Fórum de Lideranças: Desafios da Educação
Agosto/2015 - Edição São Paulo/SP
Realização: Grupo A Educação e Blackboard Brasil
Apoio: Universidade Anhembi Morumbi e Hoper Educação
http://www.desafiosdaeducacao.com.br/
Palestra "Uma experiência de 15 anos mudando as Culturas Educacionais no MIT", por Peter Dourmashkin.
Professor Sênior do Departamento de Física e Diretor Associado do Grupo de Estudo Experimental, ambos no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Está ativamente envolvido na educação acadêmica de graduação no MIT desde 1984, e já apresentou resultados do projeto de Tecnologias de Aprendizagem Ativa nas conferências anuais da Associação Americana de Professores de Física e da Sociedade Americana de Física. Anteriormente ao seu envolvimento com esse projeto, Dr. Dourmashkin trabalhou com o Professor John King, também do MIT, no Departamento de Física desenvolvendo dois cursos experimentais, workshops e seminários obrigatórios para alunos do primeiro ano, e para todos novos assistentes de ensino na pós-graduação do Departamento de Física.
"Uma experiência de 15 anos mudando as Culturas Educacionais no MIT", por Peter Dourmashkin
1. Uma experiência de 15 anos
mudando a cultura educational no MIT
Fórum de Lideranças: Desafios da Educação
Universidade Anhembi Morumbi
São Paulo – Brazil
12 de Agosto de 2015
Dr. Peter Dourmashkin
Departamento de Física
MIT
padour@mit.edu
2. 14 anos contínuos de
experimentos com o TEAL
no MIT:
Uma fusão de
apresentações, tutoriais, e
experimentos práticos em
laboratório em um
ambiente altamente
tecnológico e
colaborativo.
A experiência do MIT com
Aprendizagem Ativa:
(Technology Enabled Active Learning – TEAL)
3. Linha do Tempo do TEAL
Modelos:
RPI’s Studio Physics (Jack Wilson)
NCSU’s Scale-Up (Bob Beichner)
Harvard Peer Instruction (Eric Mazur)
Outono/2001 e 2002
Protótipo
Off-term E&M 8.02
Primavera/2003 – Até agora
Scaled-up
E&M 8.02
Outono/2003 e 2004
Prototype Mechanics
8.01
Outono/2005 – Até agora
Scaled-up Mechanics 8.01
6. Objetivos do Ensino de Física
1. Permitir que os estudantes vejam o estudo de física como uma
estrutura coerente de conceitos que descrevem a natureza e são
comprovados via experimentos.
2. Aumentar a compreensão conceitual de áreas como a Mecânica e
Eletromagnetismo.
3. Aprimorar as habilidades de solução de problemas.
4. Incorporar experiências práticas que desenvolvem habilidades
baseadas em projetos e pesquisa em laboratório.
7. Objetivos Gerais de Ensino
1. Afastar-se do formato passivo de aula, a fim de aproximar-
se de um modelo de ambiente de aprendizagem em
estúdio interativo.
2. Desenvolver habilidades de comunicação nas principais
ciências.
3. Desenvolver o aprendizado colaborativo.
4. Encorajar os estudantes de graduação a ensinarem.
5. Desenvolver novos recursos de ensino e aprendizagem
baseados em padrões científicos de pesquisa.
9. Espaço de aprendizagem:
Princípios do projeto
Projeto arquitetônico baseado em:
1. Como as pessoas interagem e aprendem.
2. Modelo pedagógico: aprendizagem interativa
3. Espaço de aprendizagem se torna um laboratório para
experiências com técnicas de aprendizagem ativa.
12. Transformando o Espaço de
Aprendizagem: TEAL Classroom
Aprendizagem colaborativa (desenhada depois da Sala de Aula “Scale-Up” da
Universidade Estadual da Carolina do Norte): nove estudantes trabalham, juntos,
colaborativamente em cada uma das mesas, em grupos menores de três alunos.
14. TEAL - Sequência Modular de Ensino
1. Questões pré-modulares, online, incentivam os estudantes a se
aprofundarem no material de pré-requisito
2. Primeira aula de aprendizagem ativa. (Segunda – duas horas)
3. Segunda aula de aprendizagem ativa (Quarta – duas horas)
4. Preparação online focando na solução de problemas
5. Terceira aula de aprendizagem ativa voltada à solução de
problemas online com feedback imediato. (Sexta-feira – um
hora)
6. Questionário – Terça-feira
7. Revisão de modulo na terça-feira à noite (Opcional)
8. Encorajar os estudantes a aprender e ensinar.
9. Desenvolver novos Recursos de ensino e aprendizagem
baseados em padrões científicos de pesquisa
15. Times de Ensino
Docentes: Condutores, oferecem conhecimento sobre o
assunto, motivação, registram e analisam os resultados.
Assistentes de Pós-graduação: Aprendem a ensinar.
Assistentes de Graduação: Encorajam os estudantes a ensinar. São
os principais modelos dos estudantes.
Estudantes: Instrução em pares.
16. (Alguns) Elementos da
Aprendizagem Ativa
1. Instrução por pares (Peer Instruction) e
Testes conceito (ConcepTest)
2. Simulações e Visualizações
3. Solução de problemas em grupo.
4. Atividades de descoberta
5. Discussão de questões
6. Aprendizagem baseada em projetos.
18. ConcepTests / Peer Instruction
Modelo: Instrução por Pares baseadas em ConcepTests,
conceito de Eric Mazur, usando “clickers”.
Metodologia:
• Concept Test
• Reflexão
• Respostas individuais
• Feedback: Ensino Just-in-Time
• Discussão em pares
• Resposta revisada em grupo
• Explanação
19. Questão conceito: Força de contato
Considere uma pessoa, de pé, em um
elevador em aceleração, no sentido de
subida. A magnitude de força de contato
de subida na pessoa é:
1. Maior que
2. Igual a
3. Menor que
A magnitude da força da gravidade, para baixo, na pessoa.
20. Questão conceito:
Força de contato - Resposta
Resposta 1. Sistema: pessoa.
Segunda Lei de Newton:
N – mg = ma
Implica que N > mg. Logo,
a magnitude da força de
contato para cima é maior
que a magnitude da força
gravitacional, para baixo.
Diagrama da aceleração
Diagrama da força
22. Visualizações e Simulações
Atividade de descoberta
Mudança de fluxo magnético induz a corrente
http://public.mitx.mit.edu/gwt-teal/FaradaysLaw2.html
24. Estudantes trabalham em pequenos grupos, no quadro branco,
solucionando problemas com o feedback do instrutor.
Solução de problemas em grupo
25. Problema em grupo: Cabecear
Estimar a aceleração da
cabeça em função da
cabeceada de uma bola de
futebol. Isso poderia causar
alguma lesão cerebral?
Nos grupos: Discutam quais
modelos e conceitos podem ser
aplicados. Qual informação é
necessária e quais podem ser
dispensáveis?
26. No início, os professors
oferecem motivação e
direção.
Durante a resolução do
problema, os
professors circulam e
aconselham.
Ao final, os professors
fornecem explicação
(conclusão).
Ativando a resolução de problemas
27. Especialista em Resolução de Problemas
Estudantes do MIT resolvem, aproximadamente,
10.000 problemas em quatro anos.
Os alunos aprendem como tornar-se um expert na
resolução de problemas através da prática.
Desenvolvimento de confiança baseada na experiência.
Necessidade para inovação e pensamento criativo.
29. Atividades de Descoberta:
Experiências de Física no Cotidiano.
1. Semanalmente, é exigido aos alunos que identifiquem exemplos
conceituais de física (que eles estejam estudando) que aparecem
na vida e cotidiano, usando celulares para gravar e analisar os
fenômenos.
2. Esudantes fazem apresentações em video utilizando mídias
(Youtube)
3. Estimular as melhores explicações e análises quantitativas dos
trabalhos dos alunos.
30. MITx Platform
Trabalho liderado por Saif Rayyan.
Tarefas de leitura online e resolução de
problemas como tema de casa.
Responder questões analíticas e de múltipla
escolha usando a MITx platform.
Tranferir a entrega de alguns conteúdos para
antes da aula a fim de otimizar o aprendizado
na sala de aula.
Projeto atual: desenvolver uma livraria de
conteúdos de materiais, questões conceito,
vídeos, problemas, etc, tanto para MOOCs
quanto em aulas no MIT.
34. Capacitação de docentes
Wolfgang Ketterle Ernest MonizAlan Guth Marin Soljačić
A capacitação de docentes que estão acostumados a modelos
tradicionais é essencial, a fim de que os mesmos entendam e
aprendam como conduzir as aulas em uma sala de aula de
aprendizagem ativa.
36. Gap de Gênero
O gap de gênero pode ser diminuído com mais facilidade em
um ambiente de aprendizagem ativa se comparado a um
formato de aula tradicional.
1. Discussão em pares
2. Habilidade de fazer perguntas.
3. Muitas oportunidades para praticar a resolução de
problemas.
4. Aprendizagem cooperativa em um ambiente de ensino não
competitivo
5. Demonstrar que a ciência e a engenharia podem resolver
problemas encontrado no dia-a-dia das pessoas.
39. Estratégia de avaliação
1. Cada atividade representa um subconjunto de
objetivos de ensino. Identifique quais objetivos de
ensino estão atrelados a cada uma das atividades.
2. Mensure a utilidade de cada uma das atividades
registrando os resultados das questões conceito, e
compare os resultados para determiner se os
objetivos de ensino foram atingidos.
3. Avalie e dê nota aos trabalhos de casa.
4. Testes tradicionais.
5. Entreviste os estudantes.
40. Variáveis de
avaliação
Instrumentos
Solução de
problemas
Testes com problemas
quantitativos
Compreensão
conceitual
1. Pré-testes and pós-testes
2. Testes espaciais.
Atitudes
1. Questionários durante e após
os módulos
2. Discussão em grupos focais
Instrumentos de pesquisa
41. Testes Conceituais - Pré/Pós:
Pontuações relativas e grau de melhorias.
g =
%Correctpost-test - %Correctpre-test
100 - %Correctpre-test
æ
è
ç
ö
ø
÷
42. Testes Conceituais - Pré/Pós
Spring 2003Control 2002Trial 2001Group
gNgNgN
0.525140.271210.46176
Entire
population
0.46400.13190.5658High
0.551760.26500.3948Intermediate
0.513000.33520.4370Low
g =
%Correctpost-test - %Correctpre-test
100 - %Correctpre-test
æ
è
ç
ö
ø
÷
Hecke
g-factor
44. E&M Baixa na taxa de reprovação
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
0
5
10
15
FailRate(%)
Year
45. Melhorias a longo prazo
• Source: Dori, Y.J., E. Hult, L. Breslow, & J. W. Belcher (2005). “The Retention of Concepts from a Freshmen
Electromagnetism Course by MIT Upperclass Students,” paper delivered at the NARST annual conference.
47. Prof. John Belcher
Fundador do TEAL
Atual vencedor do Oersted Award,
da Associação Americana de
Professores de Física
Prof. Eric Hudson
Dr. Peter Dourmashkin Dr. Sen Ben-Liao
Saif Rayyan
Time de
Desenvolvimento do
TEAL
Hinweis der Redaktion
TEAL: A Fifteen Year Experimentin Changing Educational Cultures at MITThe Challenges in Education ForumAnhembi Morumbi UniversitySao Paulo City – Brazil Aug 12, 2015Dr. Peter Dourmashkin Physics DepartmentMIT padour@mit.edu
MIT Experiment in Active Learning(Technology Enabled Active Learning)
TEAL Fourteen Year Ongoing Experiment at MIT:
A merger of presentations, tutorials, and hands-on laboratory experience into a technologically and collaboratively rich environment
TEAL Time Line
Interactive Teaching and Learning
TEALLearning Objectives
Physics Learning Objectives
Enable students to see physics as a coherent framework of concepts which describe nature and are established by experiment
Enhance conceptual understanding of mechanics and electromagnetism
Enhance problem-solving abilities
Incorporate hands-on experience that develop project-based/research lab learning skills
Broad Educational Learning Objectives
Move away from passive lecture format to interactive studio learning environment
Develop communication skills in core sciences
Develop collaborative learning
Encourage undergraduates to teach
Develop new teaching/learning resources based on scientific standards of research
Learning Space: Design Principles
Architectural design based on
How people interact and learn
Pedagogical model: interactive learning
Learning space becomes a laboratory for experimenting with active learning techniques
Transforming the Learning Space: TEAL Classroom
TEAL Learning Space: Active Learning
TEAL Modular Learning Sequence
Online pre-modular questions require students to master prerequisite material
First active learning class (Monday two hours)
Second active learning class (Wednesday two hours)
Online prepset focusing on problem solving skills
Third active learning class devoted to problem solvin with online immediate feedback (Friday one hour)
Problem Set due following Tuesday
Modular Tuesday Review Night (optional)
Encourage undergraduates to teach
Develop new teaching/learning resources based on scientific standards of research
Teaching Teams
Faculty Member: Conductor. Provides subject expertise, motivation, measures learning outcomes
Graduate Teaching Assistant : Learn to teach
Undergraduate Teaching Assistant : Encourages student teaching. Role model for students.
Students: Peer Instructors
(Some) Elements of Active Learning
Peer Instruction and Concept Tests
Simulations and Visualizations
Group Problem Solving
Discovery Activities
Discussion Questions
Project Based Learning
Concept
Questions
ConcepTests / Peer Instruction
Model: Eric Mazur’s Peer Instruction based on ConcepTests using “Clicker” Technology
Methodology:
Concept Test
Thinking
Individual answer
Feedback: Just in Time Teaching
Peer discussion
Revised group answer
Explanation
Concept Question: Contact Force
Consider a person standing in an elevator that is accelerating upward. The magnitude of the upward contact force on the person is
greater than
equal to
less than
the magnitude of the downward force of gravity on the person.
Concept Q.: Contact Force Ans
Answer 1. System: person. Newton’s Second Law:
N – mg = ma
implies that N > mg. So the magnitude of the upward contact force is greater than the magnitude of the downward gravitational force.
Visualizations and Simulations
Changing magnetic flux induces current
Demo: Electromagnetic Induction
Group Problem Solving
Students work in small groups at the white boards solving problems with instructor feedback
Estimate the acceleration of the head due to the heading of a soccer ball. Could this cause brain injury?
In your groups: discuss what models and concepts may apply. What information is needed and what can be neglected?
At the start teachers provide motivation and direction
During problem solving teachers circulate and give guidance
At the end of the problem solving, teachers provide explanation (closure)
MIT students will solve approximately 10,000 problems in four years
Students learn to become expert problem solvers through practice
Develop confidence based on experience
Necessary for innovation and creative thinking
Discovery Activitiesin Physics
Paul Klee Senecio 1922
On a weekly basis require students to identify examples of physics concepts (that they are currently studying) that appear in their everyday lives, using cell phones to record and analyze phenomena
Students make video presentations making use of media (YouTube)
Solicit the best explanations and quantitative analysis of student work
Work led by Saif Rayyan
Online Reading Assignments and Homework Problems
Answer multiple choice and analytic questions using the MITX platform
Shift some content delivery to pre-class preparation to maximize in-class learning
Current project: develop content library of materials, concept questions, short video clips, problems, etc for both MOOCs and residential classes at MIT
Immediate Online Feedback
Immediate Online Feedback: Checkable Answers to Problem Solving
Survey of Student Attitudes Regarding Online Learning
Faculty Training
Essential to train faculty who are use to traditional lecture-based teaching to understand how to teach in an active learning classroom
Undergraduate Teaching Assistants
Gender gap can be diminished in the active learning environment compared to a traditional lecture format.
Peer discussion
Ability to ask questions
Many opportunities to practice problem solving
Cooperative learning in a non-competitive learning environment
Demonstrate that science and engineering solves problems that people encounter in their everyday lives
Peer instruction
Assesment
Assessment Strategy
Each activity represents a subset of learning objectives. Identify which learning objectives are attached to each activity.
Measure the utility of each of the activities by recording results of concept questions and comparing those results to determine if learning objectives were achieved.
Grade and evaluate homework.
Traditional test.
Interview students.
Research Instruments
Assessing Variables
Instruments
Problem Solving
Tests with quantitative problems
Conceptual Understanding
Pre-tests and post-tests
Spatial tests
Attitudes
Mid-term & post-term questionnaires
Focus discussion group
Pre/Post Conceptual Test Scores Relative Improvement Measure
Pre/Post Conceptual Test
Pre-Post Concept Test Scores
Experimental group – fall
Control group - spring
E&M Lower Failure Rate
Increases Seen Long Term
Assessment: Cornell
Traditional: 2012 vs. active learning 2015