Aktiivisen oppimisen menetelmät ja niiden vaikutus oppimiseen STEM-aloilla Susanna Hartikainen, tohtorikoulutettava, Tampereen teknillinen yliopisto susanna.hartikainen@tut.fi Laura Pylväs, tohtoriopiskelija, Tampereen yliopisto laura.pylvas@uta.fi Petri Nokelainen, professori, Tampereen teknillinen yliopisto petri.nokelainen@tut.fi Heta Rintala, tohtorikoulutettava, Tampereen teknillinen yliopisto heta.rintala@tut.fi
Esityksen rakenne 1. Johdanto 2. Teoreettinen viitekehys 2.1 Aktiivinen oppiminen 2.2 ICAP 3. Tutkimuskysymykset 4. Tutkimuksen toteutus 5. Tulokset 6. Johtopäätökset 7. Lähteet 28.8.2017 2
1. Johdanto Kasvava kiinnostus opetuksen kehittämiseen ja aktiiviseen oppimiseen STEM-aloilla. Aikaisempi tutkimus kiinnostunut esim. yksittäisten kokeilujen vaikutuksesta oppimiseen. tiettyjen menetelmien vaikutuksesta oppimiseen (esim. Johnson, Johnson, & Smith, 1998; Prince, 2004; Prince & Felder, 2006; Smith, Sheppard, Johnson, & Johnson, 2005; Springer, Stanne, & Donovan, 1999). yleisesti aktiivisen oppimisen vaikutuksesta oppimiseen (esim. Freeman et al., 2015; Michael, 2006). 28.8.2017 3
2.1 Aktiivinen oppiminen Konstruktivistinen oppimiskäsitys (Harris & Alexander, 1998; Michael, 2006; Prince & Felder, 2006; Tynjälä, 1999). Oppijakeskeisyys, oppijan vastuu (Prince and Felder, 2006). Ei opetusmetodi vaan lähestymistapa oppimiseen (Prince, 2004). Instructional activities that involve students in doing things and thinking about the things they are doing (Bonwell & Eison, 1991, p. 5). 28.8.2017 4
2.1 Aktiivinen oppiminen Aktiivisen oppimisen menetelmät usein tehokkaampia kuin ns. passiiviset menetelmät, mutta eivät aina (e.g. Freeman et al., 2014; Hattie, 2009; Michael, 2006; Prince, 2004; Prince & Felder, 2006; Smith, Sheppard, Johnson, & Johnson, 2005; Springer, Stanne, & Donovan, 1999). Opettajien ja tutkijoiden haasteet: Mitä aktiivisen oppimisen menetelmät ovat? Miten eroavat toisistaan ja muista menetelmistä? (Prince, 2004). Aktiviteetit voivat sisältää erilaista ohjausta ja johtaa siten erilaisiin oppimistuloksiin. (Prince & Felder, 2006). 28.8.2017 5
2.2 ICAP (Chi, 2009; Chi & Wylie, 2014) PASSIVE Receiving ACTIVE Manipulating CONSTRUCTIVE Generating INTERACTIVE Dialoguing Knowledgechange processes Storing of new information in an isolated way New information activates former knowledge with which it also integrates New information is integrated with activated prior knowledge, and new knowledge is inferred from activated and integrated knowledge Co-inferring with new inputs from partners Cognitive outcomes Recall: Stored knowledge can be retrieved and recalled, but only within a relatively same context Apply: Knowledge can be applied to similar but nonidentical context Transfer: Knowledge of procedures can be applied to a novel context or distant problem Co-create: knowledge and perspectives can allow partners to invent new products, interpretations, procedures, and ideas Learning outcomes (ICAP) Minimal understanding Shallow understanding Deep understanding, potential for transfer Deepest understanding, potential to innovate novel ideas 28.8.2017 6
3. Tutkimuskysymykset TK1) Minkä aktiivisen oppimisen menetelmien vaikutuksia oppimiseen on tutkittu STEMkorkeakoulutuksessa? TK2) Mitä vaikutuksia aktiivisen oppimisen menetelmillä on oppimiseen sitoutumiseen ja oppimistuloksiin? 28.8.2017 7
4. Tutkimuksen toteutus Scoping review (Arksey & O Malley, 2005). Andor- ja Scopus -tietokannat sekä kolme lehteä (JEE, EJEE, HE). Hakusanat: active learning, higher education, university, STEM, SMET, effect, affect, impact, outcome. Sisäänottokriteerit: englanninkielinen, julkaistu 2000-2016, vertaisarvioitu, empiirinen tutkimus, HE ja STEM, tutkimus aktiivisen oppimisen menetelmän vaikutuksesta oppimiseen. 28.8.2017 8
4. Tutkimuksen toteutus 81 artikkelia Laadullinen sisällönanalyysi (Elo & Kyngäs, 2008; Hsieh & Shannon, 2005; Schreier, 2014) aineistolähtöisesti: TK1) Minkä aktiivisen oppimisen menetelmien vaikutuksia oppimiseen on tutkittu STEM-korkeakoulutuksessa? teoria- ja aineistolähtöisesti: TK2) Mitä vaikutuksia aktiivisen oppimisen menetelmillä on oppimiseen sitoutumiseen ja oppimistuloksiin? 28.8.2017 9
5. Tulokset: TK1) Aktiivisen oppimisen menetelmät Menetelmä Sisältö 1. Project-based learning (17) Yhdessä tehty projekti, jota seuraa lopputuotos. 2. Collaborative learning (13) Työskentelyä ryhmässä. 3. Problem-based learning (9) Autenttisten, avoimien ongelmien ratkaisua ryhmässä, fokus oppimisprosessissa. 4. Flipped classroom (8) Kotona opiskellaan, luokassa työstetään. 5. Classroom response systems (8) Vastataan opetuksen aikana kyselyihin, joista saadaan nopea palaute. 6. Cooperative learning (6) Työskentelyä ryhmässä, joka vastuussa jäsentensä oppimisesta. 7. Simulations (6) Simuloidaan tosielämän tilannetta. 8. Case- and challenge-based (5) Työskennellään tosielämän tapaisten ilmiöiden kanssa. 9. Inquiry-based learning (4) Ratkaistaan avoimia ongelmia kysymysten avulla. 10. Activating lecturing (3) Aktivointia luennon osana. 11. Students as instructors (2) Opiskelijat valmistavat opetusmateriaalia. 28.8.2017 10
5. Tulokset: TK2) Oppimiseen sitoutuminen PASSIVE + ACTIVE (7) Receiving + Manipulating ACTIVE (31) Manipulating CONSTRUCTIVE (3) Generating INTERACTIVE (37) Dialoguing Active learning activity Flipped classroom (5) Activating lecturing (1) Simulation (1) Collaborative (9) Classroom response system (8) Simulation (3) Cooperative (3) Case- or challengebased (4) Flipped classroom (1) Project-based (1) Inquiry-based (1) Activating lecturing (1) Flipped classroom (1) Activating lecturing (1) Collaborative (1) Project-based (15) Problem-based (9) Inquiry-based (3) Simulation (2) Collaborative (3) Students as instructors (2) Case-based learning (1) Flipped classroom (1) Cooperative (1) 28.8.2017 11
5. Tulokset: TK2) Oppimiseen sitoutuminen ja oppimistulokset PASSIVE + ACTIVE (7) Receiving + Manipulating ACTIVE (31) Manipulating CONSTRUC- TIVE (3) Generating INTERACTIVE (37) Dialoguing Content knowledge Grades (7 studies) Grades (27) Grades (2) Grades (33) Generic skills or competences Social skills (1) Communication skills (1) Social skills (3) Communication skills (4) Personal skills (2) Social skills (24) Communication skills (14) Professional skills (1) Professional skills (5) Professional skills (24) Personal Skills (3) Personal skills (9) Positive effect on learning Mixed effect on learning Same effect on learning Negative effect on learning 28.8.2017 12
6. Johtopäätökset Suuri kirjo aktiivisen oppimisen menetelmiä, vertaisoppiminen korostuu. Samannimisetkään menetelmät eivät aina johda samanlaiseen oppimiseen sitoutumiseen. Menetelmien vaikutus oppimiseen pääasiassa positiivinen, mutta ei aina, miksi? Lisää tutkimusta menetelmien vaikutuksesta geneerisiin taitoihin. 28.8.2017 13
Kiitos! Susanna Hartikainen, tohtorikoulutettava Tampereen teknillinen yliopisto susanna.hartikainen@tut.fi Laura Pylväs, tohtoriopiskelija Tampereen yliopisto laura.pylvas@uta.fi Petri Nokelainen, professori Tampereen teknillinen yliopisto petri.nokelainen@tut.fi Heta Rintala, tohtorikoulutettava Tampereen teknillinen yliopisto heta.rintala@tut.fi 28.8.2017 14
7. Lähteet Arksey, H., & O Malley, L. (2005). Scoping studies: Towards a methodological framework. International Journal of Social Research Methodology, 8(1), 19-32. Bonwell, C. C. & Eison, J. A. (1991). Active Learning: Creating excitement in the classroom. ASHE-ERIC Higher Education Report No. 1. Washington, D.C.: The George Washington University, School of Education and Human Development. Elo, S., & Kyngäs, H. (2008). The qualitative content analysis process. Journal of Advanced Nursing, 62(1), 109-114. Freeman, S., Eddy, S. L., McDonough, M., Smith, M. K., Okoroafor, N., Jordt, H., & Wenderoth, M. P. (2014). Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111(23), 8410 8415. Harris, K. R., & Alexander, P. A. (1998). Integrated, constructivist education: Challenge and reality. Educational Psychology Review, 10(2), 115-127. 28.8.2017 15
7. Lähteet Hattie, J. (2009). Visible learning. A synthesis of over 800 meta-analyses relating to achievement. Oxford, UK: Routledge. Hsieh, H-F., & Shannon, S. (2005). Three approaches to qualitative content analysis. Qualitative Health Research, 15(9), 1277-1288. Johnson, D., Johnson, R., & Smith, K. (1998). Cooperative learning returns to college: What evidence is there that it works? Change, 30(4), 26 35. Michael, J. (2006). Where's the evidence that active learning works? American Journal of Physiology - Advances in Physiology Education, 30(4), 159 167. Prince, M. (2004). Does active learning work? A review of the research. Journal of Engineering Education, 93(3), 223 231. Prince, M. J., & Felder, R. M. (2006). Inductive teaching and learning methods: Definitions, comparisons, and research bases. Journal of Engineering Education, 95(2), 123 138. 28.8.2017 16
7. Lähteet Schreier, M. (2014). Qualitative content analyses. In U. Flick (Ed.), The Sage Handbook of Qualitative data analysis (pp. 170-183). London: Sage. Smith, K. A., Sheppard, S. D., Johnson, D. W., & Johnson, R. T. (2005). Pedagogies of engagement: classroom-based practices. Journal of Engineering Education, 94(1), 87-101. Springer, L., Stanne, M. E., & Donovan, S. S. (1999). Effects of small-group learning on undergraduates in science, mathematics, engineering, and technology: A meta-analysis. Review of Educational Research, 69(1), 21-51. Tynjälä, P. (1999). Towards expert knowledge? A comparison between a constructivist and a traditional learning environment in the university. International Journal of Educational Research, 31(5), 357 442. 28.8.2017 17