Rozwiązywanie problemów przed rozpoczęciem nauki (PS-I): Protokół oceny i interwencji u uczniów o różnych zdolnościach

Summary

Ten protokół prowadzi badaczy i nauczycieli przez implementację podejścia Rozwiązywanie problemów przed instrukcją (PS-I) na zajęciach ze statystyki na studiach licencjackich. Opisano w nim również wbudowaną eksperymentalną ocenę tej implementacji, w której skuteczność PS-I jest mierzona pod względem uczenia się i motywacji u uczniów o różnych predyspozycjach poznawczych i afektywnych.

Abstract

W dzisiejszych czasach jak zachęcić uczniów do refleksyjnego myślenia, jest jednym z głównych problemów nauczycieli na różnych poziomach edukacji. Wielu uczniów ma trudności z zadaniami, które wymagają wysokiego poziomu refleksji, na przykład na kursach STEM (nauka, technologia, inżynieria i matematyka). Wiele osób ma również głęboko zakorzeniony lęk i demotywację do takich kursów. Aby przezwyciężyć te wyzwania poznawcze i afektywne, naukowcy zasugerowali zastosowanie podejścia "Rozwiązywanie problemów przed instrukcją" (PS-I). PS-I polega na tym, że dajemy uczniom możliwość generowania indywidualnych rozwiązań problemów, które później są rozwiązywane na zajęciach. Rozwiązania te są porównywane z rozwiązaniem kanonicznym w kolejnej fazie nauczania, wraz z prezentacją treści lekcji. Sugeruje się, że dzięki takiemu podejściu uczniowie mogą zwiększyć swoje zrozumienie pojęć, przenieść naukę do różnych zadań i kontekstów, stać się bardziej świadomi luk w swojej wiedzy i wygenerować osobistą konstrukcję wcześniejszej wiedzy, która może pomóc w utrzymaniu motywacji. Pomimo zalet, takie podejście zostało skrytykowane, ponieważ uczniowie mogą spędzać dużo czasu na bezcelowych próbach i błędach w początkowej fazie generowania rozwiązań lub mogą nawet czuć się sfrustrowani tym procesem, co może być szkodliwe dla przyszłej nauki. Co ważniejsze, istnieje niewiele badań na temat tego, w jaki sposób istniejące wcześniej cechy uczniów mogą pomóc im odnieść korzyści (lub nie) z tego podejścia. Celem niniejszego badania jest przedstawienie projektu i implementacji podejścia PS-I stosowanego w nauczaniu statystyki u studentów studiów licencjackich, a także podejścia metodologicznego stosowanego do oceny jego skuteczności z uwzględnieniem istniejących wcześniej różnic między studentami.

Introduction

Jednym z pytań, które obecnie najbardziej nurtują nauczycieli, jest to, jak pobudzić uczniów do refleksji. Problem ten jest powszechny na kursach o charakterze matematycznym, takich jak kursy STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics), w których abstrahacja wielu pojęć wymaga dużego stopnia refleksji, jednak wielu studentów twierdzi, że podchodzi do tych kursów wyłącznie za pomocą metod opartych na pamięci¹. Ponadto uczniowie często wykazują powierzchowne uczenie się pojęć^1,2,3. Trudności, jakich doświadczają uczniowie w stosowaniu procesów refleksji i głębokiego uczenia się, mają jednak charakter nie tylko poznawczy. Wielu studentów odczuwa niepokój i demotywację w obliczu tych kursów^4,5. W rzeczywistości trudności te mają tendencję do utrzymywania się przez cały okres edukacji uczniów⁶. Dlatego ważne jest, aby badać strategie edukacyjne, które motywacyjnie i poznawczo przygotowują uczniów do głębokiego uczenia się, niezależnie od ich różnych predyspozycji.

Jest szczególnie przydatne do znalezienia strategii, które uzupełniają typowe podejścia instruktażowe. Jednym z najbardziej typowych jest bezpośrednie instrukcje. Bezpośrednie nauczanie oznacza pełne prowadzenie uczniów od wprowadzenia nowych pojęć z wyraźnymi informacjami na temat tych koncepcji, a następnie poprzez strategie utrwalające, takie jak działania związane z rozwiązywaniem problemów, informacje zwrotne, dyskusje lub dalsze wyjaśnienia^7,8. Bezpośrednia instrukcja może być skuteczna w łatwym przesyłaniu treści^8,9,10. Jednak uczniowie często nie zastanawiają się nad ważnymi aspektami, takimi jak to, jak treść odnosi się do ich osobistej wiedzy, lub potencjalne procedury, które mogą działać, a nie¹¹. Dlatego ważne jest, aby wprowadzić uzupełniające się strategie, aby skłonić uczniów do krytycznego myślenia.

Jedną z takich strategii jest podejście Problem-Solving Before Instruction (PS-I)¹², zwane również podejściem Invention¹¹ lub podejściem Produktywnej Porażki¹³. PS-I różni się od nauczania bezpośredniego w tym sensie, że uczniowie nie są bezpośrednio wprowadzani w pojęcia, zamiast tego istnieje faza rozwiązywania problemów przed typowymi bezpośrednimi zajęciami instruktażowymi, w której uczniowie szukają indywidualnych rozwiązań problemów, zanim otrzymają jakiekolwiek wyjaśnienie na temat procedur ich rozwiązywania.

W tym początkowym problemie nie oczekuje się, że uczniowie w pełni odkryją docelowe koncepcje¹³. Studenci mogą również odczuwać przeciążenie poznawcze^14,15,16, a nawet negatywny afekt¹⁷ z niepewnością i wieloma aspektami do rozważenia. Jednak to doświadczenie może być produktywne w dłuższej perspektywie, ponieważ może ułatwić krytyczne myślenie o ważnych funkcjach. W szczególności początkowy problem może pomóc uczniom stać się bardziej świadomymi luk w ich wiedzy^18,aktywuj wcześniejszą wiedzę związaną z treścią, aby omówić^13, i zwiększ motywację dzięki możliwości oparcia swojej nauki na osobistej wiedzy^7,17,19.

Jeśli chodzi o uczenie się, efekty PS-I są zazwyczaj widoczne, gdy wyniki są oceniane za pomocą wskaźników głębokiego uczenia^20,21. Ogólnie rzecz biorąc, nie stwierdzono różnic między uczniami, którzy uczyli się poprzez PS-I, a tymi, którzy uczyli się poprzez bezpośrednie instrukcje w zakresie wiedzy proceduralnej^20,22, co odnosi się do zdolności do odtwarzania wyuczonych procedur. Jednak uczniowie, którzy przechodzą przez PS-I, zazwyczaj wykazują się wyższym wykształceniem w zakresie wiedzy pojęciowej^7,19,23, co odnosi się do zrozumienia omawianej treści, i transfer^7,15,19,24, który odnosi się do zdolności do zastosowania tego rozumienia w nowych sytuacjach. Na przykład niedawne badanie przeprowadzone w klasie na temat zmienności statystycznej wykazało, że uczniowie, którzy mieli możliwość wymyślenia własnych rozwiązań do pomiaru zmienności statystycznej przed otrzymaniem wyjaśnień na temat ogólnych pojęć i procedur w tym temacie, wykazali się lepszym zrozumieniem pod koniec zajęć niż ci, którzy byli w stanie bezpośrednio przestudiować odpowiednie pojęcia i procedury przed zaangażowaniem się w jakiekolwiek działania związane z rozwiązywaniem problemów23. Jednak niektóre badania nie wykazały różnic w uczeniu się^16,25,26 lub motivation^19,26 między alternatywami PS-I a bezpośrednim nauczaniem, a nawet lepszym uczeniem się w bezpośrednich alternatywach instrukcji^14,26, i ważne jest, aby rozważyć potencjalne źródła zmienności.

Cechy konstrukcyjne leżące u podstaw implementacji PS-I są ważną cechą²⁰. Przegląd systematyczny²⁰ wykazał, że prawdopodobieństwo wystąpienia przewagi w nauce PS-I nad bezpośrednimi alternatywami nauczania było większe, gdy interwencje PS-I były wdrażane z co najmniej jedną z dwóch strategii, albo formułując początkowy problem za pomocą kontrastujących przypadków, albo budując późniejszą instrukcję ze szczegółową informacją zwrotną na temat rozwiązań uczniów. Kontrastujące przypadki składają się z uproszczonych przykładów, które różnią się kilkoma ważnymi cechami¹¹ (zobacz Rysunek 1 dla przykładu) i mogą pomóc uczniom zidentyfikować odpowiednie cechy i ocenić własne rozwiązania podczas początkowego problemu^11,20. Druga strategia, dostarczająca wyjaśnień, które opierają się na rozwiązaniach uczniów¹³, polega na wyjaśnianiu koncepcji kanonicznej przy jednoczesnym udzielaniu informacji zwrotnej na temat afordancji i ograniczeń rozwiązań generowanych przez uczniów, co może również pomóc uczniom skupić się na odpowiednich cechach i ocenić luki we własnej wiedzy²⁰, ale po zakończeniu początkowej fazy rozwiązywania problemów (patrz Rysunek 3 Przykład rusztowania z typowych rozwiązań studenckich).

Biorąc pod uwagę poparcie w literaturze dla tych dwóch strategii, kontrastujących przypadków i budowania instrukcji na rozwiązaniach dla uczniów, ważne jest, aby wziąć je pod uwagę przy promowaniu włączenia PS-I do rzeczywistej praktyki edukacyjnej. To jest pierwszy cel naszego protokołu. Protokół zawiera materiały do interwencji PS-I, które uwzględniają te dwie zasady. Jest to protokół, który, choć można go dostosować, jest kontekstualizowany na potrzeby lekcji na temat zmienności statystycznej, bardzo powszechnej lekcji dla studentów i uczniów szkół średnich, którzy są generalnie populacjami docelowymi w literaturze na PS-I²⁹. Początkowa faza rozwiązywania problemów polega na wymyśleniu miar zmienności rozkładu dochodów w krajach, co jest kontrowersyjnym tematem³⁰, który może być znany studentom w wielu obszarach nauki. Następnie dostarczane są materiały dla studentów do studiowania rozwiązań tego problemu na praktycznym przykładzie oraz do wykładu, który obejmuje dyskusję na temat typowych rozwiązań opracowanych przez studentów wraz z osadzonymi problemami praktycznymi.

Drugim celem naszego protokołu jest udostępnienie eksperymentalnej oceny PS-I edukatorom i badaczom, co może ułatwić badanie PS-I z większej różnorodności perspektyw, przy jednoczesnym utrzymaniu pewnych warunków stałych w całej literaturze. Jednak warunki tej eksperymentalnej oceny są elastyczne i podlegają modyfikacjom. Ocena eksperymentalna opisana w protokole może być zastosowana na zwykłych lekcjach, ponieważ uczniom w jednej klasie można przypisać materiały do warunku PS-I lub materiały do bezpośredniego instruktażu w tym samym czasie (Rysunek 4). Ten bezpośredni warunek nauczania można również dostosować do potrzeb badawczych i edukacyjnych, ale jak pierwotnie opisano w protokole, studenci zaczynają od uzyskania wstępnych wyjaśnień na temat koncepcji docelowej na opracowanym przykładzie, a następnie utrwalają tę wiedzę za pomocą zadania praktycznego (przedstawionego w tym stanie tylko w celu zrekompensowania czasu, jaki studenci PS-I spędzają nad początkowym problemem), oraz z klasą lecture23. Potencjalne adaptacje obejmują rozpoczęcie od wykładu, a następnie poproszenie studentów o wykonanie zadania polegającego na rozwiązywaniu problemów, co jest typowym warunkiem kontrolnym dla porównania PS-I, który często prowadził do lepszego uczenia się dla warunku PS-I7^,13,19,26. Alternatywnie, warunek kontrolny można sprowadzić do eksploracji sprawdzonego przykładu, po którym następuje faza wykładu, która, chociaż jest bardziej uproszczoną wersją bezpośrednich podejść do instrukcji niż pierwotnie proponowano, jest bardziej powszechna w literaturze i doprowadziła do różnych wyników, przy czym niektóre badania wskazują na lepsze uczenie się w PS-I^15,24, a inne wskazują na lepsze uczenie się z tego typu bezpośredniego warunku instrukcji^14,26.

Na koniec, trzecim celem protokołu jest dostarczenie zasobów do oceny, w jaki sposób uczniowie o różnych predyspozycjach i zdolnościach poznawczych mogą skorzystać z PS-I¹⁵. Ocena tych predyspozycji jest szczególnie ważna, jeśli weźmiemy pod uwagę negatywne predyspozycje, które niektórzy uczniowie często mają do kursów STEM, oraz fakt, że PS-I może nadal wywoływać negatywne reakcje w niektórych przypadkach¹⁴. Niewiele jest jednak badań na ten temat.

Z jednej strony, ponieważ PS-I ułatwia powiązanie nauki z indywidualnymi pomysłami, a nie tylko z formalną wiedzą, można przypuszczać, że PS-I jest w stanie pomóc motywować uczniów z niskich poziomów akademickich, tych, którzy mają niskie poczucie kompetencji lub niską motywację do przedmiotu^13,27. Jedno z badań wykazało, że uczniowie o niskiej orientacji na biegłość w nauce, tj. z mniejszą liczbą celów związanych z osobistym uczeniem się, odnieśli większe korzyści z PS-I niż ci z wyższą motywacją do nauki²⁷. Z drugiej strony, studenci o innych profilach mogą napotkać trudności, gdy są zaangażowani w PS-I. Mówiąc dokładniej, metapoznanie odgrywa ważną rolę w PS-I³¹, a uczniowie o niskich umiejętnościach metapoznawczych mogą nie odnieść korzyści z PS-I ze względu na trudności w uświadomieniu sobie swoich luk w wiedzy lub rozpoznaniu odpowiednich treści¹⁵. Ponadto, ponieważ początkowa faza PS-I opiera się na wytwarzaniu indywidualnych rozwiązań, studenci o niskich zdolnościach rozbieżnych, trudnościach z generowaniem różnorodnych odpowiedzi w danej sytuacji, mogą odnieść mniejsze korzyści z PS-I niż inni studenci. W protokole przedstawiono wiarygodne instrumenty do oceny tych predyspozycji (tabela 1), chociaż mogą być brane pod uwagę inne.

Podsumowując, ten protokół ma na celu udostępnienie edukatorom i badaczom implementacji interwencji PS-I, która jest zgodna z przyjętymi zasadami w literaturze PS-I. Ponadto protokoły zapewniają eksperymentalną ocenę tej interwencji i ułatwiają ocenę predyspozycji poznawczych i motywacyjnych uczniów. Jest to protokół, który nie wymaga dostępu do nowych technologii ani konkretnych zasobów, a także może być modyfikowany w zależności od potrzeb badawczych i edukacyjnych.

Protocol

Ten protokół jest zgodny z Deklaracją Helsińską Zasad Etycznych dla Badań z Udziałem Ludzi, ale stosuje te zasady do dodatkowych trudności związanych z integracją badań w rzeczywistych warunkach w edukacji³². W szczególności ani wyznaczenie warunków uczenia się, ani decyzja o uczestnictwie w nauce nie mogą mieć wpływu na możliwości uczenia się uczniów. Ponadto poufność i anonimowość uczniów są zachowane nawet wtedy, gdy to nauczyciele są odpowiedzialni za ocenę. Cele, zakres i procedury protokołu zostały zatwierdzone przez Komisję Etyki Badań Naukowych Księstwa Asturii (Hiszpania) (nr referencyjny: 242/19).

Proszę zauważyć, że jeśli użytkownik jest zainteresowany tylko wdrożeniem podejścia PS-I, istotne są tylko Krok 6 (bez przypisywania uczestników do warunku kontrolnego) i Krok 7. Mimo to kroki 5 i 9 można dodać jako ćwiczenia praktyczne dla uczniów. Jeśli użytkownik jest również zainteresowany oceną eksperymentalną, ważne jest, aby uczniowie pracowali indywidualnie podczas kroków 4, 5, 6 i 9. Dlatego zaleca się, aby podczas tych kroków miejsca siedzące dla uczniów były ustawione w taki sposób, aby obok każdego ucznia było puste miejsce.

W zależności od wygody, kroki mogą być realizowane w sposób ciągły w ramach jednej sesji lekcyjnej lub z kolejnymi krokami w innej sesji lekcyjnej.

1. Informacje dla studentów o celu i procedurach badania

1. Poświęć 10 minut w czasie lekcji, aby poinformować uczniów o badaniu.
2. Wyraźne wyjaśnienie studentom ogólnego celu badania, ich wolności do wyrażenia zgody na udział, faktu, że mogą swobodnie wycofać się z badania, oraz zapewnienia anonimowości i poufności przetwarzania danych.
   1. Powiedz im, że ogólnym celem badania jest zbadanie skuteczności różnych podejść edukacyjnych, a także ocena wpływu dyspozycji poznawczych i afektywnych uczniów na skuteczność tych podejść.
   2. Powiedz im, że chociaż zostaną przydzieleni do jednego z dwóch podejść, treść objęta tymi dwoma warunkami będzie taka sama. Poinformuj ich, że ćwiczenia stosowane w obu warunkach będą dostępne dla wszystkich studentów po zakończeniu badania.
   3. Poinformuj ich, że mogą wziąć udział w badaniu i że mogą z niego zrezygnować w dowolnym momencie, bez wpływu na ich możliwości uczenia się lub oceny. Jeśli nie chcą brać udziału w badaniu, mogą wykonywać ćwiczenia edukacyjne bez oddawania ich. Ponadto, w krótkim czasie, w którym uczestnicy wypełniają kwestionariusze, osoby niebędące uczestnikami mogą zapoznać się z innymi materiałami.
   4. Poinformuj ich, że ich udział będzie anonimowy i że poufność będzie zachowana przez cały czas, a do połączenia danych z różnych sesji i działań zostanie użyty dowolny numer identyfikacyjny.
3. Przekaż uczniom dwie kopie formularza świadomej zgody (Załącznik A), który zawiera również dane kontaktowe badacza. Poproś ich, aby podpisali jedną kopię za Ciebie, a drugą zachowali dla siebie.
   UWAGA: Ten protokół jest przeznaczony dla studentów uniwersytetów, gdzie nie jest wymagana zgoda rodziców. Można to uogólnić na niższe poziomy edukacji, chociaż w przypadku uczniów, którzy są prawnie niepełnoletni, potrzebna byłaby również świadoma zgoda rodziców.
4. Jeśli studenci zostaną dodani do badania w późniejszych fazach protokołu, poproś ich o wypełnienie świadomej zgody zgodnie z opisem w tej sekcji przed przystąpieniem do badania.

2. Nadawanie studentom numeru identyfikacyjnego niepowiązanego z innymi rekordami

1. Aby zachować anonimowość odpowiedzi uczniów, losowo przypisz każdemu uczniowi numer identyfikacyjny (np. przygotuj torbę z losowymi liczbami i poproś każdego ucznia o wybranie jednego, wyślij każdemu uczniowi e-mailem losowy numer za pośrednictwem aplikacji internetowej). Poproś ich, aby zanotowali numer w miejscu, w którym będzie on dostępny w kolejnych ocenach w protokole.
   UWAGA: Jeśli badanie jest przeprowadzane za pośrednictwem aplikacji online, która umożliwia anonimowe śledzenie odpowiedzi studentów, nie jest to konieczne.

3. Wypełnianie kwestionariuszy dotyczących predyspozycji poznawczych i afektywnych oraz podstawowych danych demograficznych

1. Zarezerwuj 10 minut w czasie zajęć na rozdanie kwestionariuszy wszystkim uczniom w klasie.
2. Daj uczniom, którzy zdecydują się nie brać udziału w eksperymencie, inne opcje nauki, takie jak indywidualna praca nad innymi treściami.
3. Poproś uczniów, aby wypełnili kwestionariusze dotyczące ich predyspozycji, można to zrobić za pomocą kwestionariuszy znajdujących się w Załączniku B. Poproś ich, aby pracowali indywidualnie.
   UWAGA: Zestaw kwestionariuszy w Załączniku B obejmuje Skalę Kompetencji Poznawczych w Badaniu Postaw wobec Statystyki (SATS-28) ³³, Skalę Podejścia do Mistrzostwa w Kwestionariuszu Osiągnięcia Celu-Poprawione³⁴ , Skalę Regulacji Poznania Inwentarza Świadomości Metapoznawczej³⁵ oraz pytania demograficzne.
   1. Aby kontrolować potencjalne skutki zanieczyszczeń związane z kolejnością, w jakiej uczniowie wypełniają kwestionariusze, losowo rozdaj różne wersje arkuszy kwestionariuszy, które różnią się kolejnością, w jakiej kwestionariusze są prezentowane. W dodatku B-1 znajdują się różne drukowane wersje proponowanych kwestionariuszy z różnymi kolejnościami.
      UWAGA: Jeśli kwestionariusze są wypełniane cyfrowo, utwórz linki z różnymi kolejnościami i losowo rozdziel cztery linki między uczniów w klasie (np. w grupach utworzonych w kolejności alfabetycznej).
4. Daj uczniom 7 minut na wypełnienie kwestionariuszy. Instrukcje są zawarte w kwestionariuszach i nie są potrzebne żadne dodatkowe instrukcje.

4. Przeprowadzenie testu myślenia dywergencyjnego

1. W przypadku, gdy ten test jest interesujący, poświęć 10 minut w czasie zajęć na przeprowadzenie zadania Alternatywne Zastosowania^36,37, który mierzy płynność myślenia dywergencyjnego dla wszystkich uczniów w klasie.
2. Rozdaj każdemu uczniowi pustą kartkę i poproś, aby wpisał swój numer identyfikacyjny.
3. Wyjaśnij instrukcje dotyczące testu.
   1. Powiedz im, że zostaną wyposażeni w przedmiot, który ma powszechne zastosowanie, ale powinni wymyślić jak najwięcej innych zastosowań.
   2. Podaj im przykład (np. jeśli podaruję Ci gazetę, która jest powszechnie używana do czytania, musisz napisać o alternatywnym zastosowaniu, takim jak używanie jej jako tymczasowego kapelusza chroniącego Cię przed słońcem lub do wyłożenia dna torby podróżnej)³⁸.
4. Przeczytaj na głos pierwszy element testu i napisz go na tablicy: "Napisz tyle zastosowań, ile możesz wymyślić dla cegły". Daj uczniom dwie minuty na zapisanie swoich odpowiedzi. Po upływie dwóch minut poproś uczniów, aby przewrócili kartkę na drugą stronę.
5. Przeczytaj na głos drugi element testu i napisz go na tablicy: "Napisz tyle zastosowań, ile możesz wymyślić dla spinacza do papieru". Daj uczniom dwie minuty na zapisanie swoich odpowiedzi.
6. Po upływie dwóch minut poproś uczniów, aby przestali pisać i pozbierali swoje papiery.

5. Ukończenie testu wstępnego z dotychczasowej wiedzy akademickiej

1. Zarezerwuj 15 minut w czasie zajęć na przeprowadzenie poprzedniego testu wstępnego wiedzy akademickiej w dodatku C.
   UWAGA: Test wstępny dotyczy tendencji centralnej, która jest istotna w celu przyswojenia treści dotyczących zmienności, której należy się nauczyć w kolejnych warunkach uczenia się w kroku 6⁷. Żadne treści klasowe dotyczące tendencji centralnej nie powinny być przekazywane uczniom między przeprowadzeniem tego testu wstępnego a Krokiem 6. Nie zalecamy również zastępowania tego testu wstępnego innym testem wstępnym obejmującym zmienność, ponieważ może to spowodować efekt PS-I, który może zanieczyścić wyniki eksperymentu²⁶.
2. Rozdaj uczniom test wstępny. Od tego momentu poproś ich, aby pracowali indywidualnie.
   1. Daj uczniom 10 minut na rozwiązanie testu wstępnego. Instrukcje są dołączone do testu i nie są potrzebne żadne dodatkowe specyfikacje. Gdy czas się skończy, poproś uczniów, aby odwrócili kartkę i podali ją Tobie.

6. Przypisanie i administrowanie dwoma warunkami uczenia się

1. Poświęć 35 minut w czasie lekcji na zarządzanie dwoma warunkami uczenia się w tej samej klasie.
   UWAGA: Aby zapobiec błędom niezawodności wynikającym z upływu czasu, zalecamy nie więcej niż jeden tydzień między wypełnieniem kwestionariuszy i testów w krokach 2 i 3 a tym krokiem.
2. Upewnij się, że zeszyty zadań są odpowiednio przygotowane, zawierające materiały dla dwóch warunków.
   UWAGA: PKB na mieszkańca został wybrany do kontekstualizacji tych materiałów edukacyjnych z kilku powodów: po pierwsze, jest to kontrowersyjny temat³⁰, który może być znany uczniom z wielu obszarów nauki, a po drugie, jest to zmienna ilorazowa, która pozwala na użycie różnych miar zmienności, które są omawiane podczas lekcji (zakres, rozstęp międzykwartylowy, odchylenie standardowe, wariancja i współczynnik zmienności).
   1. Dla warunku PS-I wydrukuj odpowiedni zeszyt zadań w Dodatku D-1, który zawiera: ćwiczenie Problem z wynalazkiem, w którym uczniowie są proszeni o wymyślenie wskaźnika nierówności; ćwiczenie Przykład pracy, w którym uczniowie mogą studiować rozwiązania tego problemu.
   2. Dla warunku instrukcji bezpośredniej, należy wydrukować odpowiedni zeszyt zadań w dodatku D-1, który zawiera: ćwiczenie Przykład pracy (ten sam przykład, który podano warunkowi PS-I); zadanie praktyczne połączone z tym ćwiczonym przykładem.
      UWAGA: Ważne jest, aby problem praktyczny zawarty w materiałach dotyczących tego schorzenia nie występował w warunku PS-I. Jest on dołączony, aby eksperymentalnie zrekompensować dodatkowy czas spędzony przez studentów PS-I nad problemem wynalazczym. Nieodłącznym ograniczeniem projektów PS-I jest trudność w kontrolowaniu równoważności zarówno pod względem czasu, jak i materiałów. Nawet w projektach, w których warunek PS-I i warunek kontrolny różnią się tylko kolejnością, w jakiej prezentowane są materiały edukacyjne (tj. albo przedstawianie problemu przed fazą wyraźnego nauczania, albo przedstawianie dokładnie tego samego problemu po dokładnie tej samej fazie wyraźnej instrukcji), równoważność nie jest osiągana, ponieważ oczekuje się, że problem, który zostanie rozwiązany przed instrukcją, zajmie więcej czasu niż po instrukcji. Ten protokół radzi sobie z tym problemem w taki sam sposób, jak inne badania²⁴, poprzez dołączenie dodatkowych materiałów w warunku bezpośredniego instrukcji.
   3. Oddziel dwa zadania w każdym zeszycie zadań, wiążąc ze sobą kartki odpowiadające drugiemu ćwiczeniu (np. klipsem lub karteczką samoprzylepną) tak, aby uczniowie nie mogli zobaczyć zawartości drugiego ćwiczenia podczas wykonywania pierwszego ćwiczenia.
3. Poinformuj uczniów o procedurze, którą należy wykonać na tym konkretnym etapie.
   1. Powiedz im, że w zależności od przydzielonego im zeszytu zadań będą mieli dwie różne pary zajęć, ale wszyscy uczniowie zobaczą tę samą treść, a na koniec lekcji wszyscy będą mieli dostęp do wszystkich zadań.
   2. Poinformuj ich, że zostaną poinformowani, kiedy rozpocząć pierwszą czynność, a kiedy powinni przejść do drugiej. Powiedz im również, że papiery do drugiego ćwiczenia zostały związane, aby uniemożliwić im zajrzenie przed odpowiednim czasem.
   3. Aby zmniejszyć potencjalną frustrację związaną ze strachem przed porażką, powiedz im, że chociaż niektóre czynności mogą być dla nich trudne, powinni starać się postrzegać te trudności jako okazje do nauki³⁹.
4. Losowo przydziel dwa zeszyty zadań uczniom w klasie
   UWAGA: Aby zapobiec czynnikom zanieczyszczającym związanym z miejscem, w którym siedzą uczniowie, rozmieść zeszyty zadań równomiernie w różnych częściach klasy. Na przykład, gdy chodzisz po klasie, daj jednemu uczniowi zeszyt zadań PS-I, a następnie zeszyt zadań z instrukcjami dla następnego ucznia.
5. Po rozdaniu zeszytów zadań wszystkim uczniom w klasie poproś ich, aby zaczęli indywidualnie pracować nad pierwszym ćwiczeniem.
   1. Powiedz uczniom, że mają 15 minut na pierwsze ćwiczenie. Instrukcje są zawarte w arkuszach papieru i nie są potrzebne żadne bardziej ogólne instrukcje.
   2. Powiedz im, że jesteś dostępny w przypadku jakichkolwiek pytań, ale unikaj dawania uczniom dodatkowych treści poza tymi, które mają w zeszytach zadań.
      UWAGA: Szczególnie w przypadku uczniów rozwiązujących problem z wynalazkiem, unikaj kierowania ich w stronę konwencjonalnych rozwiązań, ponieważ może to skrócić rozwój ich własnej wiedzy¹¹. Zamiast tego sugerujemy trzy możliwe odpowiedzi na pytania uczniów¹¹: a) pomóż im wyjaśnić ich własne procesy, prosząc ich o wyjaśnienie, co robią; b) pomóż im kierować się intuicją, pytając ich, w którym kraju ich zdaniem jest więcej nierówności niż w innych krajach; c) Pomóż im zrozumieć cel ćwiczenia, prosząc ich o stworzenie ogólnych wskaźników, które uwzględniałyby różnice, które widzą, możesz podać przykłady innych wskaźników ilościowych (np. "Średnia to indeks do obliczenia wartości centralnej w rozkładzie").
6. Po upływie 15 minut na pierwsze ćwiczenie poproś uczniów, aby przeszli do odpowiadającego im drugiego ćwiczenia, w którym muszą usunąć klip lub karteczkę samoprzylepną.
   1. Powiedz im, że mają 15 minut na drugie ćwiczenie. Instrukcje są zawarte w arkuszach papieru i nie są potrzebne żadne dodatkowe instrukcje ogólne. Powiedz im, że jesteś dostępny w razie jakichkolwiek pytań.
      UWAGA: Uczniowie mają dostęp do treści z poprzedniego ćwiczenia.
7. Po upływie 15 minut poproś ich, aby przekazali Ci gotowy materiał.

7. Administrowanie treścią wykładu

1. Zarezerwuj 40 minut w ciągu jednej lub kilku lekcji na wygłoszenie wykładu na temat zmienności statystycznej dla wszystkich studentów w klasie.
   UWAGA: Protokół może zostać przerwany w dowolnym momencie wykładu i może być kontynuowany w kolejnej sesji lekcyjnej.
2. Aby wygłosić wykład, postępuj zgodnie ze slajdami, które można znaleźć pod następującym linkiem: https://www.dropbox.com/sh/aa6p3hs8esyf5xa/AACTvpVlEbdEtLVfBIbe9j7aa?dl=0.
   UWAGA: Plik zawiera animacje do rozłożenia zawartości, komentarze z proponowanymi wyjaśnieniami, które można przekazać uczniom, oraz wskazówki dotyczące przybliżonego czasu przeznaczonego na każde wyjaśnienie. Zawarte w nich treści i ćwiczenia dotyczą definicji zmienności, stosowania różnych miar zmienności (zakres, rozstęp międzykwartylowy, wariancja, odchylenie standardowe i współczynnik zmienności), właściwości tych miar oraz ich zalet i wad w porównaniu ze sobą i innymi nieoptymalnymi rozwiązaniami¹³. Dalszy opis proponowanego wykładu znajduje się w Dodatku E. Użytkownik może dostosować te materiały w zależności od różnych czynników, takich jak konkretne treści do omówienia w klasie, preferowane zasady nauczania lub różne formy wyrazu kulturowego.

8. Wypełnienie kwestionariusza ciekawości

1. Na koniec wykładu daj studentom Skalę Ciekawości z Kwestionariusza Emocji Związanych z Epistemicznymi Emocjami⁴⁰ (Dodatek F) i daj im 2 minuty na jej wypełnienie. Przypomnij uczniom, aby wpisali swój numer identyfikacyjny na kwestionariuszu przed oddaniem go z powrotem.
   UWAGA: W literaturze ciekawość jest często mierzona zaraz po aktywności wynalazku i odpowiadających jej czynnościach kontrolnych^14,17. Protokół jest elastyczny w stosunku do tego i innych możliwych dostosowań w tym zakresie. Dla uproszczenia zamieściliśmy pomiar ciekawości tylko na końcu lekcji, ponieważ jest on istotny dla zbadania długoterminowego wpływu PS-I na ciekawość, a także dlatego, że zwiększona ciekawość zaraz po aktywności wynalazczej może być częściowo wyjaśniona przez fakt, że podczas ćwiczenia z wynalazkiem uczniowie otrzymują mniej informacji niż podczas alternatywnych zajęć wykorzystywanych jako kontrola.

9. Administrowanie testem końcowym nauki

1. Zgodnie z zaleceniami nauczyciela w każdej klasie, poświęć 30 minut w czasie lekcji na przeprowadzenie testu końcowego.
2. Rozdaj uczniom test końcowy z Załącznika G. Poproś ich, aby popracowali nad tym indywidualnie.
   1. Daj uczniom 25 minut na wykonanie testu końcowego. Instrukcje są dołączone do testu końcowego i nie są potrzebne żadne dodatkowe instrukcje ogólne.
3. Po upływie 25 minut poproś ich o oddanie Ci testu końcowego.

10. Przekazywanie uczniom informacji zwrotnych i wszystkich materiałów do nauki

1. Udostępnij uczniom materiały, z których korzystamy podczas tej lekcji. Slajdy PowerPoint, materiały do dwóch warunków nauki oraz rozwiązania dla testu wstępnego i końcowego są dostępne w załączniku H.

11. Kodowanie danych

1. Obliczyć wyniki dla różnych skal w kwestionariuszach, sumując wszystkie wyniki pozycji w każdej skali kwestionariusza (patrz Dodatek B w celu uzyskania podsumowania pozycji kwestionariusza w proponowanych kwestionariuszach).
2. Oblicz wynik płynności myślenia dywergencyjnego, zliczając wszystkie odpowiednie odpowiedzi udzielone przez każdego ucznia w obu pozycjach w Alternative Uses Task³⁷.
   UWAGA: Inne miary często kodowane w zadaniu Alternatywne zastosowania, takie jak elastyczność, oryginalność i opracowanie, mogą być również brane pod uwagę^36,37.
3. Oblicz wynik poprzedniego testu wstępnego dotyczącego wiedzy, najpierw oceniając każdy element za pomocą klucza odpowiedzi w dodatku I-1, a następnie sumując wyniki wszystkich elementów.
4. Oblicz różne miary uczenia się, najpierw oceniając każdy element w teście końcowym przy użyciu klucza odpowiedzi w dodatku I-2, a następnie sumując wyniki dla każdej miary uczenia się: wyniki w pozycjach od 1 do 3 dla proceduralnej miary uczenia się, wyniki w pozycjach 4-8 dla koncepcyjnej miary uczenia się i wyniki w pozycjach 9-11 dla miary transferu uczenia się.
   UWAGA: Inne miary dotyczące procesu uczenia się, takie jak liczba rozwiązań opracowanych przez uczniów podczas problemu z wynalazkiem lub poprawność rozwiązań we wszystkich czynnościach związanych z rozwiązywaniem problemów, mogą być brane pod uwagę, ale nie zostaną wyjaśnione w tym protokole.

12. Analiza danych

Proszę zauważyć, że odniesienia w tej sekcji odnoszą się do praktycznych instrukcji wykonywania analiz za pomocą oprogramowania SPSS i PROCESS, ale można również użyć innych programów.

1. Aby ocenić ogólną skuteczność PS-I, porównaj wyniki ciekawości i uczenia się warunku PS-I z wynikami ciekawości i uczenia się warunku kontrolnego.
   UWAGA: O ile spełnione są założenia, zalecamy przede wszystkim ANCOVA do kontroli predyspozycji współzmiennych. Jako drugą opcję zalecamy testy t dla grup niezależnych, a jako trzecią opcję polecamy testy U Manna-Whitneya⁴¹. Do tych analiz nie jest wymagana minimalna wielkość próby, ale biorąc pod uwagę wielkości efektu w poprzedniej literaturze (d = 0,43)²¹, zalecana byłaby minimalna próba 118 studentów na grupę, aby ułatwić identyfikację efektów jako znaczących (dwustronne analizy mocy dla różnic między niezależnymi średnimi, α = 0,05, β = 0,95,). Próby większe niż 30 uczniów w grupie ułatwiłyby spełnienie założeń normalności dla ANCOVA lub t-tests⁴¹.
2. Aby intuicyjnie zbadać efekty mediacji (np. zapośredniczenie ciekawości w uczeniu się) i/lub moderujący wpływ predyspozycji, przeprowadź analizy korelacyjne między zmienną mediatora (np. ciekawość) a zmienną uczenia się (np. wiedzą pojęciową) w dwóch warunkach uczenia się.
   UWAGA: O ile założenia są spełnione, zalecamy przede wszystkim użycie korelacji Pearsona, a jako drugą opcję zalecamy korelacje Spearmana⁴². Do tych analiz nie jest wymagana minimalna wielkość próby, ale duże próby (np. ponad 30 studentów w grupie) ułatwiłyby spełnienie założeń normalności potrzebnych do korelacji Pearsona. Możliwe efekty moderacji byłyby wskazywane przez zmienne predyspozycji, które mają różne wartości korelacji w jednym warunku uczenia się w porównaniu z drugim. Możliwy efekt zapośredniczenia (np. zapośredniczenie ciekawości w procesie uczenia się) byłby wskazany, gdyby zmienna pośrednicząca była skorelowana z efektami uczenia się w co najmniej jednym warunku i gdyby poziomy tej zmiennej były różne w jednym warunku uczenia się w porównaniu z drugim (zob. wyniki w kroku 12.1).
3. Aby kontynuować ocenę wpływu mediacji na uczenie się i/lub moderujący wpływ predyspozycji uczniów, przeprowadź analizę mediacji, analizę moderacji lub warunkową analizę procesu (która łączy analizę mediacji i moderacji) w zależności od modelu koncepcyjnego do przetestowania⁴³, który będzie się różnić w zależności od wybranych hipotez i/lub wstępnej analizy w kroku 12.2.
   UWAGA: Ponieważ analizy te opierają się na regresjach wielorakich, a zatem opierają się na podejściu statystycznym opartym na stałym efekcie, aby wyniki były jak najbardziej uogólnione, zalecamy minimalną wielkość próby wynoszącą 15 studentów na zmienną mediacyjną zawartą w modelu koncepcyjnym oraz 30 studentów na zmienną moderacyjną zawartą w modelu. Niektóre programy, takie jak PROCESS, pozwalają na włączenie maksymalnie dwóch zmiennych moderujących jednocześnie. Aby włączyć więcej zmiennych moderujących, należałoby przeprowadzić kilka analiz zmieniających uwzględnionych moderatorów.

Results

Ten protokół został zadowalająco zaimplementowany w poprzednim badaniu²³, z wyjątkiem pomiarów predyspozycji uczniów pod względem ich poczucia kompetencji, celów podejścia do mistrzostwa, metapoznania i myślenia dywergencyjnego.

Aby rozwiązać te predyspozycje, ten protokół zawiera środki, które zostały wcześniej zatwierdzone i które wykazały wysoki poziom niezawodności (Tabela 1).

Typowe rozwiązania generowane przez studentów...

Discussion

Celem niniejszego protokołu jest udzielenie wskazówek badaczom i edukatorom we wdrażaniu i ocenie podejścia PS-I w rzeczywistych kontekstach klasowych. Zgodnie z niektórymi wcześniejszymi doświadczeniami, PS-I może pomóc w promowaniu głębokiego uczenia się i motywacji u uczniów 19,21,24, ale istnieje potrzeba dalszych badań nad jego skutecznością u uczniów o różnych zdolnościach i predyspozycjach motywacyjnych ^...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
SPSS Program	International Business Machines Corporation (IBM)		Zamiast tego można użyć innych programów do ogólnej analizy danych
	Andrew F. Hayes (Ohio State University)		Dostępny bezpłatnie pod adresem: http://www.processmacro.org. Zamiast tego można użyć innych programów do mediacji, moderacji lub warunkowej analizy procesów
Skala Kompetencji Poznawczych w Badaniu Postaw wobec Statystyki (SATS-28)	Candace Schau (Arizona State University)		W przypadku jej użycia należy zwrócić się o prośbę do autora, który posiada prawa autorskie
do Skali Podejścia do Mistrzostwa w Kwestionariuszu Celów Osiągnięć - Poprawiony	Andrew J. Elliot (University of Rochester)		W przypadku, gdy jest on używany, należy zwrócić się o prośbę do autora
Regulacja Skali Poznawczej Inwentarza Świadomości Metapoznawczej	Gregory Schraw (University of Nevada Las Vegas)		W przypadku jej użycia, wniosek należy zwrócić się do twórcy