[논문 리뷰] Can in-home laboratories foster learning, self-efficacy, and motivation during the COVID-19 pandemic? -- A case study in two engineering programs

Jonathan Álvarez Ariza|arXiv (Cornell University)|2022. 03. 30.

Problem and Project Based Learning인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 코로나19 팬데믹 기간 동안 공학 교육 프로그램 두 곳에서 문제 기반 학습(PBL) 및 물리적 키트를 활용한 홈 랩 모델을 평가한다. 학생들은 실험 키트를 수령하고, 진행 상황을 영상과 블로그로 기록하며 피드백을 받았으며, 이로 인해 학업 성취도가 향상되고, 자기효능감, 동기부여가 증가하고 불안 수준이 감소하는 결과를 보였다. 이는 원격 수업 환경에서의 실습 학습이 공학 교육의 인지적 및 정서적 학습 영역을 효과적으로 지원할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The COVID-19 pandemic has represented a challenge for higher education in terms to provide quality education despite the lockdown periods, the transformation of the in-person classes to virtual classes, and the demotivation and anxiety that are experimented by the students. Because the basis of engineering is the experimentation through hands-on activities and learning by doing, the lockdown periods and the temporary suspension of the in-person classes and laboratories have meant a problem for educators that try to teach and motivate the students despite the situation. In this context, this study presents an educational methodology based on Problem-Based Learning (PBL) and in-home laboratories in engineering. The methodology was carried out in two phases during 2020, in the academic programs of Industrial Engineering and Technology in Electronics with (n=44) students. The in-home laboratories were sent to the students as part of "kits" with the devices needed in each subject. Besides, due to the difficulties in monitoring the learning process, the students made videos and blogs as a strategy to reinforce their learning and evidence the progress in the courses. The outcomes of the methodology show mainly the following points: (1) An improvement of the academic performance and learning of the students in the courses. (2) A positive influence of the usage of in-home laboratories in motivation, self-efficacy, and reduction of anxiety. (3) Positive correlations between the usage of in-home laboratories, the blogs and videos, and the teacher's feedback for learning, motivation, and self-efficacy. Thus, these results evidence that other alternatives that gather the cognitive and affective learning domains can emerge from engineering to deal with the educational problems produced by the crisis periods.

연구 동기 및 목표

• 팬데믹으로 인한 봉쇄 기간 동안 공학 교육에서의 실습 학습 유지 문제를 해결하기 위해.
• 홈 랩이 공학 학생들의 학업 성취도, 동기부여 및 자기효능감을 유지할 수 있는지 조사하기 위해.
• 학생이 생성한 기록(영상 및 블로그)과 교사의 피드백이 원격 학습을 지원하는 데서 수행하는 역할을 평가하기 위해.
• 공학 커리큘럼에서 대체 실험 모델을 통해 인지적 및 정서적 학습 영역을 통합하는 방법을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 산업공학 및 전자기술 전공 두 곳의 공학 프로그램에 문제 기반 학습(PBL) 프레임워크를 구현하였다.
• 44명의 학생들에게 실험에 필요한 구성 요소를 포함한 물리적 홈 랩 키트를 배포하였다.
• 학생들은 진행 상황과 이해도를 입증하기 위해 자가 기록한 영상과 반성적 블로그를 통해 학습 과정을 기록하였다.
• 교사는 학생의 영상과 블로그에 정기적으로 피드백을 제공하여 학습 강화 및 자기효능감 향상에 기여하였다.
• 학업 성취도, 자기효능감 설문지, 동기부여 평가 및 학생이 생성한 콘텐츠 분 析를 포함한 자료 수집을 수행하였다.
• 학습 성과, 정서적 반응 및 기록, 피드백, 학생 성과 간 상관관계를 분석하기 위해 정량적 및 정성적 분석을 실시하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원격 학습 기간 동안 홈 랩이 공학 학생들의 학업 성취도에 얼마나 기여하는가?
• RQ2 홈 랩 참여가 팬데믹 기간 동안 학생들의 자기효능감과 동기부여에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 학생이 생성한 영상과 블로그가 학습 향상과 정서적 안녕에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 기록에 대한 교사의 피드백과 실험 참여가 학생 성과와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ5 홈 랩이 공학 교육에서 인지적 학습 영역과 정서적 학습 영역 간 격차를 효과적으로 메울 수 있는가?

주요 결과

• 이전 졸업생들과 비교해 홈 랩 프로그램에 참여한 학생들은 학업 성취도에서 측정 가능한 향상을 보였다.
• 학생의 동기부여와 자기효능감에 유의미한 긍정적 영향을 미쳤으며, 간섭 기간 동안 불안 수준이 감소한 것으로 보고되었다.
• 홈 랩 사용, 학생의 기록(영상 및 블로그), 교사 피드백 간에 뚜렷한 긍정적 상관관계가 발견되었다.
• 영상과 블로그를 통해 활발히 자신의 작업을 기록한 학생들은 더 높은 참여도와 능력에 대한 자신감을 보고하였다.
• PBL와 물리적 키트, 반성적 기록 활동의 통합은 원격 공학 교육의 지속 가능 모델을 창출하였다.
• 이 연구는 홈 랩이 위기 기간 동안 공학 교육의 인지적 및 정서적 학습 영역을 효과적으로 지원할 수 있음을 확인한다.