J'ai parlé récemment avec un ancien étudiant; Je lui ai enseigné lors de son premier semestre à Notre-Dame et j'étais ravi d'avoir l'occasion de rattraper mon retard. Elle a partagé qu'elle avait changé sa spécialisation de la biochimie aux sciences politiques. Me souvenant de son enthousiasme à l’idée de devenir médecin, je lui ai demandé ce qui l’avait poussée à faire ce changement.
Elle a décrit les difficultés rencontrées pour suivre certains des cours de sciences de première année, notoirement difficiles. C'est sa dernière déclaration, cependant, qui m'a vraiment marqué : « De plus, c'était juste beaucoup de mémorisation, et je ne pensais pas que c'était si intéressant après tout. »
J'ai entendu ce refrain à plusieurs reprises, de la part de dizaines d'étudiants, qu'ils aient ou non persisté dans une spécialisation STEM. C'est aussi une histoire familière, car mon propre mari a vécu la même expérience et a abandonné ses études en biologie au cours de sa deuxième année. Il réussissait bien dans ses cours, mais il s'ennuyait et était déçu par toute la mémorisation.
Le problème
La rétention dans les filières de sciences, technologies, ingénierie et mathématiques reste obstinément faible, pour une liste de raisons, notamment une baisse de motivation et d'intérêt des étudiants. après ils démarrent un programme STEM. Et ce n’est pas étonnant : même face aux montagnes de preuves soutenant la valeur de l’apprentissage actif, peu de choses ont changé dans l’enseignement scientifique collégial.
La plupart des cours universitaires STEM sont toujours dispensés sous forme de cours magistraux. Ce format a des effets d’entraînement sur la nature des évaluations en STEM, les orientant vers un travail cognitif de niveau inférieur. Par exemple, une étude récente a révélé que, dans les cours de biologie de tous les types d’établissements, seulement 7 % de toutes les questions d’examen testent les capacités de réflexion scientifique, la plupart des questions portant plutôt sur des faits scientifiques.
Mémoriser les faits d’un cours magistral et répondre aux questions d’examen à leur sujet – sans doute les principales compétences requises pour obtenir un diplôme en sciences de premier cycle – offre une base de connaissances importante, mais ne ressemble guère aux compétences requises pour réussir dans une carrière scientifique. Les scientifiques qui travaillent ont certes besoin d’une base de connaissances solide, mais ils s’appuient également largement sur des compétences telles que poser de bonnes questions, planifier des enquêtes et analyser et évaluer des données.
Si nous voulons motiver les étudiants de premier cycle à apprendre les sciences et à persévérer dans ce domaine, nous devons les traiter explicitement comme des scientifiques, et pas seulement comme des mémorisateurs de faits scientifiques.
Travailler dans un laboratoire de recherche ou suivre une expérience de recherche de premier cycle basée sur un cours (CURE) sont présentés à juste titre comme des moyens importants de renforcer une identité scientifique. Mais qu’en est-il des professeurs qui ne gèrent pas de laboratoires ou qui n’ont pas le budget, les ressources ou les attributions nécessaires pour enseigner un cours CURE ? Quiconque enseigne les sciences au niveau collégial a un rôle à jouer pour aider les étudiants à développer une identité scientifique et favoriser la rétention, l’apprentissage et les résultats professionnels qui en découlent.
Les professeurs de sciences devraient réfléchir à la manière dont les étudiants peuvent voir et s’entraîner à poser des questions scientifiques et à y répondre de manière plus authentique dans leurs cours. Ici, je me concentre sur la manière dont les cours hors laboratoire peuvent utiliser la littérature scientifique primaire pour attirer les étudiants vers l'entreprise scientifique d'une manière qui ressemble davantage au travail des scientifiques. Bien que ces techniques soient plus faciles à mettre en œuvre dans des classes plus petites, je proposerai également des idées en cours de route pour des cours plus importants intégrant des principes similaires.
Commencer petit
Une première étape pour inviter les étudiants à rejoindre la communauté scientifique consiste simplement à les encourager à poser des questions sur ce qu’ils voient. J'ai déjà écrit sur une séquence de questions que vous pouvez utiliser pour enseigner les habitudes d'interprétation des graphiques, en partant des bases (« Qu'y a-t-il sur l'axe des x ? ») jusqu'à une interprétation plus holistique. La dernière question de cette séquence est « Quelles questions ces données ou interprétations pourraient-elles soulever pour vous ? » Prendre l’habitude de poser cette question sur les données peut introduire l’idée qu’en science, une réponse ouvre souvent la voie à davantage de questions.
Encouragez les élèves à remarquer et à poser des questions sur les anomalies apparentes dans un graphique, par exemple : « Pourquoi y a-t-il une augmentation du niveau de cortisol le matin ? » Bien que modeste, cela favorise à la fois une observation attentive des chiffres et l’idée que les données scientifiques sont fascinantes et ouvertes à de nouvelles questions.
Dans The Art and Science of Learning, un cours que j'ai enseigné avec James Lang, les étudiants ont lu une étude bien connue sur les chauffeurs de taxi de Londres, décrivant une région du cerveau importante pour les représentations structurelles de l'environnement qui semble croître en taille avec le temps passé au volant.
À première vue, les étudiants ont accepté et ont été (à juste titre) impressionnés par les résultats. Après avoir été invité à consacrer plus de temps à lire les graphiques et à poser une question sur les données, un étudiant a souligné que deux des sujets de l'étude conduisaient des taxis depuis bien plus longtemps que les autres.
« Et s'ils avaient juste des cerveaux différents pour commencer ? » » demanda l'étudiant. Après quelques discussions plus approfondies, nous avons réalisé que cet étudiant se demandait si ces facteurs étaient des valeurs aberrantes et ce que cela signifierait pour l'intégrité des conclusions : une conversation importante dans les études scientifiques et une question sophistiquée pour un jeune de 18 ans.
Cela a mis en évidence pour moi l’importance de pousser les étudiants à continuer à examiner les données au-delà de la conclusion évidente et d’encourager un comportement par défaut consistant à poser des questions.
Vous pourriez prendre l'habitude de solliciter les prochaines questions après chaque article dont vous discutez ou lisez en classe ou après chaque graphique sur lequel vous passez du temps. Si l’article que vous étudiez révèle un effet d’un médicament, quelles sont les explications possibles de cet effet ? Si une ligne de tendance présentait une bosse étrange mais constante quelque part de manière inattendue, quelle aurait pu être la cause de cela ?
Puisqu’il s’agit probablement d’une tâche nouvelle pour la plupart des étudiants, aidez-les à développer leurs muscles de manière à faibles enjeux. Peut-être que chaque élève écrit une question suivante sur une fiche comme ticket de sortie, ou que de petits groupes travaillent ensemble pour développer les prochaines questions pendant le temps de cours.
Aborder la conception expérimentale
Une fois que les élèves sont devenus plus à l’aise pour poser des questions et ont vu davantage de modèles expérimentaux, vous pouvez réfléchir à la manière dont ils pourraient trouver une réponse à ces prochaines questions.
Demandez à vos élèves : De quelles données auriez-vous besoin pour faire la distinction entre deux explications ? Et comment pourriez-vous obtenir ces données ? Ici aussi, proposez de nombreuses pratiques non menaçantes pour cette tâche, par exemple en utilisant des activités d'écriture/jumelage/partage, avant d'évaluer quelqu'un sur ces compétences.
Un devoir récurrent dans mon cours de niveau supérieur L'alimentation et le cerveau, toujours axé sur un morceau de littérature scientifique primaire, demande aux étudiants de 1) évaluer si les conclusions de l'auteur sont étayées par leurs données, 2) poser une question soulevée par les données et 3) proposer une expérience qui les aiderait à répondre à leur question.
La première itération de cette mission est certainement terrible, car les étudiants s'aventurent dans un territoire nouveau et inexploré pour la plupart d'entre eux. Cependant, grâce aux commentaires et à la pratique continue des compétences connexes pendant les heures de cours, ils améliorent considérablement les efforts futurs. C'est un plaisir d'observer la trajectoire à mesure que les élèves gagnent en confiance et en compétences.
À la fin du semestre, les étudiants sont prêts à aborder leur tâche finale : une proposition de subvention qui imite à peu près une proposition des National Institutes of Health, avec une revue de la littérature sur un sujet pertinent pour le cours, suivie de trois objectifs spécifiques liés, chaque objectif décrivant une question et une expérience. C'est généralement un plaisir à lire, à mesure que les étudiants commencent à s'approprier davantage une identité scientifique, à déployer leurs nouveaux muscles en matière de conception expérimentale et à partager des questions et des idées perspicaces.
L’un de mes jours de cours préférés chaque printemps est celui où j’organise une section d’étude simulée vers la fin du semestre. Avant ce jour, je leur présente cet élément clé de la manière dont les subventions sont généralement évaluées et dont le financement est attribué par un panel de pairs. Chaque élève rédige un court article avant le cours, pose une question suivante et propose une expérience pour y répondre. Ils travaillent d'abord en petit groupe et sélectionnent une de leurs idées à affiner au sein de leur groupe avant de la présenter au jury composé de leurs camarades. Chaque groupe présente son idée raffinée et passe le reste de l'heure à discuter des mérites des différentes expériences proposées, pour finalement voter pour la plus forte d'entre elles. L'auteur de cette proposition reçoit un « financement » (généralement sous la forme d'une petite récompense ministérielle).
Un truc que j'ai ajouté à cette activité une année, en pleine préparation des cours de fin de soirée, était de remplacer leurs tentes de noms habituelles par des tentes les nommant « Dr. Nom de famille », puis de les appeler comme tels tout au long de l'heure. Ce que je pensais être une blague qui faisait rouler les yeux s'est avéré susciter des halètements de surprise et des yeux s'illuminer d'excitation. Plusieurs étudiants ont demandé à garder ces tentes, et l'un d'entre eux l'a récemment contacté, alors qu'il était en cours de doctorat. programme, pour en partager une image, qu'ils conservent depuis six ans maintenant et qu'ils gardent enregistrée au-dessus de leur bureau comme rappel et motivation.
L'avantage de se concentrer sur ces compétences scientifiques est qu'elles ne se concentrent pas toujours chez les mêmes étudiants qui excellent à passer les examens scientifiques typiques. Les étudiants qui ont obtenu jusqu'à présent des notes largement moyennes dans leurs programmes STEM peuvent découvrir des compétences créatives ou analytiques dont ils n'étaient pas conscients et avoir une chance de briller dans ces activités. Et tous les étudiants ont la possibilité, même modeste, de se considérer comme des membres de la communauté scientifique ayant quelque chose à apporter.
Revenons à l'histoire de mon mari. Après avoir changé sa spécialisation en gestion industrielle, il s'est rendu compte qu'un cours supplémentaire compléterait une mineure en biologie et s'est inscrit à un cours sur la pathogenèse bactérienne moléculaire. Dans ce cours, il lisait des articles scientifiques, faisait des expériences mentales et on lui demandait de raisonner sur d'éventuelles expériences futures.
Dans ce travail en classe, il a découvert ce qu’il espérait trouver en étudiant la biologie. Au printemps, non seulement il avait commencé à travailler à temps partiel dans le laboratoire du professeur, mais il avait également décidé de rester à l'école un semestre supplémentaire, de suivre des cours de biologie et de terminer avec une double spécialisation. Aujourd'hui, il est professeur à Notre Dame et s'efforce de donner aux étudiants de première année le type de cours d'introduction à la biologie qui peuvent nourrir l'enthousiasme et l'intérêt qui les guident à travers les défis d'un programme de cours chargé.
Si nous voulons résoudre les problèmes liés aux fuites dans les domaines STEM, si nous voulons accroître la persévérance dans les spécialisations STEM, si nous voulons que davantage d’étudiants deviennent des scientifiques, alors nous avons besoin qu’ils se considèrent comme faisant partie de l’entreprise scientifique. Bien qu'ils aient besoin d'une base solide de connaissances STEM, réfléchissez à la manière dont vous pouvez équilibrer cela avec la disposition à poser des questions sur les données scientifiques et les compétences nécessaires pour réfléchir à la manière de répondre à ces questions. Il est temps que nous commencions à traiter les étudiants comme de futurs scientifiques, plus souvent et plus tôt dans leurs études universitaires.
