Baumdenken durch Berührung lehren

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Baumdenken durch Berührung lehren
Anonim

Ein Paar neuer Studien von Informatikern, Biologen und Kognitionspsychologen in Harvard, Northwestern, Wellesley und Tufts legen nahe, dass kollaborative Touchscreen-Spiele einen Wert haben, der über das bloße Spielen hinausgeht.

Zwei Spiele, die mit dem Ziel entwickelt wurden, wichtige evolutionäre Konzepte zu vermitteln, wurden an Familien in einer geschäftigen Museumsumgebung und an Paaren von College-Studenten getestet. In beiden Fällen gelang es den Lernspielen, den Prozess des Lernens schwieriger Materialien ansprechend und kollaborativ zu gest alten.

Die Ergebnisse wurden auf der Konferenz der Association for Computing Machinery (ACM) Special Interest Group on Computer-Human Interaction (SIGCHI) im Mai präsentiert.

Die Spiele nutzen die Multi-Touchscreen-Tischplatte, die im Wesentlichen ein Tablet-Computer in Schreibtischgröße ist. In einem Klassenzimmer oder Museum können sich mehrere Benutzer um den Tisch versammeln und ihn gleichzeitig nutzen, entweder an unabhängigen Problemen im selben Raum arbeiten oder an einem einzigen Projekt zusammenarbeiten. Der Tisch bietet Platz für mehrere Benutzer und kann auch mit physischen Objekten wie Karten oder Blöcken interagieren, die auf seiner Oberfläche abgelegt werden.

Die neue Forschung geht jedoch über die Neuheit des Systems hinaus und untersucht die tatsächlichen Lernergebnisse von Lernspielen sowohl in formalen als auch in informellen Situationen.

"Wissen wir, was die Benutzer tatsächlich daraus lernen? Diese Frage geht einen Schritt über die Forschung der letzten 10 Jahre hinaus, in der wir Forschungspublikationen gesehen haben, die bewerten, wie gut das System funktioniert, aber ohne darauf einzugehen, wie gut es das erreicht, wofür es wirklich entwickelt wurde", sagt Hauptforscherin Chia Shen, Senior Research Fellow in Computer Science an der Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und Direktorin des Scientists' Discovery Room Lab.

Die beiden kollaborativen Spiele, die für das System entwickelt wurden, Phylo-Genie und Build-a-Tree, sollen den Menschen helfen, die Phylogenie zu verstehen - insbesondere die Baumdiagramme, die Evolutionsbiologen verwenden, um die Evolutionsgeschichte anzuzeigen verwandte Arten. Lernende, die neu in der Disziplin sind, stellen sich Evolution manchmal als linearen Fortschritt vor, vom Einfachen zum Komplexen, mit dem Menschen als Endpunkt.

"Woran die Menschen normalerweise gewöhnt sind, sind Geodaten wie eine Karte", erklärt Shen. „In der Phylogenie müssen die Schüler jedoch verstehen, dass die Beziehung zwischen Arten wirklich davon abhängt, wann sie auseinandergegangen sind. Das wird durch die Position der inneren Knoten des Baums dargestellt, nicht durch das Zählen über die Spitze des Baums, also wie viele Menschen tun es intuitiv."

Das Phylo-Genie-Spiel, das von Forschern in Harvard, Wellesley und Tufts entwickelt wurde, versucht, die Missverständnisse zu beseitigen, die Studenten sogar auf College-Ebene haben.Das Spiel wurde für ein formelles Klassenzimmer entwickelt und führt die Schüler durch ein Szenario, in dem sie von einer ungewöhnlichen Schlangenart gebissen wurden und ihre nächsten Verwandten identifizieren müssen, um das richtige Gegengift auszuwählen.

Die Forscher testeten Phylo-Genie an Paaren von Studenten, die noch keinen Kurs in Evolutionsbiologie belegt hatten. Andere Schülerpaare erhielten die gleiche Übung, jedoch in einem Stift-und-Papier-Format. Im Vergleich zur Papierversion erzielte das elektronische Spiel statistisch signifikant höhere Ergebnisse bei einem Post-Test (einer aus einem Harvard-Kurs entlehnten Prüfung) sowie höhere Teilnehmerbewertungen für Engagement und Zusammenarbeit.

Beide Phylogenie-Spiele wurden in Übereinstimmung mit anerkannten Prinzipien der Kognitionspsychologie und der Lernwissenschaften entwickelt und bewertet.

Das Build-a-Tree-Spiel wurde mit Blick auf eine informelle Museumsumgebung entwickelt. Die Forscher dieses Projekts unter der Leitung des Hauptautors Michael S.Horn an der Northwestern University und Shen in Harvard beobachteten 80 Familien und andere soziale Gruppen, die mit dem Bau-einen-Baum-Spiel im Harvard Museum of Natural History interagierten.

Das Spiel fordert die Benutzer auf, phylogenetische Bäume zu konstruieren, indem sie Symbole – zum Beispiel eine Fledermaus, einen Vogel und einen Schmetterling – in der richtigen Reihenfolge aufeinander zu ziehen. Wenn der Benutzer mehrere Ebenen durchläuft, werden die Probleme anspruchsvoller.

Die Idee, sagt Shen, ist es, das zu fördern, was Museumspädagogen "aktives längeres Engagement" nennen, im Gegensatz zu "geplanter Entdeckung". Ersteres ermöglicht es den Lernenden, Informationen selbstständig zu erforschen und ergebnisoffen damit zu interagieren; Letzterer Ansatz, der in Naturkundemuseen üblich ist, führt den Benutzer zu einer bestimmten Reihe von Fakten.

"Naturkundemuseen waren schon immer Orte, an denen die Exponate hinter Glas in der Galerie stehen", erklärt Shen. „Man kommt hierher, um Dinge zu sehen, die man sonst nirgendwo sieht – Millionen Jahre alte Fossilien – und man kommt hierher, um zu lernen.Sie sehen Schulklassen und Eltern, die mit ernsthaften Absichten hereinkommen, und wir brechen in diese Kultur ein."

Das Build-a-Tree-Spiel schnitt im Vergleich zu etablierten Maßnahmen für aktives, verlängertes Engagement und soziales Lernen gut ab.

Selbst in der Hightech-Ausstellungshalle, in der die Besucher auf Schritt und Tritt beschäftigt sind, braucht es viel kreatives Denken, um ein Phänomen zu demonstrieren, das in Echtzeit im Wesentlichen nicht wahrnehmbar ist.

"Evolution ist ein Prozess, der Millionen von Jahren dauert, während es in der Chemie oder Physik alle möglichen Phänomene gibt, mit denen man experimentieren kann, wie zum Beispiel die Tornado-Ausstellung, wo man hineingehen und die Luft unterbrechen kann", sagt Shen. „Das ist unser Experiment: Können wir etwas bauen, das nicht so phänomengetrieben ist, aber sie dennoch ansprechen kann? Ich denke, das ist uns gelungen.“

Die Arbeit an Build-a-Tree wurde von der National Science Foundation unterstützt, wobei die Forschungsauswertung im Harvard Museum of Natural History durchgeführt wurde.Horn (Hauptautorin) und Shen arbeiteten mit Zeina Atrash Leong (Northwestern University), Florian Block (Postdoktorand bei SEAS), Judy Diamond (University of Nebraska State Museum), E. Margaret Evans (University of Michigan) und Brenda Phillips zusammen (ein Postdoktorand bei SEAS).

Die Arbeit an Phylo-Genie wurde von der Encyclopedia of Life Learning and Education Group und vom Museum of Comparative Zoology in Harvard unterstützt. Shens Mitarbeiter waren der Hauptautor Bertrand Schneider (ein Doktorand an der Stanford University, der die Arbeit als Gaststudentin in Harvard abschloss), Megan Strait (Tufts University), Laurence Muller (eine Gaststudentin in Harvard), Sarah Elfenbein (eine neuere Wellesley Absolvent, jetzt an der Yale University) und Orit Shaer (Wellesley College).

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