การพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์หมายถึงการเปลี่ยนแปลงการศึกษาวิทยาศาสตร์

ในการสำเร็จการศึกษาในสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ นักศึกษาจะต้องเรียนหลักสูตรวิทยาศาสตร์ให้ครบระหว่าง 40 ถึง 60 หน่วยกิต นั่นหมายถึงการใช้เวลาประมาณ 2,500 ชั่วโมงในห้องเรียนตลอดอาชีพนักศึกษาระดับปริญญาตรี

อย่างไรก็ตาม การวิจัยพบว่าแม้จะมีความพยายามทั้งหมดนั้น แต่หลักสูตรวิทยาศาสตร์ของวิทยาลัยส่วนใหญ่ให้นักเรียนเข้าใจแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐานอย่างกระจัดกระจายเท่านั้น วิธีการสอนช่วยเสริมการท่องจำข้อเท็จจริงที่แยกออกมา โดยดำเนินการจากบทในตำราหนึ่งไปยังบทถัดไปโดยไม่จำเป็นต้องเชื่อมโยงระหว่างกัน แทนที่จะเรียนรู้วิธีใช้ข้อมูลและเชื่อมโยงข้อเท็จจริงเหล่านั้นอย่างมีความหมาย

ความสามารถในการเชื่อมโยงเหล่านี้มีความสำคัญนอกเหนือจากห้องเรียนเช่นกัน เนื่องจากเป็นพื้นฐานของการรู้หนังสือทางวิทยาศาสตร์: ความสามารถในการใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เพื่อประเมินข้อมูลอย่างถูกต้องและตัดสินใจตามหลักฐาน

ในฐานะนักวิจัยด้านเคมี ฉันได้ทำงานกับ Sonia Underwood เพื่อนร่วมงานของฉันมาตั้งแต่ปี 2019 เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่นักศึกษาวิชาเคมีผสมผสานและนำความรู้ของพวกเขาไปใช้กับสาขาวิชาวิทยาศาสตร์อื่นๆ

ในการศึกษาล่าสุดของเรา เราได้ตรวจสอบว่านักศึกษาสามารถใช้ความรู้ทางเคมีเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ทางชีววิทยาในโลกแห่งความเป็นจริงได้ดีเพียงใด เราทำสิ่งนี้โดยให้พวกเขาทำกิจกรรมที่ออกแบบมาเพื่อสร้างความเชื่อมโยงข้ามสาขา

เราพบว่าแม้ว่านักเรียนส่วนใหญ่จะไม่ได้รับโอกาสที่คล้ายคลึงกันที่จะเตรียมพวกเขาให้พร้อมสำหรับการเชื่อมโยงเหล่านั้น แต่กิจกรรมเช่นนี้สามารถช่วยได้ – หากพวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของหลักสูตร

การเรียนรู้สามมิติ

การวิจัยจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าการศึกษาวิทยาศาสตร์แบบดั้งเดิม สำหรับทั้งสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และที่ไม่ใช่สาขาวิชา ไม่ได้ผลดีในการสอนนักเรียนวิทยาศาสตร์ถึงวิธีการใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์และอธิบายสิ่งที่พวกเขาอาจไม่ได้เรียนรู้โดยตรง

ด้วยเหตุนี้ เราจึงพัฒนาชุดกิจกรรมข้ามสายงานตามกรอบการทำงานที่เรียกว่า “การเรียนรู้สามมิติ”

ในระยะสั้น การเรียนรู้สามมิติที่เรียกว่า 3DL เน้นว่าการสอน การเรียนรู้ และการประเมินของนักศึกษาวิทยาลัยควรเกี่ยวข้องกับการใช้แนวคิดพื้นฐานภายในสาขาวิชา นอกจากนี้ยังควรเกี่ยวข้องกับเครื่องมือและกฎเกณฑ์ที่สนับสนุนนักเรียนในการเชื่อมโยงภายในและระหว่างสาขาวิชา สุดท้ายควรให้นักเรียนใช้ความรู้ของตนเอง กรอบการทำงานได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของวิธีที่ผู้คนเรียนรู้เพื่อช่วยให้นักเรียนทุกคนมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในวิทยาศาสตร์

เราทำสิ่งนี้ร่วมกับ Rebecca L. Matz ผู้เชี่ยวชาญด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรมศาสตร์ และการศึกษาคณิตศาสตร์ จากนั้นเราก็นำกิจกรรมเหล่านี้ไปที่ห้องเรียน

การสร้างความเชื่อมโยงทางวิทยาศาสตร์

ในการเริ่มต้น เราได้สัมภาษณ์นักศึกษาชั้นปีที่ 1 ในสาขาวิทยาศาสตร์หรือวิศวกรรมศาสตร์จำนวน 28 คน ทั้งหมดลงทะเบียนเรียนในหลักสูตรเคมีเบื้องต้นและชีววิทยา เราขอให้พวกเขาระบุความเชื่อมโยงระหว่างเนื้อหาของหลักสูตรเหล่านี้กับสิ่งที่พวกเขาเชื่อว่าเป็นข้อความกลับบ้านจากแต่ละหลักสูตร

นักเรียนตอบกลับด้วยรายการหัวข้อ แนวคิด และทักษะต่างๆ ที่ได้เรียนรู้ในชั้นเรียน บางส่วน แต่ไม่ใช่ทั้งหมด ระบุแนวคิดหลักของแต่ละวิทยาศาสตร์ได้อย่างถูกต้อง พวกเขาเข้าใจว่าความรู้ทางเคมีของพวกเขามีความสำคัญต่อความเข้าใจทางชีววิทยา แต่ไม่ใช่ว่าสิ่งที่ตรงกันข้ามอาจเป็นจริงเช่นกัน

ตัวอย่างเช่น นักเรียนพูดคุยเกี่ยวกับวิธีที่ความรู้ที่ได้รับในหลักสูตรเคมีเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ นั่นคือ แรงดึงดูดและแรงผลัก เป็นสิ่งสำคัญที่จะเข้าใจว่าสารเคมีที่ประกอบเป็น DNA มารวมกันได้อย่างไรและทำไม

สำหรับหลักสูตรชีววิทยาของพวกเขา แนวคิดหลักที่นักเรียนพูดถึงมากที่สุดคือความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ – รูปร่างของสารเคมีและชนิดทางชีววิทยาเป็นตัวกำหนดงานของพวกเขาอย่างไร

ถัดไป ชุดกิจกรรมข้ามสาขาได้รับการออกแบบมาเพื่อแนะนำนักเรียนในการใช้แนวคิดหลักและความรู้ด้านเคมีเพื่อช่วยอธิบายปรากฏการณ์ทางชีววิทยาในโลกแห่งความเป็นจริง

นักเรียนทบทวนแนวคิดหลักทางเคมีและใช้ความรู้นั้นเพื่ออธิบายสถานการณ์ทางเคมีที่คุ้นเคย ต่อไปพวกเขาใช้มันเพื่ออธิบายสถานการณ์ทางชีววิทยา

กิจกรรมหนึ่งสำรวจผลกระทบของการทำให้เป็นกรดของมหาสมุทรต่อเปลือกหอยทะเล ในที่นี้ ขอให้นักเรียนใช้แนวคิดทางเคมีพื้นฐานเพื่ออธิบายว่าการเพิ่มระดับของคาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำทะเลส่งผลต่อสัตว์ทะเลที่สร้างเปลือกหอย เช่น ปะการัง หอย และหอยนางรมอย่างไร

กิจกรรมอื่น ๆ ขอให้นักเรียนนำความรู้ทางเคมีมาใช้เพื่ออธิบายออสโมซิส – วิธีที่น้ำถ่ายโอนเข้าและออกจากเซลล์ในร่างกายมนุษย์ – หรืออุณหภูมิสามารถเปลี่ยนแปลงความเสถียรของ DNA ของมนุษย์ได้อย่างไร

โดยรวมแล้ว นักเรียนรู้สึกมั่นใจในความรู้ทางเคมีและสามารถอธิบายสถานการณ์ทางเคมีได้อย่างง่ายดาย พวกเขามีเวลายากขึ้นในการใช้ความรู้ทางเคมีแบบเดียวกันเพื่ออธิบายสถานการณ์ทางชีววิทยา

ในกิจกรรมการทำให้เป็นกรดในมหาสมุทร นักเรียนส่วนใหญ่สามารถทำนายได้อย่างถูกต้องว่าการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ส่งผลต่อระดับกรดในมหาสมุทรอย่างไร อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่สามารถอธิบายได้เสมอว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตในทะเลอย่างไรโดยการขัดขวางการก่อตัวของเปลือกหอย

การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่ายังมีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างสิ่งที่นักเรียนเรียนรู้ในหลักสูตรวิทยาศาสตร์และความพร้อมในการใช้ข้อมูลนั้นได้ดีเพียงใด ปัญหานี้ยังคงอยู่แม้ว่าในปี 2555 มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติได้ออกชุดแนวทางการเรียนรู้สามมิติเพื่อช่วยให้นักการศึกษาทำให้การศึกษาวิทยาศาสตร์มีประสิทธิภาพมากขึ้น

อย่างไรก็ตาม นักเรียนในการศึกษาของเรายังรายงานว่ากิจกรรมเหล่านี้ช่วยให้พวกเขาเห็นความเชื่อมโยงระหว่างสองสาขาวิชาที่พวกเขาไม่เคยรับรู้เป็นอย่างอื่น

ดังนั้นเราจึงได้หลักฐานมาด้วยว่า อย่างน้อยนักศึกษาวิชาเคมีของเราต้องการความสามารถในการทำความเข้าใจวิทยาศาสตร์ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น และวิธีประยุกต์ใช้

การรู้หนังสือวิทยาศาสตร์คืออะไรและเหตุใดจึงสำคัญ

สถาบันการเกษตรและทรัพยากรธรรมชาติที่เน้นความรู้ทางวิทยาศาสตร์เปิดประตูสู่มหาวิทยาลัย

ทุกสายตาจับจ้องไปที่อนาคต เมื่อมีข้อมูลให้บริโภคมากขึ้นเรื่อยๆ พร้อมใช้งานผ่านอุปกรณ์สั่งงานด้วยเสียงหรือการคลิกปุ่มที่ไวต่อการสัมผัส โดยมีเพียงสมองของมนุษย์เท่านั้นที่กำหนดว่าข้อมูลนั้นเป็นความจริงหรือนิยาย

คนที่จะตัดสินใจเหล่านั้นอยู่แล้วกำลังเข้ารับตำแหน่งธุรกิจและความเป็นผู้นำ จัดการเงินหลายพันล้านดอลลาร์และกำหนดเส้นทางสำหรับอนาคตของโลก สถาบันการเกษตรและทรัพยากรธรรมชาติแห่งมหาวิทยาลัยเนแบรสกา–ลินคอล์น (IANR) ได้วางแผนมาอย่างยาวนานเพื่อให้แน่ใจว่ามีข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่จะประสบความสำเร็จ เพื่อให้สามารถรับมือกับความท้าทายในอนาคต เช่น การให้อาหารแก่คน 9 พันล้านคนภายในปี 2050

การกำหนดความรู้ทางวิทยาศาสตร์

การรู้หนังสือวิทยาศาสตร์เป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เช่นเดียวกับกรอบทางวิทยาศาสตร์ที่ผู้คนตัดสินใจบนพื้นฐานของข้อเท็จจริง การวิจัย และความรู้ ไม่ใช่ความคิดเห็นหรือคำบอกเล่า ตาม Kathleen Lodl รองคณบดีของ Nebraska Extension Lodl พร้อมด้วย Mark Balschweid หัวหน้าภาควิชาภาวะผู้นำทางการเกษตร การศึกษา และการสื่อสาร เป็นผู้นำในด้านลำดับความสำคัญของ IANR Science Literacy พวกเขามีหน้าที่รวบรวมความคิดที่ดีที่สุดทั่วทั้งมหาวิทยาลัยเพื่อคิดเกี่ยวกับอนาคตและมีส่วนร่วมกับพันธมิตรภายนอกในความพยายามในการรู้หนังสือทางวิทยาศาสตร์

IANR Science Literacy Initiative ประกอบด้วยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ข้ามสายงานซึ่งมุ่งเน้นไปที่สี่เป้าหมาย: การปรับปรุงการรู้หนังสือทางวิทยาศาสตร์ในหมู่นักศึกษามหาวิทยาลัย เตรียมความพร้อมก่อนอนุบาลถึงมัธยมศึกษาตอนปลายเพื่อประกอบอาชีพ ให้ข้อมูลและมีส่วนร่วมกับคู่ค้าและผู้มีส่วนได้ส่วนเสียเกี่ยวกับโครงการและการวิจัย และสนับสนุนสาธารณชนในขณะที่พวกเขาตีความ ให้เหตุผล และตัดสินใจ

“นี่เป็นงานประเภทที่เรารู้จักและผู้คนพึ่งพาระบบการให้ทุนที่ดินของพวกเขา” Lodl กล่าว โครงการ Science Literacy Initiative ได้รวบรวมสาขาวิชาทางวิชาการทั้งหมดและภารกิจการให้ทุนสนับสนุนทั้ง 3 ด้านในด้านการสอน การวิจัย และการขยายงาน ระบบนี้มาพร้อมกับนักวิจัยมหาวิทยาลัยที่เป็นผู้เชี่ยวชาญระดับโลก กับผู้เชี่ยวชาญด้านการขยายงาน/การขยายงาน และด้วยผู้เชี่ยวชาญในการสอนอย่างเป็นทางการตั้งแต่ระดับเตรียมอนุบาลจนถึงวิทยาลัย Lodl กล่าว

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ arspiu.com