Challenge-based learning in Solar-Driven Chemistry course: Design-based research
Salo, Milka-Maarika (2023)
Salo, Milka-Maarika
2023
Teknis-luonnontieteellinen DI-ohjelma - Master's Programme in Science and Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-08-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202307267306
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202307267306
Tiivistelmä
The aim of this design-based research was to create a course on solar-driven chemistry utilizing challenge-based learning (CBL) as part of the implementation. The course was a micro-module shared among the European Consortium of Innovative Universities (ECIU) universities, thus available for all ECIU students to participate in. Challenge-based learning is a core concept of ECIU's educational approach that has not been extensively studied in the context of chemistry education, making this research a valuable contribution of new knowledge in this area.
The research problem was approached through theoretical problem analysis, examination of challenge-based learning, its characteristics, and how it should be evaluated. Additionally, the teaching of chemistry was considered through the four levels of chemical knowledge. Furthermore, the study focused on multicultural learning and micro-modules in education. The empirical problem analysis involved interviewing a teacher and a researcher experienced in challenge-based teaching, as well as a student who had previously participated in challenges and was currently enrolled in this solar chemistry course. Additionally, an analysis of the prerequisites that students should have from previous courses was conducted.
Following the problem analyses, the development process consisted of iterative designing and testing of the design. The first version was critically evaluated among the teaching staff and further refinements were made. The second version of the design was tested with the students of the Solar-Driven Chemistry course, ranging from second-year bachelor's students to doctoral students. The students came from multiple countries, and the language of teaching was English. After the course, the students were surveyed regarding their experience with the course and the suitability of challenge-based learning for university-level chemistry education. Additionally, the student who was interviewed at the beginning of the study was interviewed again about this specific course. The final adjustments to the design were made based on the survey results, interview, and the opinions of the teaching staff. The final design represents the latest version of the Solar-Driven Chemistry course structure.
Challenge-based learning is learner-driven and requires self-regulation and time. According to the research findings, students found challenge-based learning and participation in the challenge meaningful, and the majority thought they were suitable for university chemistry teaching. Students' diverse backgrounds and levels should be considered when assigning them to groups for completing challenges. Challenge-based learning should be assessed through continuous evaluation, and the grade should not be influenced by the solution of the challenge.
Since there has been limited research on challenge-based chemistry education, the research can be considered to address a genuine need. The test group used for testing the development output was the first group to take the course. To obtain more reliable results, it is possible to repeat the survey with subsequent course groups. Tämän kehittämistutkimuksen tavoitteena oli kehittää Solar-Driven Chemistry -aurinkokemian kurssi hyödyntäen haastepohjaista oppimista (CBL) osana kurssia. Kurssi oli ECIU (European Consortium of Innovative Universities) yliopistojen yhteinen mikromoduuli, johon ECIU yliopistojen opiskelijat voivat osallistua. Haastepohjainen oppiminen on ECIU yliopiston opetuksen ydinidea, jota ei ole vielä juuri tutkittu yliopiston kemian yliopisto-opetuksessa, joten tämä tutkimus tarjoaa uutta tietoa siitä.
Tutkimusongelmaa lähestyttiin teoreettisen ongelma-analyysin kautta perehtymällä haastepohjaiseen oppimiseen, sen tyypillisiin piirteisiin ja siihen, miten haastepohjaista oppimista tulisi arvioida. Lisäksi kemian opettamista tarkasteltiin kemiallisen tiedon neljän tason kautta. Lopuksi syvennyttiin monikulttuuriseen oppimiseen ja mikromoduuleihin oppimisessa. Empiirisessä ongelma-analyysissä haastateltiin ensin opettajaa ja tutkijaa, jolla on kokemusta haastepohjaisesta opettamisesta ja opiskelijaa, joka oli osallistunut haasteisiin aiemmin ja joka osallistui tälle aurinkokemian kurssille. Lisäksi tehtiin analyysi lähtötiedoista, joita opiskelijoilla tulisi olla aiemmilta kursseilta.
Kehittämisprosessi jatkui ongelma-analyysien jälkeen kehittämistuotoksen suunnittelulla ja testaamisella. Ensimmäistä versiota arvioitiin kriittisesti yhdessä opetushenkilökunnan kanssa, ja tämän jälkeen sitä muokattiin. Toista versiota kehittämistuotosta testattiin Solar-Driven Chemistry -kurssin opiskelijoilla, joiden taso vaihteli toisen vuoden kandidaattiopiskelijoista tohtoriopiskelijoihin. Opiskelijoita oli useammista maista ja opetuskielenä toimi englanti. Kurssin jälkeen opiskelijoille tehtiin kyselytutkimus kurssista ja haastepohjaisen oppimisen soveltumisesta yliopiston kemian opetukseen. Lisäksi alussa haastateltua opiskelijaa haastateltiin uudelleen. Kyselytutkimuksen, haastattelun ja opetushenkilökunnan näkemyksien perusteella kehittämistuotokseen tehtiin vielä viimeiset muokkaukset. Kehittämistuotoksena on viimeisin versio aurinkokemian kurssin rakenteesta.
Haastepohjainen oppiminen on oppijalähtöistä ja se vaatii itseohjautuvuutta sekä aikaa. Tutkimuksen tulosten mukaan opiskelijat pitivät haastepohjaista oppimista ja haasteeseen osallistumista mielekkäänä ja suurimman osan mielestä ne sopivat kemian yliopisto-opetukseen. Opiskelijoiden erilaiset lähtökohdat ja -tasot tulee huomioida, kun heitä jaetaan ryhmiin, joissa haasteet suoritetaan. Haastepohjaista oppimista tulee arvioida jatkuvan arvioinnin mukaan, eikä haasteen ratkaisemisen tule vaikuttaa arvosanaan.
Tutkimuksen voi arvioida vastanneeseen todelliseen tarpeeseen, sillä haastepohjaista kemian yliopisto-opetusta on tutkittu vähän. Testiryhmä, jolla kehittämistuotosta testattiin, on ensimmäinen ryhmä, joka käy kurssia. Luotettavimpien tulosten saamiseksi on kyselytutkimusta mahdollista toistaa seuraavilla kurssin ryhmillä uudelleen.
The research problem was approached through theoretical problem analysis, examination of challenge-based learning, its characteristics, and how it should be evaluated. Additionally, the teaching of chemistry was considered through the four levels of chemical knowledge. Furthermore, the study focused on multicultural learning and micro-modules in education. The empirical problem analysis involved interviewing a teacher and a researcher experienced in challenge-based teaching, as well as a student who had previously participated in challenges and was currently enrolled in this solar chemistry course. Additionally, an analysis of the prerequisites that students should have from previous courses was conducted.
Following the problem analyses, the development process consisted of iterative designing and testing of the design. The first version was critically evaluated among the teaching staff and further refinements were made. The second version of the design was tested with the students of the Solar-Driven Chemistry course, ranging from second-year bachelor's students to doctoral students. The students came from multiple countries, and the language of teaching was English. After the course, the students were surveyed regarding their experience with the course and the suitability of challenge-based learning for university-level chemistry education. Additionally, the student who was interviewed at the beginning of the study was interviewed again about this specific course. The final adjustments to the design were made based on the survey results, interview, and the opinions of the teaching staff. The final design represents the latest version of the Solar-Driven Chemistry course structure.
Challenge-based learning is learner-driven and requires self-regulation and time. According to the research findings, students found challenge-based learning and participation in the challenge meaningful, and the majority thought they were suitable for university chemistry teaching. Students' diverse backgrounds and levels should be considered when assigning them to groups for completing challenges. Challenge-based learning should be assessed through continuous evaluation, and the grade should not be influenced by the solution of the challenge.
Since there has been limited research on challenge-based chemistry education, the research can be considered to address a genuine need. The test group used for testing the development output was the first group to take the course. To obtain more reliable results, it is possible to repeat the survey with subsequent course groups.
Tutkimusongelmaa lähestyttiin teoreettisen ongelma-analyysin kautta perehtymällä haastepohjaiseen oppimiseen, sen tyypillisiin piirteisiin ja siihen, miten haastepohjaista oppimista tulisi arvioida. Lisäksi kemian opettamista tarkasteltiin kemiallisen tiedon neljän tason kautta. Lopuksi syvennyttiin monikulttuuriseen oppimiseen ja mikromoduuleihin oppimisessa. Empiirisessä ongelma-analyysissä haastateltiin ensin opettajaa ja tutkijaa, jolla on kokemusta haastepohjaisesta opettamisesta ja opiskelijaa, joka oli osallistunut haasteisiin aiemmin ja joka osallistui tälle aurinkokemian kurssille. Lisäksi tehtiin analyysi lähtötiedoista, joita opiskelijoilla tulisi olla aiemmilta kursseilta.
Kehittämisprosessi jatkui ongelma-analyysien jälkeen kehittämistuotoksen suunnittelulla ja testaamisella. Ensimmäistä versiota arvioitiin kriittisesti yhdessä opetushenkilökunnan kanssa, ja tämän jälkeen sitä muokattiin. Toista versiota kehittämistuotosta testattiin Solar-Driven Chemistry -kurssin opiskelijoilla, joiden taso vaihteli toisen vuoden kandidaattiopiskelijoista tohtoriopiskelijoihin. Opiskelijoita oli useammista maista ja opetuskielenä toimi englanti. Kurssin jälkeen opiskelijoille tehtiin kyselytutkimus kurssista ja haastepohjaisen oppimisen soveltumisesta yliopiston kemian opetukseen. Lisäksi alussa haastateltua opiskelijaa haastateltiin uudelleen. Kyselytutkimuksen, haastattelun ja opetushenkilökunnan näkemyksien perusteella kehittämistuotokseen tehtiin vielä viimeiset muokkaukset. Kehittämistuotoksena on viimeisin versio aurinkokemian kurssin rakenteesta.
Haastepohjainen oppiminen on oppijalähtöistä ja se vaatii itseohjautuvuutta sekä aikaa. Tutkimuksen tulosten mukaan opiskelijat pitivät haastepohjaista oppimista ja haasteeseen osallistumista mielekkäänä ja suurimman osan mielestä ne sopivat kemian yliopisto-opetukseen. Opiskelijoiden erilaiset lähtökohdat ja -tasot tulee huomioida, kun heitä jaetaan ryhmiin, joissa haasteet suoritetaan. Haastepohjaista oppimista tulee arvioida jatkuvan arvioinnin mukaan, eikä haasteen ratkaisemisen tule vaikuttaa arvosanaan.
Tutkimuksen voi arvioida vastanneeseen todelliseen tarpeeseen, sillä haastepohjaista kemian yliopisto-opetusta on tutkittu vähän. Testiryhmä, jolla kehittämistuotosta testattiin, on ensimmäinen ryhmä, joka käy kurssia. Luotettavimpien tulosten saamiseksi on kyselytutkimusta mahdollista toistaa seuraavilla kurssin ryhmillä uudelleen.