[논문 리뷰] Active learning in pre-class assignments: Exploring the use of interactive simulations to enhance reading assignments

Jared B. Stang, Megan Barker외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 15.

Online and Blended Learning인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 첫 해 물리 수업에서 사전 독서 과제에 탐구 중심 PhET 시뮬레이션을 통합하면 학생의 준비도와 참여도가 향상되는지 조사한다. 비록 PhET 활동이 학생들의 만족도와 과제에 할애하는 시간을 높였지만(특히 학기 후반의 어려운 주제에서 두드러짐), 교재 중심 과제와 비교해 학습 성취도 향상이 유의미하게 관찰되지 않았다.

ABSTRACT

Pre-class reading assignments help prepare students for active classes by providing a first exposure to the terms and concepts to be used during class. We investigate if the use of inquiry-oriented PhET-based activities in conjunction with pre-class reading assignments can improve both the preparation of students for in-class learning and student attitudes towards and engagement with pre-class assignments. Over three course modules covering different topics, students were assigned randomly to complete either a textbook-only pre-class assignment or both a textbook pre-class assignment and a PhET-based activity. The assignments helped prepare students for class, as measured by performance on the pre-class quiz relative to a beginning-of-semester pre-test, but no evidence for increased learning due the PhET activity was observed. Students rated the assignments which included PhET as more enjoyable and, for the topic latest in the semester, reported engaging more with the assignments when PhET was included.

연구 동기 및 목표

• 사전 수업 독서 과제에 PhET 기반 상호작용 시뮬레이션을 추가함으로써 활동 기반 수업에 대한 학생의 준비도 향상 여부를 탐색하기.
• PhET 활동이 사전 수업 과제에 대한 학생의 참여도 및 태도에 미치는 영향 평가하기.
• PhET 통합이 교재 중심 사전 과제를 초월해 측정 가능한 학습 성취도 향상으로 이어지는지 확인하기.
• 독서와 시뮬레이션의 수행 순서(교재 먼저 vs. 시뮬레이션 먼저)가 학습 결과에 영향을 주는지 조사하기.
• 사전 수업 환경에서 학생이 생산적인 탐색을 할 수 있도록 도와주는 경량 지침의 효과 평가하기.

제안 방법

• 대규모 첫 해 물리 수업의 세 모듈(흑체 복사, 질량과 스프링, 공진)에서 실시한 준실험 연구.
• 학생들을 세 조건 중 하나로 무작위 배정: 교재 중심, 교재 이후 PhET, PhET 이후 교재 (각 모듈 별로).
• PhET 시뮬레이션은 최소한의 지시로 제공: 학생들은 시뮬레이션에서 특정 관계를 탐색하고 개방형 응답으로 관찰 결과 기록.
• 학기 초에 사전 테스트를 실시하고, 각 사전 과제 이후 즉시 사후 테스트를 시행하여 학습 성취도 측정.
• 과제에 할애한 시간, 만족도, 학습 이점에 대한 인식 등을 수집하기 위해 학생 설문 조사 실시.
• 학습 성취도 평가에는 윌코크슨 부호 순위 검정을 사용하고, 설문 응답에는 비모수 검정을 적용함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사전 과제에 PhET 시뮬레이션을 포함하면 교재 중심 과제와 비교해 더 큰 학습 성취도 향상이 이루어지는가?
• RQ2 PhET 시뮬레이션 포함 여부가 사전 과제에 할애하는 시간과 학생의 참여도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 학생들은 PhET 향상 과제가 교재 중심 과제보다 학습에 더 유익하다고 느끼는가?
• RQ4 교재 독서와 PhET 시뮬레이션의 수행 순서가 학습 결과나 학생의 참여도에 영향을 주는가?
• RQ5 학생이 PhET 활동에 대해 느끼는 즐거움과 과제에 할애한 시간 간의 상관관계는 어느 정도인가?

주요 결과

• 모든 주제에서 사전 과제를 통해 유의미한 학습 성취도 향상이 관찰되었으며, 사전 테스트 대비 사후 테스트 점수 향상이 유의미함 (모든 주제에서 p < .001).
• PhET 활동이 포함된 과제에서 학생들의 즐거움과 과제에 할애한 시간이 증가했음에도 불구하고, PhET 향상 과제와 교재 중심 과제 간에 학습 성취도 향상에 유의미한 차이가 없음.
• 공진 주제는 학기 후반에 실시되어 피로도가 높은 상황에서 시행되었으며, PhET 활동이 포함된 경우 학생들이 평균 5~10분 더 과제에 할애한 것으로 보고되어 지속적인 참여도 향상이 있었음을 시사함.
• PhET 조건에 속한 학생들은 과제가 더 즐겁게 느껴졌지만, 교재 중심 과제와 비교해 학습 이점에 대한 인식에 유의미한 차이가 없었음.
• 모든 PhET 조건에서 학생들은 교재 부분에 할애한 시간이 약간 줄어든 것으로 보고하여, PhET 활동의 존재가 전체 과제의 소요 시간에 대한 인식을 변화시켰을 가능성이 있음.
• 과제에 할애한 PhET 활동 시간과 학습 성취도 간에 상관관계가 없었으며, 이는 장시간의 참여가 평가 문제 성과 향상으로 이어지지 않았음을 시사함.