Med den nya tyngden på hands-on, aktivt lärande under högre utbildning, labbkurser verkar ha en fördel - vad kan vara mer aktivt än att göra experiment? Men överraskande ny forskning avslöjar att traditionella laboratorier inte ligger långt ifrån sina pedagogiska mål.

I ett papper publicerat 2 januari Fysik idag , "Introductory Physics Labs:We Can Do Better, "Natasha Holmes, Cornell biträdande professor i fysik, och nobelpristagaren Carl Wieman från Stanford University rapporterar om sin analys av nio inledande fysiklaboratoriekurser vid tre institutioner, undervisas av sju instruktörer och involverar nästan 3, 000 studenter. Laboratorierna var alla utformade för att stödja studentens inlärning av det tillhörande föreläsningskursinnehållet. Eftersom laboratoriesektionerna var valfria, forskarna kunde jämföra resultat med en kontrollgrupp av studenter som inte gick laboratoriekurserna.

Resultaten var så konsekventa, och så avskyvärt, att forskarna kallar det "chockerande". De skriver att "med hög precision, det fanns ingen statistiskt mätbar labfördel. ... Ingen av medeleffekterna var statistiskt större än 2 procent; de var alla oskiljbara från noll. "

Även när forskarna begränsade sin analys till examinationsfrågor som inte krävde kvantitativa beräkningar, men bara begreppsmässiga resonemang som borde ha förbättrats i en laboratoriekurs, de fick samma resultat för labben:noll.

Lab -kurser ska göra det möjligt för eleverna att se hur fysikprinciper fungerar i verkliga livet; genomföra experiment bör hjälpa dem att förstå fysiken bättre och förstärka klassrumsundervisningen. Varför händer detta inte?

"Även om man kanske tror att laboratorier är naturligt aktiva, vår forskning visar att i traditionella labb kan studenter vara aktiva med sina händer men de är inte riktigt aktiva med sina hjärnor, "säger Holmes." Att följa rutinprocedurer för att få ett föreskrivet resultat i slutet gör inte mycket. "

I omfattande intervjuer med studenter, Holmes och Wieman skriver att de hittade, "det enda tänkande som eleverna sa att de gjorde i strukturerade och innehållsfokuserade labb ... var att analysera data och kontrollera om det var möjligt att slutföra labbet i tid."

I en typisk labaktivitet, "relevanta ekvationer och principer anges i ingressen; eleverna får veta vilket värde de ska få för en viss mätning eller får ekvationen för att förutsäga det värdet; de får veta vilken data de ska samla in och hur de ska samlas in; och ofta får de får även veta vilka knappar som ska tryckas på utrustningen för att producera önskad utgång, "skriver forskarna.

Studenter i traditionella labb, därför, behöver inte tänka på fysikinnehåll utan bara hur man korrekt följer instruktionerna. Men, skriv Holmes och Wieman, "att övervinna hinder och lära av misslyckanden är avgörande färdigheter för varje experimentell forskare ... Det är också viktigt att ha tid både att reflektera över dessa beslut och deras resultat och att fixa och förbättra experimenten iterativt."

Den innovativa labdesignen som Holmes och Wieman erbjuder som ett alternativ i sitt papper - strukturerade kvantitativa undersökningslaboratorier (SQILabs) - betonar iterativa experiment, beslutsfattande och utveckling av kvantitativa färdigheter för kritiskt tänkande. Medan SQILab -aktiviteter ger eleverna ett begränsat och realistiskt mål, studenterna bestämmer hur de ska genomföra experimentet och tolka data. De har möjlighet att felsöka, revidera och testa modeller, och prova nya saker.

Forskarna fann att SQILab -aktiviteter är roligare för studenter och minskar deras känsla av frustration när saker inte går som planerat. Eleverna var också mindre benägna att manipulera data för ett önskat resultat.

"I stället för att ses av eleverna som meningslösa och frustrerande ringar som måste hoppas igenom, inledande fysiklaboratorier kan istället erbjuda givande intellektuella upplevelser, "avslutar Holmes och Wieman.