Bæta námsárangur og seiglu nemenda með aðferðum hugsandi skólastofu

Hópur vísindamanna innan Háskóla Íslands hefur síðustu misseri unnið að því að nýta aðferðir hugsandi skólastofu (e. thinking classroom) í námskeiðinu Stærðfræðigreining I við Verkfræði- og náttúruvísindasvið til að bæta námsárangur nemenda sem áður höfðu fallið í námskeiðinu. Aðferðirnar hafa gefið góða raun og hafa verið teknar upp í fleiri námskeiðum innan skólans.

Hugsandi skólastofa felur í sér að kennsluháttum er breytt frá hefðbundinni, kennaramiðaðri nálgun yfir í nemendamiðaða kennslu þar sem nemendur eru virkir þátttakendur í eigin námi. Í stað þess að meðtaka og skrá hjá sér upplýsingar í fyrirlestrum er nemendum gert að vinna saman að verkefnum í litlum hópum og beita gagnrýninni og skapandi hugsun við verkefnavinnuna.

Aðferðir hugsandi skólastofu voru upphaflega þróaðar fyrir stærðfræðikennslu í grunn- og framhaldsskólum af Peter Liljedahl, prófessor í stærðfræðimenntun við Simon Fraser háskóla í Kanada í samstarfi við kennara þar í landi. Rannsóknarteymið, sem samanstendur af vísindafólki innan Háskóla Íslands og víðar, beinir þó sjónum sínum að því hvernig aðferðir hugsandi skólastofu geti nýst í krefjandi námskeiðum á háskólastigi á borð við stærðfræðigreiningu. „Í stuttu máli erum við að rannsaka hvort og hvernig megi rjúfa hefðbundna fyrirlestrahefð háskólans til að dýpka skilning nemenda í STEM-greinum; raunvísindum, tæknigreinum, verkfræði og stærðfræði,“ segir Bjarnheiður Kristinsdóttir, lektor við Deild faggreinakennslu á Menntavísindasviði.

Meginmarkmið rannsóknarinnar er að kanna hvort þetta vinnulag geti bætt námsárangur og seiglu nemenda, sérstaklega í hópum þar sem námsgeta er blönduð. „Í stað þess að nemendur sem féllu í námskeiðinu Stærðfræðigreining I að hausti þyrftu að bíða til næsta hausts og endurtaka sama námskeið hönnuðum við nýtt námskeið með aðferðir hugsandi skólastofu í forgrunni sem heitir „Styrktaræfingar í Stærðfræðigreiningu I“ og buðum upp á það vorið 2025 fyrir þá nemendur sem höfðu fallið í faginu,“ segir hún.

Hefðbundnir fyrirlestrar skiluðu ekki árangri

Rannsóknin á rætur sínar í aukinni eftirspurn eftir virkum kennsluháttum innan STEM-greina til að bæta námsárangur og koma í veg fyrir brottfall. Rannsóknir hafa sýnt að þótt háskólanemar telji sig oft læra betur í fyrirlestrum, mælist raunverulegur námsárangur meiri þegar kennt er með virkum aðferðum.

„Þetta misræmi milli upplifunar og árangurs ýtti undir áhuga okkar á að prófa aðferðir hugsandi skólastofu skipulega á háskólastigi. Við Ingólfur Gíslason, lektor í stærðfræðimenntun við Menntavísindasvið, höfðum kynnst rannsóknum Peter Liljedahl á aðferðum hugsandi skólastofu og gert tilraunir með þær í framhaldsskólakennslu. Ingólfur byrjaði árið 2016 að kynna þessar aðferðir fyrir kennaranemum og stóð að komu Liljedahl til Íslands í samstarfi við Flöt – samtök stærðfræðikennara sumarið 2019.“

Eftir að hafa sótt kynningu hjá Ingólfi urðu Anna Helga Jónsdóttir og Sigrún Helga Lund, prófessorar í tölfræði við Verkfræði- og náttúruvísindasvið, brautryðjendur í að innleiða grunnatriði vinnulags hugsandi skólastofu í dæmatíma í tölfræði og líkindareikningi, en þetta vinnulag hafði ekki verið viðhaft í heilu námskeiði áður.

Þegar 115 nemendur féllu í Stærðfræðigreiningu I haustið 2024 skapaðist tækifæri til að innleiða fleira en einungis grunnþætti vinnulags hugsandi skólastofu og bjóða upp á nýstárlegt úrræði vorið 2025. „Fremur en að endurtaka hefðbundna fyrirlestra, sem höfðu ekki skilað þessum nemendum árangri, var ákveðið að nýta aðferðir hugsandi skólastofu til að efla þrautseigju þeirra og skilning. Þörfin á að finna árangursríkar leiðir til að styðja við nemendur sem standa frammi fyrir áskorunum í grunnnámi var því beinn hvati að verkefninu,“ segir Bjarnheiður.

Áhuginn liggur á mótum stærðfræði og kennslufræði

Bjarnheiður hefur brennandi áhuga á viðfangsefni rannsóknarinnar en áhugi hennar liggur fyrst og fremst á mótum stærðfræði og kennslufræði, með áherslu á virka kennsluhætti, verkefnasmíð og hvernig nýta megi stafræna tækni til að styðja við nám nemenda í stærðfræði.

„Mér finnst spennandi að skoða allra handa aðferðir til að vinna með flókið námsefni á þann hátt að nemendur öðlist aðgang og tækifæri til að skilja það til hlítar. Til að þetta takist þarf yfirleitt að færa kennarann úr sviðsljósinu og yfir í hlutverk leiðbeinanda. Líkt og aðferðir hugsandi skólastofu snúast flestar þessara aðferða um að efla samvinnu og samtal í skólastofunni og þannig bæta námsumhverfið sjálft, bæði hvað varðar aðstöðu til náms og félagsleg tengsl milli nemenda,“ segir Bjarnheiður sem hefur komið að smíði nýstárlegra verkefna fyrir stærðfræðikennslu á grunn-, framhalds- og háskólastigi áður.

Nemendur virkjaðir strax í upphafi tímans

Rannsóknin fól í sér megindlega og eigindlega gagnasöfnun með skráningu mætingar, verkefnum sem könnuðu skilning nemenda á viðfangsefni hverrar kennsluviku, árangri á prófum ásamt spurningakönnun sem send var til þátttakenda við lok námskeiðsins. Nemendur sóttu tvær 90 mínútna vinnustofur á viku í 11 vikur samfleytt og þurftu að mæta í 80% tímanna til að öðlast próftökurétt. Lokaprófið var samið af kennurum námskeiðsins Stærðfræðigreining I frá hausti 2024 og þurftu nemendur að standast prófið til að standast námskeiðið.

„Kennsluaðferðunum sem unnið var með má lýsa í grófum dráttum þannig að í hverjum tíma var nemendum skipt í þriggja manna hópa með slembiaðferð sem tryggir að allir læri að vinna með öllum. Hver hópur fékk einn tússpenna og vann standandi við veggfasta tússtöflu eða tússtöfluþynnu sem hengd var á vegginn. Með þessu móti urðu nemendur að vinna saman og pælingar þeirra og útreikningar voru vel sýnileg kennurum og samnemendum,“ útskýrir Bjarnheiður.

Kennarar undirbjuggu tímana með því að raða verkefnum eftir áskorunarstigi. Fyrsta verkefnið var kynnt í upphafi tímans til að virkja nemendur strax og síðan var verkefnum útdeilt jafnóðum og áskorunarstig aðlagað að hverjum hópi fyrir sig. Markmiðið var að öll næðu grunntökum á viðfangsefni dagsins og að öll fengju verkefni við hæfi. Kennarar gættu þess að svara ekki spurningum á borð við „Er þetta rétt hjá mér?“ heldur spyrja nemendur á móti: „Hvernig getið þið fullvissað ykkur um það?“ til að efla sjálfstæði þeirra.

„Ef nemendur þurftu flóknari verkefni eða voru strand með dæmi og stefndu í uppgjöf gáfu kennarar þeim svokölluð útvíkkunar-verkefni eða vísbendingar til að viðhalda flæði. Einnig gerðu kennarar samantekt á því sem nemendur höfðu lært og að kennslustund lokinni fengu nemendur aðgang að verkefnum sem gengu út á að kanna hvort það sem unnið hafði verið að í hóp hefði skilað sér í skilningi og færni hvers og eins. Þessi verkefni voru gagnvirk (í stærðfræðiforritinu GeoGebra) og þannig hönnuð að nemendur fengu tafarlausa endurgjöf sem gerði þeim kleift að meta stöðu sína og fá ábendingar um frekara efni,“ segir hún.

Samvinna margra gerði verkefnið að veruleika

Bjarnheiður þýddi bók Liljedahl um aðferðir hugsandi skólastofu á íslensku og hefur hún verið gefin út hjá Háskólaútgáfunni. Bjarnheiður þjálfaði jafnframt aðra kennara í notkun aðferðanna, hannaði námskeiðið, útbjó gagnvirku verkefnin og samdi könnun sem send var nemendum við lok námskeiðsins. Auk hennar kemur þó að rannsókninni fjölmennt teymi vísindafólks við HÍ auk annarra sem lögðu hönd á plóg.

Fyrrnefnd Anna Helga Jónsdóttir og Benedikt Steinar Magnússon, formaður kennslunefndar Verkfræði- og náttúruvísindasviðs og dósent í stærðfræði, voru hvatamenn að verkefninu og hafa komið að öflun og greiningu tölfræðigagna sem tengjast námsárangri nemenda.
Verkfræði- og náttúruvísindasvið studdi verkefnið með styrk þannig að það gæti orðið að veruleika. SamSTEM, samstarfverkefni Háskóla Íslands, Háskólans í Reykjavík og Háskólans á Akureyri, fjármagnaði starfsþróunarnámskeið fyrir kennara um aðferðir hugsandi skólastofu. Auk þess komu Fasteignir HÍ og skrifstofa aðstoðarrektors að því að breyta kennslustofum og setja upp tússtöflur til að bæta kennsluaðstöðuna.

„Við Helgi Sigurðsson, aðjunkt í eðlisfræði við Háskólann í Varsjá, áður aðjunkt við HÍ, undirbjuggum verkefnaraðir fyrir tímana og leiddum kennsluna. Ekki má gleyma þátttakendum í rannsókninni, en 86 nemendur af þeim 115 sem féllu í stærðfræðigreiningu haustið 2024 tóku þátt í námskeiðinu,“ segir Bjarnheiður.

Hátt hlutfall nemenda stóðst námskeiðið

Sem fyrr segir liggja niðurstöður úr námskeiðinu sem haldið var vorið 2025 fyrir og eru afar jákvæðar. Af þeim 82 nemendum sem þreyttu lokaprófið stóðust 59. Hlutfallið er því um 69% og þykir gott miðað við að hér var um að ræða hóp sem hafði áður fallið í sama fagi. Einungis 32 nemendur svöruðu spurningakönnuninni en svör þeirra sýndu mikla ánægju.

„Langflest voru sammála því að námskeiðið hefði hvatt þau áfram og að vinnustofurnar hefðu verið gagnlegar. Sérstaklega var tekið fram að aðferðin hjálpaði nemendum að kynnast hver öðrum, en það er lykilatriði til að draga úr einangrun og koma í veg fyrir að fólk gefist upp í námi. Nemendur nefndu jafnframt að vinnulagið hefði fengið þá til að hugsa á nýjan hátt og að aðgengi að kennurum væri mun betra en í hefðbundnum tímum. Flestir þeirra sögðust vilja hafa sambærilegar vinnustofur í öðrum stærðfræðinámskeiðum,“ segir Bjarnheiður.

Sterkar vísbendingar eru um að aðferðin sé að breiðast út þar sem fjöldi kennara úr ýmsum faggreinum sótti starfsþróunarnámskeið sumarið 2025 og lýsti yfir áhuga á að nýta aðferðirnar strax. Haustið 2025 var aðferðunum beitt í fyrirlestrum og dæmatímum í 10 námskeiðum með góðum árangri.

Frá kennslustund í stærðfræði í Háskóla Íslands haustið 2025. MYND/Kristinn Ingvarsson

Kennsluaðferðir sem auka samskiptahæfni og þrautseigju

Rannsóknin getur haft mikið gildi fyrir bæði menntakerfið og samfélagið í heild, sérstaklega í ljósi þess að fjölga þarf brautskráðum nemendum í STEM-greinum. Hlutfall STEM-menntaðra hefur verið lægra á íslenskum vinnumarkaði síðustu ár en víða annars staðar.

„Með því að sýna fram á að hægt sé að snúa við neikvæðri þróun og hjálpa nemendum sem hafa rekið sig á veggi í kerfinu, stuðlar rannsóknin að auknu jafnrétti til náms og kemur í veg fyrir að dýrmæt þekking og reynsla fólks, sem ella hefði mögulega hætt námi, fari forgörðum,“ segir Bjarnheiður.

Rannsóknin staðfestir að kenningar Liljedahl um aðferðir hugsandi skólastofu eiga fullt erindi inn í háskólaumhverfið. Hún veitir jafnframt hagnýt gögn um hvernig megi breyta rótgróinni fyrirlestrahefð en rannsóknir hafa sýnt hún sé óskilvirkari en kennsluaðferðir sem hvetja nemendur til virkrar þátttöku.

Á samfélagslegum mælikvarða getur þessi breyting á kennsluháttum leitt til þess að útskrifaðir sérfræðingar séu betur í stakk búnir til að takast á við flókin verkefni í framtíðinni, þar sem hópavinna, samskiptahæfni og þrautseigja eru lykilþættir. „Með því að breyta kennslustofunni í stað þar sem samvinna og skapandi hugsun er í fyrirrúmi má hafa víðtæk áhrif á vinnumenningu og félagslega færni komandi kynslóða. Útgáfa bókar Liljedahl og áframhaldandi námskeið fyrir kennara tryggja að þessi þekking nýtist öllu skólasamfélaginu,“ segir Bjarnheiður að lokum.