Hur kan kognitionsvetenskapliga principer stödja en fördjupning av matematikundervisningen? Ett team av forskare från Vanderbilt Universitys Peabody College för utbildning och mänsklig utveckling och Harvard Universitys forskarskola undersökte hur en grundläggande inlärningsprocess – jämförelse – skulle kunna leda till starkare resultat för K-12-studenter i matematik, och analyserade olika tillvägagångssätt för att införliva jämförelse i läroplanen. En sammanfattning av forskningsresultaten från Peabody College-forskarna Bethany Rittle-Johnson och Kelley Durkin, i samarbete med Jon Star från Harvard University, publicerades nyligen i december 2020-upplagan av Aktuella riktningar i psykologiska vetenskaper .

När det gäller att följa matematiska procedurer, eleverna memorerar ofta stegen utan att förstå de matematiska principerna som ligger till grund för var och en. Att be eleverna att jämföra och diskutera flera metoder för att lösa samma problem uppmuntrar till högre ordningstänkande och kräver att eleverna visar en djupare förståelse av begreppen. Enligt forskargruppen, jämförelse är ett naturligt sätt på vilket människor lär sig, Noterar att, till exempel, människor jämför ofta produkter för att avgöra vilken de ska köpa. Genom läroplansverktyg och professionella lärandemöjligheter, forskarna stöttade utbildare i att införliva denna naturliga tankeprocess i algebraklassrum.

"Vi har utvecklat högkvalitativt instruktionsmaterial och instruktionsrutiner för att hjälpa lärare att använda en bästa praxis inom matematikundervisning i sina klassrum, sa Bethany Rittle-Johnson, Anita S. och Antonio M. Gotto ordförande i barnutveckling vid Vanderbilt University. "Att beskriva en effektiv pedagogisk praxis räcker inte, lärare behöver material och rutiner för att stödja deras användning av praktiken i sina klassrum."

Genom sin granskning av tidigare forskning, teamet försökte också förstå vilka typer av problem eleverna skulle jämföra. De granskade forskning om tre typer av jämförelser - jämföra flera korrekta strategier, jämföra förvirrbara problemtyper, och jämföra korrekta och felaktiga strategier. De fann att inkorporering av dessa typer av jämförelseproblem resulterade i större konceptuell kunskap och procedurflexibilitet än kontrollgrupperna.

Förutom att analysera vilka typer av problem eleverna använder för att använda jämförelsestrategier, teamet försökte förstå när i inlärningsprocessen att använda jämförelse. Specifikt, de var nyfikna på att avgöra om jämförelsemetoder skulle skjutas upp tills eleverna hade en viss förståelse för åtminstone en av metoderna. Initialt, teamet upptäckte att eleverna var skickligare på att jämföra korrekta strategier när de hade en viss förståelse för en av strategierna. Dock, teamet fann senare att eleverna effektivt kunde använda jämförelser för att hitta likheter och skillnader mellan okända strategier, även om detta tillvägagångssätt krävde större stöd från pedagoger.

Till sist, forskargruppen analyserade metoder för undervisningsjämförelse och gav stöd till pedagoger för att införliva bästa praxis i sina klassrum. Teamet föreslår att pedagoger ska göra exemplen tydliga och synliga för eleverna och presentera båda lösningarna samtidigt. Dessutom, eleverna var mest skickliga på att avslöja likheter och skillnader mellan strategier när lärare använde välförstådd terminologi, gester och visuella signaler. Dessutom, när eleverna identifierar likheter och skillnader, Lärare bör använda tydliga uppmaningsfrågor för att uppmuntra förklaringar av nyckelpunkter och sammanfatta huvudpunkterna i jämförelsen efter elevernas reflektion. För att på bästa sätt stödja pedagoger i att införliva jämförelser i läroplanen, forskarna betonar behovet av hög kvalitet, standardanpassat läroplansmaterial och professionellt lärandestöd. De har utvecklat instruktionsmaterial och instruktionsrutiner för att stödja jämförelse och diskussion av flera strategier för Algebra I-ämnen.

Teamet tror att detta bara är början på viktig forskning om jämförelsestrategier och pedagogik. Deras arbete har underlättat ytterligare potentiella forskningsmöjligheter, som att utforska effekten av jämförelsestrategier på elevers inställning till matematik, eller utveckla lärares förmåga att upptäcka när deras elever behöver ytterligare stöd.

"Vi har fokuserat på Algebra I-instruktioner och är angelägna om att utveckla undervisningsmaterial för andra matematiska ämnen som geometri och att utforska ytterligare stöd som kan behövas för att främja jämförelse och diskussion av flera strategier för olika elever, " förklarar Rittle-Johnson.

Forskningen, "Hur kan kognitionsvetenskaplig forskning hjälpa till att förbättra utbildning? Fallet med att jämföra flera strategier för att förbättra matematikinlärning och undervisning" publicerades i december 2020-upplagan av Current Directions in Psychological Sciences.