Dr. Edward Prather When Students Are Not Learning, Are You Really Teaching?



Yüklə 2,13 Mb.
Pdf görüntüsü
tarix28.07.2018
ölçüsü2,13 Mb.
#59271


Dr. Edward Prather 

When Students Are Not Learning, Are 

You Really Teaching? 


Edward E. Prather 

How Proper Implementation of Interactive 

Learning Strategies can Elevate Student 

Learning and Provide Feedback on Their 

Success 


Thanks for your support: 

Grants and financial support 

– 

NSF Grant No. DUE-0715517, a CCLI Phase III Grant 



 “Collaboration of Astronomy Teaching Scholars (CATS)” 

– 

NASA JPL Exoplanet Exploration Public Engagement Program 



– 

NASA Spitzer Education and Public Outreach Program (CalTech) 




NSF: Collaboration of Astronomy Teaching Scholars (CATS) 

 

Jessie Antonellis, Univ. of Arizona 



 

Leilani Arthurs, UC-Boulder 

 

Sanlyn Buxner, Univ. of Arizona 



 

David Consiglio, Bryn Mawr College 

 

Sebastien Cormier, Univ. of Arizona 



 

Steve Desch, Guilford Tech. CC 

 

Doug Duncan, UC-Boulder 



 

Tom English, Guilford Tech. CC 

 

John Feldmeier, Youngstown St. Univ. 



 

Rica French, MiraCosta College 

 

Adrienne Gauthier, Univ. of Arizona 



 

Pamela Gay, SIU-Edwardsville 

 

Vicente Gonzaga, CalPoly Pomona 



 

Dennis Hands, High Point. Univ. 

 

Seth Hornstein, UC-Boulder 



 

David Hudgins, Rockhurst Univ. 

 

Elizabeth Johnson, Univ. of Arizona 



 

John Keller, Cal Poly SLO 

 

Courtney King, Univ. of Arizona 



 

Julia Kregenow, Ithaca College 

 

Michelle Krok, SF State Univ. 



 

Jacqueline Laird, Univ. of Arizona 

 

Michael LoPresto, Henry Ford CC 



 

Daniel Loranz, Truckee Meadows CC 

 

Julie Lutz, Univ. of Washington  



 

Benjamin Mendelsohn, West Valley College 

 

Danny Martino, Santiago Canyon College 



 

Matthew Price, Ithaca College 

 

Lee Powell, Texas Lutheran Univ 



 

Jordan Raddick, Johns Hopkins Univ. 

 

Travis Rector, Univ. of Alaska 



 

Paul Robinson, Westchester CC 

 

Alex Rudolph, CalPoly Pomona 



 

Wayne Schlingman, Univ. of Arizona 

 

Chris Seidell, Univ. of Nebraska-Lincoln 



 

Hannah Sugarman, Univ. of Arizona 

 

Colin Wallace, UC-Boulder 



 

James Wysong Jr., Hillsborough CC 

 

Todd Young, Wayne St. College 




Another talk about teaching and learning….. 

“I’ve seen it performed many times, but I can’t 

remember ever sleeping through it so peacefully.” 


Just the 

tip of the 

iceberg 


http://astronomy101.jpl.nasa.gov/ 


Class Response System – Medium Tech  






From  How People Learn 

“Humans are viewed as goal-directed agents who actively 

seek information. They come to formal education with a 

range of prior knowledge, skills, beliefs, and concepts 

that significantly influence what they notice about the 

environment and how they organize and interpret it. This, 

in turn, affects their abilities to remember, reason, solve 

problems, and acquire new knowledge. … If students’ 

initial ideas and beliefs are ignored, the understandings 

that they develop can be very different from what the 

teacher intends.” 

 How People Learn:  Brain, Mind, Experience, and School (Expanded Edition), 

National Research Council, National Academy Press, 2000. 



 

Students enter the classroom with preconceptions about how the 

world works.  If their initial understanding is not fully engaged, 

they may fail to grasp new concepts in meaningful ways that last 

beyond the purposes of an exam. 

 

To fully develop competence, students must:  



(1) have a deep foundation of factual knowledge, (2)  understand 

interrelationships among  facts and concepts and (3) organize 

knowledge in ways that facilitate retrieval and application 

 

A “metacognitive” approach to instruction can help students learn 



to take control of their own learning and monitor progress

How People Learn 



 How People Learn:  Brain, Mind, Experience, and School (Expanded Edition), 

National Research Council, National Academy Press, 2000. 




 

Learning is productive / constructive - learning requires mental 

effort.

 

Knowledge is associative / linked to prior mental models and 



cognitive structures.

 

The cognitive response is context dependent – what and how 



you learn depends on the educational setting.

 

Most people require some social interactions in order to learn 



deeply and effectively.

Key results from research into 

cognition and instruction 

Joe Reddish, 2001. AAPT, San Diego 




Active Learning:  

when students take active responsibility for 

participating in and monitoring of their 

own learning by engaging in critical 

reasoning about the ideas presented in the 

class. 



A Commonly Held Inaccurate Model of a 

Student’s Conceptual Framework 

Bill Watterson,  

Calvin and Hobbs 




A Commonly Held Inaccurate Model of 

Teaching and Learning 

Bill Watterson,  

Calvin and Hobbs 



“Lecture has often been described as the 

process of taking the information 

contained in the teachers notes and 

transferring them into the students notes 

without the information passing through 

the brains of either”




Does your class intellectually challenge students or re-enforce 

the memorization of facts and declarative knowledge? 

declarative knowledge 

comprehension 

application 

analysis 

synthesis 

evaluation 

The Role of Assessment in the Development of the College Introductory Astronomy Course A "How-to" Guide for 

Instructors. Astronomy Education Review, 1(1), 1-24, 2002. G. Brissenden, T.F. Slater, and R. Matheiu.  



Bloom’s 

Taxonomy of 

Educational 

Objectives 


Most ideas about 

teaching are not new, 

but not everyone 

knows the old ideas. 

Euclid (300 B.C.) 


We’ve been teaching the same way for a long time…

    2000 years ago       

    Today



We’ve been teaching the same way for a long time…

    2000 years ago       

    Today



Techniques for all size classes 


Techniques for all size classes 


Techniques for all size classes 





“Eventually, Billy came to dread his father’s 

lectures over all other forms of punishment” 



If a Picture is worth a 

thousand words, then 

what is a real-world, 

first-hand, experience 

worth?

 

 

Audience participation is 



strongly  

encouraged 

 

Demos are sometimes  



life-threatening 


 The Montillation of Traxoline  

It is very important that you learn about 

traxoline. Traxoline is a new form of 

zionter. It is montilled in Ceristanna. The 

Ceristannians gristerlate large amounts of 

fevon and then brachter it to quasel 

traxoline. Traxoline may well be one of 

our most lukized snezlaus in the future 

because of our zionter lescelidge. 

(attributed to the insight of Judy Lanier)

  



 The Montillation of Traxoline  

It is very important that you learn about traxoline. Traxoline is a new 

form of zionter. It is montilled in Ceristanna. The Ceristannians 

gristerlate large amounts of fevon and then brachter it to quasel 

traxoline. Traxoline may well be one of our most lukized snezlaus in 

the future because of our zionter lescelidge. 

Directions: Answer the following questions in complete sentences. 

Be sure to use your best handwriting. 

1. What is traxoline?  

2. Where is traxoline montilled?  

3. How is traxoline quaselled?  

4. Why is it important to know about traxoline? 




What Can I do Besides Lecture to Engage 

Students in their Learning? 

 

Ask students questions (not all questions are equal). Use demonstrations 



(interactive lecture demos) 

 

Just In Time Teaching 



 

In-class quizzes (graded/ungraded) 

 

In-class writing (with/without discussion) 



- muddiest point 

- summary of today's main points 

- 5-minute free writing 

 

Think-Pair-Share (Peer Instruction-



ConcepTests

 



Small Group Interactions (closed/open; in/out of class) 

 

Student Debates (individual/group) 



 

Whole Class Discussions 

 

Jigsawing 




What Can I do Besides Lecture to Engage 

Students in their Learning? 

 

Ask students questions (not all questions are equal). Use demonstrations 



(interactive lecture demos) 

 

Just In Time Teaching 



 

In-class quizzes (graded/ungraded) 

 

In-class writing (with/without discussion) 



- muddiest point 

- summary of today's main points 

- 5-minute free writing 

 

Think-Pair-Share (Peer Instruction-



ConcepTests

 



Small Group Interactions (closed/open; in/out of class) 

 

Student Debates (individual/group) 



 

Whole Class Discussions 

 

Jigsawing 




Issues with Questioning in the Classroom 

1. 


Insufficient "Wait-Time"  

2. 


The Rapid-Reward  

3. 


The Programmed Answer  

4. 


Fixation at a Low-Level of Questioning 

5. 


Non-Specific Feedback Questions 

6. 


Teacher's Ego-Stroking & Classroom 

Climate  




Promoting a higher level of engagement and 

feedback when doing demos and using media in 

the classroom 

The teachable moment is extended when students thinking is 

made explicit and held accountable BEFORE an outcome is 

provided.  This is your chance to make connections and build 

a desire for the answers your classroom activity will display. 

Tobias, S. Revitalizing Undergraduate Science-Why Some Things Work and Most Don’t, Research Corporation, 1992. 

Sokoloff, David and Ronald Thornton,” Using Interactive Lecture Demonstrations to Create an Active Learning 

Environment,” The Physics Teacher 35, 340-347 (1997). 




What Can I do Besides Lecture to Engage 

Students in their Learning? 

 

Ask students questions (not all questions are equal). Use demonstrations 



(interactive lecture demos) 

 

Just In Time Teaching 



 

In-class quizzes (graded/ungraded) 

 

In-class writing (with/without discussion) 



- muddiest point 

- summary of today's main points 

- 5-minute free writing 

 

Think-Pair-Share (Peer Instruction-



ConcepTests

 



Small Group Interactions (closed/open; in/out of class) 

 

Student Debates (individual/group) 



 

Whole Class Discussions 

 

Jigsawing 




Some Examples of Writing Prompts  

 

Illustrate the meaning of "standard candle" using one example 



taken from everyday life and one example from astronomy. 

 

What about the enterprise of science makes it different than 



business? 

 

If we establish communication with an intelligent, 



extraterrestrial civilization, who should speak for Earth and 

what should he/she/they say?  

 

What were the most important ideas we learned about today? 



 

What do you need to do to get high grades in this course and 

what will you do differently before the next exam? 



What Can I do Besides Lecture to Engage 

Students in their Learning? 

 

Ask students questions (not all questions are equal). Use demonstrations 



(interactive lecture demos) 

 

Surprise quizzes (graded/ungraded) 



 

In-class writing (with/without discussion) 

- muddiest point 

- summary of today's main points 

- 5-minute free writing 

 

Think-Pair-Share (Peer Instruction-



ConcepTests

 



Small Group Interactions (closed/open; in/out of class) 

 

Student Debates (individual/group) 



 

Whole Class Discussions 




Learner-centered teaching and learning 

strategies:

designed to intellectually and actively engage 

students in their learning, e.g., 

– 

Interactive Lectures, Demonstrations, and Simulations



– 

Think-Pair-Share or PeerInstruction and ClassAction

– 

Lecture -Tutorials and Ranking -Tasks



Teaching and Learning Astronomy in the 21st Century, Prather, E.E., Rudolph, A.L., & Brissenden, G. Physics Today, 

Oct 2009




Think-Pair-Share or Peer Instruction 

 How using a combination of conceptually 

challenging questions, classroom feedback and 

student-to-student discussions can increase 

understanding and provide data on students’ learning 

for you and them. 

Crouch, C. H. & Mazur, E. 2001, “Peer Instruction: Ten Years of Experience and Results,” American Journal of Physics, 69(9), 

970, 2001  



Development and Application of a Situated Apprenticeship Approach to Professional Development of Astronomy Instructors, 

Prather, E. E., and Brissenden, G. The Astronomy Education Review, 7(2), 2008  



Clickers as Data Gathering Tools and Students’ Attitudes, Motivations, and Beliefs on Their Use in this Application, Prather, E. 

E., Brissenden, G., The Astronomy Education Review, 8 (1), 2009 . 




Effective Multiple Choice 

Questions

 



Consider your answer to these questions 

about writing multiple-choice questions.  

In a multiple-choice question, when is the longest answer the correct 

answer? 


A.   Rarely  

B.   Sometimes  

C.   It’s common for it to be the correct answer, and it’s often stuffed 

    with  new information that should have gone in the main part of 

    the course but we forgot so now we’re putting it in the quiz 

    because we can’t possibly leave out the tiniest detail  

D.   Occasionally  

Adapted from:  http://blog.cathy-moore.com/2007/08/can-you-answer-these-6-questions-about-multiple-choice-questions/ 




Consider your answer to these questions 

about writing multiple-choice questions.  

When is it NOT a good idea to avoid 

negative questions? 

A.   Never  

B.   Sometimes  

C.   Always  

D.   What?  

Adapted from:  http://blog.cathy-moore.com/2007/08/can-you-answer-these-6-questions-about-multiple-choice-questions/ 



Consider your answer to these questions 

about writing multiple-choice questions.  

How often is the correct choice “A”? 

A.  Usually  

B.  Frequently  

C.  Often  

D.  Almost never, because if “A” is the right answer, then 

the learner doesn’t have to read all the other options 

we spent so much time writing and revising, and 

where’s the return on investment in that?  

Adapted from:  http://blog.cathy-moore.com/2007/08/can-you-answer-these-6-questions-about-multiple-choice-questions/ 



Consider your answer to these questions 

about writing multiple-choice questions.  

When is “All of the above” the correct answer? 

A.   With alarming regularity  

B.   When we try to cover too much in one question  

C.  When we use a question to teach instead of 

assess  

D.   All of the above  

Adapted from:  http://blog.cathy-moore.com/2007/08/can-you-answer-these-6-questions-about-multiple-choice-questions/ 



Consider your answer to these questions 

about writing multiple-choice questions.  

Adapted from:  http://blog.cathy-moore.com/2007/08/can-you-answer-these-6-questions-about-multiple-choice-questions/ 

We can confuse learners when we: 

A.  fail to actually complete the sentence we 

started in the question.  

A.   inconsistent grammar in the options.  

B.  sometimes we veer off into another idea 

entirely.  

C.   wombats.  




Think-Pair-Share or Peer Instruction 

 How using a combination of conceptually 

challenging questions, classroom feedback and 

student-to-student discussions can increase 

understanding and provide data on students’ learning 

for you and them. 

Crouch, C. H. & Mazur, E. 2001, “Peer Instruction: Ten Years of Experience and Results,” American Journal of Physics, 69(9), 

970, 2001  



Development and Application of a Situated Apprenticeship Approach to Professional Development of Astronomy Instructors, 

Prather, E. E., and Brissenden, G. The Astronomy Education Review, 7(2), 2008  



Clickers as Data Gathering Tools and Students’ Attitudes, Motivations, and Beliefs on Their Use in this Application, Prather, E. 

E., Brissenden, G., The Astronomy Education Review, 8 (1), 2009 . 




Class Response System – Medium Tech  






Use the four spectra for objects A-D, shown below, to answer the 

next question.  Note that one of the spectra is from an object at rest 

(not moving relative to Earth) and the remaining spectra come from 

objects that are all moving away from the observer.  [Assume that the 



left end of the spectrum corresponds with short wavelengths and the 

right end corresponds with long wavelengths.]

 

 

 

 

 

  

Of the objects that are moving, 

which is moving with the fastest 

speed? 


A. 

Object A 

B. 

Object B 



C. 

Object C 

D. 

Object D 



E. 

They are moving the same 

speed, the speed of light. 

Object  D

 

Object  B



 

Object  A

 

Object  C



 


An important line in the spectrum of a typical cloud of hydrogen gas 

occurs at 486 nm for a cloud that is not moving relative to an 

observer.  Imagine that you observe four different clouds of gas (A-D) 

from Earth and discover that this line is at the wavelength shown in 

the table below for each of the four clouds.  

 

 



 

  

Based on the information in the table above, which of the following is 



the most accurate ranking of the distance to the clouds (A-E), from 

closest to farthest from Earth. 

A. 

B, C, A, D    



B. 

D, A, C, B   

C. 

A=B=C=D 


D. 

Cannot be determined from the information provided. 

     STAR

        Wavelength of Absorption line   

 

 A               



 

 449 nm  

    

 B

 



 

 460 nm  

     

 C

 



 

 458 nm  

     

 D

 



 

 447 nm  




Given that a seed grows into a 

massive tree, where does most of the 

mass of the tree come from? 

A. 


From water 

B. 


2.   From dirt and soil 

C. 


3.   From the air 

D. 


4.   Its already in the seed. 


Which of the descriptions given below best 

describes the sign a person will have if born on 

that day? 

A. Taurus is high in the southern sky at sunset. 

B. Aquarius is on the eastern horizon at sunrise. 

C. Scorpius is on the western horizon at noon. 

D. Leo is high in the southern sky at midnight. 



d = 1

 

d = 1



 

d = 1


 

m = 5


 

m = 3


 

m = 5


 

m = 5


 

B

 



C

 

A



 

m = 3


 

m = 5


 

A. The force exerted by A on its partner asteroid is greater. 

B. The force exerted by B on its partner asteroid is greater. 

C. The same force is exerted by asteroid “A” and asteroid “B”. 

Which is greater, the gravitational force exerted by asteroid 

“A” on its “partner” asteroid or the gravitational force exerted 

by asteroid “B” on its “partner” asteroid. 



A. Asteroid A would experience the greater acceleration. 

B. Asteroid B would experience the greater acceleration. 

C. The asteroids will experience the same acceleration. 

Which would experience a greater acceleration, as a 

result of the gravitational force exerted on it, asteroid “A” 

or asteroid “B”?  

d = 1

 

d = 1



 

m = 5


 

m = 3


 

m = 5


 

m = 5


 

B

 



A

 



Create a suitable questions to use for 

think-pair-share?  

 

Work with a small group 



 

Make sure your question is multiple choice 

 

Coordinate how your group will model “think – 



pair – share” using your question  

 

  



 

 

 On the topic of: 




Research on the effectiveness of  instruction

 

• 



Which instructional methods, strategies, activities and 

interventions work best in the classroom (in our case the 

Astro 101 classroom)? 

• 

Do they work in all classrooms at all types of institutions, or 



only ones with certain characteristics? 

• 

How can we easily evaluate the success of our instruction 



and measure how much our students learn as a result? 


The Bottom Line 

Question: can interactive learning strategies 

have a positive impact on students’ conceptual 

learning of key ideas in Astro 101? 

Answer: Yes!  But… 



Our Recent National Study 

When:


 Fall 2006 to Fall 2007 

What:


 A national study of learning in Astro 101 classrooms 

Why:


  To determine how instructional contexts affects student   

 learning 

How:

  The “Light and Spectroscopy Concept Inventory” 



 

 (LSCI) was administered pre- and post-instruction 



A National Study Assessing the Teaching and Learning of Introductory Astronomy, Part I: The Effect of Interactive 

Instruction     Prather, E. E., Rudolph, A.L., Brissenden, G., & Schlingman, W.M., American Journal of Physics, 77(4), 

April 2009.




The Instrument: the LSCI 

 

The Light and Spectroscopy Concept Inventory  



– 

26 multiple-choice questions designed to test students’ 

conceptual understanding of these topics in the context of 

astronomy 

 

The topics of light and spectroscopy were chosen 



because they are common to all Astro 101 courses, 

regardless of their astronomy content 



Development of the Light and Spectra Concept Inventory, Bardar, Erin M. (Weeks), Prather, E. E., Bresher, 

Kenneth and Slater, T. F. Astronomy Education Review, 5(2), 2007.




Participants 

 

Almost 4000 students  



 

31 institutions 

 

36 instructors 



 

69 different sections 

– 

Section sizes vary from <10 to 180 




This was a truly national study 


http://astronomy101.jpl.nasa.gov/ 


 = 

%post - %pre 

100% - %pre 


  

=

post% − pre%

100% − pre%

R. Hake, “…A six-thousand-student survey…” AJP 66, 64-74 (1998).

Results from a 6000 student study of Physics Students – Hake AJP 1998 



  

>=

< post%>− < pre%>

100%− < pre% >




  

>=

< post%>− < pre%>

100%− < pre% >




Instructor Surveys 

 

To assess the level of interactivity in each 



classroom, we asked each instructor to fill out 

a survey detailing how they spent their class 

time 

 

This survey was used to construct an 



“Interactivity Assessment Score” (IAS)

 based 


on what percentage of total class time is used 

for interactive activities

 




Rutherford’s attitudes are common among 

Physicists 

 

All science is either physics or 



stamp collecting 

 

The only possible conclusion 



that social sciences can draw 

is some do, some don't 

 

If your result needs a 



statistician then you should 

design a better experiment 




Medium level  > 0.30 

Lower IAS (<25%)  

Higher IAS (>25%)  



Lower IAS (<25%)  

avg


 = 0.13 

Higher IAS (>25%)  



avg


 = 0.29 


Demographic Survey 

 

We also asked 15 demographic questions to 



allow us to determine how such factors as 

– 

Gender 



– 

Ethnicity 

– 

English as a native language 



– 

Parental education 

– 

Overall GPA 



– 

Major 


– 

Number of prior science courses 

– 

Level of mathematical preparation 



 interact with instructional context to influence 

student conceptual learning 

 

This survey also gives us a snapshot of who is 



taking Astro 101 in the US 


 

We conducted a full multivariate 

modeling analysis of our data 

 

We confirm that level of interactivity 



is the 

single most important variable

 

in explaining the variation in gain, 



even after controlling for all other 

variables 





 The results of our investigation reveal that the positive effects 

of interactive learning strategies apply equally to men and 

women, across ethnicities, for students with all levels of prior 

mathematical preparation and physical science course 

experience, independent of GPA, and regardless of primary 

language. These results powerfully illustrate that all 

categories of students can benefit from the effective 

implementation of interactive learning strategies. 

 

The take home message Part I 




 Implementation is the most important factor to success in 

student learning.   

 More work on professional development of faculty is needed 

if we are to side wide spread adoption and proper 

implementation of research-validated instructional strategies.

 

The take home message Part II 




Help People. 

If you can’t help them, 

at least try not to hurt them. 

The Dalai Lama 




Dr. Edward Prather 

When Students Are Not Learning, Are 

You Really Teaching? 

Yüklə 2,13 Mb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə