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Aprendizagem Ativa em BIS2A - Biologia


Aprendizagem ativa em BIS2A

Em todas as palestras, pediremos que você responda a perguntas, seja em um pequeno grupo ou individualmente. Essas perguntas têm vários propósitos:

Funções de perguntas em sala de aula

  • As perguntas estimulam os alunos a examinar um tópico de uma perspectiva diferente, que o instrutor considera relevante para seu aprendizado.

  • As perguntas funcionam como mini "autotestes" para os alunos. Se você não tiver certeza sobre que pergunta está sendo feita ou como respondê-la, este é um bom momento para (a) pedir esclarecimentos ao instrutor e / ou (b) anotar para revisar isso imediatamente após a aula com um TA, o instrutor , colegas de classe ou a Internet. Se o instrutor reservou um tempo para fazer a pergunta durante a aula, isso é uma grande dica de que ele acha que tanto a pergunta quanto a resposta são importantes.

  • Algumas perguntas em sala de aula farão com que os alunos formulem perguntas eles mesmos. Normalmente, este é um exercício projetado para forçar o aluno a refletir e tentar articular o ponto da lição. Esses são exercícios essenciais que o forçam a pensar mais profundamente sobre um tópico e a colocá-lo no contexto mais amplo do curso.

  • Algumas perguntas podem pedir ao aluno para interpretar dados ou criar um modelo (por exemplo, talvez uma imagem) e comunicar o que vê para a classe. Este exercício pede ao aluno que pratique a explicação de algo em voz alta. Essa pode ser uma ótima experiência de autoteste e aprendizado, tanto para a pessoa que está respondendo quanto para os colegas que também devem usar o tempo para examinar como teriam respondido à pergunta e como isso se compara ao feedback do instrutor.

  • As perguntas na discussão que se segue e o processo de pensamento envolvido na resolução de um problema ou na resposta às perguntas são oportunidades para o instrutor modelar o comportamento de especialista de uma forma interativa - às vezes é tão importante entender COMO chegamos a uma resposta quanto entender a resposta.

Algumas perguntas têm o objetivo de estimular o pensamento e a discussão, em vez de obter uma resposta discreta. Se solicitado, você não deve se sentir obrigado a ter uma resposta "certa" !! Entender isso é muito importante. Depois de perceber que é perfeitamente aceitável (e às vezes desejável) não saber todas as respostas (se soubesse, qual seria o sentido de vir para a aula), isso pode tirar muito da ansiedade de ser chamado. Embora seja normal não saber "a resposta", é importante que você tente dar uma contribuição para a discussão. Exemplos de outras contribuições significativas podem incluir: pedir esclarecimentos; associar a questão a outro tópico da aula (tentando fazer conexões); e expressar com o que você se sente confortável e o que o confunde sobre a questão. Não tenha medo de dizer "Não sei". Isso é perfeitamente normal e até esperado às vezes. Esteja preparado para o instrutor fazer uma pergunta diferente, no entanto, que tentará destacar algo que você provavelmente sabe ou pedir sua ajuda para identificar um ponto de confusão.

Preparando-se para palestra

Para ajudá-lo a se preparar para cada aula, fornecemos guias de estudo que incluem instruções sobre como se preparar para as aulas. Você deve fazer o seu melhor para completar a leitura designada e as "autoavaliações" sugeridas antes de vir para a aula. Isso garantirá que você esteja pronto para as discussões e que possa aproveitar ao máximo o seu tempo durante as aulas. Não esperamos que você seja um especialista antes da palestra, mas esperamos que você faça a pré-leitura e, com isso, se familiarize com o vocabulário necessário e passe algum tempo pensando sobre os conceitos que serão discutidos. Vamos construir sobre esse conhecimento básico na aula. Se você não tiver pelo menos alguns dos blocos básicos de construção de antemão, fará um uso menos eficiente do seu tempo em sala de aula.

Não podemos enfatizar muito que VOCÊ tem a responsabilidade principal de aprender o material deste (ou de qualquer outro) curso. Embora estejamos investidos em seu sucesso, seus instrutores e TAs não podem implantar conhecimento magicamente. Como qualquer outra disciplina que requer domínio (por exemplo, esportes, música, dança, etc.), podemos ajudar a orientá-lo e criticar seu desempenho, mas não podemos substituir as horas de prática necessárias para se tornar bom em algo. Você nunca esperaria se tornar um pianista competente indo às aulas uma ou duas vezes por semana e nunca praticando. Para a maioria de nós, parece evidente que você precisa praticar para se tornar bom em algo como música, arte ou esportes. Não deveria ser surpresa que a mesma regra se aplique ao aprendizado de biologia ou qualquer outra disciplina acadêmica.

Nós nos vemos como seus treinadores para esta classe; queremos que todos vocês tenham sucesso. No entanto, para que isso aconteça, você deve levar sua prática a sério. Isso significa vir para a aula preparado, participar da aula, estudar o material abordado na aula o mais rápido possível, identificar onde você está incerto e obter ajuda para esclarecer esses tópicos o mais rápido possível e tentar fazer contribuições ponderadas para as discussões online ( não apenas o mínimo necessário para "obter os pontos").

Conclusão: você precisa ser um participante ativo em seu aprendizado.


Aprendizagem Ativa em BIS2A - Biologia

iclicker2, pronto para a ação. (Foto de M. Hoefnagels)

Acabei de saber de um artigo que deve interessar a qualquer pessoa que esteja pensando no poder do aprendizado ativo. O título do artigo é Active Learning Não Associado à aprendizagem do aluno em uma amostra aleatória de cursos universitários de biologia, e apareceu na edição de inverno de 2011 da CBE Life Sciences Education. Vou deixar você ler o artigo completo se quiser, mas o ponto é que a aprendizagem ativa, por si só, não produz ganhos de aprendizagem automaticamente. Os autores escrevem: & # 8220Nosso & # 8230 resultado mais importante foi que não encontramos uma associação entre a frequência semanal de exercícios de aprendizagem ativa usados ​​em cursos introdutórios de biologia e o quanto os alunos aprenderam sobre seleção natural. & # 8221

Por que a diferença entre seu resultado e o grande número de estudos anteriores relatando sucesso usando métodos ativos de aprendizagem? Os autores atribuem a discrepância à população de professores em estudo. Ou seja, a maioria dos estudos sobre aprendizagem ativa utiliza aulas ministradas por professores com vasta experiência em educação científica, enquanto este foi baseado em uma amostra nacional de professores de biologia como um todo. Portanto, a habilidade do instrutor em usando as técnicas podem ser mais importantes do que as próprias técnicas. Os autores concluem: & # 8220Estes resultados implicam que a aprendizagem ativa não é uma solução rápida ou fácil para as deficiências atuais no ensino de graduação em ciências. Simplesmente adicionar perguntas clicker ou uma discussão em classe a uma palestra provavelmente não levará a grandes ganhos de aprendizagem. & # 8221

Após reflexão, este resultado não é surpreendente. Pense no lápis, uma ferramenta que pode ser usada para escrever literatura incrível ou baboseiras inúteis. Ou pense nas terríveis apresentações do PowerPoint que você suportou & # 8212 você sabe, o tipo que inspirou a frase & # 8220Morte pelo PowerPoint. & # 8221 Usada mal, as apresentações do PowerPoint podem ser irritantemente enfadonhas. Mas eles não precisam estar nas mãos de um orador carismático que o usa bem; o PowerPoint pode adicionar entusiasmo e interesse visual a qualquer apresentação.

As técnicas de aprendizagem ativa não são diferentes. Eles podem ser ferramentas úteis, mas apenas quando usados ​​em conjunto com os outros requisitos para um ensino eficaz. Na minha opinião, trata-se de um profundo conhecimento (e paixão) pelo assunto, respeito pelos alunos e seu estado atual de conhecimento e uma forma de se conectar com os alunos para que eles & # 8217ll quer para passar de & # 8220Não & # 8217t entendi & # 8221 para & # 8220Ah ha! É isso mesmo! & # 8221

Como muitos professores, luto para encontrar perguntas e atividades que me ajudem a fazer essa conexão esquiva com meus alunos. É por isso que aproveito todas as oportunidades para observar e conversar com professores experientes em biologia, saúde aliada e outras disciplinas. É difícil sair de sua zona de conforto para tentar algo novo, mas é somente com a prática que você pode desenvolver as habilidades necessárias para envolver seus alunos no aprendizado real. Faça anotações cuidadosas sobre o que funciona e o que não funciona. Sugiro digitar as anotações diretamente nos slides do PowerPoint imediatamente após a aula, para que você as veja na próxima vez que ensinar. E não tenha medo de fazer ajustes no meio do semestre se as coisas não funcionarem como planejado.


Ajudando os alunos a desenvolver suas próprias ideias

“Eu estava ensinando genética humana para formandos em biologia na UMD. A classe estava trabalhando em pequenos grupos, discutindo um artigo. Eu ouvi meus alunos debatendo interpretações alternativas dos dados. Parei por um momento e percebi: isso é o que a educação universitária deve ser - usar conteúdo para desenvolver suas próprias ideias ”, disse Quimby.

Para promover isso, Quimby - com a ajuda de cinco pós-doutorandos - desenvolveu recentemente um curso curricular invertido de biologia celular usando o conhecido livro-texto Molecular Biology of the Cell, escrito por Bruce Alberts e colegas. Na sala de aula, em vez de ouvir uma palestra ou memorizar fatos, os alunos trabalham juntos em pequenos grupos analisando dados reais - incluindo imagens microscópicas e western blots. Esses exercícios ensinam os alunos a tirar suas próprias conclusões - bem como a familiarizá-los com o processo científico.

UMD é uma das muitas faculdades e universidades que começaram a abraçar o aprendizado ativo. A pesquisa mostra que a aprendizagem ativa aumenta o desempenho dos alunos nas áreas de ciência, tecnologia, engenharia e matemática (STEM) (veja os artigos aqui e aqui). Agora, os educadores estão colocando esses resultados em prática. Por exemplo, William Jeffries, reitor associado da University of Vermont College of Medicine, citou este estudo no Burlington Free Press como a principal razão pela qual a faculdade de medicina decidiu substituir todos os seus cursos tradicionais de palestras por aprendizado ativo.


Professor de Biologia destaca a aprendizagem ativa no ensino de ciências

“Como instrutor, tento ensinar como o tópico tem relevância de diferentes abordagens da biologia”, disse Erik Herzog, professor de Biologia da Universidade de Washington em St. Louis. Herzog ministra cursos de graduação em biologia na universidade. Seu laboratório usa uma variedade de técnicas para estudar a base celular e molecular dos ritmos circadianos, relógios biológicos que acionam ritmos de quase 24 horas em seres vivos, incluindo animais e plantas.

Herzog tem um Ph.D. em engenharia biomédica e neurociência pela Syracuse University. Ele passou seis anos como pós-doutorado na Universidade da Virgínia antes de ingressar no Departamento de Biologia da Universidade de Washington. Ele deu aulas de graduação em Wash U por 18 anos. Em 2014, Herzog se tornou o diretor do ENDURE, um programa que prepara graduandos de diversas origens para o doutorado em neurociência. programas. Em 2018, Herzog recebeu o Prêmio de Educação em Neurociências da Society for Neuroscience (SfN).

Em uma entrevista para o The Teaching Center, Herzog discutiu os desafios do ensino de biologia e como abordá-los com um currículo amplo. Ele também enfatizou a importância da aprendizagem atuante no ensino de ciências, citando exemplos de seu próprio ensino.

Qual foi o seu caminho para se tornar um professor?

Comecei a pensar que poderia querer ser professora quando estava no colégio e era treinadora de natação. Eu treinei crianças de todas as idades. Também ensinei adultos e tenho orgulho de ter ensinado natação a um homem de 70 anos que tinha medo de água. Eu realmente gostei disso. Foi uma oportunidade de dizer, se você está lá, você chama a atenção das pessoas e elas ouvem o que você tem a dizer. A ideia de que eu poderia chegar à frente das pessoas e compartilhar minhas ideias era estranha para mim na época.

Como você se interessou pelos ritmos circadianos?

Quando eu era um estudante de graduação trabalhando com Robert Barlow, descobrimos que os caranguejos-ferradura enxergam igualmente bem durante o dia e a noite. Fiquei fascinado com a ideia de que, de alguma forma, esses caranguejos colocavam óculos de visão noturna para antecipar a noite e faziam isso todos os dias para poder navegar e fazer as coisas que fazem.

Então descobri que existe uma coisa chamada relógio circadiano que os permitiu antecipar essas mudanças milhões de vezes. Fui ao laboratório do Dr. Gene Block na Universidade da Virgínia para aprender mais sobre relógios circadianos. Foi uma coincidência: vi em meus dados que esses caranguejos enxergavam igualmente bem dia e noite, e fui estudar o relógio biológico.

Quais são alguns dos desafios do ensino de biologia?

Um desafio que todos nós enfrentamos na biologia é que não concordamos com as leis fundamentais. Concordamos que, para ser um biólogo, você precisa pensar sobre evolução, genética, células e sistemas, mas todos nós abordamos isso com um conjunto diferente de fatos fundamentais, portanto, construir a partir daí e integrar as lições de biologia é um desafio.

Na Washington University, fizemos um bom trabalho no Departamento de Biologia ao definir um currículo que treina amplamente os alunos nas ciências biológicas. Nós nos recusamos a subdividir os majores. Como instrutor, procuro ensinar como o tópico tem relevância de diferentes abordagens em biologia.

Como você usa a aprendizagem ativa em seu ensino?

Dou duas aulas para alunos de graduação em Wash U: uma é o laboratório de neurofisiologia e a outra é sobre relógios biológicos. A primeira aula é prática. Os alunos pegam os dados que coletam, analisam, interpretam e colocam em um manuscrito. Eles acabam escrevendo três manuscritos científicos completos com rascunhos e revisões de seus pares. Essa é uma maneira pela qual o aprendizado ativo funciona bem no ambiente de laboratório.

Na aula de relógios biológicos, os alunos trabalham em um projeto da Wikipedia. Durante a primeira metade da aula, eles são apresentados a cientistas famosos da área. Em seguida, eles olham a Wikipedia para ver quem está faltando no banco de dados público. Eles então nomeiam e votam quem eles querem criar na Wikipedia. Dividimos os alunos em equipes de três e eles trabalham em cerca de 40 sites da Wikipedia. Eles geram um documento vivo para o público. Os alunos gostam de interagir com cientistas da área para verificar a validade da história e gostam de trabalhar juntos como uma equipe para garantir o produto da melhor qualidade.

Por que apoiar a diversidade em STEM é importante?

Entre as muitas razões, sinto que a ciência é para todos. Os subconjuntos de nossa comunidade nem sempre se sentiram bem-vindos ou convidados a se tornarem cientistas, portanto, abrir portas é o primeiro passo. Outra razão é que a demografia de nosso país está mudando de tal forma que quem é minoria será diferente em 2050. Se não começarmos a treinar agora quem está em minoria e logo será a maioria, será um problema para todo mundo.

Como você vê a mudança no ensino de ciências no futuro?

Acho que a maioria de nós comprou a ideia de que experiências de pesquisa independente são uma forma eficiente e importante de treinar futuros cientistas. O futuro da educação científica na Universidade de Washington envolverá treinamento para mentores de pesquisa que beneficie os mentores sem ser oneroso, treinamento que ensine as melhores práticas e seja baseado em dados reais. Estou animado para que a Washington University invista em treinamento para mentores de pesquisa e recursos para mentores.

Quem foram os professores que mais impactaram você e por quê?

Existem muitas pessoas que contribuíram para o que sou como cientista. Meu mentor de pós-doutorado, Gene Block, me ensinou como fazer ciência e como aproveitar o processo colaborativo. Também fui inspirado por dois professores de graduação, o Dr. Dan Rittschof e o Dr. Richard Forward Jr. Eles me deram meu primeiro gostinho da pesquisa independente.

Aqui na Washington University, cheguei e comecei a trabalhar junto com Nobuo Suga (Professor Emérito de Biologia) e Paul Stein (Professor de Biologia e Fisioterapia), que foram fundamentais no meu ensino. Com o Nobuo, aprendi a ter sempre um rascunho para fazer desenhos e aprendi a escrever de cabeça para baixo. Com Paul, aprendi a usar a prancha e sempre tenho um plano para onde você está indo e o que irá testar.


MATERIAIS E MÉTODOS

O curso em questão matricula ∼345 alunos e geralmente é frequentado por alunos do segundo ano. Uma composição demográfica típica é 58% feminina, 46% branca, 30% ESL e 7% estudantes URM, dos quais ∼17% estão no Programa de Oportunidade Educacional (EOP). Os alunos do EOP foram identificados pela UW como economicamente ou educacionalmente desfavorecidos. O curso é oferecido a cada trimestre do ano e é frequentado por um total de ∼1200 alunos por ano ou quase 25% da média das turmas ingressantes em nossa universidade. Os pré-requisitos do curso são dois quartos de química inorgânica.

Em uma escala de notas de 0,0 a 4,0, uma nota de 1,5 ou mais no curso inicial é necessária para se registrar no próximo curso na sequência de um ano (3 trimestres). Assim, os alunos que não recebem nota 1,5 ou superior deixam de progredir nas ciências da vida. Os alunos que não recebem 2,5 ou mais devem em média 2,0 ou mais nos três cursos da série, a fim de declarar biologia como sua especialidade. Assim, os alunos que recebem menos de 2,5 correm o risco de não conseguir avançar em biologia ou em outras áreas de ciências da vida.

O estudo foi organizado em três etapas: 1) analisar as características dos alunos que haviam feito o curso anteriormente para compreender melhor as razões da reprovação e prever o desempenho dos alunos a priori 2) implementar quatro projetos de curso contrastantes durante o primeiro trimestre de 2005 e 3) repetir um desses quatro projetos de curso e compará-lo com um projeto de quinto curso no segundo trimestre de 2005.

Análise de risco

Para entender melhor as razões para a alta taxa de reprovação, analisamos dados de 3338 alunos que iniciaram a série introdutória de biologia no UW entre os trimestres de outono de 2001 e 2004. Especificamente, tentamos correlacionar as seguintes variáveis ​​demográficas e medidas de desempenho acadêmico com reprovação em um ou mais dos cursos da série: gênero, etnia como caucasiana, asiática ou URM (afro-americano, nativo americano, hispânico ou das ilhas do Pacífico), idade cronológica, nota média nas aulas de química da UW em o tempo de entrada no curso, média geral de notas da UW (GPA) no momento de entrar no curso, posição da classe UW (calouro, segundo ano, etc.) na hora de entrar no curso, GPA do ensino médio, Teste de Aptidão Escolar ( SAT) pontuação verbal, pontuação SAT de matemática, pontuação do American College Test (ACT), pontuação no teste de matemática UW dado aos alunos matriculados, pontuação do Teste de Inglês como Língua Estrangeira (TOEFL) e status EOP.

Depois de analisar essas variáveis ​​para covariação e avaliá-las para dados perdidos, realizamos uma análise fatorial para determinar quais variáveis ​​poderiam ser omitidas da análise ou agregadas em um único índice. Essas etapas nos levaram a retirar o GPA de química da UW, o GPA do ensino médio, a pontuação do ACT, a pontuação do TOEFL e a pontuação da colocação em matemática da UW do modelo.

Para determinar quais das variáveis ​​restantes eram mais capazes de prever o insucesso no curso, realizamos regressão logística bivariada com eliminação reversa. Depois de determinar quais variáveis ​​eram mais importantes, nós as usamos para projetar um modelo de regressão que previu as notas dos alunos no primeiro curso na sequência. Dessa forma, pudemos identificar alunos que apresentavam baixo risco ou alto risco de reprovação no curso. Definimos alunos de alto risco como aqueles previstos para obter uma nota abaixo de 2,5 no curso, e alunos de baixo risco como aqueles com previsão de obter uma nota de 2,5 ou mais.

Projeto de curso na primavera de 2005

O curso da primavera de 2005 foi listado como duas seções de tamanho igual durante o registro, para que os alunos se inscrevessem em seções sem saber dos designs de curso contrastantes. As duas seções foram ministradas consecutivamente pelo mesmo instrutor (S.F.) na mesma sala, usando notas idênticas. Os alunos das duas seções foram misturados aleatoriamente em seções de laboratório e viagens de campo obrigatórias.

Durante cada aula, o instrutor colocou quatro questões de múltipla escolha que exigiram uma resposta de todos os alunos. O período começou com uma pergunta baseada no material da sessão anterior e uma pergunta sobre a leitura do dia. Duas vezes durante uma palestra ministrada em um estilo socrático modificado, o instrutor fez perguntas com base no material que estava sendo discutido e que deveriam ser respondidas por todos os alunos. As perguntas foram elaboradas para serem difíceis. Especificamente, eles tentaram testar a capacidade dos alunos de analisar um aspecto do tópico ou aplicar um conceito em uma nova situação. Se menos de 60% das respostas a essas perguntas estivessem corretas, o instrutor pedia aos alunos que discutissem a questão entre si e respondessem novamente (essa é a técnica de instrução por pares, ver Mazur, 1997, Crouch e Mazur, 2001). Os alunos responderam de quatro a oito questões formais por dia, com média de 5,6.

Na seção “clickers”, os alunos receberam um dispositivo de resposta eletrônico que eles registraram com seu nome e número de aluno. Depois de cada sessão de aula, o professor escolheria três das quatro a oito respostas para avaliar. As respostas corretas para essas três perguntas valeram 1 ponto cada. Um total de 100 pontos clicker foram possíveis para o trimestre, representando ∼14% do total de pontos.

Na “seção de cartões”, os alunos receberam quatro cartões com A, B, C ou D impressos neles. Os alunos ergueram esses cartões para responder às mesmas perguntas em sala de aula feitas à seção do clicker. Como outros alunos podiam olhar os cartões se desejassem, as respostas dos cartões eram públicas. Para forçar ou prescrever a participação, o instrutor “olhou para baixo” os alunos que ocasionalmente não seguravam um cartão, de modo que praticamente todos os alunos respondessem a todas as perguntas. As respostas do cartão eram públicas, mas as respostas do clicker não avaliadas eram privadas, mas avaliadas.

A turma completa reunia-se 4 dias por semana durante o quinto período de aula, a cada semana, os alunos recebiam cinco questões escritas, tipo exame, para serem respondidas em 35 minutos. As respostas foram então atribuídas aleatoriamente a outro aluno por um período de avaliação de 15 minutos com base em uma chave e rubrica fornecidas pelo instrutor. As respostas corretas deveriam receber 2 pontos, as respostas com crédito parcial 1 ponto e as respostas em branco ou ininteligíveis 0 pontos. Tanto o respondente quanto o avaliador eram anônimos, apenas a equipe do curso conhecia suas identidades. Os alunos fizeram nove desses exames práticos para um total de 90 pontos possíveis - cerca de 15% da nota total.

Os alunos nas seções de cartões e dispositivos portáteis foram designados aleatoriamente a um dos dois métodos de realização de exames práticos idênticos. Em cada seção, metade dos alunos fez os exames práticos e as notas por conta própria online, e a outra metade fez os exames práticos e as notas como parte de um grupo de estudo. Os alunos que faziam a tarefa online podiam fazê-lo em qualquer lugar, mas tinham que fazer login e enviar respostas e notas no cronograma de 35 minutos + 15 minutos durante o período de aula. Os alunos designados para grupos de estudo se reuniam em uma sala de aula no campus e eram supervisionados por um membro da equipe. O membro da equipe não respondeu a perguntas de conteúdo ou auxiliou os grupos de nenhuma forma. O funcionário distribuiu as perguntas impressas, aceitou as respostas após 35 minutos, distribuiu folhas de respostas aleatoriamente para o período de avaliação de 15 minutos e recolheu as folhas corrigidas.

Os alunos foram designados a grupos de estudo pelo instrutor, com base na nota do curso prevista pelo modelo de regressão da análise de risco. Cada grupo de estudo tinha um aluno com previsão de recebimento abaixo de 1,5 no curso, dois alunos com previsão de recebimento entre 1,5 e 3,0 e um aluno com previsão de recebimento de 3,0 ou mais. Os alunos desconheciam essa estrutura, no entanto. A cada semana, os membros do grupo de estudo se inscreviam para servir como o "gerente" do grupo, que coordenava o exercício "estrategista", que considerava maneiras de abordar cada "registrador" de perguntas, que escrevia as respostas ou "incentivador", que dava feedback positivo para participantes. Essas funções foram explicadas pelo fiscal da equipe, mas não foram aplicadas pela avaliação de pares ou outras técnicas.

Para resumir, o trimestre da primavera testou os quatro designs a seguir: clickers + prática online, clickers + prática de grupo de estudo, cartões + prática online e cartões + prática de grupo de estudo. Todos os alunos fizeram uma final comum e uma segunda prova comum. No primeiro semestre, várias questões nos exames dados às duas seções eram idênticas ou formalmente equivalentes. Portanto, havia um total de 336 do total de 400 pontos de exame disponíveis para uso na avaliação do desempenho do aluno em questões de exame idênticas. Os alunos que desistiram do curso ou que foram flagrados colando nas provas não foram incluídos em nenhuma das análises.

Também coletamos dados de atendimento. Isso foi feito automaticamente a partir das respostas do clicker e da seção de cartões, contando o número de alunos presentes durante cada período de aula. Embora pudéssemos avaliar apenas a frequência geral às aulas na seção de cartões, na seção de clickers também pudemos analisar o número de aulas frequentadas por cada aluno.

Projeto de curso no outono de 2005

Como na primavera de 2005, os alunos se matricularam às cegas em duas seções de tamanhos iguais no curso do outono de 2005. As seções foram novamente ensinadas consecutivamente pelo mesmo instrutor (S.F.) na mesma sala usando notas idênticas, com os alunos das duas seções misturados aleatoriamente para laboratórios e viagens de campo. Em ambas as seções, os alunos concluíram e classificaram os exames práticos semanais por conta própria online.

Todos os alunos do curso foram obrigados a comprar um clicker e registrá-lo com seu nome e número de aluno. O instrutor fez perguntas idênticas, diárias, em sala de aula e de múltipla escolha para cada seção. Em uma seção, as perguntas foram avaliadas por respostas certas / erradas usando o mesmo formato da primavera de 2005. Na outra seção, os alunos receberam pontos por participação, com dois pontos por dia possíveis se os alunos respondessem a todas as perguntas - independentemente de seus as respostas estavam corretas ou incorretas.

Para resumir, o trimestre de outono repetiu os clickers (avaliados) + design de curso online e adicionou clickers (participação) + design de curso online. Os alunos fizeram novamente um exame final comum, embora as seções recebessem diferentes exames intermediários, o número suficiente de perguntas intermediárias eram idênticas ou formalmente equivalentes, de modo que havia um total de 335 dos 400 pontos de exame para usar na avaliação do desempenho dos alunos em questões comuns do exame. Salvo indicação em contrário, todos os testes estatísticos relatados aqui são testes bicaudais.


Resumo

Para testar a hipótese de que as palestras maximizam o aprendizado e o desempenho do curso, nós metaanalisamos 225 estudos que relataram dados sobre as notas dos exames ou taxas de reprovação ao comparar o desempenho dos alunos em cursos de graduação em ciências, tecnologia, engenharia e matemática (STEM) em palestras tradicionais e aprendizagem ativa. Os tamanhos de efeito indicam que, em média, o desempenho dos alunos em exames e inventários de conceito aumentou 0,47 DPs sob aprendizagem ativa (n = 158 estudos), e que a razão de chances de reprovação foi de 1,95 sob palestras tradicionais (n = 67 estudos). Esses resultados indicam que as pontuações médias nos exames melhoraram cerca de 6% nas seções de aprendizagem ativa e que os alunos em turmas com aulas tradicionais tinham 1,5 vezes mais probabilidade de reprovação do que os alunos em turmas com aprendizagem ativa. As análises de heterogeneidade indicaram que ambos os resultados são válidos nas disciplinas STEM, que a aprendizagem ativa aumenta as pontuações nos inventários de conceito mais do que nos exames do curso e que a aprendizagem ativa parece eficaz em todos os tamanhos de turma, embora os maiores efeitos sejam nos pequenos (n ≤ 50) classes. Cortar e preencher análises e à prova de falhas n cálculos sugerem que os resultados não são devidos a viés de publicação. Os resultados também parecem robustos à variação no rigor metodológico dos estudos incluídos, com base na qualidade dos controles sobre a qualidade do aluno e a identidade do instrutor. Esta é a maior e mais abrangente meta-análise da educação STEM de graduação publicada até hoje. Os resultados levantam questões sobre o uso continuado de palestras tradicionais como um controle em estudos de pesquisa e apoiam a aprendizagem ativa como a prática de ensino preferida e empiricamente validada em salas de aula regulares.

Dar palestras tem sido o modo de ensino predominante desde que as universidades foram fundadas na Europa Ocidental, há mais de 900 anos (1). Embora as teorias de aprendizagem que enfatizam a necessidade de os alunos construírem sua própria compreensão tenham desafiado os fundamentos teóricos da abordagem tradicional, focada no instrutor, "ensinar contando" (2, 3), até o momento não houve nenhuma análise quantitativa de como métodos construtivistas versus métodos centrados na exposição impactam o desempenho do aluno em cursos de graduação nas disciplinas de ciências, tecnologia, engenharia e matemática (STEM). Na sala de aula STEM, devemos perguntar ou devemos contar?

Abordar essa questão é essencial se os cientistas estão comprometidos com o ensino com base em evidências e não na tradição (4). A resposta também pode ser parte de uma solução para o "problema do gasoduto" que alguns países estão enfrentando na educação STEM: por exemplo, a observação de que menos de 40% dos estudantes americanos que ingressam na universidade têm interesse em STEM e apenas 20% de alunos de minorias sub-representadas com interesse em STEM, conclua com um grau STEM (5).

Para testar a eficácia dos projetos de curso construtivistas versus centrados na exposição, focamos no projeto das sessões de aula - em oposição aos laboratórios, trabalhos de casa ou outros exercícios. Mais especificamente, comparamos os resultados de experimentos que documentaram o desempenho dos alunos em cursos com pelo menos algum aprendizado ativo versus palestras tradicionais, por meio da meta-análise de 225 estudos na literatura publicada e não publicada. As intervenções de aprendizagem ativa variaram amplamente em intensidade e implementação, e incluíram abordagens tão diversas quanto resolução de problemas em grupo ocasional, planilhas ou tutoriais concluídos durante a aula, uso de sistemas de resposta pessoal com ou sem instrução de pares e projetos de estúdio ou workshop. Seguimos as diretrizes de melhores práticas em análises quantitativas (Materiais e métodos SI), e avaliou o desempenho do aluno usando duas variáveis ​​de resultado: (eu) pontuações em exames idênticos ou formalmente equivalentes, inventários de conceito ou outras avaliações ou (ii) taxas de reprovação, geralmente medidas como a porcentagem de alunos que recebem uma nota D ou F ou que desistem do curso em questão (taxa DFW).

A análise, então, se concentrou em duas questões relacionadas. O aprendizado ativo aumenta as pontuações nos exames? Isso reduz as taxas de falha?


INTRODUÇÃO

The promotion of undergraduate biology knowledge in the United States has immediate and long-term implications for increasing national science literacy, providing high-quality education to the science, technology, engineering, and mathematics (STEM) workforce, and contributing to critical scientific advances. To meet these objectives, calls to action formalized priorities and made specific recommendations aimed at improving undergraduate biology education nationwide. For example, after extensive discussions among biology faculty, students, and administrators, the American Association for the Advancement of Science (2009) published a formative document, Vision and Change: A Call to Action, which advocated for “student-centered classrooms” and outlined six core competencies intended to guide undergraduate biology education: 1) apply the process of science 2) use quantitative reasoning 3) use modeling and simulation 4) tap into the interdisciplinary nature of science 5) communicate and collaborate with other disciplines and 6) understand the relationship between science and society. Another call to action came from the President’s Council of Advisors on Science and Technology (2012), who proposed five recommendations to change undergraduate STEM education, including the adoption of “evidence-based teaching practices.”

Although these pushes for “student-centered” and “evidence-based” practices are relatively recent, they stem from ideologies that are more than a century old. Specifically, Dewey (1916) wrote, “Learning means something which the individual does when he studies. It is an ativo, personally conducted affair” (p. 390). Based upon this work, Pesavento et al. (2015) identified Dewey as one of the earliest and most influential advocates of what we now know as active learning. Subsequently, others expanded on and institutionalized terms such as “student-centered” and “evidence-based” practices (Piaget, 1932 Montessori, 1946 Vygotsky, 1987 Papert, 1980 Brown et al., 1989 Turkle and Papert, 1990 Ackermann, 2001, Cook et al., 2012). While this body of work is critical to our understanding of active learning, the ways in which practitioners and researchers currently use the term are often vague.

Despite this ambiguity, research concerning the effectiveness of active learning in the classroom has continued. For example, a landmark meta-analysis compared student achievement and failure rates between undergraduate science, engineering, and mathematics classes that used active-learning approaches and those that used lecture (Freeman et al., 2014). Findings demonstrated that active learning decreased failure rates by 55% and increased student examination performance by approximately half a standard deviation. To define active learning for the purposes of clarity and transparency in their research, Freeman et al. (2014) developed a definition based on responses from 338 biology departmental seminar audience members: “Active learning engages students in the process of learning through activities and/or discussion in class, as opposed to passively listening ໿to an expert. It emphasizes higher-order thinking and often involves group work” (pp. 8413–8414). This definition guided their inclusion criteria for the study, and it is one of the few examples of clearly defined parameters.

Although many articles do not define the exact parameters of active learning, the research has demonstrated the positive effects of active learning on student achievement and affect across multiple contexts. For example, researchers demonstrated that active learning yields disproportionate learning gains among the most at-risk student groups, such as first-generation college attendees and those who identify with races/ethnicities historically underrepresented in STEM fields (Beichner et al., 2007 Haak et al., 2011 Eddy and Hogan, 2014 Ballen et al., 2017 Wilton et al., 2019 Bauer et al., 2020). Additionally, a meta-analysis conducted by Theobald et al. (2020) demonstrated that active learning narrows achievement gaps for underrepresented students in undergraduate STEM disciplines. However, it is important to note that the definitions of active learning used in these articles vary from the antithesis of lecture (Theobald et al., 2020) to listing the specific strategies that characterize the term (e.g., in-class activities, prelecture preparation, and frequent low-risk assessment Ballen et al, 2017).

Despite the varying parameters of the term, postsecondary institutions have increasingly embraced the use of the term “active learning” (Pfund et al., 2009 Aragón et al., 2018). Examples include institution-wide initiatives (e.g., the Science Education Initiatives at University of Colorado and University of British Colombia, and the Active Learning Initiative at Cornell University), the Summer Institutes on Scientific Teaching (www.summerinstitutes.org), and the Obama Administration’s Active Learning Day (https://obamawhitehouse.archives.gov/blog/2016/10/25/active-learning-day-america). Additionally, more than three-fourths of colleges and universities in the United States provide some type of active-learning classrooms, defined as those that offer flexibility in design to facilitate different types of teaching (Alexander et al., 2019).

Despite these institutional supports and documented positive impacts, the term “active learning” itself is difficult to ascertain from a review of literature. For example, ໿Eddy et al. (2015) explained that active learning is a complex process that encompasses both teaching methods and student learning. Drew and Mackie (2011) noted the meaning of active learning may be dichotomous, as it has been considered a theory of learning as well as a set of pedagogical strategies. Although attempts have been made to define active learning as a theory (Freeman et al., 2014 Connell et al., 2016 Moss-Racusin et al., 2016 Auerbach and Schussler, 2017 Jeno et al., 2017) as well as a set of strategies in biology education research (BER Tanner, 2013 Miller and Tanner, 2015), these attempts are not always 1) streamlined or easy to follow, 2) regularly used in the literature, 3) supported by literature or data, and/or 4) comprehensive. This outcome is problematic when trying to understand what exactly active learning encompasses.

Notably, the variation in the conceptualization of active learning reflects a state of scientific revolution. According to Kuhn (1970), the development of a science has alternating phases (i.e., normal and revolutionary). Normal science, equated to puzzle-solving, comes with a reasonable chance of solution via familiar methods and can be solved by one person. On the other hand, a revolutionary phase involves a collectively negotiated revision to an existing belief or practice. While discipline-based education researchers address questions about the efficacy of recently developed teaching strategies, those strategies are commonly being binned under active learning, which is an ill-defined term. To improve our field, it is important to negotiate how the community interprets and understands this term.

Furthermore, demystifying active learning in undergraduate biology has direct applications for teaching and research. The broad interpretation of active learning may discourage instructors from trying new instructional practices and may ultimately serve as a barrier to implementation (Kreber and Cranton, 2000 O’Donnell, 2008 Stains and Vickrey, 2017). It may additionally serve as a barrier to experimental replication in discipline-based education research (DBER) communities, because there are no agreed-upon standards or criteria for inclusion or exclusion. Given this, we investigated the following four questions in the context of undergraduate biology courses: 1) How does the BER literature use and define the term “active learning”? 2) How does the BER community define the term “active learning”? 3) How are active-learning strategies described in the BER literature? and 4) How are active-learning strategies described by the BER community? We addressed these research questions through a review of BER literature and a survey of the BER community. We expect that, by developing ways to efficiently communicate active learning in the context of biology education, we will encourage teaching innovations and the adoption of common research-based practices.


Discussão

A yearlong upper division biochemistry series is challenging to run in an active learning format because the topic is extremely diverse (physical chemistry, genetics, physiology, medical implications, enzymology, etc.), highly prone to information overload (memorization) which makes it challenging to convey core concepts. Further, the students in this study were not previously exposed to an active learning format at the university level.

Broadly acknowledged problems with contemporary university level science education have been identified by multiple groups 2, 12 and have various unacceptable consequences, including attrition from classes and from STEM majors, poor performance in science courses, poor understanding of an ever increasing amount of course content 2, 12 , and the lack of student understanding of how science is actually done 13 . A number of well-researched approaches to these problems have been described, which provide strong evidence as to their effectiveness. While the number of large university courses which embrace such practices appears to be increasing 4 , no course with an active learning approach is being taught by ladder science faculty at UCSB, and no equivalent active learning Biochemistry course is being taught at any of the University of California campuses. We sought to determine if a single instructor with limited resources could effectively implement a conversion from a CL format to an active learning format to address the problems mentioned above.

Our results with a three quarter upper division biochemistry course are highly encouraging, since the overall 10% increase in student test performance in each of the two quarters which were analyzed, is clearly above the average increase (6%) observed in a comparison of >225 studies making use of similar approaches 4 . Furthermore, attendance improved from the 35–65% range for the CL course to over 90% in the AL series. Fewer students received failing grades in the AL series when compared to students in the CL course, as a direct result of their improved test scores.


Conclusão

The teaching technique described here aimed to incorporate active learning into the undergraduate biology classroom by emphasizing the importance of discussion-based learning and understanding of the scientific literature. While journal clubs typically exist outside of the traditional classroom, the experience described here incorporated a journal club into the classroom by selecting articles that reinforced the delivery of the required content and allowed students to engage in experiential learning by reading and discussing how the concepts they learned in the lecture were applied in the scientific literature. The challenges with this study were twofold. The first challenge was the ability to facilitate student-engaged discussion. Teaching students how to write discussion-generating questions, choosing a paper that students could connect with, and choosing a paper that was not overly technical all aided in overcoming this challenge. The second challenge was in developing a quantitative method of assessment. In attempts to evaluate the journal-club experience, I found that lowering the stakes of the assignment led to more thoughtful participation by the students (currently worth 10% of the overall class grade and based on participation, as described above). In past semesters, when stakes were higher (25–30% of overall class grade), students were more hesitant to admit a lack of understanding because they assumed that this would reflect poorly on their grade. With a high-stakes assignment, students often aimed to impress rather than to learn. On the other hand, when less emphasis was placed on the grade, students were more likely to genuinely engage in discussion and admit to their confusion or discontent with aspects of the paper. Despite these challenges, simple exposure to the journal-club experience has proved effective for the students. Previous students who participated in the journal club and are currently enrolled in graduate programs have verbally reported feeling more advanced than their classmates, in terms of familiarity with the scientific literature and their ability to critically evaluate it and in being more at ease when presented with literature-based assignments.