Meningkatkan literasi sains berarti mengubah pendidikan sains

Untuk lulus dengan jurusan sains, siswa harus menyelesaikan antara 40 dan 60 jam kredit kursus sains. Ini berarti menghabiskan sekitar 2.500 jam di kelas sepanjang karir sarjana mereka.

Namun, penelitian telah menunjukkan bahwa terlepas dari semua upaya ini, sebagian besar kursus sains perguruan tinggi memberikan siswa hanya pemahaman yang terfragmentasi konsep dasar ilmiah. Metode pengajaran memperkuat menghafal fakta-fakta yang terisolasidengan melompat dari satu bab manual ke bab lain tanpa harus membuat hubungan di antara mereka, alih-alih belajar menggunakan informasi dan menghubungkan fakta-fakta ini dengan cara yang berarti.

Kemampuan untuk membuat koneksi ini juga penting di luar kelas, karena merupakan dasar dari literasi sains: kemampuan menggunakan pengetahuan ilmiah untuk mengevaluasi informasi secara akurat dan membuat keputusan berdasarkan bukti.

Sebagai peneliti pendidikan kimiaSaya telah bekerja sejak 2019 dengan rekan saya Sonia Underwood untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana siswa kimia mengintegrasikan dan menerapkan pengetahuan mereka ke disiplin ilmu lainnya.

Dalam studi terbaru kami, kami menyelidiki sejauh mana siswa dapat menggunakan pengetahuan mereka tentang kimia untuk menjelaskan fenomena biologis dunia nyata. Kami melakukan ini dengan meminta mereka melakukan aktivitas yang dirancang untuk membangun hubungan interdisipliner ini.

Kami telah menemukan bahwa sementara sebagian besar siswa tidak memiliki kesempatan serupa yang akan mempersiapkan mereka untuk membuat hubungan ini, kegiatan seperti ini dapat membantu – jika dimasukkan ke dalam kurikulum.

pembelajaran tiga dimensi

Banyak penelitian menunjukkan bahwa pendidikan sains tradisional, baik untuk jurusan maupun non-mayoritas, tidak mengajarkan sains dengan baik siswa bagaimana menerapkan pengetahuan ilmiah dan menjelaskan hal-hal yang mungkin tidak mereka pelajari secara langsung.

Dengan pemikiran ini, kami telah mengembangkan serangkaian kegiatan interdisipliner yang dipandu oleh kerangka kerja yang disebut “pembelajaran tiga dimensi.”

Singkatnya, pembelajaran tiga dimensi, yang dikenal sebagai 3DL, menekankan bahwa mengajar, belajar, dan menilai mahasiswa harus melibatkan penggunaan ide-ide mendasar dalam suatu disiplin ilmu. Itu juga harus melibatkan alat dan aturan yang membantu siswa membuat hubungan di dalam dan di antara disiplin ilmu. Akhirnya, itu harus melibatkan siswa dalam penggunaan pengetahuan mereka. Kerangka kerja ini dikembangkan berdasarkan bagaimana orang belajar sebagai cara untuk membantu semua siswa memperoleh pemahaman yang lebih dalam tentang sains.

Kami melakukan ini bekerja sama dengan Rebecca L. Matz, seorang ahli di bidang pendidikan sains, teknologi, teknik dan matematika. Kemudian kami membawa kegiatan ini ke kelas.

Menempa tautan ilmiah

Untuk memulai, kami mewawancarai 28 mahasiswa tahun pertama jurusan sains atau teknik. Semua terdaftar di kelas pengantar kimia dan biologi. Kami meminta mereka untuk mengidentifikasi hubungan antara konten kursus ini dan apa yang mereka yakini sebagai pesan bawa pulang dari setiap kursus.

Siswa menanggapi dengan daftar panjang topik, konsep, dan keterampilan yang telah mereka pelajari di kelas. Beberapa, tetapi tidak semua, telah dengan tepat mengidentifikasi ide-ide dasar dari setiap ilmu pengetahuan. Mereka mengerti bahwa pengetahuan mereka tentang kimia sangat penting untuk pemahaman mereka tentang biologi, tetapi bukan berarti kebalikannya juga bisa benar.

Misalnya, siswa berbicara tentang pentingnya pengetahuan yang mereka peroleh di kelas kimia mereka tentang interaksi – yaitu, gaya tarik dan tolak – dalam memahami bagaimana dan mengapa spesies kimia yang membentuk DNA bergabung.

Untuk kelas biologi mereka, sebaliknya, ide sentral yang paling banyak dibicarakan para siswa adalah hubungan struktur-fungsi – bagaimana bentuk spesies kimia dan biologi menentukan pekerjaan mereka.

Selanjutnya, serangkaian kegiatan interdisipliner dirancang untuk membimbing siswa dalam menggunakan ide-ide dasar dan pengetahuan kimia untuk membantu menjelaskan fenomena biologis dunia nyata.

Siswa meninjau ide dasar dalam kimia dan menggunakan pengetahuan ini untuk menjelaskan skenario kimia yang sudah dikenal. Kemudian mereka menerapkannya untuk menjelaskan skenario biologis.

Salah satu kegiatan mengeksplorasi dampak pengasaman laut pada kerang. Di sini, siswa ditantang untuk menggunakan ide-ide kimia dasar untuk menjelaskan bagaimana peningkatan kadar karbon dioksida dalam air laut mempengaruhi hewan laut pembentuk cangkang seperti karang, kerang dan tiram.

Kegiatan lain menuntut siswa untuk menerapkan pengetahuan mereka tentang kimia untuk menjelaskan osmosis – bagaimana air transfer masuk dan keluar sel dalam tubuh manusia – atau bagaimana suhu dapat mengubah stabilitas DNA manusia.

Secara keseluruhan, siswa merasa percaya diri dengan pengetahuan kimia mereka dan dapat dengan mudah menjelaskan skenario kimia. Mereka mengalami kesulitan menerapkan pengetahuan kimia yang sama untuk menjelaskan skenario biologis.

Dalam kegiatan pengasaman laut, sebagian besar siswa mampu memprediksi secara akurat bagaimana peningkatan karbon dioksida mempengaruhi kadar asam laut. Namun, mereka tidak selalu dapat menjelaskan bagaimana perubahan ini mempengaruhi kehidupan laut dengan menghambat pembentukan cangkang.

Hasil ini menyoroti bahwa masih ada kesenjangan besar antara apa yang siswa pelajari dalam pelajaran sains mereka dan tingkat persiapan mereka untuk menerapkan informasi ini. Masalah ini tetap ada meskipun fakta bahwa pada tahun 2012 National Science Foundation menerbitkan seperangkat pedoman pembelajaran tiga dimensi untuk membantu pendidik membuat pengajaran sains lebih efektif.

Namun, para siswa dalam penelitian kami juga melaporkan bahwa kegiatan ini membantu mereka melihat hubungan antara dua disiplin ilmu yang tidak akan mereka rasakan.

Jadi kami juga mendapatkan bukti bahwa siswa kimia kami, setidaknya, ingin memiliki kemampuan untuk memperoleh pemahaman yang lebih dalam tentang sains dan bagaimana menerapkannya.