UCLA Life Sciences hat den Mathematikunterricht überarbeitet. Ist es ein Beispiel, dem andere folgen sollten?

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Vor etwa 10 Jahren erhielt Alan Garfinkel, Professor im Fachbereich Biowissenschaften an der University of California, Los Angeles, einen Anruf. Es war von seinem Dekan, der sagte, dass die Fakultät ihren Erstsemester-Kalkülkurs „Calculus for Life Sciences“ inspiziert habe.

Die Ergebnisse der internen Überprüfung waren nicht so großartig und zeigten, dass der Kurs „absolut wertlos“ war, sagt Garfinkel. Die Klasse war bei Schülern unbeliebt und schien sie nicht auf eine Karriere im MINT-Bereich vorzubereiten. Und die Klasse schien Frauen und Minderheiten daran zu hindern, in der Abteilung voranzukommen.

Dieser Aufruf startete den jahrelangen Prozess der Überarbeitung, wie die Fakultät für Biowissenschaften der Universität Mathematik unterrichtet. Dies führte schließlich zu einem neuen Einführungskurs in die Mathematik der Lebenswissenschaften, Mathematik für die Lebenswissenschaften (die Reihe LS 30).

Die Notwendigkeit für Biologiestudenten, mathematische Konzepte zu verstehen, wird immer wichtiger, insbesondere mit der digitalen Revolution, die die Wissenschaft erfasst. Aber UCLA-Professoren waren der Meinung, dass der traditionelle Mathematiklehrplan für Studenten wenig inspirierend sei und dass der Unterricht nur wenige nützliche Beispiele aus der tatsächlichen Biologie biete, so eine Präsentation, die von Mitgliedern der Universität vorbereitet und von EdSurge überprüft wurde. Die alten Lehrmethoden schienen die Schüler ohne Verständnis für die Bedeutung der Mathematik für ihr gewähltes Fach zu hinterlassen.

2013 startete der Fachbereich in einem Pilotkurs mit rund 20 Studierenden mit der Lehre seiner neuen Mathematikreihe für Lebenswissenschaften. Die Fakultät musste Hindernisse überwinden, um überhaupt dorthin zu gelangen, einschließlich des Fehlens eines offiziellen Lehrbuchs und der anfänglichen Skepsis von Kollegen in der mathematischen Fakultät, sagt Blaire Van Valkenburgh, der zu dieser Zeit stellvertretender Dekan der Fakultät war und die Reformbemühungen leitete.

Aber am Ende waren die Ergebnisse nach Ansicht der College-Mitarbeiter fast unglaubwürdig.

Vor allem die Studenten schienen die Bemühungen zu schätzen, und LS 30 hat in den letzten fünf Jahren ein stetiges Wachstum gezeigt, wie die in a zitierten Zahlen zeigen Studie veröffentlicht im Februar 2022. Heute schätzt Garfinkel, dass es an der großen öffentlichen Universität etwa 2,000 Studenten pro Jahr unterrichtet wird. Die Studenten haben mit den Füßen abgestimmt, fügt Van Valkenburgh hinzu.

Die Fakultät für Mathematik war beeindruckt von der Reaktion der Studenten auf den neuen Kurs, insbesondere von der Art begeisterter Studentenbewertungen, „die wir in normalen Mathematikkursen nicht bekommen“, sagt Don Blasius, Professor für Mathematik an der UCLA mit Kenntnissen in Biowissenschaften mathematische Überarbeitung.

Laut der Studie sind viele dieser Schüler Leute, die es in MINT möglicherweise nicht durchgehalten haben. Diese Zahlen besagen, dass unter Verwendung der bei der Veröffentlichung verfügbaren Zahlen 72 Prozent der in der Klasse eingeschriebenen Schüler weiblich sind, wobei 31 Prozent aus sozioökonomisch benachteiligten Verhältnissen und 32 Prozent aus Gruppen stammen, die in STEM nicht gut vertreten sind.

Ein Hindernis für MINT?

Für Garfinkel ist die Änderung ein gelungenes Beispiel für eine Reform des Mathematiklehrplans, die sowohl Barrieren für MINT-Karrieren beseitigt als auch den Mathematikunterricht an praktischen Beispielen fundiert.

Obwohl Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik in den letzten Jahren einige Fortschritte gemacht haben, bleibt MINT relativ undivers. Zahlen vom Pew Research Center weisen darauf hin, dass schwarze und hispanische Arbeiter und Studenten in MINT-Berufen und Bildungsprogrammen stark unterrepräsentiert sind. Und während Frauen seit letztem Jahr die Mehrheit der Arbeitnehmer in gesundheitsbezogenen Berufen sind, sind sie in den Naturwissenschaften oder, sagen wir, Ingenieurwesen weniger präsent. Auf dem aktuellen Weg, argumentieren die Pew-Forscher, ist es unwahrscheinlich, dass das Erreichen eines MINT-Abschlusses dies ändern wird.

Viele Führungskräfte auf diesem Gebiet möchten diese Statistiken ändern. Die Bemühungen der UCLA wurden teilweise durch ein Stipendium der National Science Foundation unterstützt, laut Dokumenten, die EdSurge von Mitgliedern des Teams zur Verfügung gestellt wurden, das die Überholung anführte.

Zumindest teilweise wurde der Erfolg des UCLA-Programms der Tatsache zugeschrieben, dass es die Voraussetzungen der Fakultät für Kalkül, die Befürworter des LS 30-Kurses als charakterisieren, reduzierte „Ausmerzen“-Maßnahmen.

Für Leute wie Garfinkel ist die traditionelle Analysis-Kursarbeit völlig veraltet. Es geht um das Auswendiglernen von Formeln und den Einsatz von Papier-und-Bleistift-Techniken, die seiner Ansicht nach in diesem Jahrhundert nicht mehr zeitgemäß waren. Und es ist ein großer Faktor, sagt er, der Minderheiten und Frauen aus MINT verdrängt, weil sie vielleicht weniger Erfahrung in traditioneller Mathematik hatten, bevor sie aufs College kamen.

Stattdessen konzentrierte sich LS 30 auf die Modellierung, die auf biologischen Beispielen basiert – wie das Verständnis der Rückkopplungsdynamik von Hai-Thunfisch-Populationen. Es setzt keinen Hintergrund in Analysis voraus und beschränkt seinen Unterricht auf die Programmier- und Mathematikkonzepte, die für die praktische Modellierung erforderlich sind.

Letztendlich, argumentiert Van Valkenburgh, scheint das neue Programm bei den Schülern Vertrauen in ihre quantitativen Fähigkeiten geweckt und sie motiviert zu haben, diese Fähigkeiten zu erwerben, indem sie den Unterricht auf Probleme gründen, die sie lösen möchten. Kurz gesagt, es half auch bei der Beantwortung der häufig gestellten Frage „Warum sich überhaupt die Mühe machen, das zu lernen?“. Frage.

Van Valkenburgh, der kürzlich in den Ruhestand getreten ist, reflektiert, dass es „wahrscheinlich das Wichtigste [nicht akademisch] war, was ich getan habe, den Kurs voranzubringen“.

Den Kalkül ändern

Laut Garfinkel haben eine Reihe anderer Universitäten Interesse bekundet, dem Beispiel der UCLA zu folgen. Und die University of Arizona, Tucson, eine weitere öffentliche Schule, unterrichtet jetzt eine Version von LS 30.

Aber letztendlich hat sich der Wandel in der Art und Weise, wie Mathematik unterrichtet wird, als langsam erwiesen.

High Schools scheinen im Allgemeinen wegen der College-Zulassungsvoraussetzungen nicht bereit zu sein, sich zu ändern, sagt Garfinkel. In der Zwischenzeit verweisen Colleges auf das AP-Kalkül, das den High Schools beigebracht wird, um zu erklären, warum sie die Kurse für Erstsemester nicht ändern werden.

„Wir glauben also, dass wir beide Ebenen gleichzeitig erreichen müssen“, fügt Garfinkel hinzu.

Zu diesem Zweck arbeitet er mit Brendan Kelly, dem Direktor für Einführungsmathematik in Harvard, zusammen, um dieses Jahr einen ähnlichen Kurs für Highschool-Schüler im Rahmen des Sommerschulprogramms von Harvard anzubieten, einer zweiwöchigen Reihe für Studenten, um sich mit höherem Lernen vertraut zu machen . Aber es ist unklar, wie viel Geld sie für das Programm bekommen werden, sagt er.

Ein weiterer Faktor? Nicht jeder ist an Bord, wenn es darum geht, wie Mathe gelehrt wird. Meinungsverschiedenheiten darüber spielen sich öffentlich als kalifornische Bildungsbehörde ab bewertet den K-12-Mathematikrahmen des Staates neu.

Mario Bonk, der derzeitige Vorsitzende der mathematischen Fakultät an der UCLA, lobt zwar den LS 30-Kurs dafür, dass er Studenten in Mathematik einbezieht, weist jedoch darauf hin, dass er „ernste Bedenken“ hat, das Modell an Hochschulen im ganzen Land zu exportieren, da der Inhalt des Kurses unglaublich ist spezifisch für die Biologie. Wenn diese Studenten später entscheiden, dass der Studiengang Biowissenschaften nichts für sie ist, wären sie auf alles andere ernsthaft untervorbereitet, sagt Bonk.

Letztendlich ist es für Bonk kein Modell, dem alle Abteilungen unbedingt folgen sollten. Aber es unterstreicht die Notwendigkeit, den Mathematikunterricht ins 21. Jahrhundert zu bringen. Das Importieren von Beispielen aus dem wirklichen Leben in die Analysis ist eine gute Idee – eine, die Schüler dazu inspirieren kann, sich mit Mathematik zu beschäftigen, sagt Bonk. Es ist auch eine gute Idee, grundlegende Programmierkenntnisse in das Studium einzubringen. Aber, fügt er hinzu, um Mathematik – „die universelle Sprache des Universums“ – verstehen zu lernen, sei es nicht ideal, sie aus der Mathematikabteilung zu nehmen. Kurz gesagt, argumentiert er, scheint der Kurs außergewöhnlich zu sein, wenn es darum geht, biologische Modellierung zu lehren, aber er ist weniger herausragend, wenn es darum geht, die abstrakten Prinzipien der Mathematik zu lehren.

Andere lehnen den breiteren Ansatz der Mathematikreform im Allgemeinen ab und beschuldigen ihn, dass er nicht annähernd so streng sei. Zum Beispiel hat Barbara Oakley, die unverblümte Professorin für Ingenieurwissenschaften an der Oakland University, das argumentiert Die Reform des Mathematiklehrplans benachteiligt tendenziell die Schüler. Laut Oakley tendieren diese Reformen dazu, gewohnheitsmäßige Praktiken – wie z.

Es ist eine Unterstellung, die Garfinkel nicht zu beeinflussen scheint. „Ich bin überhaupt nicht einverstanden mit der Idee, dass das, was sie ‚rigorose' nennen, gebraucht wird“, sagt Garfinkel und betont, dass sein eigener Kurs keine mathematischen Voraussetzungen hat und dennoch in der Lage ist, Probleme der biologischen Modellierung erfolgreich anzugehen.