UCLA Life Sciences omarbetat hur det lär ut matematik. Är det ett exempel som andra borde följa?

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

För ungefär 10 år sedan ringde Alan Garfinkel, professor vid avdelningen för biovetenskap vid University of California, Los Angeles. Det var från hans dekanus, som sa att institutionen hade inspekterat deras nybörjarkalkylkurs, "Calculus for Life Sciences."

Resultaten av den interna granskningen var inte så storslagna, vilket visade att klassen var "absolut värdelös", säger Garfinkel. Klassen var inte populär bland elever och verkade inte förbereda dem för en karriär inom STEM. Och klassen verkade filtrera bort kvinnor och minoriteter från att gå vidare på avdelningen.

Den uppmaningen startade den år långa processen med att omarbeta hur universitetets biovetenskapliga institution undervisar i matematik. Detta ledde så småningom till en ny inledande livsvetenskaplig matematikkurs, Mathematics for Life Sciences (LS 30-serien).

Behovet för biologistudenter att förstå matematiska begrepp har blivit allt viktigare, särskilt med den digitala revolutionen som sveper över vetenskapen. Men UCLA-professorer ansåg att den traditionella matematikläroplanen var oinspirerande för studenter och att klasserna erbjöd få användbara exempel från den faktiska biologin, enligt en presentation som utarbetats av universitetsmedlemmar som EdSurge granskade. De gamla sätten att undervisa verkade lämna eleverna utan förståelse för matematikens betydelse för deras valda område.

Institutionen började undervisa i sin nya matematikserie för biovetenskap 2013, i en pilotkurs med ett 20-tal studenter. Fakulteten var tvungen att övervinna hinder för att ens komma dit, inklusive avsaknaden av en officiell lärobok och initial skepsis från kollegor på matteavdelningen, säger Blaire Van Valkenburgh, som vid den tiden var biträdande dekanus vid institutionen och ledde reformarbetet.

Men i slutändan väckte resultaten nästan tro, enligt de på högskolan.

Framför allt verkade eleverna uppskatta insatsen, och LS 30 har visat en stadig tillväxt under de senaste fem åren, enligt siffror som citeras i en studera publicerades i februari 2022. Idag uppskattar Garfinkel att det undervisas för cirka 2,000 XNUMX studenter per år vid det stora offentliga universitetet. Eleverna har röstat med fötterna, tillägger Van Valkenburgh.

Matematikavdelningen var imponerad av studenternas reaktion på den nya kursen, särskilt den sortens lysande studentrecensioner "som vi inte får i vanliga matematikkurser", säger Don Blasius, professor i matematik vid UCLA med kunskap om livsvetenskaperna matte förnya.

Många av dessa studenter är människor som kanske inte har fastnat i STEM, enligt studien. Dessa siffror hävdar att, med siffrorna tillgängliga vid publicering, är 72 procent av eleverna som är inskrivna i klassen kvinnor, med 31 procent från socioekonomiskt missgynnade bakgrunder och 32 procent från grupper som inte är väl representerade i STEM.

Ett hinder för STEM?

För Garfinkel representerar förändringen ett framgångsrikt exempel på att reformera matematikläroplanen, en som både lyfte en barriär för STEM-karriärer och grundade matematikundervisningen i praktiska exempel.

Även om vetenskap, teknik, teknik och matematik har sett vissa framsteg under de senaste åren, är STEM fortfarande relativt oskiftande. Siffror från Pew Research Center indikerar att svarta och latinamerikanska arbetare och studenter är kraftigt underrepresenterade i STEM-yrken och utbildningsprogram. Och medan kvinnor är majoriteten av arbetare i hälsorelaterade jobb, från och med förra året, är de mindre närvarande inom fysik eller, säg, ingenjörsvetenskap. På den nuvarande banan, hävdar Pew-forskarna, är det osannolikt att uppnådd STEM-examen kommer att ändra detta.

Många ledare inom området vill ändra denna statistik. UCLA-insatserna stöddes delvis av ett anslag från National Science Foundation, enligt dokument som lämnats till EdSurge av medlemmar i teamet som stod i spetsen för översynen.

Åtminstone delvis har UCLA-programmets framgång tillskrivits det faktum att det minskade institutionens kalkylförutsättningar, vilket förespråkare för LS 30-kursen karakteriserar som "rensa bort" åtgärder.

Den traditionella kalkylkursen, för människor som Garfinkel, är helt föråldrad. Det handlar om att memorera formler och använda papper-och-penna-tekniker som, enligt hans uppfattning, inte har varit i framkant under detta århundrade. Och det är en stor faktor, säger han, som driver minoriteter och kvinnor ur STEM, eftersom de kanske hade mindre erfarenhet av traditionell matematik innan de kom till college.

Istället fokuserade LS 30 på modellering som är grundad i biologiska exempel – som att förstå återkopplingsdynamiken hos haj-tonfiskpopulationer. Det förutsätter ingen bakgrund i kalkyl och det begränsar sin undervisning till programmerings- och matematiska begrepp som är nödvändiga för praktisk modellering.

I slutändan, hävdar Van Valkenburgh, verkar det nya programmet ha ingjutit förtroende hos eleverna om deras kvantitativa färdigheter, samt motiverat dem att plocka upp dessa färdigheter genom att grunda lektioner i problem som de brydde sig om att lösa. Kort sagt, det hjälpte också att svara på de vanliga frågorna "varför ens bry sig om att lära sig det här?" fråga.

Van Valkenburgh, som nyligen gick i pension, reflekterar att det att avancera kursen var "förmodligen det viktigaste [icke-akademiska] jag gjorde."

Ändra kalkylen

Ett antal andra universitet har uttryckt intresse för att följa UCLA:s ledning, enligt Garfinkel. Och University of Arizona, Tucson, en annan offentlig skola, undervisar nu i en version av LS 30.

Men i slutändan har förändringen i hur matematik lärs ut visat sig långsam.

Gymnasieskolor i allmänhet verkar ovilliga att förändras, säger Garfinkel, på grund av krav på högskolebehörighet. Samtidigt pekar högskolor på AP-kalkylen som lärs ut till gymnasieskolor för att förklara varför de inte kommer att byta nybörjarkalkylkurser.

"Så vi tror att vi måste slå båda nivåerna samtidigt," tillägger Garfinkel.

Mot det syftet arbetar han tillsammans med Brendan Kelly, chef för introduktionsmatematik vid Harvard, för att erbjuda en liknande kurs för gymnasieelever i år i Harvards sommarskoleprogram, en par veckor lång serie för studenter att få exponering för högre utbildning . Men det är oklart hur mycket finansiering de kommer att lyckas få för programmet, säger han.

En annan faktor? Alla är inte med på att uppenbara hur matematik lärs ut. Oenighet om detta utspelar sig offentligt som utbildningsstyrelsen i Kalifornien omvärderar statens grund- och gymnasieskola.

Samtidigt som han berömmer LS 30-kursen för att engagera studenter i matematik, föreslår Mario Bonk, nuvarande ordförande för matematikavdelningen vid UCLA, att han har "allvarliga betänkligheter" om att exportera modellen till högskolor över hela landet eftersom innehållet i kursen är otroligt specifikt för biologi. Om dessa studenter senare bestämmer sig för att livsvetenskapsspåret inte är något för dem, skulle de vara allvarligt underförberedda på något annat, säger Bonk.

I slutändan, för Bonk, är det inte en modell som alla avdelningar nödvändigtvis bör följa. Men det understryker behovet av att föra in matematikundervisningen i 21-talet. Att importera verkliga exempel till kalkyl är en bra idé - en som kan inspirera eleverna att engagera sig i matematik, säger Bonk. Att ta in grundläggande programmeringskunskaper i kurserna är också en bra idé. Men, tillägger han, för att lära sig att förstå matematik - "universums universella språk" - är det inte idealiskt att dra ut det från matematikavdelningen. Kort sagt, hävdar han, verkar kursen exceptionell när det gäller att lära ut biologisk modellering, men den är mindre fantastisk när det gäller att lära ut de abstrakta principerna för matematik.

Andra ifrågasätter det bredare tillvägagångssättet för matematikreformen i allmänhet, och menar att det inte är alls lika rigoröst. Till exempel har Barbara Oakley, den frispråkiga professorn i teknik vid Oakland University, hävdat det reformering av matematikläroplanen tenderar att missgynna eleverna. Enligt Oakley tenderar dessa reformer att understryka vanemässig praxis – som att borra tidtabeller – som hon hävdar förnekar eleverna flytande med siffror.

Det är en tillmätning som inte verkar påverka Garfinkel. "Jag håller helt inte med om tanken att det som behövs är vad de kallar "rigoröst", säger Garfinkel och betonar att hans egen kurs inte har några kalkylförutsättningar och ändå kan hantera biologiska modelleringsproblem.