Lärare idag står inför lite av en gåta, enligt en ny studie från forskare vid Carnegie Mellon University och Rochester Institute of Technology. Deras mål är att förbereda unga elever för att komma in i en snabbt föränderlig värld. Även grundläggande jobb kräver teknisk skicklighet, vilket kräver beräknings- och analytiska färdigheter. För att möta detta behov pressar många pedagoger på att vika in dessa viktiga STEM-färdigheter i den grundläggande läroplanen.

Här är problemet. Unga elever kan tappa intresset och till och med utveckla en motvilja mot de uppgifter som bygger de färdigheter som är förknippade med beräkningstänkande. Tidigare studier har pekat på historiskt låga slutförandegrader inom STEM-områden, med datavetenskap bland de lägsta. En bro behövs för att engagera eleverna i uppgifterna för att utveckla dessa viktiga 2000-talsfärdigheter.

"Ibland avbryter eleverna sig från naturvetenskap eftersom de inte ser vetenskapen som de gör i klassrummet som kopplad till den verkliga världen", säger Jessica Cantlon, docent Ronald J. och Mary Ann Zdrojkowski i utvecklingsneurovetenskap och psykologi vid Carnegie Mellon. "När unga elever ägnar sig åt autentiska vetenskapsupplevelser kan de ta till sig fakta mer effektivt."

Till skillnad från i klassrummet faller inte vetenskapen i snygga, åtskilda rutor. Verklig vetenskap är tvärvetenskaplig. Tidigare försök att bygga den här bron har fokuserat på ämnen som robotik, spel eller animationer, men ämnets nischade karaktär gör ofta många elever ointresserade.

Cantlon och hennes kollegor tog en annan inställning. De slog ihop ett ämne som barn i årskurs 3 till 6 tycker om (djur) med ett som de flesta barn kan se på som en tallrik med rykande brysselkål (datorkodning). Resultaten av deras pilotprogram finns tillgängliga i 2 april-numret av tidskriften STEM Education Research .

"Fokus för denna pilotstudie är huruvida studenter i princip kan förvärva färdigheter i beräkningstänkande under en relativt kort, lös format, autentisk vetenskapserfarenhet", säger Cantlon. "Genom att lära sig dessa färdigheter bibehöll eller fick eleverna också spänning under projektets unika uppslukande erfarenhet av djurbeteende."

Cantlon och hennes kollegor utvecklade ett utbildningsprogram i samarbete med Primate Portal, en utställning på Seneca Park Zoo i Rochester, där allmänheten kan se olivbabianer lösa problem som presenteras som datoriserade uppgifter på en pekskärmsdator.

Genom programmet lärde sig eleverna ett grundläggande kodspråk (Scratch) för att utveckla ett spel som olivbabianer i djurparken spelar för att testa sin intelligens. Samtidigt som eleverna har friheten att skapa sitt spel, får de olika ramar som utgångspunkt, till exempel ett matchningsspel eller ett sökspel, som "Var är Waldo?"

I slutet av den fem dagar långa programmeringskursen tog eleverna en studiebesök till djurparken för att se primaterna spela spelen de programmerade.

"Eleverna kämpar definitivt med kodens komplexitet eftersom de hade liten eller ingen erfarenhet av kodning", säger Greg Booth, lärare i REACH-programmet för begåvade/begåvade elever på QUEST Elementary i Hilton Central School District som arbetade med forskare i detta projekt. "De fick inte möjligheten att göra (koda) i skolan innan detta, och de hade en enorm mängd inneboende motivation att lära sig och utveckla sina kodningsfärdigheter."

I den första upprepningen av detta pilotprojekt engagerade teamet 57 elever i lågstadieåldern från tre grundskolor i västra New York, varav 36 genomförde för- och efterundersökningar för att utvärdera de färdigheter som förvärvats under klassen.

"Det är sällsynt att någon samlar in data från informella interventioner från lärare och vetenskapsmän", säger Cantlon, som är första författare till studien. "(studiens) effektstorlek är stor, eftersom (studenterna) lärde sig många nya beräkningstänkande genom att slutföra kodningsprojekten."

Enligt Cantlon är studiens effektstorlek stor eftersom studenterna började kursen med liten eller ingen kunskap om kodning och utvecklade bestämda kodningsfärdigheter som stödde beräkningstänkande. Eleverna lärde sig till exempel att skriva villkorliga satser, en loop i kod och tolka logiska satser.

Dessutom upplevde eleverna en betydande ökning av noggrannhet och problemlösningsförsök. Projektet visade också att det är möjligt att integrera lärande och göra i läroplanen för elever i lågstadieåldern.

"Jag älskar att se barn bli intresserade av vetenskap, särskilt flickor", säger Caroline DeLong, professor vid RIT och medförfattare till studien. "Det här programmet är ett fantastiskt sätt att använda barns kärlek till djur som en bro till att lära sig nya beräkningsfärdigheter och ett sätt att visa dem hur vetenskap fungerar i realtid."

Elevernas poäng för beräkningstänkande förbättrades med 17 % från början av kursen till slutet. Det fanns ingen skillnad i förbättringsnivå mellan pojkar och flickor som deltog i programmet. Dessutom talade eleverna mycket om programmet och citerade sitt intresse för kreativitet och självständighet under inlärningsprocessen.

Enligt Cantlon visar programmet att det är möjligt att öka elevernas intresse för naturvetenskap och odla viktiga 2000-talsfärdigheter.

"Ja, det är möjligt att engagera elever tidigt, i grundskolan, och koppla in dem i STEM-intressen i något som de kanske tycker är tråkigt - kodning", sa Cantlon. "Det är viktigt att engagera eleverna innan de bestämmer sig för att STEM inte är något för dem och medan de fortfarande är öppna för att lära sig om STEM och förhoppningsvis kommer till en ny slutsats att STEM är för dem."

Cantlon och hennes kollegor strävar efter att utöka detta tillvägagångssätt för att engagera en mer mångsidig grupp studenter i framtida studier.

Mer information: Jessica F. Cantlon et al, Computational Thinking Under a Short, Authentic, Interdisciplinary STEM Experience for Elementary Students, Journal for STEM Education Research (2024). DOI:10.1007/s41979-024-00117-0

Tillhandahålls av Carnegie Mellon University