Studenter med olika bakgrunder i USA går in på college med lika stort intresse för STEM-områden - vetenskap, teknologi, teknik och matematik. Men det lika intresset leder inte till lika resultat. Sex år efter att ha påbörjat en STEM-examen, ungefär dubbelt så många vita studenter avslutade det jämfört med afroamerikanska studenter.

En ny studie av forskare vid University of Washington visar att undervisningstekniker i STEM-kurser på grundnivå avsevärt kan minska klyftorna i kursprestationer mellan studenter som är överrepresenterade och underrepresenterade i STEM. I en tidning som publicerades veckan den 9 mars i Förfaranden från National Academy of Sciences , teamet rapporterar att byte från passiva tekniker, såsom traditionella föreläsningar, att förfrågningsbaserade "aktiva lärande"-metoder har en oproportionerlig fördel för underrepresenterade studenter, en term som omfattar låginkomststudenter och Latinx, Afroamerikan, Indian, och infödda Hawaiian och Pacific Islander-studenter.

Forskarna använde en metaanalysmetod, som kombinerade data på studentnivå från dussintals individuella studier, för att undersöka hur elevernas prestationer förändrades när instruktörer införlivade mer aktiva inlärningsmetoder i STEM-kurser på grundnivå. De fann att prestationsgapet mellan överrepresenterade och underrepresenterade studenter minskade på provresultaten med 33 % och betyget för godkända kurser med 45 %. För "högintensiva" kurser för aktivt lärande, där eleverna tillbringade minst två tredjedelar av den totala klasstiden engagerade i aktivt lärande, gapet för provresultaten minskade med 42 % och 76 %, respektive, för godkända priser.

"Vår studie visar att ett brett genomförande av aktivt lärande i STEM-kurser på grundnivå kan ha en dramatisk effekt på att minska prestationsklyftor, vilket resulterar i mer positiva resultat för studenter som är underrepresenterade inom STEM-områden, " sa huvud- och medkorrespondent författare Elli Theobald, en forskarassistent och instruktör vid UW Department of Biology.

Forskning har visat att prestationsklyftorna i STEM-utbildningar delvis uppstår på grund av att studenter från underrepresenterade bakgrunder tenderar att få lägre poäng på tentor och har lägre godkända andelar i STEM-kurser på grundnivå. Som ett resultat, fler underrepresenterade studenter byter huvudämne eller hoppar av högskolan. Sex år efter att ha påbörjat en STEM-examen, 43% av de vita studenterna och 52% av de asiatiska amerikanska studenterna har avslutat det. Men slutförandegraden sjunker till mellan 20 och 30 % för Latinx, Afroamerikanska och indianstudenter, enligt National Academy of Sciences. Skillnader i att tjäna STEM-grader finns också mellan studenter med hög- och låginkomstbakgrund, sa Theobald.

College STEM-kurser lärs till stor del ut med traditionella, passiva metoder som föreläsningar. I kontrast, aktiva inlärningstekniker, som inkluderar en mängd diskussionsbaserade och problemlösande undervisningsmetoder, har inte antagits allmänt.

"Du kan sammanfatta skillnaden mellan passiva och aktiva undervisningsmetoder i tre enkla ord:"Fråga, säg inte, ", sa medkorrespondent författare Scott Freeman, huvudlektor vid UW Institutionen för biologi. "Målet med aktivt lärande är att engagera eleverna och få dem att använda sina kognitiva färdigheter av högre ordning - istället för att bara memorera definitioner."

Aktiva lärandemetoder inkluderar gruppaktiviteter i klassen för att arbeta på djupet med specifika koncept, använda lektionstid för kamratinteraktion, problemlösningsuppgifter och slumpmässigt anropa elever.

I en tidning från 2014, ett UW-team ledd av Freeman använde en mer klassisk metaanalysmetod för att visa att aktiva inlärningsmetoder ökar genomsnittliga elevprestationer. För denna nya studie, de använde en annan metaanalysmetod som spårar individuella deltagare och bryter ner effekten av aktivt lärande mellan överrepresenterade och underrepresenterade elever. Forskarna var tvungna att sortera igenom mer än 1, 800 publicerade och opublicerade studier innan de hittade ett par dussin som både jämförde aktiva och passiva tekniker och även hade data om studentdemografi, enligt Freeman. Resultatdata för studentexamen som de använde kom från 15 studier – vilket representerar fler än 9, 000 studenter – medan uppgifterna om godkända betyg kom från 26 studier av mer än 44, 000 elever.

I genomsnitt, teamet såg att aktiva inlärningsmetoder minskade prestationsskillnaderna avsevärt i både provresultat och godkända frekvenser mellan överrepresenterade och underrepresenterade studentgrupper.

Framtida forskning behövs för att förstå varför aktivt lärande gynnar elever från underrepresenterade bakgrunder oproportionerligt mycket. Dessa inlärningstekniker skulle kunna skapa en mer välkomnande och inkluderande miljö, vilket kan vara särskilt viktigt för studenter som ofta känner sig som om de inte hör hemma i STEM, eller "känn dig utestängd, " sa Theobald. Aktivt lärande kan också hjälpa eleverna att förstå material bättre genom att ta dem igenom komplexa koncept steg för steg, med regelbundna incheckningstillfällen. Detta riktade, intensiv träning kan oproportionerligt hjälpa elever från utbildningsmässigt missgynnade bakgrunder, genom att se till att de förstår materialet och inte hamnar på efterkälken.

"Dessa är högljudda, aktiva rum, med massor av dynamiska interaktioner och möjligheter att diskutera och lära sig på en nivå du helt enkelt inte får med en traditionell föreläsning, sa Freeman.

Även om de såg de största klyftminskande effekterna i kurser som ägnade mer än två tredjedelar av lektionstiden till aktivt lärande, både Freeman och Theobald varnar instruktörer för att ta det långsamt med att införliva tillvägagångssättet.

"Om du har en föreläsningsbaserad kurs som du redan har undervisat bara några gånger, att ändra det kan ta mycket arbete, " sa Theobald. "Högskoleprofessorer och instruktörer har redan så många krav på sin tid - mentor för doktorander, ansöker om bidrag, forskar, skrivpapper, betyg, undervisning. Jag förstår att det är mycket att be dem att vända sina klasser så här. Så jag råder folk att börja smått och införliva aktiva inlärningstekniker över tid."

De allt tydligare fördelarna med aktivt lärande kan innebära att högskolor och universitet, såväl som professionella föreningar, skulle kunna ge incitament och hjälp till professorer och instruktörer som vill ta steget, lade Freeman till.

"Det är dags att belöna människor för att de får bra resultat i klassrummet, för nu ser vi att fördelarna är ännu större än vi trodde, sa Freeman.