Nauki przyrodnicze UCLA zmieniły sposób nauczania matematyki. Czy jest to przykład, za którym inni powinni podążać?

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Około 10 lat temu Alan Garfinkel, profesor na wydziale nauk przyrodniczych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles, odebrał telefon. To było od jego dziekana, który powiedział, że wydział skontrolował ich kurs rachunku różniczkowego dla studentów pierwszego roku, „Rachunek dla nauk przyrodniczych”.

Wyniki wewnętrznego przeglądu nie były tak imponujące, pokazując, że zajęcia były „absolutnie bezwartościowe” – mówi Garfinkel. Niepopularne wśród uczniów, klasa nie wydawała się przygotowywać ich do kariery w STEM. A klasa wydawała się odfiltrowywać kobiety i mniejszości z postępów na wydziale.

To wezwanie zapoczątkowało wieloletni proces zmiany sposobu nauczania matematyki na uniwersyteckim wydziale nauk przyrodniczych. Ostatecznie doprowadziło to do powstania nowego wprowadzającego kursu matematyki w dziedzinie nauk przyrodniczych, Mathematics for Life Sciences (seria LS 30).

Potrzeba zrozumienia pojęć matematycznych przez studentów biologii staje się coraz ważniejsza, zwłaszcza w dobie rewolucji cyfrowej ogarniającej nauki ścisłe. Ale profesorowie UCLA uważali, że tradycyjny program nauczania matematyki nie był inspirujący dla studentów i że zajęcia oferowały niewiele użytecznych przykładów z rzeczywistej biologii, zgodnie z prezentacją przygotowaną przez członków uniwersytetu, którą przejrzał EdSurge. Stare sposoby nauczania zdawały się pozostawiać uczniów bez zrozumienia znaczenia matematyki dla wybranej przez nich dziedziny.

Wydział rozpoczął nauczanie nowej serii matematyki dla nauk przyrodniczych w 2013 r. w ramach kursu pilotażowego z udziałem około 20 studentów. Aby się tam dostać, wydział musiał pokonać przeszkody, w tym brak oficjalnego podręcznika i początkowy sceptycyzm ze strony kolegów z wydziału matematyki, mówi Blaire Van Valkenburgh, który był wówczas prodziekanem wydziału i kierował pracami reformatorskimi.

Ale w końcu, według tych z college'u, wyniki prawie żebrały wiary.

Przede wszystkim studenci zdawali się doceniać wysiłek, a LS 30 wykazało stały wzrost w ciągu ostatnich pięciu lat, zgodnie z liczbami cytowanymi w „The Puzzle of Monogamous Marriage” opublikowane w lutym 2022 r. Obecnie Garfinkel szacuje, że uczy się go około 2,000 studentów rocznie na dużym uniwersytecie publicznym. Studenci głosowali nogami, dodaje Van Valkenburgh.

Wydział matematyki był pod wrażeniem reakcji studentów na nowy kurs, zwłaszcza entuzjastycznych recenzji studentów, „których nie otrzymujemy na normalnych kursach matematyki” — mówi Don Blasius, profesor matematyki na UCLA ze znajomością nauk przyrodniczych powtórka z matematyki.

Według badania wielu z tych studentów to osoby, które mogły nie wytrzymać w STEM. Liczby te wskazują, że korzystając z danych dostępnych w momencie publikacji, 72 procent uczniów zapisanych do klasy to kobiety, z czego 31 procent pochodzi ze środowisk znajdujących się w niekorzystnej sytuacji społeczno-ekonomicznej, a 32 procent z grup, które nie są dobrze reprezentowane w STEM.

Bariera dla STEM?

Dla Garfinkela ta zmiana stanowi udany przykład reformy programu nauczania matematyki, który zarówno zniósł barierę dla kariery STEM, jak i ugruntował nauczanie matematyki na praktycznych przykładach.

Chociaż nauki ścisłe, technologia, inżynieria i matematyka odnotowały pewien postęp w ostatnich latach, STEM pozostaje stosunkowo mało zróżnicowany. Dane z Pew Research Center wskazują, że czarnoskórzy i latynoscy pracownicy i studenci są zdecydowanie niedoreprezentowani w zawodach STEM i programach edukacyjnych. I chociaż kobiety stanowią większość pracowników na stanowiskach związanych ze zdrowiem, od zeszłego roku są one mniej obecne w naukach fizycznych lub, powiedzmy, inżynierii. Naukowcy z Pew argumentują, że przy obecnej trajektorii jest mało prawdopodobne, aby osiągnięcie stopnia STEM to zmieniło.

Wielu liderów w tej dziedzinie chce zmienić te statystyki. Wysiłki UCLA były częściowo wspierane przez grant z National Science Foundation, zgodnie z dokumentami dostarczonymi do EdSurge przez członków zespołu, który kierował remontem.

Przynajmniej częściowo sukces programu UCLA przypisuje się temu, że obniżył on wymagania wydziału dotyczące rachunku różniczkowego, które zwolennicy kursu LS 30 określają jako środki „wyplenienia”..

Tradycyjne zajęcia z rachunku różniczkowego dla ludzi takich jak Garfinkel są całkowicie przestarzałe. Chodzi o zapamiętywanie formuł i używanie technik z papieru i ołówka, które jego zdaniem nie były najnowocześniejsze w tym stuleciu. Mówi, że jest to duży czynnik, który wypycha mniejszości i kobiety z STEM, ponieważ mogły mieć mniejsze doświadczenie w tradycyjnej matematyce przed przybyciem na studia.

Zamiast tego LS 30 skupił się na modelowaniu opartym na przykładach biologicznych, takich jak zrozumienie dynamiki sprzężenia zwrotnego populacji rekin-tuńczyk. Nie zakłada żadnego przygotowania do rachunku różniczkowego i ogranicza swoje nauczanie do programowania i koncepcji matematycznych, które są niezbędne do praktycznego modelowania.

Ostatecznie, argumentuje Van Valkenburgh, wydaje się, że nowy program zaszczepił w uczniach wiarę w ich umiejętności ilościowe, a także zmotywował ich do podnoszenia tych umiejętności poprzez oparcie lekcji na problemach, na których rozwiązaniu zależało im. Krótko mówiąc, pomogło również odpowiedzieć na często zadawane pytanie „po co w ogóle zawracać sobie głowę nauką tego?” pytanie.

Van Valkenburgh, który niedawno przeszedł na emeryturę, wspomina, że postęp w kursie był „prawdopodobnie najważniejszą [nieakademicką] rzeczą, jaką zrobiłem”.

Zmiana rachunku

Według Garfinkela wiele innych uniwersytetów wyraziło zainteresowanie pójściem w ślady UCLA. A University of Arizona, Tucson, inna szkoła publiczna, uczy teraz wersji LS 30.

Ale ostatecznie zmiana sposobu nauczania matematyki okazała się powolna.

Szkoły średnie na ogół wydają się niechętne zmianom, mówi Garfinkel, ze względu na wymagania wstępne na studia. W międzyczasie uczelnie wskazują na rachunek różniczkowy AP, którego uczy się w szkołach średnich, aby wyjaśnić, dlaczego nie zmienią kursów rachunku różniczkowego dla studentów pierwszego roku.

„Uważamy więc, że musimy osiągnąć oba poziomy jednocześnie” — dodaje Garfinkel.

W tym celu współpracuje z Brendanem Kelly, dyrektorem matematyki wprowadzającej na Harvardzie, aby zaoferować podobny kurs uczniom szkół średnich w tym roku w ramach programu szkoły letniej Harvardu, kilkutygodniowej serii dla studentów, aby uzyskać kontakt z wyższym wykształceniem . Ale nie jest jasne, ile funduszy uda im się zdobyć na program, mówi.

Inny czynnik? Nie wszyscy zgadzają się na zmianę sposobu nauczania matematyki. Niezgoda w tej sprawie jest publicznie rozgrywana przez kalifornijską radę edukacyjną ponownie ocenia stanowe ramy matematyczne K-12.

Chwaląc kurs LS 30 za angażowanie uczniów w matematykę, Mario Bonk, obecny przewodniczący wydziału matematyki na UCLA, sugeruje, że ma „poważne obawy” co do eksportu modelu do szkół wyższych w całym kraju, ponieważ treść kursu jest niesamowicie specyficzne dla biologii. Jeśli ci studenci zdecydują później, że ścieżka nauk przyrodniczych nie jest dla nich, byliby poważnie nieprzygotowani na cokolwiek innego, mówi Bonk.

Ostatecznie dla Bonka nie jest to model, który wszystkie działy powinny koniecznie naśladować. Podkreśla jednak potrzebę wprowadzenia nauczania matematyki w XXI wiek. Importowanie rzeczywistych przykładów do rachunku różniczkowego to dobry pomysł – taki, który może zainspirować uczniów do zaangażowania się w matematykę, mówi Bonk. Dobrym pomysłem jest również włączenie podstawowych umiejętności programowania do zajęć. Dodaje jednak, że aby nauczyć się rozumieć matematykę – „uniwersalny język wszechświata” – wyciągnięcie jej poza wydział matematyki nie jest idealne. Krótko mówiąc, argumentuje, kurs wydaje się wyjątkowy w nauczaniu modelowania biologicznego, ale jest mniej znakomity w nauczaniu abstrakcyjnych zasad matematyki.

Inni ogólnie kwestionują szersze podejście do reformy matematyki, twierdząc, że nie jest tak rygorystyczne. Argumentowała to na przykład Barbara Oakley, zdeklarowana profesor inżynierii na Uniwersytecie Oakland reformowanie programu nauczania matematyki zwykle działa na niekorzyść uczniów. Według Oakley reformy te mają tendencję do zmniejszania nacisku na nawykowe praktyki - takie jak wiercenie tabliczki mnożenia - które, jak twierdzi, uniemożliwiają uczniom biegłość w posługiwaniu się liczbami.

To przypuszczenie, które nie wydaje się przekonywać Garfinkela. „Całkowicie nie zgadzam się z poglądem, że potrzebne jest to, co nazywają „rygorystycznym”” — mówi Garfinkel, podkreślając, że jego własny kurs nie ma wymagań wstępnych dotyczących rachunku różniczkowego, a mimo to jest w stanie z powodzeniem rozwiązywać problemy modelowania biologicznego.