A UCLA Life Sciences reformulou como ensina matemática. É um exemplo que outros devem seguir?

Cerca de 10 anos atrás, Alan Garfinkel, professor do departamento de ciências biológicas da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, recebeu uma ligação. Era de seu reitor, que disse que o departamento havia inspecionado seu curso de cálculo para calouros, “Cálculo para Ciências da Vida”.

Os resultados da revisão interna não foram tão bons, mostrando que a classe era “absolutamente inútil”, diz Garfinkel. Impopular entre os alunos, a turma não parecia estar preparando-os para uma carreira em STEM. E a classe parecia estar impedindo que mulheres e minorias progredissem no departamento.

Essa ligação deu início a um longo processo de reformulação de como o departamento de ciências da vida da universidade ensina matemática. Isso acabou levando a um novo curso introdutório de matemática para ciências da vida, Matemática para Ciências da Vida (a série LS 30).

A necessidade de estudantes de biologia entenderem conceitos matemáticos tornou-se cada vez mais importante, especialmente com a revolução digital que está se espalhando pela ciência. Mas os professores da UCLA achavam que o currículo tradicional de matemática era pouco inspirador para os alunos e que as aulas ofereciam poucos exemplos úteis da biologia real, de acordo com uma apresentação preparada por membros da universidade que a EdSurge revisou. As velhas formas de ensinar pareciam deixar os alunos sem entender a importância da matemática para o campo escolhido.

O departamento começou a ministrar sua nova série de matemática para ciências da vida em 2013, em um curso piloto com cerca de 20 alunos. O corpo docente teve que superar obstáculos até mesmo para chegar lá, incluindo a falta de um livro oficial e o ceticismo inicial dos colegas do departamento de matemática, diz Blaire Van Valkenburgh, que na época era reitor adjunto do departamento e liderava o esforço de reforma.

Mas no final, os resultados quase inacreditáveis, de acordo com os da faculdade.

Principalmente, os alunos pareciam apreciar o esforço, e o LS 30 mostrou um crescimento constante nos últimos cinco anos, de acordo com números citados em um estudo publicado em fevereiro de 2022. Hoje, Garfinkel estima que é ensinado a cerca de 2,000 alunos por ano na grande universidade pública. Os estudantes votaram com os pés, acrescenta Van Valkenburgh.

O departamento de matemática ficou impressionado com a reação dos alunos ao novo curso, especialmente com o tipo de comentários entusiasmados dos alunos “que não recebemos em cursos normais de matemática”, diz Don Blasius, professor de matemática da UCLA com conhecimento das ciências da vida. reformulação matemática.

Muitos desses alunos são pessoas que podem não ter se destacado em STEM, de acordo com o estudo. Esses números afirmam que, usando os números disponíveis na publicação, 72% dos alunos matriculados na classe são do sexo feminino, com 31% de origens socioeconômicas desfavorecidas e 32% de grupos que não estão bem representados no STEM.

Uma barreira para STEM?

Para Garfinkel, a mudança representa um exemplo bem-sucedido de reforma do currículo de matemática, que levantou uma barreira para as carreiras STEM e baseou o ensino de matemática em exemplos práticos.

Embora os campos de ciência, tecnologia, engenharia e matemática tenham visto algum progresso nos últimos anos, o STEM permanece relativamente não diversificado. Números do Pew Research Center indicam que trabalhadores e estudantes negros e hispânicos estão muito sub-representados em ocupações STEM e programas educacionais. E embora as mulheres sejam a maioria dos trabalhadores em empregos relacionados à saúde, desde o ano passado, elas estão menos presentes nas ciências físicas ou, digamos, na engenharia. Na trajetória atual, argumentam os pesquisadores do Pew, é improvável que a obtenção de um diploma STEM altere isso.

Muitos líderes na área querem mudar essas estatísticas. Os esforços da UCLA foram apoiados, em parte, por uma doação da National Science Foundation, de acordo com documentos fornecidos à EdSurge por membros da equipe que liderou a reforma.

Pelo menos em parte, o sucesso do programa da UCLA foi atribuído ao fato de que ele eliminou os pré-requisitos de cálculo do departamento, que os proponentes do curso LS 30 caracterizam como medidas de “eliminar”.

O curso de cálculo tradicional, para pessoas como Garfinkel, está totalmente desatualizado. Trata-se de memorizar fórmulas e usar técnicas de papel e lápis que, a seu ver, não foram de ponta neste século. E é um grande fator, diz ele, que empurra as minorias e as mulheres para fora do STEM, porque elas podem ter tido menos experiência em matemática tradicional antes de chegar à faculdade.

Em vez disso, o LS 30 concentrou-se na modelagem baseada em exemplos biológicos – como entender a dinâmica de feedback das populações de tubarão-atum. Não pressupõe formação em cálculo e limita seu ensino aos conceitos de programação e matemática necessários para a modelagem prática.

Em última análise, argumenta Van Valkenburgh, o novo programa parece ter instilado confiança nos alunos sobre suas habilidades quantitativas, além de motivá-los a adquirir essas habilidades baseando as aulas em problemas que eles se preocupam em resolver. Em suma, também ajudou a responder à pergunta comum “por que se preocupar em aprender isso?” pergunta.

Van Valkenburgh, que se aposentou recentemente, reflete que avançar no curso foi “provavelmente a coisa [não acadêmica] mais importante que fiz”.

Mudando o Cálculo

Várias outras universidades manifestaram interesse em seguir o exemplo da UCLA, de acordo com Garfinkel. E a Universidade do Arizona, Tucson, outra escola pública, agora ensina uma versão do LS 30.

Mas, em última análise, a mudança na forma como a matemática é ensinada tem se mostrado lenta.

As escolas secundárias em geral parecem relutantes em mudar, diz Garfinkel, por causa dos requisitos de entrada na faculdade. Enquanto isso, as faculdades apontam para o cálculo AP que é ensinado nas escolas de ensino médio para explicar por que elas não mudam os cursos de cálculo dos calouros.

“Então, achamos que precisamos atingir os dois níveis simultaneamente”, acrescenta Garfinkel.

Para esse fim, ele está trabalhando com Brendan Kelly, diretor de matemática introdutória em Harvard, para oferecer um curso semelhante a alunos do ensino médio este ano no programa de verão de Harvard, uma série de duas semanas para os alunos terem contato com o ensino superior. . Mas não está claro quanto financiamento eles conseguirão obter para o programa, diz ele.

Outro fator? Nem todo mundo está de acordo com a forma como a matemática é ensinada. O desacordo sobre isso está se manifestando publicamente como o conselho de educação da Califórnia reavalia a estrutura de matemática K-12 do estado.

Ao elogiar o curso LS 30 por envolver os alunos em matemática, Mario Bonk, atual presidente do departamento de matemática da UCLA, sugere que ele tem “sérias dúvidas” sobre a exportação do modelo para faculdades em todo o país porque o conteúdo do curso é incrivelmente específico da biologia. Se esses alunos decidirem mais tarde que o curso de ciências da vida não é para eles, eles estariam seriamente despreparados para qualquer outra coisa, diz Bonk.

Em última análise, para Bonk, não é um modelo que todos os departamentos devam necessariamente seguir. Mas destaca a necessidade de trazer o ensino de matemática para o século XXI. Importar exemplos da vida real para o cálculo é uma boa ideia – uma que pode inspirar os alunos a se envolverem com a matemática, diz Bonk. Trazer habilidades básicas de programação para o curso também é uma boa ideia. Mas, ele acrescenta, para aprender a entender matemática – “a linguagem universal do universo” – retirá-la do departamento de matemática não é o ideal. Em suma, ele argumenta, o curso parece excepcional no ensino de modelagem biológica, mas é menos estelar no ensino dos princípios abstratos da matemática.

Outros discordam da abordagem mais ampla da reforma matemática em geral, alegando que ela não é tão rigorosa. Por exemplo, Barbara Oakley, a franca professora de engenharia da Oakland University, argumentou que reformar o currículo de matemática tende a prejudicar os alunos. De acordo com Oakley, essas reformas tendem a diminuir a ênfase na prática habitual - como perfurar tabuadas - que, segundo ela, nega aos alunos a fluência com os números.

É uma imputação que não parece influenciar Garfinkel. “Discordo completamente da ideia de que o que é necessário é o que eles chamam de 'rigoroso'”, diz Garfinkel, enfatizando que seu próprio curso não tem pré-requisitos de cálculo e ainda é capaz de lidar com problemas de modelagem biológica com sucesso.

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• Fonte: https://www.edsurge.com/news/2023-01-17-ucla-life-sciences-revamped-how-it-teaches-math-is-it-an-example-others-should-follow