Summary
Questo protocollo guida ricercatori ed educatori attraverso l'implementazione dell'approccio Problem-Solving before Instruction (PS-I) in una classe di statistica universitaria. Descrive anche una valutazione sperimentale incorporata di questa implementazione, in cui l'efficacia di PS-I viene misurata in termini di apprendimento e motivazione in studenti con diverse predisposizioni cognitive e affettive.
Abstract
Al giorno d'oggi, come incoraggiare il pensiero riflessivo degli studenti è una delle principali preoccupazioni per gli insegnanti a vari livelli educativi. Molti studenti hanno difficoltà ad affrontare compiti che comportano alti livelli di riflessione, come i corsi STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica). Molti hanno anche ansia e demotivazione profondamente radicate verso tali corsi. Al fine di superare queste sfide cognitive e affettive, i ricercatori hanno suggerito l'uso di approcci "Problem-Solving before Instruction" (PS-I). PS-I consiste nel dare agli studenti l'opportunità di generare soluzioni individuali a problemi che vengono successivamente risolti in classe. Queste soluzioni vengono confrontate con la soluzione canonica nella fase successiva dell'istruzione, insieme alla presentazione del contenuto della lezione. È stato suggerito che con questo approccio gli studenti possono aumentare la loro comprensione concettuale, trasferire il loro apprendimento a diversi compiti e contesti, diventare più consapevoli delle lacune nelle loro conoscenze e generare un costrutto personale di conoscenze precedenti che può aiutare a mantenere la loro motivazione. Nonostante i vantaggi, questo approccio è stato criticato, in quanto gli studenti potrebbero dedicare molto tempo a tentativi ed errori senza scopo durante la fase iniziale della generazione della soluzione o potrebbero persino sentirsi frustrati in questo processo, il che potrebbe essere dannoso per l'apprendimento futuro. Ancora più importante, c'è poca ricerca su come le caratteristiche preesistenti degli studenti possano aiutarli a beneficiare (o meno) di questo approccio. L'obiettivo del presente studio è quello di presentare la progettazione e l'implementazione dell'approccio PS-I applicato all'apprendimento statistico negli studenti universitari, nonché un approccio metodologico utilizzato per valutarne l'efficacia considerando le differenze preesistenti degli studenti.
Introduction
Una delle domande di cui gli insegnanti sono più preoccupati attualmente è come stimolare la riflessione degli studenti. Questa preoccupazione è comune nei corsi di natura matematica, come i corsi STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica), in cui l'astrazione di molti concetti richiede un alto grado di riflessione, eppure molti studenti riferiscono di avvicinarsi a questi corsi puramente attraverso metodi basati sulla memoria1. Inoltre, gli studenti mostrano spesso un apprendimento superficiale dei concetti1,2,3. Le difficoltà che gli studenti incontrano nell'applicare i processi di riflessione e deep learning, tuttavia, non sono solo cognitive. Molti studenti provano ansia e demotivazione di fronte a questi corsi4,5. In effetti, queste difficoltà tendono a persistere durante l'istruzione degli studenti6. È quindi importante esplorare strategie educative che preparino motivazionalmente e cognitivamente gli studenti all'apprendimento profondo, indipendentemente dalle loro diverse predisposizioni.
È particolarmente utile trovare strategie che completino i tipici approcci didattici. Uno dei più tipici è l'istruzione diretta. L'istruzione diretta significa guidare completamente gli studenti dall'introduzione di nuovi concetti con informazioni esplicite su questi concetti, quindi seguirlo con strategie di consolidamento come attività di risoluzione dei problemi, feedback, discussioni o ulteriori spiegazioni7,8. L'istruzione diretta può essere efficace per trasmettere facilmente il contenuto8,9,10. Tuttavia, gli studenti spesso non riflettono su aspetti importanti, come il modo in cui il contenuto si riferisce alle loro conoscenze personali o potenziali procedure che potrebbero funzionare e non11. È quindi importante introdurre strategie complementari per far riflettere gli studenti in modo critico.
Una di queste strategie è l'approccio Problem-Solving before Instruction (PS-I)12, noto anche come approccio Invention11 o Productive Failure approach13. PS-I è diverso dall'istruzione diretta nel senso che gli studenti non vengono introdotti direttamente ai concetti, ma c'è una fase di risoluzione dei problemi prima delle tipiche attività di istruzione diretta in cui gli studenti cercano soluzioni individuali ai problemi prima di ottenere qualsiasi spiegazione sulle procedure per risolverli.
In questo problema iniziale, gli studenti non sono tenuti a scoprire completamente i concetti target13. Gli studenti possono anche sentire sovraccarico cognitivo14,15,16 e anche negativo influenzare17 con l'incertezza e i molti aspetti da considerare. Tuttavia, questa esperienza può essere produttiva a lungo termine perché può facilitare il pensiero critico su caratteristiche importanti. Nello specifico, il problema iniziale può aiutare gli studenti a diventare più consapevoli delle lacune nelle loro conoscenze18,attivare conoscenze precedenti relative al contenuto per coprire13e aumentare la motivazione a causa dell'opportunità di basare il loro apprendimento sulla conoscenza personale7,17,19.
In termini di apprendimento, gli effetti di PS-I sono generalmente visti quando i risultati vengono valutati con indicatori di deep learning20,21. In generale non sono state riscontrate differenze tra gli studenti che hanno appreso attraverso PS-I e quelli che hanno appreso attraverso l'istruzione diretta in termini di conoscenza procedurale20,22, che si riferisce alla capacità di riprodurre le procedure apprese. Tuttavia, gli studenti che passano attraverso PS-I generalmente esibiscono un apprendimento superiore nella conoscenza concettuale7,19,23, che si riferisce alla comprensione del contenuto coperto e trasferiscono7,15,19,24, che si riferisce alla capacità di applicare questa comprensione a nuove situazioni. Ad esempio, un recente studio in una classe sulla variabilità statistica ha dimostrato che gli studenti a cui è stata data l'opportunità di inventare le proprie soluzioni per misurare la variabilità statistica prima di ricevere spiegazioni sui concetti e le procedure generali in questo argomento hanno dimostrato una migliore comprensione alla fine della lezione rispetto a quelli che sono stati in grado di studiare direttamente i concetti e le procedure pertinenti prima di essere coinvolti in qualsiasi attività di risoluzione dei problemi23. Tuttavia, alcuni studi non hanno mostrato differenze nell'apprendimento16,25,26 o motivazione19,26 tra PS-I e alternative di istruzione diretta, o ancora meglio l'apprendimento in alternative di istruzione diretta14,26, ed è importante considerare potenziali fonti di variabilità.
Le caratteristiche di progettazione alla base dell'implementazione di PS-I sono una caratteristica importante20. Una revisione sistematica20 ha rilevato che era più probabile che ci fosse un vantaggio di apprendimento per PS-I rispetto alle alternative di istruzione diretta quando gli interventi PS-I sono stati implementati con almeno una delle due strategie, formulando il problema iniziale con casi contrastanti o costruendo l'istruzione successiva con un feedback dettagliato sulle soluzioni degli studenti. I casi contrastanti consistono in esempi semplificati che differiscono in alcune caratteristiche importanti11 (vedere la Figura 1 per un esempio) e possono aiutare gli studenti a identificare le caratteristiche rilevanti e valutare le proprie soluzioni durante il problema iniziale11,20. La seconda strategia, che fornisce spiegazioni che si basano sulle soluzioni degli studenti13, consiste nello spiegare il concetto canonico dando un feedback sulle affordance e sui limiti delle soluzioni generate dagli studenti, che possono anche aiutare gli studenti a concentrarsi sulle caratteristiche rilevanti e valutare le lacune nelle proprie conoscenze20, ma dopo che la fase iniziale di risoluzione dei problemi è stata completata (vedere la Figura 3 per un esempio di impalcatura dalle soluzioni tipiche degli studenti).
Dato il supporto in letteratura per queste due strategie, contrastando i casi e costruendo istruzioni sulle soluzioni degli studenti, è importante considerarle quando si promuove l'inclusione di PS-I nella pratica educativa reale. Questo è il primo obiettivo del nostro protocollo. Il protocollo fornisce materiali per un intervento PS-I che incorporano questi due principi. È un protocollo che, sebbene adattabile, viene contestualizzato per una lezione sulla variabilità statistica, una lezione molto comune per gli studenti universitari e delle scuole superiori, che sono generalmente le popolazioni target nella letteratura su PS-I29. La fase iniziale di risoluzione dei problemi consiste nell'inventare misure di variabilità per le distribuzioni del reddito nei paesi, che è un argomento controverso30 che può essere familiare agli studenti in molte aree di apprendimento. Quindi vengono forniti materiali per gli studenti per studiare soluzioni a questo problema in un esempio funzionante e per una lezione che incorpora la discussione di soluzioni comuni prodotte dagli studenti insieme a problemi di pratica incorporati.
Il secondo obiettivo del nostro protocollo è quello di rendere la valutazione sperimentale di PS-I accessibile a educatori e ricercatori, che può facilitare l'indagine di PS-I da una maggiore varietà di prospettive mantenendo alcune condizioni costanti in tutta la letteratura. Eppure le condizioni di questa valutazione sperimentale sono flessibili alle modifiche. La valutazione sperimentale descritta nel protocollo può essere applicata nelle lezioni ordinarie, poiché agli studenti di una singola classe possono essere assegnati contemporaneamente i materiali per la condizione PS-I o i materiali per una condizione di istruzione diretta (Figura 4). Questa condizione di istruzione diretta è anche adattabile alle esigenze di ricerca e istruzione, ma come originariamente descritto nel protocollo gli studenti iniziano ottenendo le spiegazioni iniziali sul concetto target con l'esempio lavorato, e quindi consolidano questa conoscenza con un problema di pratica (presentato solo in questa condizione per compensare il tempo che gli studenti PS-I trascorrono sul problema iniziale) e con la lezione23. I potenziali adattamenti includono l'inizio della lezione e quindi l'avere studenti per svolgere l'attività di risoluzione dei problemi, che è una condizione di controllo tipica per il confronto PS-I che ha spesso portato a un migliore apprendimento per la condizione PS-I7,13,19,26. In alternativa, la condizione di controllo può essere ridotta all'esplorazione di un esempio lavorato seguito dalla fase di lezione, che, sebbene sia una versione più semplificata degli approcci di istruzione diretta rispetto a quanto originariamente proposto, è più comune in letteratura e ha portato a risultati vari, con alcuni studi che indicano un migliore apprendimento in PS-I15,24e altri che indicano un migliore apprendimento da questo tipo di condizione di istruzione diretta14,26.
Infine, un terzo obiettivo del protocollo è quello di fornire risorse per valutare come gli studenti con diverse predisposizioni e abilità cognitive possono beneficiare di PS-I15. La valutazione di queste predisposizioni è particolarmente importante se consideriamo le predisposizioni negative che alcuni studenti hanno spesso con i corsi STEM e il fatto che PS-I può ancora produrre reazioni negative in alcuni casi14. C'è, tuttavia, poca ricerca su questo.
Da un lato, poiché PS-I facilita l'associazione dell'apprendimento con idee individuali, piuttosto che solo conoscenze formali, PS-I può essere ipotizzato come in grado di aiutare a motivare gli studenti di bassi livelli accademici, coloro che hanno bassi sentimenti di competenza o bassa motivazione sull'argomento13,27. Uno studio ha dimostrato che gli studenti con un basso orientamento alla padronanza, cioè meno obiettivi relativi all'apprendimento personale, hanno beneficiato maggiormente di PS-I rispetto a quelli con una maggiore motivazione ad imparare27. D'altra parte, gli studenti con altri profili potrebbero incontrare difficoltà quando coinvolti in PS-I. Più specificamente, la metacognizione svolge un ruolo importante in PS-I31e gli studenti con basse capacità di metacognizione potrebbero non beneficiare di PS-I a causa di difficoltà nell'essere consapevoli delle loro lacune di conoscenza o discernere contenuti rilevanti15. Inoltre, poiché la fase iniziale di PS-I si basa sulla produzione di soluzioni individuali, gli studenti con basse abilità divergenti, difficoltà a generare una varietà di risposte in una determinata situazione, potrebbero beneficiare meno di PS-I rispetto ad altri studenti. Il protocollo presenta strumenti affidabili per valutare queste predisposizioni (Tabella 1) anche se altri possono essere considerati.
In sintesi, questo protocollo mira a rendere accessibile a educatori e ricercatori l'implementazione di un intervento PS-I che segua i principi accettati nella letteratura PS-I. Inoltre, i protocolli forniscono una valutazione sperimentale di questo intervento e facilitano la valutazione delle predisposizioni cognitive e motivazionali degli studenti. Si tratta di un protocollo che non richiede l'accesso a nuove tecnologie o risorse specifiche, e che può essere modificato in base alle esigenze di ricerca e di istruzione.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Questo protocollo segue la Dichiarazione di Helsinki dei principi etici per la ricerca con gli esseri umani, ma applica questi principi alle ulteriori difficoltà di integrare la ricerca all'interno di contesti di vita reale nell'istruzione32. In particolare, né l'assegnazione delle condizioni di apprendimento né la decisione di partecipare possono avere conseguenze sulle opportunità di apprendimento degli studenti. Inoltre, la riservatezza e l'anonimato degli studenti viene mantenuta anche quando sono i docenti ad essere incaricati della valutazione. Gli obiettivi, la portata e le procedure del protocollo sono stati approvati dal Comitato etico della ricerca del Principato delle Asturie (Spagna) (Riferimento: 242/19).
Si noti che se l'utente è interessato solo all'implementazione dell'approccio PS-I, solo il passaggio 6 (senza assegnare i partecipanti alla condizione di controllo) e il passaggio 7 sono rilevanti. Nonostante ciò, i passaggi 5 e 9 possono essere aggiunti come esercizi pratici per gli studenti. Se l'utente è anche interessato alla valutazione sperimentale, è importante che gli studenti lavorino individualmente durante i passaggi 4, 5, 6 e 9. Si raccomanda pertanto che durante questi passaggi, i posti a sedere degli studenti siano disposti in modo che ci sia uno spazio vuoto accanto a ogni studente.
A seconda della convenienza, i passaggi possono essere implementati continuamente all'interno di una singola sessione di classe o con passaggi successivi in una sessione di classe diversa.
1. Informazioni per gli studenti sullo scopo e le procedure dello studio
- Prenditi 10 minuti di un periodo di lezione per informare gli studenti sullo studio.
- Spiegare esplicitamente agli studenti lo scopo generale dello studio, la loro libertà di acconsentire alla partecipazione, il fatto che possono liberamente ritirarsi e la garanzia di anonimato e riservatezza nel trattamento dei dati.
- Dire loro che lo scopo generale dello studio è quello di esplorare l'efficacia di diversi approcci educativi, nonché di valutare l'influenza delle disposizioni cognitive e affettive degli studenti sull'efficacia di questi approcci.
- Dì loro che, sebbene saranno assegnati a uno dei due approcci, il contenuto coperto dalle due condizioni sarà lo stesso. Informali che le attività utilizzate in entrambe le condizioni saranno disponibili per tutti gli studenti al termine dello studio.
- Fai sapere loro che sono liberi di partecipare allo studio e che possono lasciare lo studio in qualsiasi momento senza influire sulle loro opportunità di apprendimento o sui loro voti. Se non vogliono partecipare allo studio, possono fare le attività di apprendimento senza consegnarle. Inoltre, durante il breve periodo in cui i partecipanti stanno compilando questionari, i non partecipanti possono studiare altri materiali.
- Informali che la loro partecipazione sarà anonima e che la riservatezza sarà mantenuta in ogni momento, un numero di identificazione arbitrario verrà utilizzato per combinare i dati tra diverse sessioni e attività.
- Fornire agli studenti due copie del modulo di consenso informato(Appendice A)che contiene anche le informazioni di contatto del ricercatore. Chiedi loro di firmare una copia per te e di tenere l'altra copia per se stessi.
NOTA: Questo protocollo è rivolto agli studenti universitari, dove non è necessario il permesso dei genitori. Potrebbe essere generalizzato a livelli di istruzione più bassi, anche se per gli studenti che sono legalmente minori, sarebbe necessario anche il consenso informato dei genitori. - Se gli studenti vengono aggiunti allo studio nelle fasi successive del protocollo, chiedi loro di completare il consenso informato come descritto in questa sezione prima di unirsi allo studio.
2. Fornire agli studenti un numero di identificazione dissociato da altri documenti
- Per mantenere l'anonimato delle risposte degli studenti, assegna in modo casuale a ogni studente un numero di identificazione (ad esempio, prepara una borsa con numeri casuali e chiedi a ogni studente di sceglierne uno, invia a ogni studente un numero casuale tramite un'applicazione web). Chiedi loro di annotare il numero in un luogo in cui sarà accessibile nelle successive valutazioni nel protocollo.
NOTA: se lo studio viene effettuato tramite un'applicazione online che consente di tracciare le risposte degli studenti in modo anonimo, ciò non è necessario.
3. Compilazione di questionari sulle predisposizioni cognitive e affettive e dati demografici di base
- Prenota 10 minuti in un periodo di lezione per somministrare i questionari a tutti gli studenti della classe.
- Offri agli studenti che decidono di non partecipare all'esperimento altre opzioni di apprendimento come lavorare individualmente su altri contenuti.
- Chiedi agli studenti di compilare i questionari sulle loro predisposizioni, questo può essere fatto usando i questionari nell'Appendice B. Chiedi loro di lavorare individualmente.
NOTA: La serie di questionari nell'Appendice B include la Scala delle competenze cognitive nel Sondaggio degli atteggiamenti nei confronti delle statistiche (SATS-28) 33,la Scala dell'approccio alla padronanza nel Questionario sugli obiettivi di raggiungimento-Rivisto34, la Scala di regolazione della cognizione dell'inventario della consapevolezza metacognitiva35e le domande demografiche.- Per controllare i potenziali effetti contaminanti relativi all'ordine in cui gli studenti completano i questionari, consegnare in modo casuale diverse versioni dei fogli del questionario che variano nell'ordine in cui i questionari sono presentati. Nell'appendice B-1 ci sono diverse versioni stampate dei questionari proposti con ordini diversi.
NOTA: se i questionari sono compilati digitalmente, creare collegamenti con i diversi ordini e distribuire in modo casuale i quattro collegamenti tra gli studenti della classe (ad esempio, tra gruppi creati in ordine alfabetico).
- Per controllare i potenziali effetti contaminanti relativi all'ordine in cui gli studenti completano i questionari, consegnare in modo casuale diverse versioni dei fogli del questionario che variano nell'ordine in cui i questionari sono presentati. Nell'appendice B-1 ci sono diverse versioni stampate dei questionari proposti con ordini diversi.
- Dai agli studenti 7 minuti per completare i questionari. Le istruzioni sono incluse nei questionari e non sono necessarie istruzioni aggiuntive.
4. Somministrazione del test del pensiero divergente
- Nel caso in cui questo test sia di interesse, prenditi 10 minuti in un periodo di lezione per amministrare l'attività di usi alternativi36,37 che misura la fluidità del pensiero divergente per tutti gli studenti della classe.
- Fornisci a ogni studente carta bianca e chiedi loro di scrivere il loro numero di identificazione.
- Spiegare le istruzioni del test.
- Dì loro che saranno dotati di un oggetto che ha un uso comune, ma dovrebbero inventare il maggior numero possibile di altri usi.
- Fai loro un esempio (ad esempio, se ti presento un giornale, che è comunemente usato per leggere, devi scrivere usi alternativi, come usarlo come cappello temporaneo per proteggerti dal sole o per foderare il fondo di una borsa da viaggio)38.
- Leggi ad alta voce il primo elemento del test e scrivilo alla lavagna: "Scrivi quanti più usi puoi pensare per un mattone". Concedi agli studenti due minuti per scrivere le loro risposte. Una volta terminati i due minuti, chiedi agli studenti di capovolgere il foglio dall'altra parte.
- Leggi ad alta voce il secondo elemento del test e scrivilo alla lavagna: "Scrivi quanti più usi puoi pensare per una graffetta". Concedi agli studenti due minuti per scrivere le loro risposte.
- Una volta terminati i due minuti, chiedi agli studenti di smettere di scrivere e di raccogliere i loro documenti.
5. Completamento del pre-test delle conoscenze accademiche precedenti
- Riserva 15 minuti in un periodo di lezione per amministrare il precedente pre-test delle conoscenze accademiche nell'Appendice C.
NOTA: Il pre-test riguarda la tendenza centrale, che è rilevante al fine di assimilare il contenuto sulla variabilità da apprendere nelle successive condizioni di apprendimento nel passaggio 67. Nessun contenuto di classe sulla tendenza centrale dovrebbe essere dato agli studenti tra la somministrazione di questo pre-test e il passo 6. Inoltre, non è consigliabile sostituire questo pre-test con un diverso pre-test che copre la variabilità perché ciò può creare un effetto PS-I che potrebbe contaminare i risultati dell'esperimento26. - Distribuire il pre-test agli studenti. Da questo punto, chiedi loro di lavorare individualmente.
- Concedi agli studenti 10 minuti per completare il pre-test. Le istruzioni sono incluse nel test e non sono necessarie ulteriori specifiche. Una volta che il tempo è passato, chiedi agli studenti di capovolgere il loro foglio e consegnarlo a te.
6. Assegnazione e somministrazione delle due condizioni di apprendimento
- Prenditi 35 minuti di un periodo di lezione per amministrare le due condizioni di apprendimento all'interno della stessa classe.
NOTA: per evitare errori di affidabilità dovuti al tempo, si consiglia di non passare più di una settimana tra il completamento dei questionari e dei test nei passaggi 2 e 3 e questo passaggio. - Assicurarsi che i libri delle attività siano adeguatamente preparati, contenenti i materiali per le due condizioni.
NOTA: il PIL pro capite è stato scelto per contestualizzare questi materiali di apprendimento per diversi motivi: in primo luogo, è un argomento controverso30 che può essere familiare agli studenti di molte aree di apprendimento, e in secondo luogo è una variabile di rapporto che consente l'uso di diverse misure di variabilità che vengono discusse durante la lezione (intervallo, intervallo interquartile, deviazione standard, varianza e coefficiente di variazione).- Per la condizione PS-I, stampare il libro delle attività corrispondente nell'Appendice D-1 che contiene: l'attività Invention Problem, in cui agli studenti viene chiesto di inventare un indice di disuguaglianza; l'attività Di esempio lavorato, in cui gli studenti possono studiare le soluzioni per questo problema.
- Per la condizione di istruzione diretta, stampare il libro delle attività corrispondente nell'appendice D-1 che contiene: l'attività Di esempio lavorato (lo stesso esempio di lavoro dato alla condizione PS-I); il problema di pratica abbinato a questo esempio funzionante.
NOTA: è importante che il problema di pratica incluso nei materiali per questa condizione non sia presente nella condizione PS-I. È incluso per compensare sperimentalmente il tempo extra speso dagli studenti PS-I sul problema dell'invenzione. Una limitazione intrinseca dei progetti PS-I è la difficoltà di controllare l'equivalenza in termini di tempo e materiali. Anche nei progetti in cui la condizione PS-I e la condizione di controllo differiscono solo nell'ordine in cui vengono presentati i materiali di apprendimento (cioè, presentando un problema prima di una fase di istruzione esplicita o presentando lo stesso identico problema dopo la stessa identica fase di istruzione esplicita), l'equivalenza non viene raggiunta, perché un problema che viene risolto prima dell'istruzione dovrebbe richiedere più tempo che dopo l'istruzione. Questo protocollo affronta questo problema allo stesso modo di altri studi24, includendo materiali extra nella condizione di istruzione diretta. - Separare le due attività in ciascun libro delle attività rilegando insieme i documenti corrispondenti alla seconda attività (ad esempio, con una clip o una nota adesiva) in modo che gli studenti non possano vedere il contenuto della seconda attività mentre stanno svolgendo la prima attività.
- Informare gli studenti della procedura da seguire in questo passaggio specifico.
- Dì loro che a seconda del libro dei compiti che vengono assegnati, avranno due diverse coppie di attività, ma tutti gli studenti vedranno lo stesso contenuto e alla fine della lezione tutti avranno accesso a tutte le attività.
- Fai sapere loro che gli verrà detto quando iniziare la prima attività e quando dovrebbero passare alla seconda attività. Dì anche loro che i documenti per la seconda attività sono stati destinati a impedire loro di guardare prima del momento opportuno.
- Per ridurre la potenziale frustrazione legata alla paura di fallire, dì loro che sebbene possano trovare alcune attività difficili, dovrebbero cercare di vedere queste difficoltà come opportunità di apprendimento39.
- Assegna in modo casuale i due libri di attività agli studenti della classe
NOTA: Per prevenire fattori contaminanti legati al luogo in cui gli studenti sono seduti, distribuire i libri delle attività in modo omogeneo tra le diverse parti della classe. Ad esempio, mentre cammini per la classe, dai il libro delle attività PS-I a uno studente, quindi il libro delle attività di istruzioni dirette allo studente successivo. - Dopo aver distribuito i libri delle attività a tutti gli studenti della classe, chiedi loro di iniziare a lavorare individualmente sulla prima attività.
- Dì agli studenti che hanno 15 minuti per la prima attività. Le istruzioni sono incluse nei fogli di carta e non sono necessarie ulteriori istruzioni generali.
- Dì loro che sei disponibile per qualsiasi domanda, ma evita di dare agli studenti contenuti extra diversi da quelli che hanno nei libri delle attività.
NOTA: In particolare per gli studenti che risolvono il problema dell'invenzione, evitare di guidarli verso soluzioni convenzionali, perché può abbreviare lo sviluppo delle proprie conoscenze11. Invece, suggeriamo tre possibili risposte alle domande degli studenti11: a) aiutarli a chiarire i propri processi chiedendo loro di spiegare cosa stanno facendo; b) aiutarli a guidarsi con la loro intuizione chiedendo loro quale paese pensano abbia più disuguaglianze di altri paesi; c) aiutarli a capire l'obiettivo dell'attività chiedendo loro di produrre indici generali che rappresentino le differenze che vedono, puoi fornire esempi di altri indici quantitativi (ad esempio, "la media è un indice per calcolare il valore centrale in una distribuzione").
- Una volta terminati i 15 minuti per la prima attività, chiedi agli studenti di passare alla seconda attività corrispondente, per la quale devono rimuovere la clip o la nota adesiva.
- Dì loro che hanno 15 minuti per la seconda attività. Le istruzioni sono incluse nei fogli di carta e non sono necessarie ulteriori istruzioni generali. Dì loro che sei disponibile per qualsiasi domanda.
NOTA: gli studenti hanno accesso ai contenuti dell'attività precedente.
- Dì loro che hanno 15 minuti per la seconda attività. Le istruzioni sono incluse nei fogli di carta e non sono necessarie ulteriori istruzioni generali. Dì loro che sei disponibile per qualsiasi domanda.
- Una volta terminati i 15 minuti, chiedi loro di consegnarti il materiale completato.
7. Amministrazione dei contenuti della lezione
- Riserva 40 minuti in uno o più periodi di lezione per dare la lezione sulla variabilità statistica a tutti gli studenti della classe.
NOTA: Il protocollo può essere interrotto in qualsiasi momento durante la lezione e può continuare nella successiva sessione di lezione. - Per tenere la lezione, seguire le slide, che si possono trovare al seguente link: https://www.dropbox.com/sh/aa6p3hs8esyf5xa/AACTvpVlEbdEtLVfBIbe9j7aa?dl=0.
NOTA: Il file include animazioni per scaglionare i contenuti, commenti con spiegazioni proposte da dare agli studenti e indicazioni sul tempo approssimativo assegnato per ogni spiegazione. Il contenuto e le attività incluse riguardano la definizione di variabilità, l'uso di diverse misure di variabilità (intervallo, intervallo interquartile, varianza, deviazione standard e coefficiente di variazione), le proprietà di tali misure e i loro vantaggi e svantaggi rispetto all'altro e ad altre soluzioni non ottimali13. Un'ulteriore descrizione di questa lezione proposta può essere trovata nell'Appendice E. L'utente può adattare questi materiali in base a diversi fattori come contenuti specifici da coprire in classe, principi di istruzione preferiti o diverse espressioni culturali.
8. Compilazione del questionario di curiosità
- Alla fine della lezione, dai agli studenti la Scala della Curiosità dal Questionario40 sulle Emozioni Epistemiche Correlate(Appendice F)e dai loro 2 minuti per completarlo. Ricorda agli studenti di scrivere il loro numero di identificazione sul questionario prima di riconsegarlo.
NOTA: In letteratura, la curiosità viene spesso misurata subito dopo l'attività di invenzione e le corrispondenti attività di controllo14,17. Il protocollo è flessibile a questo e ad altri possibili adattamenti a questo proposito. Per semplicità, abbiamo incluso solo la misurazione della curiosità alla fine della lezione perché è rilevante per esaminare gli effetti a lungo termine di PS-I sulla curiosità e perché l'aumento della curiosità subito dopo l'attività di invenzione può essere parzialmente spiegato dal fatto che durante l'attività di invenzione gli studenti ricevono meno informazioni rispetto alle attività alternative utilizzate come controlli.
9. Amministrazione dell'apprendimento post-test
- In accordo con l'insegnante in ogni classe, prenditi 30 minuti in un periodo di lezione per somministrare il post-test.
- Distribuire il post-test nell'Appendice G agli studenti. Chiedi loro di lavorare su di esso individualmente.
- Dai agli studenti 25 minuti per fare il post-test. Le istruzioni sono incluse nel post-test e non sono necessarie ulteriori istruzioni generali.
- Una volta che i 25 minuti sono s sìniti, chiedi loro di riconserti il post-test.
10. Fornire agli studenti feedback e tutti i materiali di apprendimento
- Rendi disponibili agli studenti i materiali usati per questa lezione. Le diapositive power-point, i materiali per le due condizioni di apprendimento e le soluzioni per il pre-test e il post-test sono disponibili nell'Appendice H.
11. Codifica dei dati
- Calcolare i punteggi per le diverse scale nei questionari sommando tutti i punteggi degli elementi all'interno di ciascuna scala del questionario (vedere l'appendice B per un riepilogo degli elementi del questionario nei questionari proposti).
- Calcola il punteggio per la fluidità del pensiero divergente contando tutte le risposte appropriate fornite da ciascuno studente in entrambi gli elementi nell'attività Usi alternativi37.
NOTA: Altre misure spesso codificate dall'attività Usi alternativi, come la flessibilità, l'originalità e l'elaborazione, potrebbero anche essere considerate36,37. - Calcola il punteggio del pre-test delle conoscenze precedenti valutando prima ogni elemento utilizzando la chiave di risposta nell'Appendice I-1 e quindi sommando i punteggi per tutti gli elementi.
- Calcola le diverse misure di apprendimento valutando prima ogni elemento nel post-test utilizzando la chiave di risposta nell'Appendice I-2, quindi sommando i punteggi per ogni misura di apprendimento: punteggi negli elementi da 1 a 3 per la misura di apprendimento procedurale, punteggi negli elementi 4-8 per la misura di apprendimento concettuale e punteggi negli elementi 9-11 per il trasferimento della misura di apprendimento.
NOTA: Altre misure sul processo di apprendimento come il numero di soluzioni prodotte dagli studenti durante il problema dell'invenzione o la correttezza delle soluzioni in tutte le attività di risoluzione dei problemi potrebbero essere prese in considerazione, ma non saranno spiegate in questo protocollo.
12. Analisi dei dati
Si prega di notare che i riferimenti in questa sezione si riferiscono a manuali pratici su come eseguire le analisi con i software SPSS e PROCESS, ma possono essere utilizzati anche altri programmi.
- Per valutare l'efficacia generale di PS-I, confrontare i punteggi di curiosità e apprendimento della condizione PS-I rispetto ai punteggi di curiosità e apprendimento della condizione di controllo.
NOTA: Finché le ipotesi sono soddisfatte, raccomandiamo principalmente ANCOVA per controllare la predisposizione delle covariate. Come seconda opzione raccomandiamo t-test per gruppi indipendenti e come terza opzione raccomandiamo i test Mann-Whitney U41. Non è richiesta una dimensione minima del campione per queste analisi, ma considerando le dimensioni degli effetti nella letteratura precedente (d = .43)21, si raccomanda un campione minimo di 118 studenti per gruppo per facilitare l'identificazione degli effetti come significativi (analisi di potenza a due code per le differenze tra mezzi indipendenti, α = 0,05, β = 0,95,). Campioni più grandi di 30 studenti per gruppo renderebbero più facile soddisfare le ipotesi di normalità per ANCOVA o t-test41. - Esplorare intuitivamente gli effetti di mediazione (ad esempio, la mediazione della curiosità sull'apprendimento) e / o l'influenza moderatrice delle predisposizioni, eseguire analisi correlazionali tra la variabile mediatore (ad esempio, curiosità) e la variabile di apprendimento (ad esempio, conoscenza concettuale) nelle due condizioni di apprendimento.
NOTA: Finché le ipotesi sono soddisfatte, raccomandiamo principalmente l'uso delle correlazioni di Pearson e come seconda opzione raccomandiamo le correlazioni di Spearman42. Non è richiesta alcuna dimensione minima del campione per queste analisi, ma campioni di grandi dimensioni (ad esempio, più di 30 studenti per gruppo) renderebbero più facile soddisfare le ipotesi di normalità necessarie per le correlazioni di Pearson. I possibili effetti di moderazione sarebbero indicati da variabili di predisposizione che hanno valori di correlazione diversi in una condizione di apprendimento rispetto all'altra. Un possibile effetto di mediazione (ad esempio, la mediazione della curiosità sull'apprendimento) sarebbe indicato se la variabile mediante è correlata con i risultati di apprendimento in almeno una condizione e se i livelli di questa variabile sono diversi in una condizione di apprendimento rispetto all'altra (vedi risultati nella fase 12.1). - Per continuare a valutare un effetto di mediazione sull'apprendimento e / o l'influenza moderatrice delle predisposizioni degli studenti, eseguire l'analisi della mediazione, l'analisi della moderazione o l'analisi del processo condizionale (che combina l'analisi della mediazione e della moderazione) a seconda del modello concettuale da testare43, che varierebbe a seconda delle ipotesi scelte e / o dell'analisi preliminare nella fase 12.2.
NOTA: Poiché queste analisi si basano su regressioni multiple e si basano quindi su un approccio statistico ad effetto fisso, al fine di rendere i risultati il più generalizzabili possibile, si consiglia una dimensione minima del campione di 15 studenti per variabile di mediazione inclusa nel modello concettuale, più 30 studenti per variabile di moderazione inclusa nel modello. Alcuni programmi come PROCESS consentono solo l'inclusione di un massimo di due variabili di moderazione contemporaneamente. Per incorporare più variabili di moderazione, dovrebbero essere eseguite diverse analisi cambiando i moderatori inclusi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Questo protocollo è stato implementato in modo soddisfacente in uno studio precedente23, ad eccezione delle misure delle predisposizioni degli studenti in termini di senso di competenza, obiettivi di approccio alla padronanza, metacognizione e pensiero divergente.
Per affrontare queste predisposizioni, questo protocollo include misure che sono state precedentemente convalidate e che hanno mostrato alti livelli di affidabilità (Tabella 1).
Le soluzioni tipiche generate dagli studenti nel problema dell'invenzione della condizione PS-I possono essere viste nella Figura 3A-D. Gli studenti di solito non producono la soluzione canonica della deviazione standard. Tuttavia, le soluzioni sub-ottimali che producono rivelano una riflessione sugli aspetti rilevanti della deviazione standard (ad esempio, intervallo, deviazioni di somma o deviazioni medie). Ricerche precedenti hanno dimostrato che la varietà di soluzioni nel problema iniziale in PS-I era associata all'apprendimento superiore, indipendentemente dalla correttezza della risposta44. Tuttavia, è importante notare che l'assenza di risposta in questo problema non è un indicatore del fatto che gli studenti non ne traggano beneficio, poiché gli studenti possono riflettere criticamente sul problema senza produrre un risultato visibile.
Una soluzione tipica prodotta dagli studenti nel problema di pratica utilizzato nella condizione di controllo (Figura 2) è mostrata nella Figura 3 E. Queste soluzioni sono più omogenee e in linea con il concetto canonico di deviazione standard perché è un problema che è stato presentato dopo aver studiato i concetti e le procedure nell'esempio lavorato (Appendice D-2).
La Figura 5 riproduce un esempio per riportare le differenze generali tra PS-I e istruzione diretta nella valutazione sperimentale. Si basa sui risultati di uno studio precedente che ha seguito questo protocollo23 in cui gli studenti nella condizione PS-I non differivano nella conoscenza procedurale, nel trasferimento di conoscenze, nella curiosità o nelle conoscenze precedenti, ma differivano nella conoscenza concettuale.
La Figura 6 mostra un esempio per riportare l'effetto moderatore di una delle predisposizioni degli studenti proposte, le abilità metacognitive. In questo esempio ipotetico, gli studenti con abilità metacognitive inferiori hanno imparato di più dall'istruzione diretta che dalla PS-I, mentre quelli con capacità metacognitive più elevate hanno beneficiato più dal PS-I che dall'istruzione diretta.
Figura 1: Problema di invenzione nella condizione PS-I. In questo problemaa 23 studenti nella condizione PS-I viene chiesto di inventare indici quantitativi per misurare la disuguaglianza tra i quattro paesi. È formulato con la tecnica dei Casi Contrastanti11: i paesi mostrano coerenze e variazioni per quanto riguarda le caratteristiche rilevanti, e queste variazioni sono facili da calcolare. Ad esempio, Pinpanpun e Toveo hanno la stessa media (5), lo stesso numero di casi (7), lo stesso intervallo (10), ma una distribuzione diversa. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Problema di pratica nella condizione di istruzione diretta. In questo problema23 studenti nella condizione di istruzione diretta sono invitati ad applicare i concetti e le procedure apprese nell'esempio lavorato. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Soluzioni comuni nel problema dell'invenzione e nel problema della pratica. Le immagini A-D mostrano soluzioni comuni nel problema dell'invenzione, che possono essere utilizzate nella fase di istruzione diretta posteriore al contenuto dell'impalcatura: (A) L'intervallo - facile da calcolare, ma non tiene conto delle differenze tra tutti gli abitanti -; (B) Misura basata sull'intervallo - considera più abitanti dell'intervallo in quanto diventa amplificato quando i valori massimi vengono ripetuti, ma non considera tutti i valori -; (C) Media delle deviazioni - tiene conto delle differenze tra tutti gli abitanti, ma è fonte di confusione perché le deviazioni negative sottraggono dalle deviazioni positive -; (D) Media delle deviazioni assolute -una soluzione concettualmente completa simile alla soluzione canonica della deviazione standard-; (E) Una soluzione tipica al problema pratico della condizione di controllo. Gli studenti in questa condizione hanno già studiato l'Esempio Lavorato, e quindi la maggior parte di loro è in grado di riprodurre e interpretare correttamente le soluzioni canoniche della deviazione standard. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Progettazione della valutazione sperimentale. Dopo la compilazione dei questionari e dei test per misurare le predisposizioni degli studenti, gli studenti vengono assegnati in modo casuale alle attività delle due condizioni di apprendimento (tutti gli studenti rimangono nella stessa classe). Una volta che gli studenti completano queste attività, tutti ricevono la stessa lezione sulla variabilità statistica. La curiosità e l'apprendimento si misurano alla fine del processo di apprendimento. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Risultati sull'efficacia di PS-I rispetto all'istruzione diretta. Il grafico mostra un risultato tipico del confronto tra la condizione PS-I e la condizione di istruzione diretta all'interno di ciascuna variabile dipendente, utilizzando i dati di uno studio precedente che utilizzava questo protocollo23. Le due barre in ogni grafico rappresentano i mezzi per le due condizioni, mentre le barre di errore corrispondenti rappresentano +/- 1 errori standard di tali mezzi. * indica risultati significativi al livello di significatività .05. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6: Risultati ipotetici sugli effetti moderatori delle predisposizioni degli studenti. Il grafico mostra un risultato ipotetico sull'effetto moderatore delle abilità metacognitive sull'efficacia relativa di PS-I per promuovere l'apprendimento, in cui PS-I è più efficace dell'istruzione diretta solo per gli studenti che riportano abilità metacognitive medie e alte. Seguendo le raccomandazioni in43, il16 °, 50°e 86° percentile sono stati utilizzati per rappresentare rispettivamente gli studenti con capacità metacogntive basse, medie e alte. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Costruire | Misura e descrizione | ||
| Senso di competenza | La scala di competenza cognitiva nell'indagine sugli atteggiamenti nei confronti delle statistiche (SATS-28)33 può essere utilizzata (Appendice B2). È composto da 6 elementi che chiedono agli studenti quanto sono d'accordo con le affermazioni sul loro senso di competenza nell'apprendimento delle statistiche (ad esempio "Posso imparare le statistiche"). Ha mostrato validità interna, convergente e predittiva e alta affidabilità (α = .71 - .93)45. | ||
| Obiettivi dell'approccio alla padronanza | La Scala di approccio alla padronanza nel Questionario sugli obiettivi di raggiungimento-Revisione 34 può essere utilizzata (Appendice B3). È composto da 3 elementi che chiedono agli studenti quanto sono d'accordo con le affermazioni sull'avere obiettivi di apprendimento incentrati sull'apprendimento personale (ad esempio, "Mi sto sforzando di comprendere il contenuto di questo corso nel modo più completo possibile"). Ha mostrato validità interna, convergente e predittiva e alta affidabilità interna (α = .84)34. | ||
| Regolazione metacognitiva | È possibile utilizzare la Regulation of Cognition Scale dell'inventario della consapevolezza metacognitiva46 (Appendice B4). Consiste di 35 elementi che chiedono agli studenti quanto sia tipico per loro utilizzare diverse strategie metacognitive (ad esempio, "Rivaluta le mie ipotesi quando mi confondo"). Ha dimostrato validità interna e predittiva e alta affidabilità (α = .88)46. | ||
| Pensiero divergente | È possibile utilizzare il punteggio Fluency dell'attività Usi alternativi36. Consiste nel presentare agli studenti diversi oggetti (ad esempio, una graffetta) e chiedere loro di fornire il maggior numero di usi non comuni per ogni oggetto entro un dato tempo. Si tratta di un punteggio affidabile (H = .631) che è stato validato internamente 47 e ha mostrato validità predittiva in versioni con diverse estensioni, variabili tra 1 e 20 oggetti presentati, e tra 1 e 3 minuti dati per ogni oggetto37,48,49. Per le restrizioni di tempo all'interno di contesti educativi, in questo protocollo viene proposta una versione breve di due oggetti e due minuti per oggetto37. | ||
| Conoscenze accademiche precedenti | Per adattarsi ai contenuti specifici trattati in questo protocollo, è stato adattato un pre-test di apprendimento (Appendice C) da un pre-test affidabile (α = .75) utilizzato in uno studio precedente 7. Si compone di 5 elementi che chiedono agli studenti le misure di tendenza centrale che sono rilevanti per l'assimilazione dei contenuti di variabilità. | ||
Tabella 1: Costrutti e misure proposte per valutare le predisposizioni degli studenti. Cinque costrutti sulle predisposizioni degli studenti sono proposti per essere valutati come moderatori nell'efficacia di PS-I. Viene descritta una misura proposta per ciascun costrutto per quanto riguarda il numero di elementi, la descrizione degli elementi e le prove sulla validità e l'affidabilità.
| Costruire | Misura e descrizione | ||
| Curiosità | La scala della curiosità nel questionario40 sulle emozioni epistemicamente correlate può essere utilizzata (Appendice F). Consiste di tre elementi che chiedono agli studenti di valutare l'intensità che sentivano curiosi, interessati e curiosi. Ha dimostrato validità interna e predittiva e alta affidabilità (α = .88)40. | ||
| Apprendimento (procedurale, concettuale e di trasferimento) | Per valutare l'apprendimento dei contenuti specifici di variabilità trattati in questo protocollo, è stato adattato un post-test di apprendimento (Appendice G) da un post-test affidabile (α = .84) utilizzato in uno studio precedente7. Si compone di 12 elementi: tre elementi riferiti all'apprendimento procedurale (ad esempio, il punto 1 in cui gli studenti devono calcolare la deviazione standard), sei elementi riferiti all'apprendimento concettuale (ad esempio, il punto 4 in cui gli studenti devono ragionare sui componenti della formula della deviazione standard) e tre elementi riferiti al trasferimento (ad esempio, il punto 10 in cui gli studenti devono dedurre una procedura per confrontare i punteggi con misurazioni diverse). | ||
Tabella 2: Costrutti e misure proposti per valutare l'efficacia di PS-I. Vengono descritti gli strumenti proposti per misurare la curiosità e tre tipi di apprendimento (procedurale, concettuale e di trasferimento), comprese le informazioni sul numero di elementi, la descrizione degli elementi e le prove sulla validità e l'affidabilità.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Lo scopo di questo protocollo è quello di guidare ricercatori ed educatori nell'implementazione e nella valutazione dell'approccio PS-I in contesti di classe reali. Secondo alcune esperienze precedenti, PS-I può aiutare a promuovere il deep learning e la motivazione negli studenti19,21,24,ma c'è bisogno di ulteriori ricerche sulla sua efficacia negli studenti con diverse abilità e predisposizioni motivazionali14,27. Più specificamente, utilizzando questo documento, gli educatori possono seguire un protocollo di implementazione PS-I per una classe di statistica progettata secondo i principi più ampiamente accettati nella letteratura PS-I11,13,20,50 (Passaggi 6-7). Inoltre, educatori e ricercatori possono seguire una valutazione sperimentale incorporata sull'efficacia di questa implementazione in studenti con diverse predisposizioni motivazionali e / o cognitive (tutti i passaggi). Questa sperimentazione non è in conflitto con i principi educativi di pari opportunità, libero consenso a partecipare, o rispetto della riservatezza degli studenti, né è necessario utilizzare nuove tecnologie.
Il protocollo è flessibile e può essere modificato o applicato in base a nuove esigenze di ricerca o educative. Tuttavia, come descritto in questo documento, il protocollo consente la valutazione dell'efficacia di PS-I in termini di curiosità e diversi tipi di apprendimento, comprese le misure di apprendimento che richiedono il deep learning, come la conoscenza concettuale e il trasferimento di conoscenze, nonché le misure di apprendimento che non richiedono necessariamente il deep learning, come la conoscenza procedurale. Sia la motivazione che il deep learning sono preoccupazioni significative per tutti gli istruttori. I progettisti di corsi STEM sono particolarmente interessati a questi argomenti in quanto una grande percentuale di studenti ha difficoltà a comprendere quei corsi1,2,3 e sperimenta vari problemi motivazionali4,5. Il protocollo fornisce anche indicazioni per la valutazione dell'efficacia di PS-I negli studenti in termini di alcune predisposizioni cognitive e/o motivazionali, che sono anche una preoccupazione nell'educazione STEM, e nella relativa efficacia di PS-I. Le predisposizioni proposte nel protocollo includono precedenti conoscenze accademiche, obiettivi di approccio alla padronanza, senso di competenza nell'apprendimento della materia, metacognizione e pensiero divergente.
Esempi di modifica del protocollo basati su idee proposte in letteratura includono l'aumento del numero di problemi nelle condizioni15, dando agli studenti più tempo per l'esplorazione del problema44e includendo diverse variabili per tenere conto dei processi di apprendimento mediativo14,15,24. Il protocollo è anche flessibile per quanto riguarda l'applicazione dei diversi passaggi su diverse sessioni di classe. Ogni passaggio può essere eseguito nello stesso periodo di classe del passaggio precedente e ricercatori ed educatori possono decidere come organizzare i passaggi a proprio piacimento.
Tuttavia, un fattore critico per la valutazione è che gli studenti collaborano nel rispetto delle regole di valutazione. Ad esempio, in alcuni passaggi dovrebbero funzionare individualmente in modo che le possibili interazioni tra loro non contaminino i risultati. Per raggiungere questo obiettivo, è importante che gli studenti siano informati sulle procedure e che siano ugualmente coinvolti nelle attività di apprendimento indipendentemente dal fatto che vogliano partecipare alla valutazione sperimentale o meno32, come descritto nella fase 1 del protocollo. Per le attività che richiedono un lavoro individuale, abbiamo anche raccomandato di garantire che ci siano spazi lasciati tra gli studenti.
In sintesi, questo protocollo può essere utile per rendere PS-I e la sua valutazione sperimentale più accessibili a educatori e ricercatori, fornendo loro materiali e orientamenti, dando loro la flessibilità di applicarlo in base alle loro esigenze di ricerca ed educative e proponendo opzioni di analisi che si adattano alle diverse dimensioni del campione. Tuttavia, una possibile limitazione qui potrebbe essere il tempo necessario per completare i questionari e i test sulle predisposizioni degli studenti. Quando l'utente è interessato a valutare queste predisposizioni ma non c'è tempo disponibile per farlo durante le lezioni, questi questionari potrebbero essere compilati come compito al di fuori della classe. Una seconda limitazione è il potenziale errore di misurazione di alcune delle misure di predisposizione proposte che non sono specificamente contestualizzate nell'apprendimento delle misure di variabilità, ma piuttosto nell'apprendimento generale (metacognizione e pensiero divergente) o nell'apprendimento statistico generale (obiettivi di approccio di padronanza e senso di competenza). Questo errore deve essere considerato come una potenziale limitazione di qualsiasi studio condotto con questo protocollo. Un'ultima limitazione è che il pre-test delle conoscenze precedenti e il post-test di apprendimento non sono misure convalidate nella letteratura precedente finora poiché il contenuto dell'implementazione è molto specifico e le misure convalidate per loro non sono disponibili. Tuttavia, si prevede che la futura implementazione di questo protocollo farà avanzare la loro convalida.
Su linee simili, la futura applicazione del protocollo definirà anche nuove esigenze di ricerca e nuove variazioni da applicare. Avere il protocollo come fonte comune può contribuire a fornire una certa struttura sistematica in diversi studi. Inoltre, finché gli educatori trovano la valutazione sperimentale di questo protocollo compatibile con la loro pratica educativa, questo protocollo può incoraggiare il coinvolgimento degli educatori nella ricerca PS-I, il che significherebbe una prospettiva professionale più ampia nel processo di ricerca e un migliore accesso ai campioni32.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato sostenuto da un progetto del Principato delle Asturie (FC-GRUPIN-IDI/2018/000199) e da una sovvenzione predistoria del Ministero dell'Istruzione, della Cultura e dello Sport della Spagna (FPU16/05802). Vorremmo ringraziare Stephanie Jun per il suo aiuto nella modifica dell'inglese nei materiali di apprendimento.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SPSS Program | International Business Machines Corporation (IBM) | Other programs for general data analysis might be used instead | |
| PROCESS program | Andrew F. Hayes (Ohio State University) | Freely accesible at: http://www.processmacro.org. Other programs for mediation, moderation, or conditional process analyses might be used instead | |
| Cognitive Competence Scale in the Survey of Attitudes towards Statistics (SATS-28) | Candace Schau (Arizona State University) | In case it is used, request should be requested from the author, who holds the copyright | |
| Mastery Approach Scale in the Achievement Goal Questionnaire-Revised | Andrew J. Elliot (University of Rochester) | In case it is used, request should be requested from the author | |
| Regulation of Cognition Scale of the Metacognitive Awareness Inventory | Gregory Schraw (University of Nevada Las Vegas) | In case it is used, request should be requested from the creator |
References
- Silver, E. A., Kenney, P. A. Results from the seventh mathematics assessment of the National Assessment of Educational Progress. Council of Teachers of Mathematics. , (2000).
- OECD. Results (Volume I): Excellence and Equity in Education. PISA, OECD. , OECD publishing. Paris, France. (2016).
- Mallart Solaz, A. La resolución de problemas en la prueba de Matemáticas de acceso a la universidad: procesos y errores. , (2014).
- García, T., Rodríguez, C., Betts, L., Areces, D., González-Castro, P. How affective-motivational variables and approaches to learning predict mathematics achievement in upper elementary levels. Learning and Individual Differences. 49, 25-31 (2016).
- Lai, Y., Zhu, X., Chen, Y., Li, Y. Effects of mathematics anxiety and mathematical metacognition on word problem solving in children with and without mathematical learning difficulties. PloS one. 10 (6), 0130570 (2015).
- Ma, X., Xu, J. The causal ordering of mathematics anxiety and mathematics achievement: a longitudinal panel analysis. Journal of Adolescence. 27 (2), 165-179 (2004).
- Kapur, M.
- Kirschner, P. A., Sweller, J., Clark, R. E. Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experiential, and Inquiry-Based Teaching. Educational Psychologist. 41 (2), 75-86 (2006).
- Stockard, J., Wood, T. W., Coughlin, C., Khoury, C. R. The Effectiveness of Direct Instruction Curricula: A Meta-Analysis of a Half Century of Research. Review of educational research. 88 (4), 479-507 (2018).
- Clark, R., Kirschner, P. A., Sweller, J. Putting students on the path to learning: The case for fully guided instruction. American Educator. , (2012).
- Schwartz, D. L., Martin, T. Inventing to prepare for future learning: The hidden efficiency of encouraging original student production in statistics instruction. Cognition and instruction. 22 (2), 129-184 (2004).
- Loibl, K., Rummel, N. The impact of guidance during problem-solving prior to instruction on students' inventions and learning outcomes. Instructional Science. 42 (3), 305-326 (2014).
- Kapur, M., Bielaczyc, K.
- Glogger-Frey, I., Fleischer, C., Grueny, L., Kappich, J., Renkl, A. Inventing a solution and studying a worked solution prepare differently for learning from direct instruction. Learning and Instruction. 39, 72-87 (2015).
- Glogger-Frey, I., Gaus, K., Renkl, A. Learning from direct instruction: Best prepared by several self-regulated or guided invention activities. Learning and Instruction. 51, 26-35 (2017).
- Likourezos, V., Kalyuga, S. Instruction-first and problem-solving-first approaches: alternative pathways to learning complex tasks. Instructional Science. 45 (2), 195-219 (2017).
- Lamnina, M., Chase, C. C. Developing a thirst for knowledge: How uncertainty in the classroom influences curiosity, affect, learning, and transfer. Contemporary educational psychology. 59, 101785 (2019).
- Loibl, K., Rummel, N. Knowing what you don't know makes failure productive. Learning and Instruction. 34, 74-85 (2014).
- Weaver, J. P., Chastain, R. J., DeCaro, D. A., DeCaro, M. S. Reverse the routine: Problem solving before instruction improves conceptual knowledge in undergraduate physics. Contemporary educational psychology. 52, 36-47 (2018).
- Loibl, K., Roll, I., Rummel, N. Towards a Theory of When and How Problem Solving Followed by Instruction Supports Learning. Educational psychology review. 29 (4), 693-715 (2017).
- Darabi, A., Arrington, T. L., Sayilir, E. Learning from failure: a meta-analysis of the empirical studies. Etr&D-Educational Technology Research and Development. 66 (5), 1101-1118 (2018).
- Chen, O. H., Kalyuga, S. Exploring factors influencing the effectiveness of explicit instruction first and problem-solving first approaches. European Journal of Psychology of Education. , (2019).
- González-Cabañes, E., García, T., Rodríguez, C., Cuesta, M., Núñez, J. C. Learning and Emotional Outcomes after the Application of Invention Activities in a Sample of University Students. Sustainability. 12 (18), 7306 (2020).
- Schwartz, D. L., Chase, C. C., Oppezzo, M. A., Chin, D. B. Practicing Versus Inventing With Contrasting Cases: The Effects of Telling First on Learning and Transfer. Journal of educational psychology. 103 (4), 759-775 (2011).
- Chase, C. C., Klahr, D. Invention Versus Direct Instruction: For Some Content, It's a Tie. Journal of Science Education and Technology. 26 (6), 582-596 (2017).
- Newman, P. M., DeCaro, M. S. Learning by exploring: How much guidance is optimal. Learning and Instruction. 62, 49-63 (2019).
- Belenky, D. M., Nokes-Malach, T. J. Motivation and Transfer: The Role of Mastery-Approach Goals in Preparation for Future Learning. Journal of the Learning Sciences. 21 (3), 399-432 (2012).
- Bergold, S., Steinmayr, R. The relation over time between achievement motivation and intelligence in young elementary school children: A latent cross-lagged analysis. Contemporary educational psychology. 46, 228-240 (2016).
- Mazziotti, C., Rummel, N., Deiglmayr, A., Loibl, K. Probing boundary conditions of Productive Failure and analyzing the role of young students' collaboration. NPJ science of learning. 4, 2 (2019).
- Stiglitz, J. E.
- Holmes, N. G., Day, J., Park, A. H., Bonn, D., Roll, I. Making the failure more productive: scaffolding the invention process to improve inquiry behaviors and outcomes in invention activities. Instructional Science. 42 (4), 523-538 (2014).
- Herreras, E. B. La docencia a través de la investigación-acción. Revista Iberoamericana de Educación. 35 (1), 1-9 (2004).
- Schau, C., Stevens, J., Dauphinee, T. L., Delvecchio, A. The development and validation of the survey of attitudes toward statistics. Educational and Psychological Measurement. 55 (5), 868-875 (1995).
- Elliot, A. J., Murayama, K. On the measurement of achievement goals: Critique, illustration, and application. Journal of educational psychology. 100 (3), 613-628 (2008).
- Schraw, G., Dennison, R. S.
- Guilford, J. P. The nature of human intelligence. , (1967).
- Zmigrod, L., Rentfrow, P. J., Zmigrod, S., Robbins, T. W. Cognitive flexibility and religious disbelief. Psychological Research-Psychologische Forschung. 83 (8), 1749-1759 (2019).
- Wilson, S. Divergent thinking in the grasslands: thinking about object function in the context of a grassland survival scenario elicits more alternate uses than control scenarios. Journal of Cognitive Psychology. 28 (5), 618-630 (2016).
- Autin, F., Croizet, J. -C. Improving working memory efficiency by reframing metacognitive interpretation of task difficulty. Journal of experimental psychology: General. 141 (4), 610 (2012).
- Pekrun, R., Vogl, E., Muis, K. R., Sinatra, G. M. Measuring emotions during epistemic activities: the Epistemically-Related Emotion Scales. Cognition and Emotion. 31 (6), 1268-1276 (2017).
- Pallant, J. Statistical techniques to compare groups. SPSS survival manual. , McGraw-Hill Education. UK. 211 (2013).
- Pallant, J. Statistical techniques to explore relationships among variables. SPSS survival manual. , McGraw-Hill Education. UK. 125-149 (2013).
- Hayes, A. F. Introduction to mediation, moderation, and conditional process analysis: A regression-based approach. , Guilford publications. New York, NY. (2017).
- Kapur, M. Productive failure in learning the concept of variance. Instructional Science. 40 (4), 651-672 (2012).
- Nolan, M. M., Beran, T., Hecker, K. G. Surveys Assessing Students' Attitudes Toward Statistics: A Systematic Review of Validity and Reliability. Statistics Education Research Journal. 11 (2), (2012).
- Schraw, G., Dennison, R. S.
- Dumas, D., Dunbar, K. N. Understanding Fluency and Originality: A latent variable perspective. Thinking Skills and Creativity. 14, 56-67 (2014).
- Roberts, R., et al. An fMRI investigation of the relationship between future imagination and cognitive flexibility. Neuropsychologia. 95, 156-172 (2017).
- Chamorro-Premuzic, T. Creativity versus conscientiousness: Which is a better predictor of student performance. Applied Cognitive Psychology: The Official Journal of the Society for Applied Research in Memory and Cognition. 20 (4), 521-531 (2006).
- Kapur, M. Examining productive failure, productive success, unproductive failure, and unproductive success in learning. Educational Psychologist. 51 (2), 289-299 (2016).
