För att förstå skillnaden mellan utbildningsforskning och genomik, överväg bara hur var och en kan definiera ordet "kodning".

Till Nebraskas Marilyne Stains, vars forskning om STEM-utbildning nyligen gav henne Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers, det innebär att klassificera klassrumsbeteendet hos instruktörer och elever.

Till Robert Erdmann, som tog sin doktorsexamen i växtgenetik innan han började på Stains labb, den beskriver hur organismer lagrar de biologiska bruksanvisningar som gör livet möjligt.

Men Stains tog med Erdmann ombord just för att hans akademiska bakgrund skilde sig från hennes egen, ger chansen att lägga till ett distinkt perspektiv och en röst till hennes labb. Den satsningen på det tvärvetenskapliga har gett resultat i form av Classroom as Genome, ett genetikinspirerat tillvägagångssätt som duon utvecklade för att bättre analysera och tolka data som samlats in från klassrummen.

De statistiska och visualiseringsverktyg som har påskyndat sökandet efter genetiska indikatorer på sjukdom eller kondition i organismer har potential att göra detsamma för STEM-utbildning, sa forskarna.

"Jag tror att den stora innovationen här är att (att) kunna utnyttja verktyg som redan är granskade och som finns inom helt andra områden och tillämpa dem på utbildningsdata, "Fläckar, en docent i kemi, sa. "De verktyg som vi använder här hjälper oss att identifiera mönster av instruktörers (och) elevers beteende som vi verkligen inte skulle kunna göra med bara traditionell statistik."

När man jämför anteckningar medan man brainstormar tillvägagångssättet, Stains och Erdmann identifierade några kritiska men lätt förbisedda likheter mellan genom och klassrum.

Duon insåg, till exempel, att båda har flera lager av information som kan gå vilse eller komprimeras när man bara tittar på helheten. Kollektivt, ett genom kan ses som hela katalogen av genetiska ritningar i en organism. Förstå genomet på en praktisk nivå, fastän, innebär att gräva ner i de djupare lagren:vad DNA och gener faktiskt är, hur instruktionerna som är inbäddade i gener transkriberas och översätts, varför den processen ibland misslyckas.

De flesta traditionella metoder för att analysera klassrumsdata liknar de förra mer än de senare, forskarna sa, saknad dynamik som ibland bäst fångar hur instruktörer undervisar och elever lär sig. Stains och Erdmann ville ha nyanserna. De ville ha ett tillvägagångssätt som kunde redogöra för både sekvensens inverkan - hur ett element kan orsaka eller påverka nästa - och samspelet mellan händelser som inträffar samtidigt eller överlappar varandra i tid. Och de ville urskilja meningsfulla mönster från enorma mängder data som samlats in från hundratals eller till och med tusentals klassrum.

Genetiker har ställts inför liknande men ännu större utmaningar när de studerat organismers genom, många av dem innehåller miljoner om inte miljarder nukleotidbaser – de fyra "bokstäverna" i DNA:s alfabet. Den teknikdrivna ökningen av bioinformatik under de senaste decennierna har gjort det möjligt för genetiker att tolka motsvarigheter till ord, sidor och kapitel i bruksanvisningarna som bildas av den koden – tillsammans med syntaxen, skiljetecken och andra regler som avgör hur det transkriberas.

I Erdmanns tankar, att häpnadsväckande framsteg också representerade orealiserad potential.

"Vad jag såg var en möjlighet att använda samma bioinformatikverktyg som jag använde för växtbiologi för ett slags unikt och kreativt syfte:att analysera data som faktiskt har många paralleller med biologiska data men som inte hade setts i det. sammanhang innan, sade Erdmann, nu vid University of Minnesota Rochester. "Jag tror att vi båda var väldigt nöjda med hur sömlöst det slutade med att använda dessa och de resultat vi kunde få när vi testade verktygen."

Före klassen

En stor fördel med tillvägagångssättet Classroom as Genome, Stains och Erdmann sa, är att den kan inkludera flera sätt att mäta samma klassrumsobservationer. Ett vanligt instrument, känd som COPUS, hjälper till att kategorisera närvaron eller frånvaron av beteenden och interaktioner i klassrummet. Andra instrument klassificerar den upplevda kvaliteten eller andra aspekter av dessa händelser.

Utbildningsforskare analyserar vanligtvis data från olika instrument oberoende av varandra, Sains sa. Men det nya tillvägagångssättet kommer att tillåta forskare att lagra närvaron, kvantitet och kvalitet på en praktik eller interaktion i ett visualiseringsverktyg, ge dem en mer heltäckande men ändå begriplig bild av en instruktörs stil eller klassrumskultur, Hon sa.

"Klassrum är kaotiska platser, " Sa Erdmann. "Du vill kunna få så mycket information du kan och inte förlora något av det. Det här är en bra datastruktur att använda för det.

"Detta låter forskare använda de bästa delarna av flera verktyg samtidigt för att få ut mer information från samma datauppsättning."

För att illustrera användningen och värdet av Classroom som genom, Stains och Erdmann inkluderade exempel och fallstudier – de senare med data från en uppsats från 2015 – när de avslöjade deras tillvägagångssätt i tidskriften CBE—Life Sciences Education.

Deras exempel bestod av frågor som utbildningsforskare kanske bättre kan lösa med hjälp av metoden, vid sidan av de genomiska motsvarigheterna som redan besvaras via bioinformatik. En klassrumsfråga som undersökte hur jämnt spridda klickerfrågor är över en undervisningsperiod parades med hur långt en genetisk kod är från andra instanser av samma kod i ett genom.

I en relaterad fallstudie, duon använde COPUS-data och ett genomikvisualiseringsverktyg för att testa hypotesen att instruktörer som ställer klickerfrågor också uppmuntrar eleverna att samarbeta innan de svarar. Stains och Erdmann utökade sedan analysen för att visa bredden av relaterade frågor eller hypoteser som tillvägagångssättet skulle kunna hantera.

"Jag tror att det kommer att vara särskilt användbart för utbildningsforskare eller andra som inte kan något om dessa tekniker, " sa Stains. "Om du redan använder bioinformatik, språket och sätten att tänka är nog vanliga. Men speciellt för människor som är utanför den världen, det var verkligen viktigt att visa hur dessa verktyg ser ut (och) vad de kan göra.

"Det är ett slags proof-of-concept att se potentialen som dessa metoder har. Men jag tror att det här är så nytt att vi måste exemplifiera det."

Stains och Erdmann sa att de hoppas att det omvända också kommer att visa sig sant - att bänkforskare som är mer bekanta med analyser i labbet än klassrummet kommer att uppskatta och potentiellt använda det senare.

"Detta kan vara en bra brygga mellan folk på akademiska institutioner som är i den mer biologiska änden och folk som tänker mer i utbildningslinjerna, " Sa Erdmann. "Om du ger möjligheter för deras världar att kollidera, det kan vara mycket användbart för båda sidor när det gäller att tänka utbildning på nya sätt och bidra till att göra utbildningsforskning till något som fler tänker på."