Hier is het probleem. Jonge studenten kunnen hun interesse verliezen en zelfs een afkeer ontwikkelen voor de taken die de vaardigheden opbouwen die verband houden met computationeel denken. Eerdere studies hebben gewezen op historisch lage voltooiingspercentages in STEM-gebieden, waarbij computerwetenschappen tot de laagste behoort. Er is een brug nodig om leerlingen te betrekken bij de taken om deze belangrijke vaardigheden van de 21e eeuw te ontwikkelen.

"Soms trekken studenten zich terug uit de wetenschap, omdat ze de wetenschap die ze in de klas doen niet zien als verbonden met de echte wereld", zegt Jessica Cantlon, universitair hoofddocent ontwikkelingsneurowetenschappen en psychologie van Ronald J. en Mary Ann Zdrojkowski aan Carnegie. Mellon. "Als jonge studenten authentieke wetenschappelijke ervaringen opdoen, kunnen ze feiten effectiever absorberen."

Anders dan in het klaslokaal valt wetenschap niet in nette, gescheiden hokjes. Wetenschap in de echte wereld is interdisciplinair. Eerdere pogingen om deze brug te bouwen waren gericht op onderwerpen als robotica, gaming of animaties, maar het nichekarakter van dit onderwerp laat veel studenten vaak ongeïnteresseerd.

Cantlon en haar collega's kozen voor een andere aanpak. Ze voegden een onderwerp waar kinderen van groep 3 tot en met 6 van genieten (dieren) samen met een onderwerp waar de meeste kinderen naar zouden kijken als een bord met stomende spruitjes (computercoderen). De resultaten van hun pilotprogramma zijn beschikbaar in het nummer van 2 april van het tijdschrift STEM Education Research .

"De focus van deze pilotstudie is of studenten in principe vaardigheden op het gebied van computationeel denken kunnen verwerven tijdens een relatief korte, losse, authentieke wetenschappelijke ervaring", aldus Cantlon. "Door deze vaardigheden te leren, bleven de studenten ook enthousiast tijdens de unieke, meeslepende ervaring van het project op het gebied van diergedrag."

Cantlon en haar collega's ontwikkelden een educatief programma in samenwerking met de Primate Portal, een tentoonstelling in de Seneca Park Zoo in Rochester, waarin het publiek kan zien hoe olijfbavianen problemen oplossen die als geautomatiseerde taken op een touchscreencomputer worden gepresenteerd.

Via het programma leerden de leerlingen een basiscodeertaal (Scratch) om een ​​spel te ontwikkelen dat olijfbavianen in de dierentuin spelen om hun intelligentie te testen. Terwijl de leerlingen de vrijheid hebben om hun spel te creëren, krijgen ze verschillende raamwerken als uitgangspunt, zoals een zoekspel of een zoekspel, zoals "Waar is Waldo?"

Aan het einde van de vijfdaagse programmeercursus gingen de studenten op excursie naar de dierentuin om te zien hoe de primaten de spellen speelden die ze hadden geprogrammeerd.

"De leerlingen worstelen absoluut met de complexiteit van de code, omdat ze weinig tot geen ervaring hadden met coderen", zegt Greg Booth, een leraar in het REACH-programma voor hoogbegaafde/getalenteerde leerlingen bij QUEST Elementary in het Hilton Central School District, die werkte met de onderzoekers aan dit project. "Ze kregen daarvoor niet de kans om op school te programmeren, en ze hadden een enorme hoeveelheid intrinsieke motivatie om hun codeervaardigheden te leren en te ontwikkelen."

In de eerste versie van dit proefproject heeft het team 57 basisschoolleerlingen van drie basisscholen in West-New York betrokken, waarvan er 36 pre- en post-enquêtes hebben ingevuld om de tijdens de les verworven vaardigheden te evalueren.

"Het komt zelden voor dat iemand gegevens verzamelt uit informele interventies van docenten en wetenschappers", zegt Cantlon, de eerste auteur van het onderzoek. "De effectgrootte van (de studie) is groot, omdat (de studenten) veel nieuwe computationele denkvaardigheden hebben geleerd door de codeerprojecten te voltooien."

Volgens Cantlon is de effectgrootte van het onderzoek groot omdat studenten aan de cursus begonnen met weinig tot geen kennis over coderen en duidelijke codeervaardigheden ontwikkelden die computationeel denken ondersteunden. De leerlingen leerden bijvoorbeeld voorwaardelijke uitspraken schrijven, een lus in code maken en logische uitspraken interpreteren.

Bovendien ervoeren de studenten een aanzienlijke toename in nauwkeurigheid en probleemoplossende pogingen. Het project toonde ook aan dat het mogelijk is om leren en doen te integreren in het leerplan voor leerlingen van de basisschool.

"Ik vind het geweldig om te zien hoe kinderen geïnteresseerd raken in wetenschap, vooral meisjes", zegt Caroline DeLong, professor bij RIT en co-auteur van het onderzoek. "Dit programma is een fantastische manier om de liefde van kinderen voor dieren te gebruiken als brug naar het leren van nieuwe computervaardigheden en als een manier om hen te laten zien hoe wetenschap in realtime werkt."

De computationele denkscores van de studenten verbeterden met 17% vanaf het begin van de cursus tot het einde. Er was geen verschil in de mate van verbetering tussen jongens en meisjes die aan het programma deelnamen. Bovendien waren de studenten lovend over het programma en noemden ze hun interesse in creativiteit en onafhankelijkheid tijdens het leerproces.

Volgens Cantlon laat het programma zien dat het mogelijk is om de interesse van studenten in wetenschap te vergroten en essentiële 21e-eeuwse vaardigheden te cultiveren.

"Ja, het is mogelijk om leerlingen al vroeg op de basisschool te betrekken en hen te betrekken bij STEM-interesses in iets waarvan zij misschien denken dat het saai is:coderen", zegt Cantlon. "Het is belangrijk om studenten erbij te betrekken voordat ze tot de conclusie komen dat STEM niets voor hen is en terwijl ze nog steeds openstaan ​​om over STEM te leren en hopelijk tot een nieuwe conclusie komen dat STEM wel voor hen is."

Cantlon en haar collega's willen deze aanpak uitbreiden om een ​​meer diverse groep studenten bij toekomstige studies te betrekken.

Meer informatie: Jessica F. Cantlon et al, Computationeel denken tijdens een korte, authentieke, interdisciplinaire STEM-ervaring voor basisschoolleerlingen, Journal for STEM Education Research (2024). DOI:10.1007/s41979-024-00117-0

Aangeboden door Carnegie Mellon Universiteit