήχθησαν πριν και μετά, αναλύσαμε μαθήματα που διδάσκονταν από καθηγητές με και χωρίς εμπειρίες επαγγελματικής ανάπτυξης ερευνητικού έργου. Σε ένα αποτέλεσμα αναμφίβολα ευχάριστο στους χρηματοδότες, διαπιστώσαμε ότι οι μαθητές των δασκάλων που εφάρμοσαν μόνοι τους το Geniventure χωρίς το όφελος της υποστήριξης ερευνητικών έργων είχαν την ίδια αποτελεσματικότητα με εκείνους των οποίων οι δάσκαλοι είχαν την υποστήριξη του εν εξελίξει έργου. Αυτό το αποτέλεσμα αποτελεί καλό οιωνό για το εκτεταμένο σύνολο πόρων που βασίζονται στην έρευνα που αναπτύχθηκαν από προηγούμενα έργα NSF και χρησιμοποιούνται επί του παρόντος από εκπαιδευτικούς σε όλο τον κόσμο. Σας προσκαλούμε να τα ελέγξετε και να ακολουθήσετε τον παρακάτω σύνδεσμο για να διαβάσετε περισσότερα για την έρευνά μας.

Διαβάστε όλα τα άρθρα του Concord Consortium.