Uma experiência de 15 anosmudando a cultura educational no MIT

Fórum de Lideranças: Desafios da EducaçãoUniversidade Anhembi Morumbi

São Paulo – Brazil 

12 de Agosto de 2015

Dr. Peter Dourmashkin Departamento de Física

MIT padour@mit.edu

14 anos contínuos de experimentos com o TEAL no MIT:

Uma fusão de apresentações, tutoriais, e experimentos práticos em laboratório em um ambiente altamente tecnológico e colaborativo.

A experiência do MIT com Aprendizagem Ativa:(Technology Enabled Active Learning – TEAL)

Linha do Tempo do TEAL

Modelos: RPI’s Studio Physics (Jack Wilson)NCSU’s Scale-Up (Bob Beichner) Harvard Peer Instruction (Eric Mazur)

Outono/2001 e 2002Protótipo

Off-term E&M 8.02

Primavera/2003 – Até agoraScaled-up E&M 8.02

Outono/2003 e 2004Prototype Mechanics

8.01

Outono/2005 – Até agoraScaled-up Mechanics 8.01

Ensino e Aprendizagem Interativas

Prof. John Belcher – Fundador do TEAL

TEAL -Objetivos de Aprendizagem

Objetivos do Ensino de Física

1. Permitir que os estudantes vejam o estudo de física como

uma estrutura coerente de conceitos que descrevem a

natureza e são comprovados via experimentos.

2. Aumentar a compreensão conceitual de áreas como a

Mecânica e Eletromagnetismo.

3. Aprimorar as habilidades de solução de problemas.

4. Incorporar experiências práticas que desenvolvem

habilidades baseadas em projetos e pesquisa em laboratório.

Objetivos Gerais de Ensino

1. Afastar-se do formato passivo de aula, a fim de aproximar-se de um modelo de ambiente de aprendizagem em estúdio interativo.

2. Desenvolver habilidades de comunicação nas principais ciências.

3. Desenvolver o aprendizado colaborativo.

4. Encorajar os estudantes de graduação a ensinarem.

5. Desenvolver novos recursos de ensino e aprendizagem baseados em padrões científicos de pesquisa.

Efetivo Design

Aprendizagem Espaço

Espaço de aprendizagem: Princípios do projeto

Projeto arquitetônico baseado em:

1. Como as pessoas interagem e aprendem.

2. Modelo pedagógico: aprendizagem interativa

3. Espaço de aprendizagem se torna um laboratório para experiências com técnicas de aprendizagem ativa.

MIT 1918

Espaço de Ensino Olímpico

Transformando o Espaço de Aprendizagem: TEAL Classroom

Aprendizagem colaborativa (desenhada depois da Sala de Aula “Scale-Up” da Universidade Estadual da Carolina do Norte): nove estudantes trabalham, juntos, colaborativamente em cada uma das mesas, em grupos menores de três alunos.

Espaço de Ensino TEAL: Aprendizagem Ativa

TEAL - Sequência Modular de Ensino

1. Questões pré-modulares, online, incentivam os estudantes a se aprofundarem no material de pré-requisito

2. Primeira aula de aprendizagem ativa. (Segunda – duas horas)3. Segunda aula de aprendizagem ativa (Quarta – duas horas)4. Preparação online focando na solução de problemas5. Terceira aula de aprendizagem ativa voltada à solução de problemas

online com feedback imediato. (Sexta-feira – um hora)6. Questionário – Terça-feira7. Revisão de modulo na terça-feira à noite (Opcional)8. Encorajar os estudantes a aprender e ensinar.9. Desenvolver novos Recursos de ensino e aprendizagem baseados

em padrões científicos de pesquisa

Times de Ensino

Docentes: Condutores, oferecem conhecimento sobre o assunto, motivação, registram e analisam os resultados.

Assistentes de Pós-graduação: Aprendem a ensinar.

Assistentes de Graduação: Encorajam os estudantes a ensinar. São os principais modelos dos estudantes.

Estudantes: Instrução em pares.

(Alguns) Elementos da Aprendizagem Ativa

1. Instrução por pares (Peer Instruction) e Testes conceito (ConcepTest)

2. Simulações e Visualizações

3. Solução de problemas em grupo.

4. Atividades de descoberta

5. Discussão de questões

6. Aprendizagem baseada em projetos.

Questões conceituais

ConcepTests / Peer Instruction

Modelo: Instrução por Pares baseadas em ConcepTests, conceito de Eric Mazur, usando “clickers”.

Metodologia:

• Concept Test• Reflexão • Respostas individuais• Feedback: Ensino Just-in-Time • Discussão em pares• Resposta revisada em grupo• Explanação

Questão conceito: Força de contato

Considere uma pessoa, de pé, em um elevador em aceleração, no sentido de subida. A magnitude de força de contato de subida na pessoa é:

1. Maior que2. Igual a3. Menor que

A magnitude da força da gravidade, para baixo, na pessoa.

Questão conceito: Força de contato - Resposta

Resposta 1. Sistema: pessoa. Segunda Lei de Newton: N – mg = ma

Implica que N > mg. Logo, a magnitude da força de contato para cima é maior que a magnitude da força gravitacional, para baixo.

Diagrama da aceleração

Diagrama da força

Visualizações e Simulações

Visualizações e SimulaçõesAtividade de descoberta

Mudança de fluxo magnético induz a corrente

http://public.mitx.mit.edu/gwt-teal/FaradaysLaw2.html

Demo: Indução eletromagnética

Estudantes trabalham em pequenos grupos, no quadro branco, solucionando problemas com o feedback do instrutor.

Solução de problemas em grupo

Problema em grupo: Cabecear

Estimar a aceleração da cabeça em função da cabeceada de uma bola de futebol. Isso poderia causar alguma lesão cerebral?

Nos grupos: Discutam quais modelos e conceitos podem ser aplicados. Qual informação é necessária e quais podem ser dispensáveis?

No início, os professors oferecem motivação e direção.

Durante a resolução do problema, os professors circulam e aconselham.

Ao final, os professors fornecem explicação (conclusão).

Ativando a resolução de problemas

Especialista em Resolução de Problemas

Estudantes do MIT resolvem, aproximadamente, 10.000 problemas em quatro anos.

Os alunos aprendem como tornar-se um expert na resolução de problemas através da prática.

Desenvolvimento de confiança baseada na experiência.

Necessidade para inovação e pensamento criativo.

Atividades de Descoberta na Física

Atividades de Descoberta: Experiências de Física no Cotidiano.

1. Semanalmente, é exigido aos alunos que identifiquem exemplos conceituais de física (que eles estejam estudando) que aparecem na vida e cotidiano, usando celulares para gravar e analisar os fenômenos.

2. Esudantes fazem apresentações em video utilizando mídias (Youtube)

3. Estimular as melhores explicações e análises quantitativas dos trabalhos dos alunos.

MITx Platform

Trabalho liderado por Saif Rayyan.

Tarefas de leitura online e resolução de problemas como tema de casa.

Responder questões analíticas e de múltipla escolha usando a MITx platform.

Tranferir a entrega de alguns conteúdos para antes da aula a fim de otimizar o aprendizado na sala de aula.

Projeto atual: desenvolver uma livraria de conteúdos de materiais, questões conceito, vídeos, problemas, etc, tanto para MOOCs quanto em aulas no MIT.

Feedback Online Imediato

Feedback Online Imediato: Solução de problemas com respostas verificáveis.

Pesquisa de comportamento do alunoacerca do ensino online.

Capacitação de docentes

Wolfgang Ketterle Ernest MonizAlan Guth Marin Soljačić

A capacitação de docentes que estão acostumados a modelos tradicionais é essencial, a fim de que os mesmos entendam e aprendam como conduzir as aulas em uma sala de aula de aprendizagem ativa.

Assistentes de graduação

Gap de Gênero

O gap de gênero pode ser diminuído com mais facilidade em um ambiente de aprendizagem ativa se comparado a um formato de aula tradicional.

1. Discussão em pares2. Habilidade de fazer perguntas.3. Muitas oportunidades para praticar a resolução de

problemas.4. Aprendizagem cooperativa em um ambiente de ensino não

competitivo5. Demonstrar que a ciência e a engenharia podem resolver

problemas encontrado no dia-a-dia das pessoas.

Peer Instruction

Avaliação

Estratégia de avaliação1. Cada atividade representa um subconjunto de objetivos de

ensino. Identifique quais objetivos de ensino estão atrelados a cada uma das atividades.

2. Mensure a utilidade de cada uma das atividades registrando os resultados das questões conceito, e compare os resultados para determiner se os objetivos de ensino foram atingidos.

3. Avalie e dê nota aos trabalhos de casa.

4. Testes tradicionais.

5. Entreviste os estudantes.

Variáveis de avaliação Instrumentos

Solução de problemas

Testes com problemas quantitativos

Compreensão conceitual

1. Pré-testes and pós-testes 2. Testes espaciais.

Atitudes1. Questionários durante e após

os módulos2. Discussão em grupos focais

Instrumentos de pesquisa

Testes Conceituais - Pré/Pós: Pontuações relativas e grau de melhorias.

Testes Conceituais - Pré/Pós

Spring 2003 Control 2002 Trial 2001 Groupg N g N g N

0.52 514 0.27 121 0.46 176 Entire population

0.46 40 0.13 19 0.56 58 High0.55 176 0.26 50 0.39 48 Intermediate0.51 300 0.33 52 0.43 70 Low

Hecke g-factor

N students = 121

Grupo experimental – Outono/2001

Grupo de controle – Primavera/2002

N students = 176

Testes Conceituais - Pré/Pós: Pontuações

E&M Baixa na taxa de reprovação

Melhorias a longo prazo

• Source: Dori, Y.J., E. Hult, L. Breslow, & J. W. Belcher (2005). “The Retention of Concepts from a Freshmen Electromagnetism Course by MIT Upperclass Students,” paper delivered at the NARST annual conference.

Avaliação: Cornell

Ensino Tradicional - 2012 X Aprendizagem Ativa - 2015

Prof. John BelcherFundador do TEAL

Atual vencedor do Oersted Award, da Associação Americana de

Professores de Física

Prof. Eric Hudson

Dr. Peter Dourmashkin Dr. Sen Ben-Liao

Saif Rayyan

Time de Desenvolvimento do

TEAL