Å lære mekanikk ved bruk av et elektronisk "Personal Response System"

Abstract

I denne oppgaven ser jeg på bruken av et Personal Response System (PRS) i mekanikkurset på Universitetet i Oslo. Dette fungerer slik at foreleser stiller flervalgsspørsmål i plenum, og studentene kan svare ved å trykke på trådløse ”klikkere”. Disse sender signaler til mottakere, og svarfordelingen kommer umiddelbart opp på lerretet foran i forelesningssalen. Dette gir større mulighet for kommunikasjon mellom foreleser og studenter i et auditorium med mange studenter, og dersom foreleser legger til rette for det, kan forelesningen oppleves svært annerledes enn en tradisjonell forelesning. Hensikten med å endre undervisningsstil er at studentene skal få mer utbytte av forelesningene. Det har i flere undersøkelser vist seg at studenter lærer lite eller ingenting i en tradisjonell forelesning (Halloun and Hestenes 1985a; Mazur 1997). Det blir sagt at man må delta aktivt for å konstruere sin egen kunnskap (Meltzer and Manivannan 2002; Carlone 2003). Jeg ønsker her å se på om PRS kan være et godt tilbud i mekanikkforelesningene og har følgende forskningsspørsmål: • Hvordan inngår PRS i studentenes læringsprosess, og kan PRS bidra til bedre forståelse? For å nærme meg dette, ser jeg i hovedsak på tre punkter. a) Hvordan bruker foreleser PRS? b) Hvordan bruker studentene PRS? c) Hva er studentenes vurderinger av nytten av PRS? Jeg har i denne prosessen brukt fire ulike forskningsmetoder og dermed fått mye forskjellig datamateriale. Jeg har intervjuet noen studenter tre ganger i løpet av semesteret, delt ut et spørreskjema til hver student på en forelesning, vært tilstede på noen forelesninger for å observere bruken av PRS og samlet alt datamaterialet fra ”klikkerne”. Ut fra dette kunne jeg foreta både kvalitative og kvantitative analyser. Hovedfunnene i denne oppgaven er at PRS er et positivt og nyttig innslag i mekanikkforelesningen. Det kan som system bidra til økt fokus på god læring og undervisning både hos studenter og forelesere, men det er viktig med innsats fra studentene, og at de ønsker å lære. Det er også viktig at foreleser tar resultatene på alvor og ikke går for fort videre. ”Det er bedre å lære mye om noe enn ingenting om alt.” Studentene liker innslaget av PRS. De så mange fordeler ved systemet:  PRS bidro til mer aktivitet blant studentene på forelesning.  Gode avbrekk i undervisningen og konkretisering av hva som nettopp var blitt gjennomgått, gjorde det lettere å følge med.  Ved å løse en oppgave, mente de at de fikk testet om de hadde forstått stoffet.  En direkte tilbakemelding var positivt fordi de da raskt så hvor problemet lå og dermed kunne ”rydde opp i eventuelle vrangforestillinger”.  Det ble bedre kommunikasjon mellom studentene og foreleser fordi det ikke var skummelt å svare, og alle kunne svare på hvert spørsmål. Foreleser kunne dermed få et bedre innblikk i hva studentene hadde forstått og ikke forstått.  Ved å stille konseptuelle spørsmål med relativt kort svartid ble studentene øvet i å tenke som en fysiker og muligens forstå fysikken bedre. De ble også forberedt på denne type spørsmål som kom på avsluttende eksamen. Spørsmålene som ble brukt, var gode. De gikk på det å forstå fysikken, og det skulle stort sett ikke være nødvendig å regne for å finne svaret. Mange av spørsmålene var hentet fra andre kilder som besto av godt utprøvde spørsmål slik at de hadde gode distraktorer som fanget opp så mange misoppfatninger som mulig. Jeg har ikke hatt tilstrekkelig data til å se hvor mye studentene lærte av å bruke PRS i undervisningen, men i spørreskjemaundersøkelsen svarte over 50% at de hadde lært mer. Bare to studenter svarte nei på dette spørsmålet. Ved å sammenligne klikkerbruk og karakter, ser jeg at de som får best karakter svarer på flest spørsmål, og de svarer mest riktig. Ut fra funnene vil jeg legge til at PRS er en veldig god mulighet for å innføre diskusjon i undervisningen. På bakgrunn av hvor varmt faglitteraturen anbefaler diskusjon i undervisningen, blir det å utnytte denne muligheten en sterk anbefaling. Det som sies er at studentene vil få en bedre oversikt over hva de har forstått, og de vil få en bedre mulighet til å bygge seg opp en forståelse av det de ikke hadde forstått. Det er viktig at foreleser gjør det helt klart hva som er hensikten med å ta i bruk et system som PRS for at studentene skal få mest mulig utbytte av det. Mange av studentene har ikke, eller tar seg ikke, tid til å arbeide så mye med fysikken som de burde for å henge med hele semesteret, men ønsket om å lære ser ut til å være tilstede. Ved å fortelle dem om hensiktsmessige læringsstrategier og om læringsutbyttet av for eksempel å forberede seg til forelesningene, kan man forhåpentligvis oppnå mer læring. Studentene er veldig fornøyde med PRS og anbefaler det videre i dette kurset og til andre kurs. I intervjuene uttrykte de at de spesielt så en stor fordel for emner der forståelse var viktig, men de var usikre på om det ville fungere like bra i for eksempel matematiske kurs. Ved å bruke systemet på en litt annen måte vil det likevel være hensiktsmessig å bruke PRS i alle kurs der foreleser ønsker mer og bedre kommunikasjon med studentene.

This thesis considers the use of a Personal Response System (PRS) in the introductory course of mechanics at the University of Oslo. The lecturer asks multiple choice questions to the students which they answer by clicking a wireless remote control that they call a “clicker”. A statistical summary of the responses received is shown as a histogram on a screen immediately. This provides a greater opportunity for communication between the lecturer and the students, especially when there are a large number of students. If the lecturer prepares well, the students are able to experience instruction quite differently than from a traditional lecture. The purpose of changing the way of lecturing is to enable students to benefit more from lectures. In several inquiries, it has been shown that students learn little or nothing from a traditional lecture (Halloun and Hestenes 1985a; Mazur 1997). It is expressed that you have to participate actively to construct your own knowledge (Meltzer and Manivannan 2002; Carlone 2003). In this thesis I wish to see whether PRS can be a good tool for the novices and lecturers in the mechanics course and therefore begin with this research question: • How is PRS included in the students learning process, and can PRS contribute to a better understanding of what is being taught? In my approach to this question, I looked at three further sub questions. a) How does the lecturer use PRS? b) How do the students use PRS? c) What are the students’ assessments of the benefits of PRS? In this process I used four different research methods which produced a large amount of diverse data. I interviewed a few students on three occasions during the semester, handed out a questionnaire to each student in a lecture, attended some lectures to observe the use of PRS and collected all the data material from the “clickers”. From this I was able to make both quantitative and qualitative analyses. The main finding in this thesis is that PRS is a positive and useful element in the mechanics instruction. As a system, it can contribute to better learning and teaching but it is vital that students are motivated and engaged in the process. The lecturer also has to take the results seriously and progress at a reasonable pace. “It is better to learn a lot about something than nothing about all.” The students are positive to having PRS in the lectures and they experienced numerous advantages:  PRS contributed to more activity among students at the lectures.  Pauses in the instruction and embodiment of the lecture, made it easier to follow.  The students thought that answering a question challenged their understanding.  A direct response was positive because the students where able to immediately find out what the problem was, thereby disregarding any possible misconceptions.  Communication between the students and the lecturer improved noticeably as everybody could answer each question without finding it daunting. The lecturer was thus better able to identify what the students had not understood.  By asking conceptual questions with relatively short time limits, the students were trained to think like a physicist and possibly also understand the physics better. They were also better prepared to answer similar questions at the final exam. The questions used were good. They were conceptual questions that did not require calculation. The lecturer obtained many of the well tested questions from well known sources because they included distractors with ordinary misconceptions which could then be discussed further. My data is not sufficient in establishing how much is learned by using PRS, but when asked in the questionnaire provided whether they felt they had learned more, 50% of the students answered yes. Only two students answered no to this question. By comparing the clicker data with grades obtained, I discovered that those achieved the best results had answered most of the questions of which most were correct. Considering these findings, I wish to add that PRS is a very good opportunity to include discussion in instruction. I strongly concur with numerous recommendations from the literature consulted, to include discussion in instruction. The students will then obtain a better perspective of what they have understood, and have a greater opportunity to construct an understanding on what was not understood. It is important that the lecturer make the purpose of PRS as a system totally clear to the students in order to achieve maximum benefit. Many of the students do not have sufficient time, or do not use as much time as they should to follow the class the whole semester, but the wish to learn is evident. By making them aware of fruitful learning strategies and of the benefits of preparing for the lectures, we can hopefully achieve more learning. The students are very pleased with PRS and recommend it for further use in this course, and for other courses as well. In the interviews they expressed that they saw a large advantage in subjects where conceptual questions would be fruitful, but they did not see the same advantage in, for example, mathematical courses. By using the system in a different way, it would still be fruitful to use PRS if the lecturer wishes to improve and increase communication with the students.