Forespørgselsbaserede laboratorier giver fysikstuderende eksperimentel fordel

Ny forskning fra Cornell University viser, at traditionelle fysiklaboratorier, som stræber efter at styrke de begreber, eleverne lærer i forelæsningskurser, faktisk kan have en negativ indvirkning på eleverne. På samme tid, utraditionelle, undersøgelsesbaserede laboratorier, der tilskynder til eksperimenter, kan forbedre elevernes præstationer og engagement uden at sænke eksamensresultaterne.

"Typiske fysiklaboratoriekurser er designet til at hjælpe studerende med at se eller observere de fysikfænomener, som vi typisk underviser i på et forelæsningskursus, " sagde senior forfatter Natasha Holmes, Ann S. Bowers adjunkt ved College of Arts and Sciences ved Cornell University. "I vores tidligere arbejde, vi havde den idé, at disse laboratorier ikke var effektive. Men vi var ret sikre på, at vi kunne omstrukturere laboratorierne for at få eleverne til at engagere sig og virkelig lære, hvad det vil sige at lave eksperimentel fysik."

Forskerne lavede en kontrolleret undersøgelse, hvor eleverne blev opdelt i fem laboratorieafsnit til den samme introduktion, calculus-baseret fysik kursus, med fokus på mekanik og speciel relativitetsteori. Studerende i alle fem laboratorieafsnit gik til de samme forelæsninger og havde identiske opgavesæt, lektier og eksamener. Imidlertid, tre laboratorieafsnit fulgte den traditionelle model; de resterende to sessioner var undersøgelsesbaserede laboratorier, med elever, der træffer deres egne beslutninger om indsamling og analyse af data.

"De studerende i de nye laboratorier er meget mere aktive, " sagde Holmes. "De taler med hinanden, tage beslutninger, forhandle. Sammenlignet med det traditionelle laboratorium, hvor alle virkelig gør det samme og bare følger instruktionerne, vi har nu alle eleverne til at lave noget helt andet. De begynder at være kreative."

Eksamensresultaterne var de samme for studerende i de traditionelle og undersøgelsesbaserede laboratorier. Imidlertid, den traditionelle laboratoriemodel påvirkede elevernes holdninger til eksperimenter negativt og formåede ikke at engagere eleverne med videnskabelig tænkning på højt niveau, fandt forskerne.

En anden sigende forskel:Studerende i traditionelle laboratorier fuldførte deres opgaver så hurtigt som muligt, gennemgår ofte instruktionerne og afslutter den to timer lange session på 30 minutter, derefter afsted. Studerende i de undersøgelsesbaserede laboratorier havde en tendens til at arbejde i hele to timer.

"Vi tror, ​​det er at lære dem at have ejerskab over deres eksperimenter, og de fortsætter med at efterforske, " sagde Holmes. "Vi havde faktisk problemer med at sparke dem ud af klassen - hvilket jeg synes er et ret godt problem at have."

Holmes mener, at den undersøgelsesbaserede laboratoriemodel er anvendelig til andre discipliner, selvom fysik har klare fordele i forhold til kemi eller biologi, hvor trial-and-error eksperimenter kan resultere i spildte kemikalier, materialer og tid.

Resultaterne blev offentliggjort i et papir, "Direkte måling af virkningen af ​​undervisningseksperimentering i fysiklaboratorier, " udgivet 10. februar i Fysisk gennemgang X .