Met de nieuwe nadruk op hands-on, actief leren in het hoger onderwijs, labcursussen lijken een voordeel te hebben - wat is er actiever dan experimenten te doen? Maar verrassend nieuw onderzoek onthult dat traditionele laboratoria ver achterblijven bij hun pedagogische doelen.

In een paper gepubliceerd op 2 januari in Natuurkunde vandaag , "Inleidende Physics Labs:we kunnen het beter doen, "Natasja Holmes, Cornell assistent-professor natuurkunde, en Nobelprijswinnaar Carl Wieman van Stanford University rapporteren over hun analyse van negen inleidende natuurkundelaboratoria aan drie instellingen, gegeven door zeven instructeurs en met bijna 3, 000 studenten. De labs zijn allemaal ontworpen om studenten te ondersteunen bij het leren van de bijbehorende lesinhoud. Omdat de labsecties optioneel waren, de onderzoekers konden de uitkomsten vergelijken met een controlegroep van studenten die de labvakken niet volgden.

De resultaten waren zo consistent, en zo verschrikkelijk, dat de onderzoekers het 'schokkend' noemen. Ze schrijven dat "met een hoge mate van precisie, er was geen statistisch meetbaar laboratoriumvoordeel. ... Geen van de gemiddelde effecten was statistisch groter dan 2 procent; ze waren allemaal niet van nul te onderscheiden."

Zelfs toen de onderzoekers hun analyse beperkten tot examenvragen waarvoor geen kwantitatieve berekeningen nodig waren, maar alleen conceptuele redenering die in een practicum had moeten worden verbeterd, ze kregen dezelfde resultaten voor het laboratoriumvoordeel:nul.

Labcursussen zouden studenten in staat moeten stellen te zien hoe natuurkundige principes in het echte leven werken; het uitvoeren van experimenten zou hen moeten helpen natuurkunde beter te begrijpen en klassikaal onderwijs te versterken. Waarom gebeurt dit niet?

"Hoewel je zou kunnen denken dat laboratoria inherent actief zijn, ons onderzoek toont aan dat studenten in traditionele laboratoria weliswaar actief zijn met hun handen, maar niet echt met hun hersenen, "zegt Holmes. "Het volgen van routinematige procedures om uiteindelijk een verboden resultaat te krijgen, is niet heel veel."

In uitgebreide interviews met studenten, Holmes en Wieman schrijven dat ze vonden, "het enige wat de studenten zeiden dat ze deden in gestructureerde en op inhoud gerichte labs... was het analyseren van gegevens en controleren of het haalbaar was om het lab op tijd af te ronden."

In een typische laboratoriumactiviteit, "de relevante vergelijkingen en principes worden uiteengezet in de preambule; studenten wordt verteld welke waarde ze moeten krijgen voor een bepaalde meting of krijgen de vergelijking om die waarde te voorspellen; ze worden verteld welke gegevens ze moeten verzamelen en hoe ze deze moeten verzamelen; en vaak krijgen ze wordt zelfs verteld welke knoppen op de apparatuur moeten worden ingedrukt om de gewenste uitvoer te produceren, schrijven de onderzoekers.

Studenten in traditionele laboratoria, daarom, hoeft niet na te denken over natuurkundige inhoud, maar alleen hoe u de instructies correct volgt. Maar, schrijf Holmes en Wieman, "obstakels overwinnen en leren van mislukkingen zijn essentiële vaardigheden voor elke experimentele wetenschapper... Ook belangrijk [is] de tijd te hebben om over die beslissingen en hun resultaten na te denken en om de experimenten iteratief op te lossen en te verbeteren."

Het innovatieve laboratoriumontwerp dat Holmes en Wieman als alternatief in hun paper aanbieden - gestructureerde kwantitatieve onderzoekslaboratoria (SQILabs) - benadrukken iteratief experimenteren, besluitvorming en het ontwikkelen van vaardigheden voor kwantitatief kritisch denken. Terwijl SQILab-activiteiten studenten een beperkt en realistisch doel geven, de studenten beslissen hoe ze het experiment uitvoeren en interpreteren de gegevens. Ze hebben de mogelijkheid om problemen op te lossen, modellen herzien en testen, en nieuwe dingen uitproberen.

De onderzoekers ontdekten dat SQILab-activiteiten leuker zijn voor studenten en hun gevoel van frustratie verminderen als dingen niet gaan zoals gepland. De studenten waren ook minder geneigd om de gegevens te manipuleren voor een gewenst resultaat.

"In plaats van door studenten te worden gezien als zinloze en frustrerende hoepels waar je doorheen moet springen, inleidende natuurkundelaboratoria kunnen in plaats daarvan lonende intellectuele ervaringen bieden, " concluderen Holmes en Wieman.