Авторы Джон Д. Лойке и Мэриан Штольц-Лойке
Быстрый переход от занятий в помещениях университета к онлайн-классам из-за COVID-19 почти не дал преподавателям времени на планирование и подготовку. По-прежнему необходимо решать сложные педагогические вопросы, особенно в том, что касается наилучшего способа подготовки магистрантов на онлайн-курсах в научных лабораториях. Научные лаборатории на уровне бакалавриата могут результативно преподаваться в онлайн с некоторыми изменениями - и некоторые из этих изменений могут быть полезны даже после того, как академическая жизнь вернется к нормальной жизни.
Колледж Touro, с двадцатилетним опытом работы в онлайн-образовании, регулярно проводит тщательную подготовку преподавателей, которые проводят свои асинхронные онлайн-курсы. В ходе нынешнего перехода они использовали этот опыт, чтобы помочь преподавателям эффективно перейти к синхронному онлайн-обучению, предоставляя видео, сеансы Zoom и учебные пособия с рекомендациями для наилучшей практики и пошаговыми навыками. Их переход к онлайн-обучению был чрезвычайно плавным, и отзывы студентов и преподавателей были исключительно положительными. Здесь они делятся некоторыми уроками, которые извлекли из обучения секции онлайн-обучения в научной лаборатории.
Онлайн-сессии должны предлагать активный учебный опыт, который может включать в себя частые возможности для студентов отвечать на вопросы и защищать ответы, дебатировать со своими сокурсниками и решать реальные проблемы. Поскольку эпидемия COVID-19 заполнила умы всех учащихся, занятия по естественным наукам часто начинаются с ознакомления с текущей информацией, публикуемой в ведущих рецензируемых журналах, которые появляются ежедневно.
Лаборатория генетики-иммунологии, которую один из преподавателей, Джон Лойк, преподает в женском колледже им. Ландера в Туро, представляет собой пример научной онлайн-лаборатории. Курс этого семестра начался с обычных лабораторных занятий в классе, в которых обучали студентов содержанию клеток животных в лаборатории. В своих лабораторных занятиях студенты узнали, как поддерживать клетки микроглии мыши, так как эти иммунные клетки мозга играют критическую роль в болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона. Способность содержать такие клетки в лаборатории дает студентам метод изучения их отличительных характеристик в нормальных условиях или при лечении определенными типами лекарств. В частности, в рамках лаборатории студентов учили, как оценивать время, необходимое для деления этих клеток, как оценивать токсичность лекарственного средства или лечения на этих клетках и как оценивать, какие белки эти клетки экспрессируют в нормальных условиях или когда дал наркотик. Наконец, студенты узнали, как измерить критическую иммунологическую функцию (фагоцитоз), которую эти клетки используют для очистки клеточного «мусора» от умирающих нейронов.
Основываясь на обсуждении этой лаборатории и других научных лабораторий, преподаватели из колледжа определили пять задач для онлайн-лабораторий, которые имеют решающее значение для любой научной лаборатории и хорошо подходят для онлайн-обучения. Фактически, онлайн-образование дает возможность обучать студентов часто упускаемым навыкам, которые важны для каждой научной дисциплины.
Цель 1: научиться предлагать новые научные эксперименты. Каждый ученый должен знать, как разработать исследовательское предложение, основанное на существующих знаниях для решения важнейших вопросов. Студенты в онлайн-классе лаборатории могут быть разделены на две группы, чтобы они могли использовать свой реальный лабораторный опыт и понимание методов, чтобы предложить новые эксперименты. Работая в парах, голос каждого студента услышан, и идеи могут быть изучены и обсуждены.
Например, многие клинические исследования показали, что сфокусированный ультразвук может укрепить иммунную систему при использовании у больных раком. В наших новых онлайн-классах два студента предложили эксперименты, чтобы понять, какое влияние ультразвук может оказать на функции клеток микроглии мозга. Если ультразвук укрепляет иммунную систему, он также может повысить способность этих клеток выполнять функции санитарных инженеров, то есть очищать вредные клеточные отходы. Другая группа студентов предложила провести эксперименты по изучению влияния кофеина, обнаруженного в кофе, на микроглию на основе опубликованных наблюдений о том, что этот препарат может также воздействовать на иммунную систему и помочь отсрочить начало или уменьшить тяжесть болезни Альцгеймера.
Цель 2: Научиться рецензировать литературу и критически читать рецензируемые журналы. Чтение журналов или нарративной науки является обязательным для всех ученых, чтобы узнать о новых открытиях и лучше понять новые идеи в любой области науки. В онлайн-лаборатории преподаватели учат студентов, как читать рецензируемые журнальные статьи, чтобы почерпнуть идеи о том, что было сделано в отношении предлагаемых экспериментов.
В частности, преподаватели предлагают учащимся прочитать отдельные статьи, связанные с предлагаемыми ими экспериментами, и обсудить сильные и слабые стороны этих работ. Поскольку многие студенты не имеют исчерпывающей информации о своем конкретном проекте, их учат, как использовать PubMed, всеобъемлющий сайт, который ищет более 30 миллионов биомедицинских ссылок. PubMed содержит много фильтров, чтобы выбрать, какие статьи студентам нужно читать. Например, учащиеся могут использовать фильтры, чтобы выбрать только текущие «обзорные» статьи по теме, чтобы обеспечить общее представление о выбранной теме.
Студенты могут также просмотреть статьи, опубликованные их профессором, а затем задать вопросы. Таким образом, они могут глубже понять процессы как научных исследований, так и научных публикаций.
Цель 3: научиться проектировать сложные исследовательские эксперименты. Поскольку студенты этого уровня не имеют большого опыта в области экспериментального проектирования, база данных грантов RePORTER Национального института здравоохранения является важным инструментом, который немногие магистранты используют для расширения своих научных знаний. Этот сайт позволяет студентам получать рефераты ученых, финансируемых NIH, об их одобренных NIH грантах. Многие из этих рефератов представляют точку зрения ученого о том, какие вопросы необходимо решать по конкретной теме и какие эксперименты могут быть проведены для решения этих вопросов. Таким образом, студенты могут сравнить свои идеи с идеями ученых, которые на самом деле предлагают эксперименты. Этот педагогический дизайн стимулирует и усиливает творческий дух, помогая им создавать новые эксперименты.
Цель 4: Научиться анализировать экспериментальные данные. Анализ экспериментальных данных требует определенных навыков, которые обычно не преподаются в лаборатории. Некоторые студенты берут статистический анализ, важный курс для любого ученого. В секции онлайн-лаборатории у студентов есть больше времени, чтобы обсудить основную информацию об анализе данных, такую как: Сколько экспериментов необходимо для статистического анализа? Как вы можете представить данные наиболее точным и прозрачным способом? При каких условиях гистограмма или линейный график подходят для представления их данных?
Наконец, студентов учат, как нарисовать график или легенду для таблицы, чему редко учат в любом курсе статистики. Информация, представленная в легендах, жизненно важна для читателей, чтобы понять, как проводились конкретные эксперименты. Профессора также могут делиться фактическими данными, сгенерированными в их лабораториях, для практического обзора и анализа студентами.
Цель 5: Учиться, обучая других. Доказано, что обучение через преподавание приводит к лучшему пониманию и удержанию. Студентов просят учить друг друга в онлайн-сессиях. Это может включать традиционные педагогические взаимодействия, такие как объяснение основных концепций исследования или представление результатов исследования, которые подтверждают гипотезу.
Преподаватели могут также разработать новые и творческие подходы к преподаванию. Например, Джон создал игру Genetics Jeopardy по образцу популярного телевизионного игрового шоу, в которую студенты могут играть со своим профессором или другими студентами онлайн. Каждую неделю студенту поручается создать собственную генетику Jeopardy для своих одноклассников. Kahoot! или другие популярные онлайн-сайты могут использоваться учащимися для создания игры и взаимодействия друг с другом.
Хотя предлагать виртуальные лаборатории может быть непросто, мы поняли, что переход к онлайн-образованию на самом деле предлагает преподавателям необычную возможность изменить мнение студентов о своих лабораторных занятиях. Преподаватели могут использовать опыт онлайн-лаборатории для изучения тем исследований и научного анализа таким образом, который зачастую не проводится должным образом в очных научных лабораториях. В конечном счете, успешное внедрение инновационных способов облегчения интерактивного обучения будет иметь неоценимое значение для научного образования.