Online-Unterricht ist effektiv, um komplizierte Themen wie Quanteninformationswissenschaft (QIS) an Naturwissenschaftslehrer an weiterführenden Schulen zu vermitteln, so ein neues Papier von Forschern der University of Texas in Arlington. veröffentlicht In Der Physiklehrer.
„COVID-19 zwang Pädagogen dazu, ihre bewährten pädagogischen Praktiken an ein ungewohntes virtuelles Klassenzimmer anzupassen, und bei der beruflichen Weiterbildung war es nicht anders“, sagte Karen Jo Matsler, praktische Assistenzprofessorin für UTeach an der UTA und Hauptautorin der Studie.
Ramon Lopez, Professor für Physik, war einer der Hauptforscher des Projekts. Chandralekha Singh von der Universität Pittsburgh war Co-Autorin.
QIS ist ein neues Wissenschafts- und Technologiefeld, das Physik, Mathematik, Informatik und Ingenieurwissenschaften kombiniert und für Alltagsgegenstände wie Mobiltelefone und Solartechnik von entscheidender Bedeutung ist. An den meisten weiterführenden Schulen wird dieses Fach jedoch nicht unterrichtet, sodass die Schüler nicht die Fähigkeiten erwerben, die sie für lukrative Jobs benötigen.
Im Rahmen eines Zuschusses von 1 Million US-Dollar der National Science Foundation im Jahr 2021 wollten Matsler und ihre Kollegen QIS an Naturwissenschaftslehrer an weiterführenden Schulen weitergeben, die dieses neu erworbene Wissen dann in ihren Unterricht einbringen könnten.
„Aufgrund der Pandemie mussten wir unsere ursprünglichen Pläne für eine Präsenzschulung jedoch aufgeben und stattdessen eine Online-Schulung anbieten“, so Matsler. „Wir wussten, dass es eine Herausforderung sein würde, QIS online zu unterrichten, aber wir waren angenehm überrascht, wie gut es funktionierte.“
Matsler, Lopez und das Team fanden heraus, dass es für den Online-Unterricht von QIS am besten funktionierte, den Teilnehmern einen Teil des Materials im Voraus zuzusenden, damit sie sich mit den Themen vertraut machen konnten. Während der Sitzungen nutzten die Pädagogen dann Zoom – mit Funktionen wie Chat, Umfragen und Gruppenräumen –, um die Teilnehmer beim Lernen zu halten. Sie leiteten auch Aktivitäten, bei denen die Lernenden die Möglichkeit hatten, das Unterrichten des Materials zu üben – eine weitere Technik, die den Teilnehmern dabei half, bei der Sache zu bleiben.
Um eine kognitive Überlastung zu vermeiden, stellte das Team fest, dass die Hauptdiskussionen auf 15 bis 30 Minuten begrenzt werden sollten, wobei die einzelnen Breakout-Sitzungen jeweils fünf bis sieben Minuten dauern sollten, sodass die Gesamtsitzungszeit etwa 90 bis 120 Minuten beträgt.
„Dies gab den Teilnehmern reichlich Gelegenheit, die Quantenkonzepte in kleinen Gruppen von zwei bis sechs Teilnehmern zu diskutieren“, sagte Matsler. „Während dieser kleinen Diskussionen gingen die Leiter abwechselnd in die Räume und wieder hinaus, um nach den Teilnehmern zu sehen, Anweisungen zu klären und Fragen zu beantworten.“
Die Kursleiter empfehlen außerdem „Eisbrecher“-Aktivitäten, um das Engagement der Community beim virtuellen Lernen zu erhöhen.
„Diese Kennenlernaktivitäten können leicht dazu genutzt werden, Schüler einzubinden, die Anwesenheit zu erfassen und zu beurteilen, wie viel die einzelnen Schüler über die bevorstehende Unterrichtsstunde wissen“, sagte Matsler. „Ein Schlüsselelement dieses gesamten Online-Lernens ist es, sicherzustellen, dass die Lernenden das Gefühl haben, in einer sicheren Gemeinschaft zu sein, in der sie lernen und Ideen austauschen können.“
Das Team stellte außerdem fest, dass kurze, relevante Videos dabei halfen, komplizierte Themen zu vermitteln. Sie empfehlen, die Chat-Funktion während der Videos in Betrieb zu halten, damit die Teilnehmer Fragen stellen und interessiert bleiben können.
„Im Idealfall, QIS wird gelehrt in einem Klassenzimmer mit praktischen Aktivitäten, damit die Lernenden sehen und berühren können, wie Dinge wie Magnetschwebebahnen und Quantenlevitation funktionieren“, sagte Matsler.
„Unsere Erfahrungen zeigen jedoch, dass die Einbindung geeigneter Pädagogik und Inhalte in Online-Lernen bei der Vermittlung dieser Themen wirksam sein kann. Das Verständnis, dass es eine effektive virtuelle Option gibt, ist wichtig, da das Land seine Bemühungen verstärkt, die Quantenforschung und -entwicklung zu beschleunigen, um mit anderen Ländern in diesem Bereich wettbewerbsfähig zu bleiben.“
Mehr Informationen:
Karen Jo Matsler et al., Anwendung von Unterrichtspraktiken aus der virtuellen beruflichen Weiterbildung während einer Pandemie, Der Physiklehrer (2024). DOI: 10.1119/5.0107084