[논문 리뷰] The challenge of engaging all students via self-paced interactive e-learning tutorials for introductory physics

Seth DeVore, Emily Marshman외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 02.

Experimental Learning in Engineering참고 문헌 71인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 입문 물리 수업에서 자기주도적이고 연구 기반의 온라인 학습 튜토리얼의 효과성을 조사하며, 이러한 도구가 일对일 상황에서는 뚜렷한 도움을 주지만, 많은 수강생들이 수업 외부에서 깊이 있는 참여를 하지 못함을 발견한다. 과제 및 시험 준비를 위해 튜토리얼을 사용하도록 장려받았음에도 불구하고, 어려움을 겪는 학생들은 쌍둥이 문제에서 성과가 열악했으며, 이는 자기조절 능력과 동기 부여가 낮아 자기학습 환경에서 성과를 내기 어려운 것을 시사한다. 본 논문은 타깃된 지원 전략을 통해 자기주도 학습 도구에 대한 학생의 참여도를 향상시키기 위한 이론적 프레임워크를 제안한다.

ABSTRACT

As research-based self-paced e-learning tools become increasingly available, a critical issue educators encounter is implementing strategies to ensure that all students engage with them as intended. Here, we discuss the effectiveness of research-based e-learning tutorials as self-paced learning tools in large enrollment brick and mortar introductory physics courses. These interactive tutorials were developed via research in physics education and were found to be effective for a diverse group of introductory physics students in one-on-one implementation. Instructors encouraged the use of these self-paced tools in a self-paced learning environment by telling students that they would be helpful for solving the assigned homework problems and that the underlying physics principles in the tutorial problems would be similar to those in the in-class quizzes (which we call paired problems). We find that many students, who struggled in the courses in which these adaptive e-learning tutorials were assigned as a self-study tool, performed poorly on the paired problems. In contrast, a majority of student volunteers in one-on-one implementation greatly benefited from the tutorials and performed well on the paired problems. This suggests that many students enrolled in introductory physics courses did not effectively engage with the self-paced tutorials outside of class and may have only used them superficially. The findings suggest that many students in need of out-of-class remediation via self-paced learning tools may have difficulty motivating themselves and may lack the self-regulation and time-management skills to engage effectively with tools specially designed to help them learn at their own pace. We conclude by proposing a theoretical framework to help students with diverse prior preparations engage effectively with self-study tools.

연구 동기 및 목표

• 대규모 등록 인원의 입문 물리 수업에서 자기주도적이고 연구 기반의 온라인 학습 튜토리얼의 실제 효과성을 평가하기 위해.
• 자기학습 도구를 통해 보완이 필요한 학생들이 왜 종종 그 도구의 이점을 얻지 못하는지 밝혀내기 위해.
• 통제된 일대일 상황에서의 튜토리얼 효과성과 수업 내 자기주도적 사용 간 격차를 조사하기 위해.
• 자기조절 능력, 동기 부여, 시간 관리 기술이 자기주도 학습 도구 성공에 미치는 영향을 탐구하기 위해.
• 다양한 학습 환경에서 자기학습 온라인 학습 도구에 대한 학생의 참여도를 향상시키기 위한 이론적 프레임워크를 제안하기 위해.

제안 방법

• 대규모 대면 입문 물리 수업에 연구 기반의 상호작용형 온라인 학습 튜토리얼을 구현하기 위해.
• 과제 및 수업 내 시험 문제(쌍둥이 문제)와 연계함으로써 학생의 사용을 장려하기 위해.
• 자기학습 학생들과 일대일 튜토리얼 세션에 참여한 학생들 간 쌍둥이 문제 성과를 비교하기 위해.
• 튜토리얼 문제와 개념적으로 유사한 문제인 쌍둥이 문제를 사용하여 학습 이행 능력을 평가하기 위해.
• 학습 참여 패턴과 성과 결과를 분석하여 효과적인 자기학습의 장벽을 규명하기 위해.
• 향후 자기주도 학습 도구의 설계 및 구현을 안내하기 위한 이론적 프레임워크 개발하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기주도 온라인 학습 튜토리얼이 일대일 상황에서는 입증된 효과가 있음에도 불구하고, 왜 입문 물리 수업의 많은 학생들이 그 도구의 이점을 얻지 못하는가?
• RQ2 수업 외부에서 독립적으로 사용할 때 학생들이 자기주도 튜토리얼에 의미 있게 참여하는 정도는 어느 정도인가?
• RQ3 자기조절 능력과 시간 관리 기술이 튜토리얼 내용과 관련된 문제에서의 학생 성과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 통제된 환경에서의 튜토리얼 성공과 실제 수업 환경에서의 성과 간 격차를 유도하는 요인은 무엇인가?
• RQ5 다양한 학업 배경과 준비 수준을 가진 학생들을 더 효과적으로 참여시키기 위해 자기학습 도구는 어떻게 재설계하거나 지원해야 하는가?

주요 결과

• 과제 및 시험 준비를 위해 튜토리얼을 사용하도록 장려받았음에도 불구하고, 과목에서 어려움을 겪는 많은 학생들이 쌍둥이 문제에서 성과가 열악했다.
• 일대일 구현에 참여한 학생 자원봉사자 다수는 튜토리얼의 도움을 크게 받아 쌍둥이 문제에서 잘 수행했다.
• 성과 격차는 많은 학생들이 튜토리얼에 깊이 관여하지 않았고, 자기학습 환경에서 표면적으로만 사용했을 가능성을 시사한다.
• 자기조절 능력과 시간 관리 기술이 부족한 학생들은 조차도 도구가 그들에게 도움이 되도록 설계되어 있음에도 불구하고 자기주도 도구의 이점을 얻기 어려웠다.
• 연구 결과는 자기주도 학습 도구가 추가적인 서포트나 동기 부여 지원이 없이서는 많은 학생들에게 효과적이지 않음을 시사한다.
• 연구는 다양한 이전 준비 수준을 가진 학생들이 자기학습 도구에 효과적으로 참여할 수 있도록 돕기 위해 이론적 프레임워크가 필요하다고 결론 내린다.