KLICKARE OCH KAMRATLÄRANDE I KURSEN STRUKTURMEKANIK HT 2013

Transkript

1 4:e Högskolepedagogiska utvecklingskonferensen i Karlstad 16 maj 2014 KLICKARE OCH KAMRATLÄRANDE I KURSEN STRUKTURMEKANIK HT 2013 T. Roth 1 1 Institutionen för ingenjörs- och kemivetenskaper, avd. för byggteknik Karlstads universitet, Karlstad Tel.: , Thomas.Roth@kau.se Abstract: Klickare, dvs. Classroom Response Systems (CRS) i kombination med den av Professor Eric Mazur utvecklade undervisningsmetoden Peer Instruction (PI) har under senare år snabbt avancerat och anammats som en mycket uppskattad, nydanande undervisningsteknologi. Ett problem med den traditionella föreläsningsmetodiken inom naturvetenskapliga ämnen ligger i presentationen av lärostoffet. Vanligtvis tas det direkt från läroböcker eller föreläsningsanteckningar och levereras i form av en monolog inför en passiv åhörarskara. Detta försvårar att nå fram till studenterna och gör det mindre intressant för dem att närvara vid föreläsningarna. låter däremot studenterna utveckla en bättre koncept- och helhetsförståelse för det presenterade innehållet. Höstterminen 2013 tillämpade jag strategin för första gången i kursen strukturmekanik och rapporterar här några resultat. Nyckelord: Kamratlärande, gruppdiskussion, peer instruction, classroom response system INTRODUKTION Målet med mitt konferensbidrag är att beskriva undervisningsmetoden 1 i teori och dess praktiska tillämpning inom ramen för min kurs strukturmekanik höstterminen Denna pedagogiska modell utvecklades år 1991 av en arbetsgrupp kring professor Eric Mazur på Harvard University för grundnivåkurser i fysik. Mazur ville förbättra den traditionella föreläsningsmetodiken, eftersom denna inte möjliggör för studenterna att reflektera kursinnehållet och att använda personliga erfarenheter vid problemlösningen. De är uteslutande passiva deltagare och lyssnare. aktiverar däremot studenterna under lektionstiden. Fokus ligger framför allt på att främja studenternas grundläggande förståelse av begrepp och koncept som ingår i kursmålen. Metoden enligt Mazur förutsätter att studenterna är väl pålästa inför föreläsningarna och rekommenderar olika metoder för att kontrollera detta. Genom att läraren kontinuerligt ställer frågor med flervalsalternativ, s.k. konceptfrågor, som är kopplade till de olika föreläsningsavsnitten till klassen resp. genom gruppdiskussioner i grupper om två personer sker en effektiv aktivering av studenterna i undervisningssammanhang. Då aktivt lärande är mer långvarigt än passivt lyssnande, främjas således djupinlärningen avsevärt (Mazur, 1997a). används allt oftare i naturvetenskapliga ämnen på svenska lärosäten som t.ex. KTH, Chalmers, Göteborgs universitet, Stockholms universitet, Karlstads universitet m.m. Detta bidrag är även tänkt att hjälpa fram till reflektioner i fråga om huruvida traditionell undervisning eller undervisning enligt har mest positiva effekter på lärarens undervisning och studenternas inlärningsförmåga i relation till kursmålen och examination. EN NY FÖRELÄSNINGSMETODIK Beskrivning av metoden När man använder metoden krävs flera mindre steg. Inför varje lektionstillfälle bestäms en obligatorisk hemläxa i form av en läsuppgift. I början av varje lektion testas studenternas kunskaper om läsuppgiften med hjälp av en CRS-flervalsfråga (ca minuter). Läraren bestämmer antal frågor och svarsalternativ samt även hur många rätta svar en fråga har (1 eller > 1) vid förberedelsen av föreläsningen. 1 classroom response system + peer instruction

2 Den resterande undervisningstiden delas in i avsnitt på 10 till 25 minuter var. Varje sådant avsnitt fokuserar på ett huvudkoncept i den aktuella föreläsningens innehåll. Läraren börjar med att presentera en kort sammanfattning av innehållet eller - alternativt - med ett experiment som synliggör det bakomliggande konceptet. Syftet är att förklara och förtydliga lärostoffet. Sedan ställs en konceptuell fråga (multiple choice-fråga) till studenterna för att kontrollera förståelsen för det presenterade innehållet. Beroende på svarsresultaten fortsätter läraren lektionen på olika sätt: Om mindre än 30 % av studenterna väljer rätt svar, ger läraren en mer ingående förklaring av innehållet och frågan ställs igen. Finns mellan 30 % och 75 % 2 rätt svar, får studenterna diskutera i grupper om två vad som kan vara rätt svar och varför. Därpå följer en omröstning med samma konceptfråga och svarsresultaten analyseras återigen. Om över 75 % av deltagarna har rätt, förklarar läraren det rätta svaret, ger fördjupande kommentarer och visar utvärderingsdiagrammet. Nu fortsätter man lektionen med en ny fråga eller ett nytt tema. Mazur använde i början röstning med olikfärgade lappar resp. per handuppräckning. (Mazur, 1997a) Idag finns mera avancerade elektroniska verktyg, s.k. mentometrar, inkl. mjukvara som kan användas på ett enkelt och effektivt sätt. Dessa möjliggör även att snabbt kunna visa resultatdiagram i undervisningen. VILKA PEDAGOGISKA MÅL FINNS? -metoden gör studenterna mer uppmärksamma, aktivare och delaktiga i lektionen. Därutöver gynnar tydliga uppgifter i kursens schema studenternas förberedelse inför undervisningen. Förståelsen för kursinnehållet lyfts. Detta medför även att djupinlärning underlättas, så att en helhetsförståelse för komplexa sammanhang byggs upp och kunskapen memoreras mer varaktigt. Istället för att lära sig utantill skall studenterna alltså få en genuin förståelse för lärostoffet. Flervalsfrågorna hjälper upprätthålla samma bra koncentrationsnivå under hela undervisningstiden. Elektroniska verktyg 3 för ger läraren en omedelbar indikation på kursdeltagarnas kunskapsnivåer och förståelse i form av ett resultatdiagram, samt ger effektiv och snabb återkoppling på studenternas kognitiva prestation och inlärning. Peer instruction, dvs. gruppdiskussioner i par, leder till att studenterna blir säkra på att använda koncepten de lärt sig och har lättare att hitta rätt svar. (Mazur, 1997b) KURSEN STRUKTURMEKANIK Kursen strukturmekanik är en valbar kurs inom ingenjörsutbildningen på Karlstads universitet. Den är främst inriktad mot praktiskt kunskapsbygge för blivande beräkningsingenjörer och byggkonstruktörer 2 För dessa procenttal finns olika rekommendationer i litteraturen. Generellt kan sägas att nedre gränsen bör ligga mellan %, övre mellan %. 3 dvs. mjukvaror såsom Interwrite Response, Interwrite Workspace, m.m. och kan ingå i byggingenjörsprogrammets tredje år. Kursdeltagarna behöver uppfylla förkunskapskraven i matematik, byggnadsmekanik och hållfasthetslära. Kursens syfte är att studenterna skall tillägna sig avancerande kunskaper i byggnadsmekanik och hållfasthetslära samt får grundläggande förståelse för systematiserad analys av mer generella strukturmekaniska problem i samband med databeräkning resp. datastöd. Antalet kursdeltagare har tidigare varit mellan 5 och 12 personer. Höstterminen 2013 anmälde sig 11 studenter för kursen. HUR FÖRBEREDER MAN UNDERVISNINGEN? Urval och sammanställning av kursmaterial Som första steg valde jag ut lämplig kurslitteratur för kursens 5 delar, dvs. Tema 1 - Förskjutningsmetoden, Tema 2 - Energimetoder, Tema 3 - Ramknäckning - strukturinstabilitet, Tema 4 - Flytledsteori och gränslastteori, Tema 5 - FEM-analys. Därtill använde jag som vanligt It s Learning-plattformen för att tillgängliggöra kompletterande material såsom övnings- och inlämningsuppgifter, information om kursmål samt kompletterande material för kurslitteraturen för varje tema. Frågeformulering och indelning av föreläsningen i mindre tidsavsnitt Tidsramen för varje föreläsningstillfälle är sammanlagt 3-4 timmar. I samband med planeringen av föreläsningarna har jag delat in dessa i mindre, lämpliga tidsavsnitt på minuter beroende på den enskilda föreläsningens innehåll. För varje avsnitt formulerade jag passande flervalsfrågor med maximalt 4 svarsalternativ varav ett korrekt svar. Enligt samma schema skapade jag flervalsfrågor för att kontrollera den obligatoriska hemläsningen. Det är av yttersta vikt att flervalsfrågorna och de tillhörande svaren är väl genomtänkta. De kan t.ex. bygga på vanliga missuppfattningar, så att rätt svar inte är alltför lätt att lista ut. Frågorna och svarsalternativen skall alltid hålla lagom svårighetsgrad för att kunna ge stimulans i lärande- och reflektionsprocessen. (Benedikt et al., 2013) Planera betygssättningen I facklitteraturen rekommenderas att motivera deltagarna för genom att ge en morot i form av bonuspoäng (Duncan, 2005). Man bör emellertid observera att förutsättningen för automatisk poängtilldelning är att mentometrarna är registrerade via CRS-mjukvaran som används för undervisningen. I kursen strukturmekanik använde jag följande betygsättningsmodell för -delen: deltagande i flervalstesten gav 1 poäng, rätt svar gav ytterligare 2 poäng. Godkänd med betyg 3 uppnåddes då en kursdeltagare fick mer än 50 % av samtliga poäng (godkänd med betyg 4 för >= 65 %; godkänd med betyg 5 för >= 90 %). Ifall av underkänd för -delen måste studenten lämna in en extra hemuppgift för att klara kursen.

3 Den resterande kursexaminationen bestod av flera obligatoriska delar (inlämningsuppgifter, deltentamina, dataövningar med COMSOL 4 ). DET PRAKTISKA GENOMFÖRANDET I KURSEN STRUKTURMEKANIK CRS - Att använda programmet Interwrite Response Interwrite Response är en modern mjukvara för utvärdering och bedömning av elever och studenter i det digitala klassrummet. Programmet kan användas separat eller i kombination med programmet Interwrite Workspace samt andra digitala verktyg, dvs. Interwrite Board och Interwrite Pad. Interwrite Response är ett kraftfullt dock enkelt program. Det kan lätt konfigureras med ett fåtal musklick för att skapa flervalsfrågor, nya klasser och sessioner samt samla in deltagarsvar och hantera kursens studentuppgifter. Dessa samlas i en lista av s.k. matriklar som läraren kan skapa själv, men som även går att importera resp. exportera och kan återanvändas för olika kurser. Datainsamlingen av kursdeltagarnas svar från mentometrarna sker automatiskt, programmet hanterar poängberäkningen och lagrar den i en betygsbok. Interwrite Response säkerställer omedelbar närvarokontroll samt möjliggör att skapa diagram över elevernas svar i realtid. Innan man sätter igång med programmet första gången är det en bra idé att konsultera handboken. Förklara -metoden för studenterna vid kursintroduktionen I samband med kursintroduktionen förklarade jag för studenterna att och på vilket sätt en ny pedagogisk metod, dvs., skulle användas för kursen samt tydliggjorde syftet att öka lärandet. Jag visade även ett detaljerat flödesschema för modellens användning på föreläsningarna. Utöver detta upplyste jag om betygssättningsmodellen för -delen i relation till kursresultat och examination, och förklarade hanteringen av klickarna 5. Bland kursdeltagarna hade bara en student tidigare erfarenheter från resp. datainsamling via mentometrar. Genomförande av föreläsningarna i strukturmekanik Kursen strukturmekanik ht 2013 anordnades under 1 läsperiod med sammanlagt 13 föreläsningar á 3 resp. 4 h. Varje föreläsning började med ett 5-minuters CRS-prov som testade den obligatoriska läsuppgiften. Det visade sig snabbt att några studenter hade hoppat över hemläxan och kommit till föreläsningen utan att förbereda sig. Denna problematik föranledde att jag återigen förklarade vikten av hemläsningen före själva föreläsningen inte bara för betygssättningens utan även för djupinlärningens skull. Resultatet blev att studenterna började sköta hemläxan bättre. Nedanstående tabell visar tidfördelningen för föreläsningarna med renodlad föreläsnings- och CRS- resp. -del. Tabell 1. spass med (3 resp. 4 h). Test av läsuppgiften 30 min. CRS 5 min. Merparten av föreläsningsavsnitten planerade jag så att de innehöll en flervalsfråga som skulle testa den grundläggande förståelsen för de nyintroducerade koncepten. En essentiell fördel för mig som lärare är således att jag alltid får omedelbar återkoppling från klassen på om de har förstått eller ej, så att eventuella missförstånd och missuppfattningar kan rättas omedelbart. För en förutbestämd intervall av korrekta svar (30-75 % av hela svarsfrekvensen), genomförde jag kamratdiskussion (eng. peer instruction) i klassen enligt mottot Nothing clarifies ideas better than explaining them to others. (Mazur, 1997a, s. 14). Några hänvisningar på möjliga perspektivbyten resp. förtydliganden av flervalsfrågan hjälpte att starta upp kamratlärandeprocessen. Efter att studenterna hade engagerat sig i diskussionen och jämfört de olika svarsalternativen, upprepade jag CRS-testet för frågan. Med hjälp av Interwrite Response skapade och visade jag sedan svarsdiagrammet. Här nedan följer ett exempel på en sådan flervalsfråga inkl. resultatöversikt. Svarsfördelningen visar att fler studenter valde rätt svar efter kamratdiskussionen. Vid beräkningen av statiskt obestämda konstruktioner uppstår övertaliga storheter. Vilka villkor resp. materialegenskaper och geometri måste gälla för att man skall kunna beräkna de övertaliga storheterna? A) Jämviktsekvationer B) Deformationsegenskaper C) Geometri D) Elasticitetsmodul 4 beräknings- och visualiseringsprogram för matematiska och fysikaliska problem 5 dvs. mentometrarna

4 Tabell 2. Svarsresultat för en flervalsfråga (100 % motsvarar hela klassen). Före diskussion Efter diskussion A B (rätt) C D ogiltigt 9 % 64 % 9 % 9 % 9 % 0 % 91 % 0 % 9 % 0 % EN JÄMFÖRELSE MED DEN TRADITIONELLA METODEN Den traditionella föreläsningsmetodiken inom naturvetenskapliga ämnen brukar vanligtvis levereras i form av en monolog inför en passiv åhörarskara. Denna form av katederundervisning går ut på att läraren förklarar innehåll från läroböcker för studenterna. De sistnämnda i sin tur sysselsätts med att anteckna och kopiera studiematerialet. Kursinnehållet reflekteras inte och det byggs inte heller upp en förståelse för koncept och sammanhang som är en nödvändig förutsättning för att kunna lösa problemställningar i andra kontext än de som anges i läroböckernas exempel. (Masur, 1997b) Denna problematik upplevde även jag när jag undervisade som vanligt, dvs. efter den konventionella metoden. Det var tidigast i samband med examination att jag som lärare fick verklig feedback på om studenterna hade förstått kursinnehållet resp. hade genomförd de nödvändiga och obligatoriska självstudierna. CRS-flervalstesten däremot, gjorde det möjligt att omedelbart kontrollera klassens kunskapsnivå, vilket kan vara till stor hjälp inte bara för läraren utan även för den enskilda kursdeltagaren. Studenterna var aktiva och engagerade i lektionerna, och ansträngde sig att reflektera kursinnehållet på en helhetsnivå. PI, dvs. kamratlärande genom kamratdiskussion, främjar samarbetsförmågan studenterna emellan. De konfronteras direkt med de egna eventuella bristerna i förståelsen eller andra missförstånd rörande studiematerialet och får således snabb återkoppling och tillfälle att rätta till missuppfattningarna redan i ett tidigt skede av lärandeprocessen. Närvaroprocenttalen för kursen var högre än i tidigare kurser med traditionell undervisning, vilket visar att ger ytterligare incitament för kursdeltagarna att ta del av föreläsningarna. RESULTAT OCH SLUTSATSER Utvärdering och beskrivning av resultaten Höstterminen 2013 var första gången då jag undervisade med metoden, dvs. klickare och kamratlärande/kamratdiskussioner, i kursen strukturmekanik. Kursens genomströmning var 100 % och därmed 17 % högre än när jag använde mig av den traditionella undervisningsmetodiken i samma kurs höstterminen Marcus Berg berättar om liknande erfarenheter med -metoden: När man [hade] infört PI minskade antalet registrerade studenter som inte gjorde sluttentamen till ungefär en tredjedel, från 11 % till 3 %. (Berg, 2012b, s. 3) I litteraturen anges ofta att det bland studenterna brukar finnas skeptiker mot som läraren är tvungen att vinna för metoden först (Bertilsson, 2013; Ahlfort, 2013). En dylik problematik har jag inte upplevt i samband med kursen strukturmekanik. Kursdeltagarna var mycket positiva inför denna pedagogiska modell redan från början. Här nedan följer några av studenternas kommentarer (kursvärdering, BYGC15, ht 2013): Det har varit väldigt roligt att läsa teori och svara på frågor med en sådan metod. Har varit ett bra verktyg till att få mer uppmärksamma studenter under föreläsningarna. Även ett roligt verktyg som höjer föreläsningarna. PI borde användas mest inom teorikurserna såsom hållbart byggande och energi- och miljöteknik. Ger en mer intressant föreläsning där studenterna behöver vara delaktiga för att kunna svara och förstå. Studenternas attityd var entusiastisk och engagerad. De uttryckte t.o.m. önskemål om att få fler konceptfrågor under föreläsningarna. Överlag var kursdeltagarna aktivare och mer uppmärksamma, lärde sig mer samt fick en djupare helhetsförståelse för koncepten och lärandemålen. Sammanfattande reflektioner och facit Min kontakt med den pedagogiska modellen i teori och praktik har övertygat mig om att denna metodik kan vara en mycket framgångsrik modell som förtjänar att användas kontinuerligt. Resultatrikt, inte minst i hänseende till studenternas motivation och stöd för ökat lärande samt bättre förståelse för komplexa sammanhang. Ursprungligen har metoden utvecklats och använts för större klasser med mer än 200 studenter för utbildningar på grundnivå. Den lämpar sig dock även för mindre grupper fr.o.m. 5 deltagare. Ett bra antal är tydligen 30 studenter (Berg, 2012b). Den mertid som i början krävs av läraren för att förbereda undervisningen torde jämnas ut genom högre procenttilldelning för kursen i samband med lärarnas tjänsteplanering. Det är dessutom viktigt att läraren har tillgång till en välfungerande teknisk infrastruktur inkl. CRS-verktyg. Trots att jag hittills enbart har haft möjlighet att jobba med under en läsperiod, anser jag redan nu att det verkligen lönar sig att börja använda denna metodik, speciellt då den tillför mycket stor utvecklingspotential för Karlstads universitets utbildningar.

5 REFERENSER Ahlfort, K. (2013), Porträttet: Hellre diskussioner än föreläsningar, KTH & Co Magasinet för KTHs alumner & vänner, Nr 3/2013, s Benedikt, A.-V., Brunnhuber, M., Franzen, O., Herdegen, S. (2013), Peer Instruction in der Anwendung, MINTTENDRIM Lehre erleben, Tagungsband zum 1. HDMINT Symposium 2013, s , content/uploads/2013/12/ _HDMINT_2013_Tagungsband_inkl.ISSN_.pdf (hämtat: ) Berg, M. (2012a), Peer Instruction på Karlstads Universitet, (hämtat: ) Berg, M. (2012b), Klickare och studenter som undervisar varandra, age/2012/10/berg_m_undervisar_varandra_pdf_ pdf (hämtat: ) Bertilsson, J. (2013), Pedagogik i utbildningen - pedagogiska modeller, Chalmers, ds/pedagogik%20i%20utbildningen%20- %20pedagogiska%20modeller.pdf (hämtat: ) Crouch, C. H. & Mazur, E. (2001), Peer instruction: Ten years of experience and results, American Journal of Physics 69, s , Mazur.pdf (hämtat: ) Duncan, D. (2005), Clickers in the classroom. How to enhance science teaching using classroom response systems, San Francisco: Pearson Education. Mazur, E. (1997a), Peer-Instruction: A User s Manual, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey. Mazur, E. (1997b), Peer Instruction: Getting students to think in class, g/cireadings/02a/peer%20instruction/mazur_1997% 20Peer%20Instruction.pdf (hämtat: )