מעלים את הרף בחינוך מדעי של סטודנטים שנה א': הרצאות סטודנטים, מאמרים מדעיים וניסויים עצמאיים

. "Collins, Eva-Maria S. .  Calhoun, Tessa R. Raising the Bar in Freshman Science Education: Student Lectures, Scientific Papers, and Independent Experiments." Journal of College Science Teaching. Mar/Apr2014, Vol. 43 Issue 4, p26-35.

 המאמר סוכם מאנגלית ע"י ד"ר גילה אולשר ממכון מופ"ת

מאמר זה מציג צרוף של שלוש גישות חינוכיות לתרגול מוגבר של מדעני העתיד. שיטות אלה מצרפות מיומנויות שבדרך כלל אינן מוכנסות בשנת הלימודים האקדמית הראשונה. השיטות הן, פתיחת הנושא בהובלת הסטודנטים באמצעות שאלות על גבי הלוח Student-led Blackboard Introduction(SBI), כתיבת מאמר מדעי, תכנון, ביצוע והצגת מודולה מעבדתית עצמאית.

השיטות נבחנו בקורס מעבדת מדעים רב תחומית באוניברסיטת פרינסטון במשך שנתיים וגישת החוקרים הוערכה כמותית ואיכותית על ידי הסטודנטים. תלמידי שנה א', במוסד אקדמי, מתוארים כצעירים לא מנוסים, הניתנים להשפעה ולעיצוב דמותם, וזה בדיוק ההיבט הרענן שעושה את חינוכם בשלב כה מוקדם בלימודיהם האקדמיים, כל כך חשוב, במיוחד כשמדובר בקורסים מתקדמים המתוכננים לאמן את מדעני העתיד. הוראת המדעים בלימודים לתואר ראשון, צריכה להביא למוטיבציה מוגברת ללימוד תפיסות מורכבות ובמקביל, לחשיבה ביקורתית ולמוח יצירתי. מפני שהגבולות המסורתיים בין מחלקות המדעים התחילו להטשטש, דור העתיד של המדענים יצטרך חינוך רב- תחומי מקיף וחדשנות במחקר שלהם, כדי להצליח.

תכנית הלימוד של מדע משולב,( Integrated Science curriculum (ISC) שפותחה באוניברסיטת פרינסטון, היא אחת התכניות הבאה להתמודד עם צרכים אלה, המשלבת בתוכה מתימטיקה, פיסיקה וכימיה וחשיבה כמותית עם יישומים ביולוגיים. זה קורס כפול בכל סמסטר והוא מורכב במקביל, מפרק הרצאות ומפרק מעבדות. בפרק המעבדות, הסטודנטים לומדים לבצע ניסויים ולנתח את התוצאות באמצעות תוכנת MATLAB ולקשר את התוצאות שקבלו, בדוחות כתובים. התוצאות והניתוח הרב תחומי הממוחשב, הופך את פרק המעבדות לבעל חשיבות ייחודית ב -ISC . תכנית זאת נוצרה במאמץ משותף של המחלקות לכימיה, ביולוגיה, פיסיקה ומדעי המחשב והיא נלמדת במקביל ללימודים לתואר ראשון. התכנית פתוחה בפני כל הסטודנטים ואין מגבלות קבלה ורישום. קורס ISC הוא דינמי מאד, הסדר והתכן של מודולות המעבדה שבו, משתנה בתדירות גבוהה ומתואם לתכן ההרצאות במידת האפשר. נמצא כי חקר והוראת פעילויות מעבדה נתמחות על ידי לימוד עמיתים, מביא רווח גם לסטודנטים וגם למנחים שלהם.

שלוש הגישות החינוכיות המוצגות במאמר זה, הינן, מבוא והקדמה מודרכת של הסטודנטים באמצעות שאלות חוקרות על גבי הלוח. בשימוש בלוח, ניתן להכין תצוגה ויזואלית של ההרצאה ו/או

עיקרי הדברים:

מאמרים מדעיים מחליפים דוחות מעבדה סטנדרטיים

דוחות מעבדה סטנדרטיים, למרות היותם כלי תרגול רב ערך על מנת לבקר את הניסוי מבחינה לוגית, מספקים התפתחות מוגבלת של מיומנויות תקשורת מדעית. החשיבות של החלפת דוחות המעבדה בחומר כתוב אשר דומה יותר למאמרים מדעיים נבחנה לאחרונה. בתחילת המחקר, נדרשו המנחים למעורבות רבה והעברת חומר רלוונטי לסטודנטים. המצב השתפר עם הזמן והסטודנטים עבדו יותר באופן עצמאי. למרות המעורבות הרבה יותר של המנחים לעומת העבודה עם דוחות מעבדה תקניים, מחברי המאמר ממליצים על השקעה בכתיבת המאמרים כי זאת השקעה הכרחית במדעני העתיד.

מודולת מעבדה עצמאית

שלב חשוב בהתבגרות ובהתפתחות של מדען, הוא לא רק לייצר ממצאים מדעיים, אלא גם לזהות את השאלות המדעיות העצמיות שלו ולתכנן ניסויים או מכשור כדי לענות עליהן. עליו לחשוב על מגוון פעילויות ואמצעים הדרושים לביצוע מוצלח של הניסוי. הפתרון יכול להיות פחות חשוב מאשר הדרך להגיע אליו. החשיבות של חשיבה יצירתית ועצמאית בקריירה של מדען איננה יכולה יכולה להיות מודגשת במידה מספקת במסגרת זאת ולכן כותבי המאמר חושבים כי הטמעה של פעילויות מעבדה בלתי תלויות ברמת הלימודים והידע של הסטודנטים בשנה ראשונה, ללימודיהם, הוא השינוי המשמעותי ביותר שעשו החוקרים בתכנית ISC.

בסיום של כל שנה אקדמית, הסטודנטים הלומדים בתכנית ISC התבקשו למלא טופס הערכה כדי לאפשר לחוקרים להעריך באופן כמותי ואיכותי את שיטות ההוראה. למרות שהסטודנטים היו חופשיים לבחור את תוכנת עיבוד הנתונים כרצונם, רובם העדיפו להשתמש בתוכנת MATLAB.

השוואה בין העדפת סטודנטים את שיטת ההובלה באמצעות הלוח לעומת הצגת מנחה באמצעות הלוח, קרי, הרצאה רגילה, 43% העדיפו את השיטה העצמאית ו-57% את הרצאת המנחה.

בהשוואת תכנית המעבדה העצמאית לעומת מודולי מעבדה אחרים, למרות שהמודול העצמאי דורש יותר פעילות, 21% דרגו את הפעילות העצמאית כמועדפת על ידם במשך כל השנה וכאן המקום לציין שאף מודול אחר לא דורג כה גבוה. הפרוייקט העצמאי גרם לחלק מהסטודנטים שנה א' להשתתף בפעילויות מעבדה במשך הקיץ.

לסיכום ניתן לומר שבמחקר זה החוקרים הציגו והעריכו צרוף של שלוש דרכים לאתגר סטודנטים שנה א' להשתתף בקורס מעבדה, שהן: SBI , כתיבת מאמר מדעי ותכנון וביצוע של ניסוי עצמאי. מרצים יהססו להכניס שינויים אלה מאחר והם דורשים יותר זמן ומאמץ. במחויבות נוספת זאת יש רווח ישיר. נמצא כי למרות שהסטודנטים צעירים וחסרי נסיון הם נענו לאתגרים שהוצבו בפניהם וחלק מהם השתתפו בפעילויות מעבדה בשנת הלימודים הראשונה וגם לאחר מכן תוך שימוש במיומנויות שנלמדו בקורס זה.