从教师角度看 STEM 教育的有效教学策略：教育工作者的开放教育资源

原文作者 Meina Zhu Wayne State University

摘要：麻省理工学院(MIT)开放课程(OCW)于2001年成立。它是最早的开放教育资源(OER)之一。麻省理工学院的OCW已经出版了2400多门免费提供的课程，其中大部分是与STEM相关的。本探索性研究的目的是通过使用主题分析回顾15门麻省理工学院OCWSTEM课程的教师见解来检验教学策略。教师使用的最有效的教学策略是主动学习、个性化教学、吸引学习者、提供反馈、建立学习社区和澄清学习目标。教师使用课堂形成性评估，如测验和口试，为自己的课堂教学提供反馈制定教学策略，使用在线自我评估环境为学生提供自我评估。主要的总结性评估是期末考试和完成一定项目。教师们遇到的主要挑战是如何评估学生的学习能力以及如何改变自己的教学信念等。文章还讨论了其对实践的影响。

关键词：OER，麻省理工学院开放课件，STEM教育，电气工程教育，计算机科学教育，教学策略

简介

最早的开放教育资源(OER)之一是于2001年启动的麻省理工学院(MIT)开放课程(OCW)(Bonk，2009；麻省理工学院新闻，2001)，它旨在与公众免费分享麻省理工学院的课程材料。截至2019年8月，有2400多门课程可用，约有1.7亿访问者(麻省理工学院开放课程，2019b)。9%的人自我报告为教育工作者(麻省理工学院开放法庭，2019a)。其中大部分的课程与科学、技术、工程和数学(STEM)科目相关，如电气工程(EE)和计算机科学(CS)。

开放教育资源(OER)曾由基蒙斯（2015)的设计、开发、传播方法和质量、威利、希尔顿、埃灵顿和霍尔(2012)节约成本以及德奥利维拉、卡森、詹姆斯和拉撒路(2010）的影响。然而，目前还没有考虑到STEM的教学策略。因此，本研究的目的是调查麻省理工学院OCWSTEM教师的见解，以便告知其他STEM教育者关于有效教学的策略和评估方法以及可能遇到的挑战。

以下三个研究问题指导了本研究：

1. 麻省理工学院OCWEE和CS课程的有效教学策略是什么？
2. MITOCWEE和CS课程常用的评估方法是什么？
3. 教师在教授麻省理工学院OCWEE和CS课程时认为他们有什么挑战？

接收日期：2019年12月24日验收日期：2020年4月30日日期：https://dx.doi.org/10.5944/openpraxis.12.2.1074

文献综述

OER和麻省理工学院的OCW

联合国教科文组织（2002年）将开放教育资源(OER)定义为“通过信息和通信技术开放提供教育资源，供用户社区为非商业目的进行咨询、使用和适应”(p。24).OER可以追溯到麻省理工学院（麻省理工学院)在2001年发起的倡议，目的是在互联网上与公众免费分享学习材料(戈德堡，2001年）。OER运动在这里引起了世界各地的关注（古滕计划，2010年），吸引了大量的国际观众。不出所料，一些机构将麻省理工学院的OCW翻译成当地语言，如汉语、西班牙语和葡萄牙语(Abelson，2008)。

随后，根据麻省理工学院2019年8月麻省理工学院OCW报告(麻省理工学院出版了2466门课程，并于2019年a)举办了2.85亿次站点访问。来自麻省理工学院的600多名终身或终身跟踪教师，其中约60%参与了OCW运动。因此，麻省理工学院的OCW影响了全世界的人们。44%的网站游客来自北美，其次是东亚（20%)、欧洲(17%)、南亚(9%)、拉丁美洲(4%)、中东(4%)和非洲(2%）(麻省理工学院OperseWare，2019a)。根据麻省理工学院OCW网站的统计数据，OCW的受众包括自主学习者（43%)、学生(42%)、教育者(9%)和其他学生(6%）。在教育者中，他们陈述的目标是提高个人知识（31%)，学习创新教学(23%），利用OCW材料为自己的课程（20%)，寻找参考材料(15%)，并为本系开发课程(8%）(MIT学院OpenCourseWare，2019a)。

项目教育

国家科学基金会(NSF)和其他相关专业协会专注于STEM的基础和应用研究，并提高STEM教育质量(Fairwears，2008)。对STEM的关注是对选择STEM专业的学生数量的减少和与STEM相关的员工的需求的回应（科学数学与工程教育中心，本科科学教育委员会，1999年；国家科学基金会，1996年）。科学、技术、工程和数学教育委员会(CoSTEM)是国家科学技术委员会的一个分支，旨在将STEM教育从K-12教育改革到高等教育水平，为经济发展建立就业管道(CoSTEM，2013)。

STEM课程中的低质量大学教学是高等教育中的一个关键问题(Seymouramp;Hewett1997)，这个问题促进了对有效教学实践的寻找。其中包括教师的专业发展项目（伍尔夫和奥斯汀，2004）的教学创新。费雪、泽利格曼和费尔韦瑟（2005）指出，工程课程的教学改革和创新显著提高了学生的学习成果，包括结构不良的问题解决能力。

主动学习

在 STEM 教育中加强学生学习和提高学生保留率方面，主动学习可能比传统的以教师为中心的教学更有效（Freean等人，2014年；伦德和斯坦斯，2015年；迈克尔，2006年；Prince，2004年）。主动学习可以解决学生的学习需求，促进批判性思维(金、沙玛、Land、amp;Furlong，2012)。例如，弗里曼等人（2014）对其有效性进行了整合分析，传统讲课教学与STEM课程的主动学习方法相比，后者往往伴随着学生成绩的提高。

互动讲座通过使用讨论或问答来提高学生的注意力和动机(Allenamp;Tanner，2005；斯泰因特和斯奈尔，1999)。它还提高了学生解决问题能力和沟通能力(Scottetal.，2018)，并提高了学生的学习成果(Ernstamp;Colsorpe，2007)。莫利尼洛、阿吉拉尔-伊利斯卡斯、阿娜亚-桑切斯和瓦勒斯平-阿兰（2018）发现，社交的存在和师生互动对学生的主动学习产生积极影响。

混合学习是另一种主动学习策略，它同时使用在线和面对面的教学或学习材料(Bonkamp;Graham，2012；Guzeramp;Caner，2014)。使学生能够在一定程度上控制学习的时间、地点和节奏(Guzeramp;Caner，2014)。翻转课堂作为一种混合学习模式，用于促进以学生为中心的学习和主动学习(Pierceamp;Fox，2012)。它最初被用来为缺课的学生提供视频或屏幕直播指导(哈姆丹、麦克奈特、麦克奈特、amp;Arfstorm，2013)。课堂时间可以从以讲座为中心的课堂转移到活动丰富的课堂上，以促进解决问题的技能提高(Tucker，2012)。flumerfeel和格林（2013)发现，在翻转课堂上使用屏幕直播视频可以促进学生和教师之间的互动，进一步促进主动学习(莱希特、扎佩、梅斯纳和利辛格，2012）。

然而，主动学习策略还没有在课堂上被广泛采用(Hora，Ferrare，amp;Oleson，2012)。有一些困难阻碍了教师采用主动学习策略（菲内利、戴利和理查森，2014年；弗罗伊德、博雷戈、卡特勒、亨德森和普林斯，2013年；伦德和斯坦斯，2015年；沙德尔、Markeramp;Earl，2017年），例如一些教师对该课程有效性十分担忧、准备课程的时间的消耗、学生的抵抗（Tharayil等人，2018年）以及教师对理论背景的理解等（Borda等人，2020年）。

个性化教学

个性化的教学和学习具有以学习者为中心和建构主义学习的理论基础(雷格路斯，迈尔斯，amp;Lee，2017；沃森和沃森，2017)。它通过提供学习资源、技术和活动，为个人学习者的需求定制指导(Kelly，2016)。它以学习者为中心的理论视角可以解决学习者的不同背景、能力和需求（格林、法克尔、陆克文、狄龙和汉弗莱斯，2005年）。个性化教学的一种方法是通过社交书签、博客和协作工具等技术(Haworth，2016)。除了支持技术的个性化学习环境，社会互动和参与式学习也支持个性化(豪沃斯，2016；McLouchlinamp;Lee，2010)。

研究设计

文献分析是一种通过检查和分析现有文件，获得意义、理解和发展经验知识的系统方法(科尔宾amp;施特劳斯，2008；Rapley，2007)，是本研究中研究设计的基础。这些可供审查的文件可能包括在没有研究人员干预的情况下生成的文本、图像和视频(Bowen，2009)。文献分析是一种社会研究方法和研究工具(Bowen，2009)。本研究采用了文件分析，因为麻省理工学院网站上的文件提出了教师的教学策略。

数据收集

审查的文件是来自电气工程和计算机科学系的 15 门 MIT OCW 课程（表 1）的讲师见解，该课程发表在MITOCW 网站上(https://ocw.mit.edu/courses/instructor-insights/#electrical-engineering-and-computer-science)。一般来说，每个教师洞察页面包括七个部分：（1)课程概述：关于课程的一般信息；(2）课程结果：课程总体目标和学习目标；（3)教师洞察力：教师对他们使用的有效教学策略的看法；(4)课程信息：课程学期和其他相关课程；(5)评估：详细的评估方法和每个元素的百分比；(6)学生信息：学生的数量，他们的年级水平和专业；(7）学生时间的花费：学生在课堂内和课堂外学习课程内容的估计时间。

9门课程为本科水平课程，其余6门课程为研究生水平课程。其中六门课程提供了网站上的文本洞察，八门课程提供了逐字记录的视频见解。然而，一个研究生水平的课程没有包括详细的教师的见解。所有课程都由教育团队（教师、实验室人员和助教）教授。然而，并不是所有的教育工作者都分享了他们的见解。大部分的见解来自每个课程的一个或多个讲师。

数据分析

按照Braun和Clarke(2006)的程序，使用主题分析 (Braun amp; Clarke, 2006; Braun, Clarke, amp; Rance, 2014) 对数据进行分析。步骤是：（1）熟悉与数据；(2)感应式开码；(3) 主题识别；(4) 主题回顾；(5) 提炼和定义主题；（六）报告撰写。在审查了15门课程的讲师见解之后，对每门课程的数据进行了编码。分析单位是意义单位。在所有课程中都确定了主题。为提高本研究的可信度，与OER领域的专家进行了汇报。

研究结果：研究问题1(RQ1)：麻省理工学院OCWEE和CS课程的有效教学策略是什么？

教师们在EE和CS课程的教学方面分享了各种教学策略。它们包括主动学习、个性化教学、吸引学习者、提供反馈、建立学习社区、澄清学习目标，以及整合教学和研究。

主动学习

主动学习是麻省理工学院OCW教师使用的最受欢迎的教学方法之一。这意味着学习者应该通过动手进行的活动和互动来主动参与学习，而不仅仅

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

Open Praxis, vol. 12 issue 2, April–June 2020, pp. 257–270 (ISSN 2304-070X)

Effective Pedagogical Strategies for STEM Education from Instructorsrsquo; Perspective: OER for Educators

Meina Zhu

Wayne State University (USA)

meinazhu@wayne.edu

Abstract

The Massachusetts Institute of Technology (MIT) OpenCourseWare (OCW) was launched in 2001. It is one of the earliest Open Educational Resources (OER). MIT OCW has published more than 2,400 courses which are available at no cost, the majority of which are STEM related. The purpose of this exploratory study was to examine the pedagogical strategies through reviewing instructor insights of 15 MIT OCW STEM courses using thematic analysis. The most effective pedagogical strategies used found by instructors were active learning, personalizing instruction, engaging learners, providing feedback, building learning community, and clarifying learning objective. Instructors used in-class formative assessment, such as quizzes and oral exams, for just-in-time teaching and online automatic assessment environments for studentsrsquo; self- assessment. The primary summative assessments were final exams and projects. Instructors encountered challenges such as assessing studentsrsquo; learning and changing pedagogical beliefs. Implications for practice were discussed as well.

Keywords: OER, MIT open courseware, STEM education, electrical engineering education, computer science education, pedagogical strategies

Introduction

One of the earliest Open Educational Resources (OER) is the Massachusetts Institute of Technology (MIT) OpenCourseWare (OCW) (Bonk, 2009; MIT News, 2001), which was launched in 2001. It was intended to share MIT course materials with the public for free. As of August 2019, more than 2,400 courses were available, with approximately 170 million visitors to their website (MIT OpenCourseWare, 2019b). Nine percent self-reported as educators (MIT OpenCourseWare, 2019a). The majority of the courses are related to science, technology, engineering, and mathematics (STEM) subjects such as Electrical Engineering (EE) and Computer Science (CS).

Open Educational Resources (OER) was previously examined regarding design, development, disseminating methods, and quality by Kimmons (2015), cost-saving by Wiley, Hilton, Ellington, and Hall (2012), and impact by drsquo;Oliveira, Carson, James and Lazarus (2010). However, STEM pedagogical strategies were not yet considered. Thus, the purpose of this study is to examine MIT OCW STEM instructor insights in order to inform other STEM educators regarding effective pedagogical strategies and assessment methods and possible challenges.

The following three research questions guided this study:

1. What are the effective pedagogical strategies for MIT OCW EE and CS courses?
2. What are the commonly used assessment methods of MIT OCW EE and CS courses?
3. What challenges do the instructors perceive they have while teaching MIT OCW EE and CS courses?

Reception date: 24 December 2019 bull; Acceptance date: 30 April 2020 DOI: https://dx.doi.org/10.5944/openpraxis.12.2.1074

Literature Review

OER and MIT OCW

Open Educational Resources (OER) was defined by UNESCO (2002) as, “the open provision of educational resources, enabled by information and communication technologies, for consultation, use and adaptation by a community of users for non-commercial purposes” (p. 24). OER dates to the initiative of Massachusetts Institute of Technology (MIT) in 2001, with the intention to share learning materials with the public for free on the Internet (Goldberg, 2001). The OER movement has been gaining attention around the world (Guttenplan, 2010), attracting a huge number of international audiences. Not surprisingly, some institutions translated MIT OCW into their local languages such as Chinese, Spanish, and Portuguese (Abelson, 2008).

Subsequently, MIT published 2,466 courses and has hosted 285 million site visits based on MIT OCW report in August 2019 (MIT OpenCourseWare, 2019a). Over 600 tenured or tenure-track faculty from MIT, approximately 60% of them, participated in OCW movement. As a result, MIT OCW influences people world-wide. Forty-four percent of the site visitors were from North America, followed by East Asia (20%), Europe (17%), South Asia (9%), Latin America (4%), and Mid East (4%), and Africa (2%) (MIT OpenCourseWare, 2019a). Based on MIT OCW site statistics, the audience of OCW includes self-directed learners (43%), students (42%), educators (9%), and other (6%). Among educators, their stated aims were to improve personal knowledge (31%), learning about innovative teaching (23%), leveraging OCW materials for their own course (20%), finding reference materials (15%), and developing curriculum for their department (8%) (MIT OpenCourseWare, 2019a).

STEM Education

The National Science Foundation (NSF) and other related professional societies have focused on the basic and applied research in STEM and to improve the quality of STEM education (Fairweather, 2008). The attention to STEM was a response to the decrease of the number of students selecting STEM majors and the needs of STEM related employees (Center for Science Mathematics and Engineering Education, Committee on Undergraduate Science Education, 1999; National Science Foundation, 1996). The Committee of Science, Technology, Engineering, and Math Education (CoSTEM), a branch of the National Science and Technology Council, was formed to reform STEM education from K-12 to the higher education levels in order to build a pipeline of jobs for the development of the economy (CoSTEM, 2013).

Low quality college teaching in STEM courses is a critica

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[595948]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word