Problem-Solving Before Instruction (PS-I): un protocollo per la valutazione e l'intervento in studenti con abilità diverse

Riepilogo

Questo protocollo guida ricercatori ed educatori attraverso l'implementazione dell'approccio Problem-Solving before Instruction (PS-I) in una classe di statistica universitaria. Descrive anche una valutazione sperimentale incorporata di questa implementazione, in cui l'efficacia di PS-I viene misurata in termini di apprendimento e motivazione in studenti con diverse predisposizioni cognitive e affettive.

Abstract

Al giorno d'oggi, come incoraggiare il pensiero riflessivo degli studenti è una delle principali preoccupazioni per gli insegnanti a vari livelli educativi. Molti studenti hanno difficoltà ad affrontare compiti che comportano alti livelli di riflessione, come i corsi STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica). Molti hanno anche ansia e demotivazione profondamente radicate verso tali corsi. Al fine di superare queste sfide cognitive e affettive, i ricercatori hanno suggerito l'uso di approcci "Problem-Solving before Instruction" (PS-I). PS-I consiste nel dare agli studenti l'opportunità di generare soluzioni individuali a problemi che vengono successivamente risolti in classe. Queste soluzioni vengono confrontate con la soluzione canonica nella fase successiva dell'istruzione, insieme alla presentazione del contenuto della lezione. È stato suggerito che con questo approccio gli studenti possono aumentare la loro comprensione concettuale, trasferire il loro apprendimento a diversi compiti e contesti, diventare più consapevoli delle lacune nelle loro conoscenze e generare un costrutto personale di conoscenze precedenti che può aiutare a mantenere la loro motivazione. Nonostante i vantaggi, questo approccio è stato criticato, in quanto gli studenti potrebbero dedicare molto tempo a tentativi ed errori senza scopo durante la fase iniziale della generazione della soluzione o potrebbero persino sentirsi frustrati in questo processo, il che potrebbe essere dannoso per l'apprendimento futuro. Ancora più importante, c'è poca ricerca su come le caratteristiche preesistenti degli studenti possano aiutarli a beneficiare (o meno) di questo approccio. L'obiettivo del presente studio è quello di presentare la progettazione e l'implementazione dell'approccio PS-I applicato all'apprendimento statistico negli studenti universitari, nonché un approccio metodologico utilizzato per valutarne l'efficacia considerando le differenze preesistenti degli studenti.

Introduzione

Una delle domande di cui gli insegnanti sono più preoccupati attualmente è come stimolare la riflessione degli studenti. Questa preoccupazione è comune nei corsi di natura matematica, come i corsi STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica), in cui l'astrazione di molti concetti richiede un alto grado di riflessione, eppure molti studenti riferiscono di avvicinarsi a questi corsi puramente attraverso metodi basati sulla memoria¹. Inoltre, gli studenti mostrano spesso un apprendimento superficiale dei concetti^1,2,3. Le difficoltà che gli studenti incontrano nell'applicare i processi di riflessione e deep learning, tuttavia, non sono solo cognitive. Molti studenti provano ansia e demotivazione di fronte a questi corsi^4,5. In effetti, queste difficoltà tendono a persistere durante l'istruzione degli studenti⁶. È quindi importante esplorare strategie educative che preparino motivazionalmente e cognitivamente gli studenti all'apprendimento profondo, indipendentemente dalle loro diverse predisposizioni.

È particolarmente utile trovare strategie che completino i tipici approcci didattici. Uno dei più tipici è l'istruzione diretta. L'istruzione diretta significa guidare completamente gli studenti dall'introduzione di nuovi concetti con informazioni esplicite su questi concetti, quindi seguirlo con strategie di consolidamento come attività di risoluzione dei problemi, feedback, discussioni o ulteriori spiegazioni^7,8. L'istruzione diretta può essere efficace per trasmettere facilmente il contenuto^8,9,10. Tuttavia, gli studenti spesso non riflettono su aspetti importanti, come il modo in cui il contenuto si riferisce alle loro conoscenze personali o potenziali procedure che potrebbero funzionare e non¹¹. È quindi importante introdurre strategie complementari per far riflettere gli studenti in modo critico.

Una di queste strategie è l'approccio Problem-Solving before Instruction (PS-I)¹², noto anche come approccio Invention¹¹ o Productive Failure approach¹³. PS-I è diverso dall'istruzione diretta nel senso che gli studenti non vengono introdotti direttamente ai concetti, ma c'è una fase di risoluzione dei problemi prima delle tipiche attività di istruzione diretta in cui gli studenti cercano soluzioni individuali ai problemi prima di ottenere qualsiasi spiegazione sulle procedure per risolverli.

In questo problema iniziale, gli studenti non sono tenuti a scoprire completamente i concetti target¹³. Gli studenti possono anche sentire sovraccarico cognitivo^14,15,16 e anche negativo influenzare¹⁷ con l'incertezza e i molti aspetti da considerare. Tuttavia, questa esperienza può essere produttiva a lungo termine perché può facilitare il pensiero critico su caratteristiche importanti. Nello specifico, il problema iniziale può aiutare gli studenti a diventare più consapevoli delle lacune nelle loro conoscenze^18,attivare conoscenze precedenti relative al contenuto per coprire¹³e aumentare la motivazione a causa dell'opportunità di basare il loro apprendimento sulla conoscenza personale^7,17,19.

In termini di apprendimento, gli effetti di PS-I sono generalmente visti quando i risultati vengono valutati con indicatori di deep learning^20,21. In generale non sono state riscontrate differenze tra gli studenti che hanno appreso attraverso PS-I e quelli che hanno appreso attraverso l'istruzione diretta in termini di conoscenza procedurale^20,22, che si riferisce alla capacità di riprodurre le procedure apprese. Tuttavia, gli studenti che passano attraverso PS-I generalmente esibiscono un apprendimento superiore nella conoscenza concettuale^7,19,23, che si riferisce alla comprensione del contenuto coperto e trasferiscono^7,15,19,24, che si riferisce alla capacità di applicare questa comprensione a nuove situazioni. Ad esempio, un recente studio in una classe sulla variabilità statistica ha dimostrato che gli studenti a cui è stata data l'opportunità di inventare le proprie soluzioni per misurare la variabilità statistica prima di ricevere spiegazioni sui concetti e le procedure generali in questo argomento hanno dimostrato una migliore comprensione alla fine della lezione rispetto a quelli che sono stati in grado di studiare direttamente i concetti e le procedure pertinenti prima di essere coinvolti in qualsiasi attività di risoluzione dei problemi²³. Tuttavia, alcuni studi non hanno mostrato differenze nell'apprendimento^16,25,26 o motivazione^19,26 tra PS-I e alternative di istruzione diretta, o ancora meglio l'apprendimento in alternative di istruzione diretta^14,26, ed è importante considerare potenziali fonti di variabilità.

Le caratteristiche di progettazione alla base dell'implementazione di PS-I sono una caratteristica importante²⁰. Una revisione sistematica²⁰ ha rilevato che era più probabile che ci fosse un vantaggio di apprendimento per PS-I rispetto alle alternative di istruzione diretta quando gli interventi PS-I sono stati implementati con almeno una delle due strategie, formulando il problema iniziale con casi contrastanti o costruendo l'istruzione successiva con un feedback dettagliato sulle soluzioni degli studenti. I casi contrastanti consistono in esempi semplificati che differiscono in alcune caratteristiche importanti¹¹ (vedere la Figura 1 per un esempio) e possono aiutare gli studenti a identificare le caratteristiche rilevanti e valutare le proprie soluzioni durante il problema iniziale^11,20. La seconda strategia, che fornisce spiegazioni che si basano sulle soluzioni degli studenti¹³, consiste nello spiegare il concetto canonico dando un feedback sulle affordance e sui limiti delle soluzioni generate dagli studenti, che possono anche aiutare gli studenti a concentrarsi sulle caratteristiche rilevanti e valutare le lacune nelle proprie conoscenze²⁰, ma dopo che la fase iniziale di risoluzione dei problemi è stata completata (vedere la Figura 3 per un esempio di impalcatura dalle soluzioni tipiche degli studenti).

Dato il supporto in letteratura per queste due strategie, contrastando i casi e costruendo istruzioni sulle soluzioni degli studenti, è importante considerarle quando si promuove l'inclusione di PS-I nella pratica educativa reale. Questo è il primo obiettivo del nostro protocollo. Il protocollo fornisce materiali per un intervento PS-I che incorporano questi due principi. È un protocollo che, sebbene adattabile, viene contestualizzato per una lezione sulla variabilità statistica, una lezione molto comune per gli studenti universitari e delle scuole superiori, che sono generalmente le popolazioni target nella letteratura su PS-I²⁹. La fase iniziale di risoluzione dei problemi consiste nell'inventare misure di variabilità per le distribuzioni del reddito nei paesi, che è un argomento controverso³⁰ che può essere familiare agli studenti in molte aree di apprendimento. Quindi vengono forniti materiali per gli studenti per studiare soluzioni a questo problema in un esempio funzionante e per una lezione che incorpora la discussione di soluzioni comuni prodotte dagli studenti insieme a problemi di pratica incorporati.

Il secondo obiettivo del nostro protocollo è quello di rendere la valutazione sperimentale di PS-I accessibile a educatori e ricercatori, che può facilitare l'indagine di PS-I da una maggiore varietà di prospettive mantenendo alcune condizioni costanti in tutta la letteratura. Eppure le condizioni di questa valutazione sperimentale sono flessibili alle modifiche. La valutazione sperimentale descritta nel protocollo può essere applicata nelle lezioni ordinarie, poiché agli studenti di una singola classe possono essere assegnati contemporaneamente i materiali per la condizione PS-I o i materiali per una condizione di istruzione diretta (Figura 4). Questa condizione di istruzione diretta è anche adattabile alle esigenze di ricerca e istruzione, ma come originariamente descritto nel protocollo gli studenti iniziano ottenendo le spiegazioni iniziali sul concetto target con l'esempio lavorato, e quindi consolidano questa conoscenza con un problema di pratica (presentato solo in questa condizione per compensare il tempo che gli studenti PS-I trascorrono sul problema iniziale) e con la lezione²³. I potenziali adattamenti includono l'inizio della lezione e quindi l'avere studenti per svolgere l'attività di risoluzione dei problemi, che è una condizione di controllo tipica per il confronto PS-I che ha spesso portato a un migliore apprendimento per la condizione PS-I^7,13,19,26. In alternativa, la condizione di controllo può essere ridotta all'esplorazione di un esempio lavorato seguito dalla fase di lezione, che, sebbene sia una versione più semplificata degli approcci di istruzione diretta rispetto a quanto originariamente proposto, è più comune in letteratura e ha portato a risultati vari, con alcuni studi che indicano un migliore apprendimento in PS-I^15,24e altri che indicano un migliore apprendimento da questo tipo di condizione di istruzione diretta^14,26.

Infine, un terzo obiettivo del protocollo è quello di fornire risorse per valutare come gli studenti con diverse predisposizioni e abilità cognitive possono beneficiare di PS-I¹⁵. La valutazione di queste predisposizioni è particolarmente importante se consideriamo le predisposizioni negative che alcuni studenti hanno spesso con i corsi STEM e il fatto che PS-I può ancora produrre reazioni negative in alcuni casi¹⁴. C'è, tuttavia, poca ricerca su questo.

Da un lato, poiché PS-I facilita l'associazione dell'apprendimento con idee individuali, piuttosto che solo conoscenze formali, PS-I può essere ipotizzato come in grado di aiutare a motivare gli studenti di bassi livelli accademici, coloro che hanno bassi sentimenti di competenza o bassa motivazione sull'argomento^13,27. Uno studio ha dimostrato che gli studenti con un basso orientamento alla padronanza, cioè meno obiettivi relativi all'apprendimento personale, hanno beneficiato maggiormente di PS-I rispetto a quelli con una maggiore motivazione ad imparare²⁷. D'altra parte, gli studenti con altri profili potrebbero incontrare difficoltà quando coinvolti in PS-I. Più specificamente, la metacognizione svolge un ruolo importante in PS-I³¹e gli studenti con basse capacità di metacognizione potrebbero non beneficiare di PS-I a causa di difficoltà nell'essere consapevoli delle loro lacune di conoscenza o discernere contenuti rilevanti¹⁵. Inoltre, poiché la fase iniziale di PS-I si basa sulla produzione di soluzioni individuali, gli studenti con basse abilità divergenti, difficoltà a generare una varietà di risposte in una determinata situazione, potrebbero beneficiare meno di PS-I rispetto ad altri studenti. Il protocollo presenta strumenti affidabili per valutare queste predisposizioni (Tabella 1) anche se altri possono essere considerati.

In sintesi, questo protocollo mira a rendere accessibile a educatori e ricercatori l'implementazione di un intervento PS-I che segua i principi accettati nella letteratura PS-I. Inoltre, i protocolli forniscono una valutazione sperimentale di questo intervento e facilitano la valutazione delle predisposizioni cognitive e motivazionali degli studenti. Si tratta di un protocollo che non richiede l'accesso a nuove tecnologie o risorse specifiche, e che può essere modificato in base alle esigenze di ricerca e di istruzione.

Protocollo

Questo protocollo segue la Dichiarazione di Helsinki dei principi etici per la ricerca con gli esseri umani, ma applica questi principi alle ulteriori difficoltà di integrare la ricerca all'interno di contesti di vita reale nell'istruzione³². In particolare, né l'assegnazione delle condizioni di apprendimento né la decisione di partecipare possono avere conseguenze sulle opportunità di apprendimento degli studenti. Inoltre, la riservatezza e l'anonimato degli studenti viene mantenuta anche quando sono i docenti ad essere incaricati della valutazione. Gli obiettivi, la portata e le procedure del protocollo sono stati approvati dal Comitato etico della ricerca del Principato delle Asturie (Spagna) (Riferimento: 242/19).

Si noti che se l'utente è interessato solo all'implementazione dell'approccio PS-I, solo il passaggio 6 (senza assegnare i partecipanti alla condizione di controllo) e il passaggio 7 sono rilevanti. Nonostante ciò, i passaggi 5 e 9 possono essere aggiunti come esercizi pratici per gli studenti. Se l'utente è anche interessato alla valutazione sperimentale, è importante che gli studenti lavorino individualmente durante i passaggi 4, 5, 6 e 9. Si raccomanda pertanto che durante questi passaggi, i posti a sedere degli studenti siano disposti in modo che ci sia uno spazio vuoto accanto a ogni studente.

A seconda della convenienza, i passaggi possono essere implementati continuamente all'interno di una singola sessione di classe o con passaggi successivi in una sessione di classe diversa.

1. Informazioni per gli studenti sullo scopo e le procedure dello studio

1. Prenditi 10 minuti di un periodo di lezione per informare gli studenti sullo studio.
2. Spiegare esplicitamente agli studenti lo scopo generale dello studio, la loro libertà di acconsentire alla partecipazione, il fatto che possono liberamente ritirarsi e la garanzia di anonimato e riservatezza nel trattamento dei dati.
   1. Dire loro che lo scopo generale dello studio è quello di esplorare l'efficacia di diversi approcci educativi, nonché di valutare l'influenza delle disposizioni cognitive e affettive degli studenti sull'efficacia di questi approcci.
   2. Dì loro che, sebbene saranno assegnati a uno dei due approcci, il contenuto coperto dalle due condizioni sarà lo stesso. Informali che le attività utilizzate in entrambe le condizioni saranno disponibili per tutti gli studenti al termine dello studio.
   3. Fai sapere loro che sono liberi di partecipare allo studio e che possono lasciare lo studio in qualsiasi momento senza influire sulle loro opportunità di apprendimento o sui loro voti. Se non vogliono partecipare allo studio, possono fare le attività di apprendimento senza consegnarle. Inoltre, durante il breve periodo in cui i partecipanti stanno compilando questionari, i non partecipanti possono studiare altri materiali.
   4. Informali che la loro partecipazione sarà anonima e che la riservatezza sarà mantenuta in ogni momento, un numero di identificazione arbitrario verrà utilizzato per combinare i dati tra diverse sessioni e attività.
3. Fornire agli studenti due copie del modulo di consenso informato(Appendice A)che contiene anche le informazioni di contatto del ricercatore. Chiedi loro di firmare una copia per te e di tenere l'altra copia per se stessi.
   NOTA: Questo protocollo è rivolto agli studenti universitari, dove non è necessario il permesso dei genitori. Potrebbe essere generalizzato a livelli di istruzione più bassi, anche se per gli studenti che sono legalmente minori, sarebbe necessario anche il consenso informato dei genitori.
4. Se gli studenti vengono aggiunti allo studio nelle fasi successive del protocollo, chiedi loro di completare il consenso informato come descritto in questa sezione prima di unirsi allo studio.

2. Fornire agli studenti un numero di identificazione dissociato da altri documenti

1. Per mantenere l'anonimato delle risposte degli studenti, assegna in modo casuale a ogni studente un numero di identificazione (ad esempio, prepara una borsa con numeri casuali e chiedi a ogni studente di sceglierne uno, invia a ogni studente un numero casuale tramite un'applicazione web). Chiedi loro di annotare il numero in un luogo in cui sarà accessibile nelle successive valutazioni nel protocollo.
   NOTA: se lo studio viene effettuato tramite un'applicazione online che consente di tracciare le risposte degli studenti in modo anonimo, ciò non è necessario.

3. Compilazione di questionari sulle predisposizioni cognitive e affettive e dati demografici di base

1. Prenota 10 minuti in un periodo di lezione per somministrare i questionari a tutti gli studenti della classe.
2. Offri agli studenti che decidono di non partecipare all'esperimento altre opzioni di apprendimento come lavorare individualmente su altri contenuti.
3. Chiedi agli studenti di compilare i questionari sulle loro predisposizioni, questo può essere fatto usando i questionari nell'Appendice B. Chiedi loro di lavorare individualmente.
   NOTA: La serie di questionari nell'Appendice B include la Scala delle competenze cognitive nel Sondaggio degli atteggiamenti nei confronti delle statistiche (SATS-28) ^33,la Scala dell'approccio alla padronanza nel Questionario sugli obiettivi di raggiungimento-Rivisto^34, la Scala di regolazione della cognizione dell'inventario della consapevolezza metacognitiva³⁵e le domande demografiche.
   1. Per controllare i potenziali effetti contaminanti relativi all'ordine in cui gli studenti completano i questionari, consegnare in modo casuale diverse versioni dei fogli del questionario che variano nell'ordine in cui i questionari sono presentati. Nell'appendice B-1 ci sono diverse versioni stampate dei questionari proposti con ordini diversi.
      NOTA: se i questionari sono compilati digitalmente, creare collegamenti con i diversi ordini e distribuire in modo casuale i quattro collegamenti tra gli studenti della classe (ad esempio, tra gruppi creati in ordine alfabetico).
4. Dai agli studenti 7 minuti per completare i questionari. Le istruzioni sono incluse nei questionari e non sono necessarie istruzioni aggiuntive.

4. Somministrazione del test del pensiero divergente

1. Nel caso in cui questo test sia di interesse, prenditi 10 minuti in un periodo di lezione per amministrare l'attività di usi alternativi^36,37 che misura la fluidità del pensiero divergente per tutti gli studenti della classe.
2. Fornisci a ogni studente carta bianca e chiedi loro di scrivere il loro numero di identificazione.
3. Spiegare le istruzioni del test.
   1. Dì loro che saranno dotati di un oggetto che ha un uso comune, ma dovrebbero inventare il maggior numero possibile di altri usi.
   2. Fai loro un esempio (ad esempio, se ti presento un giornale, che è comunemente usato per leggere, devi scrivere usi alternativi, come usarlo come cappello temporaneo per proteggerti dal sole o per foderare il fondo di una borsa da viaggio)³⁸.
4. Leggi ad alta voce il primo elemento del test e scrivilo alla lavagna: "Scrivi quanti più usi puoi pensare per un mattone". Concedi agli studenti due minuti per scrivere le loro risposte. Una volta terminati i due minuti, chiedi agli studenti di capovolgere il foglio dall'altra parte.
5. Leggi ad alta voce il secondo elemento del test e scrivilo alla lavagna: "Scrivi quanti più usi puoi pensare per una graffetta". Concedi agli studenti due minuti per scrivere le loro risposte.
6. Una volta terminati i due minuti, chiedi agli studenti di smettere di scrivere e di raccogliere i loro documenti.

5. Completamento del pre-test delle conoscenze accademiche precedenti

1. Riserva 15 minuti in un periodo di lezione per amministrare il precedente pre-test delle conoscenze accademiche nell'Appendice C.
   NOTA: Il pre-test riguarda la tendenza centrale, che è rilevante al fine di assimilare il contenuto sulla variabilità da apprendere nelle successive condizioni di apprendimento nel passaggio 6⁷. Nessun contenuto di classe sulla tendenza centrale dovrebbe essere dato agli studenti tra la somministrazione di questo pre-test e il passo 6. Inoltre, non è consigliabile sostituire questo pre-test con un diverso pre-test che copre la variabilità perché ciò può creare un effetto PS-I che potrebbe contaminare i risultati dell'esperimento²⁶.
2. Distribuire il pre-test agli studenti. Da questo punto, chiedi loro di lavorare individualmente.
   1. Concedi agli studenti 10 minuti per completare il pre-test. Le istruzioni sono incluse nel test e non sono necessarie ulteriori specifiche. Una volta che il tempo è passato, chiedi agli studenti di capovolgere il loro foglio e consegnarlo a te.

6. Assegnazione e somministrazione delle due condizioni di apprendimento

1. Prenditi 35 minuti di un periodo di lezione per amministrare le due condizioni di apprendimento all'interno della stessa classe.
   NOTA: per evitare errori di affidabilità dovuti al tempo, si consiglia di non passare più di una settimana tra il completamento dei questionari e dei test nei passaggi 2 e 3 e questo passaggio.
2. Assicurarsi che i libri delle attività siano adeguatamente preparati, contenenti i materiali per le due condizioni.
   NOTA: il PIL pro capite è stato scelto per contestualizzare questi materiali di apprendimento per diversi motivi: in primo luogo, è un argomento controverso³⁰ che può essere familiare agli studenti di molte aree di apprendimento, e in secondo luogo è una variabile di rapporto che consente l'uso di diverse misure di variabilità che vengono discusse durante la lezione (intervallo, intervallo interquartile, deviazione standard, varianza e coefficiente di variazione).
   1. Per la condizione PS-I, stampare il libro delle attività corrispondente nell'Appendice D-1 che contiene: l'attività Invention Problem, in cui agli studenti viene chiesto di inventare un indice di disuguaglianza; l'attività Di esempio lavorato, in cui gli studenti possono studiare le soluzioni per questo problema.
   2. Per la condizione di istruzione diretta, stampare il libro delle attività corrispondente nell'appendice D-1 che contiene: l'attività Di esempio lavorato (lo stesso esempio di lavoro dato alla condizione PS-I); il problema di pratica abbinato a questo esempio funzionante.
      NOTA: è importante che il problema di pratica incluso nei materiali per questa condizione non sia presente nella condizione PS-I. È incluso per compensare sperimentalmente il tempo extra speso dagli studenti PS-I sul problema dell'invenzione. Una limitazione intrinseca dei progetti PS-I è la difficoltà di controllare l'equivalenza in termini di tempo e materiali. Anche nei progetti in cui la condizione PS-I e la condizione di controllo differiscono solo nell'ordine in cui vengono presentati i materiali di apprendimento (cioè, presentando un problema prima di una fase di istruzione esplicita o presentando lo stesso identico problema dopo la stessa identica fase di istruzione esplicita), l'equivalenza non viene raggiunta, perché un problema che viene risolto prima dell'istruzione dovrebbe richiedere più tempo che dopo l'istruzione. Questo protocollo affronta questo problema allo stesso modo di altri studi²⁴, includendo materiali extra nella condizione di istruzione diretta.
   3. Separare le due attività in ciascun libro delle attività rilegando insieme i documenti corrispondenti alla seconda attività (ad esempio, con una clip o una nota adesiva) in modo che gli studenti non possano vedere il contenuto della seconda attività mentre stanno svolgendo la prima attività.
3. Informare gli studenti della procedura da seguire in questo passaggio specifico.
   1. Dì loro che a seconda del libro dei compiti che vengono assegnati, avranno due diverse coppie di attività, ma tutti gli studenti vedranno lo stesso contenuto e alla fine della lezione tutti avranno accesso a tutte le attività.
   2. Fai sapere loro che gli verrà detto quando iniziare la prima attività e quando dovrebbero passare alla seconda attività. Dì anche loro che i documenti per la seconda attività sono stati destinati a impedire loro di guardare prima del momento opportuno.
   3. Per ridurre la potenziale frustrazione legata alla paura di fallire, dì loro che sebbene possano trovare alcune attività difficili, dovrebbero cercare di vedere queste difficoltà come opportunità di apprendimento³⁹.
4. Assegna in modo casuale i due libri di attività agli studenti della classe
   NOTA: Per prevenire fattori contaminanti legati al luogo in cui gli studenti sono seduti, distribuire i libri delle attività in modo omogeneo tra le diverse parti della classe. Ad esempio, mentre cammini per la classe, dai il libro delle attività PS-I a uno studente, quindi il libro delle attività di istruzioni dirette allo studente successivo.
5. Dopo aver distribuito i libri delle attività a tutti gli studenti della classe, chiedi loro di iniziare a lavorare individualmente sulla prima attività.
   1. Dì agli studenti che hanno 15 minuti per la prima attività. Le istruzioni sono incluse nei fogli di carta e non sono necessarie ulteriori istruzioni generali.
   2. Dì loro che sei disponibile per qualsiasi domanda, ma evita di dare agli studenti contenuti extra diversi da quelli che hanno nei libri delle attività.
      NOTA: In particolare per gli studenti che risolvono il problema dell'invenzione, evitare di guidarli verso soluzioni convenzionali, perché può abbreviare lo sviluppo delle proprie conoscenze¹¹. Invece, suggeriamo tre possibili risposte alle domande degli studenti¹¹: a) aiutarli a chiarire i propri processi chiedendo loro di spiegare cosa stanno facendo; b) aiutarli a guidarsi con la loro intuizione chiedendo loro quale paese pensano abbia più disuguaglianze di altri paesi; c) aiutarli a capire l'obiettivo dell'attività chiedendo loro di produrre indici generali che rappresentino le differenze che vedono, puoi fornire esempi di altri indici quantitativi (ad esempio, "la media è un indice per calcolare il valore centrale in una distribuzione").
6. Una volta terminati i 15 minuti per la prima attività, chiedi agli studenti di passare alla seconda attività corrispondente, per la quale devono rimuovere la clip o la nota adesiva.
   1. Dì loro che hanno 15 minuti per la seconda attività. Le istruzioni sono incluse nei fogli di carta e non sono necessarie ulteriori istruzioni generali. Dì loro che sei disponibile per qualsiasi domanda.
      NOTA: gli studenti hanno accesso ai contenuti dell'attività precedente.
7. Una volta terminati i 15 minuti, chiedi loro di consegnarti il materiale completato.

7. Amministrazione dei contenuti della lezione

1. Riserva 40 minuti in uno o più periodi di lezione per dare la lezione sulla variabilità statistica a tutti gli studenti della classe.
   NOTA: Il protocollo può essere interrotto in qualsiasi momento durante la lezione e può continuare nella successiva sessione di lezione.
2. Per tenere la lezione, seguire le slide, che si possono trovare al seguente link: https://www.dropbox.com/sh/aa6p3hs8esyf5xa/AACTvpVlEbdEtLVfBIbe9j7aa?dl=0.
   NOTA: Il file include animazioni per scaglionare i contenuti, commenti con spiegazioni proposte da dare agli studenti e indicazioni sul tempo approssimativo assegnato per ogni spiegazione. Il contenuto e le attività incluse riguardano la definizione di variabilità, l'uso di diverse misure di variabilità (intervallo, intervallo interquartile, varianza, deviazione standard e coefficiente di variazione), le proprietà di tali misure e i loro vantaggi e svantaggi rispetto all'altro e ad altre soluzioni non ottimali¹³. Un'ulteriore descrizione di questa lezione proposta può essere trovata nell'Appendice E. L'utente può adattare questi materiali in base a diversi fattori come contenuti specifici da coprire in classe, principi di istruzione preferiti o diverse espressioni culturali.

8. Compilazione del questionario di curiosità

1. Alla fine della lezione, dai agli studenti la Scala della Curiosità dal Questionario⁴⁰ sulle Emozioni Epistemiche Correlate(Appendice F)e dai loro 2 minuti per completarlo. Ricorda agli studenti di scrivere il loro numero di identificazione sul questionario prima di riconsegarlo.
   NOTA: In letteratura, la curiosità viene spesso misurata subito dopo l'attività di invenzione e le corrispondenti attività di controllo^14,17. Il protocollo è flessibile a questo e ad altri possibili adattamenti a questo proposito. Per semplicità, abbiamo incluso solo la misurazione della curiosità alla fine della lezione perché è rilevante per esaminare gli effetti a lungo termine di PS-I sulla curiosità e perché l'aumento della curiosità subito dopo l'attività di invenzione può essere parzialmente spiegato dal fatto che durante l'attività di invenzione gli studenti ricevono meno informazioni rispetto alle attività alternative utilizzate come controlli.

9. Amministrazione dell'apprendimento post-test

1. In accordo con l'insegnante in ogni classe, prenditi 30 minuti in un periodo di lezione per somministrare il post-test.
2. Distribuire il post-test nell'Appendice G agli studenti. Chiedi loro di lavorare su di esso individualmente.
   1. Dai agli studenti 25 minuti per fare il post-test. Le istruzioni sono incluse nel post-test e non sono necessarie ulteriori istruzioni generali.
3. Una volta che i 25 minuti sono s sìniti, chiedi loro di riconserti il post-test.

10. Fornire agli studenti feedback e tutti i materiali di apprendimento

1. Rendi disponibili agli studenti i materiali usati per questa lezione. Le diapositive power-point, i materiali per le due condizioni di apprendimento e le soluzioni per il pre-test e il post-test sono disponibili nell'Appendice H.

11. Codifica dei dati

1. Calcolare i punteggi per le diverse scale nei questionari sommando tutti i punteggi degli elementi all'interno di ciascuna scala del questionario (vedere l'appendice B per un riepilogo degli elementi del questionario nei questionari proposti).
2. Calcola il punteggio per la fluidità del pensiero divergente contando tutte le risposte appropriate fornite da ciascuno studente in entrambi gli elementi nell'attività Usi alternativi³⁷.
   NOTA: Altre misure spesso codificate dall'attività Usi alternativi, come la flessibilità, l'originalità e l'elaborazione, potrebbero anche essere considerate^36,37.
3. Calcola il punteggio del pre-test delle conoscenze precedenti valutando prima ogni elemento utilizzando la chiave di risposta nell'Appendice I-1 e quindi sommando i punteggi per tutti gli elementi.
4. Calcola le diverse misure di apprendimento valutando prima ogni elemento nel post-test utilizzando la chiave di risposta nell'Appendice I-2, quindi sommando i punteggi per ogni misura di apprendimento: punteggi negli elementi da 1 a 3 per la misura di apprendimento procedurale, punteggi negli elementi 4-8 per la misura di apprendimento concettuale e punteggi negli elementi 9-11 per il trasferimento della misura di apprendimento.
   NOTA: Altre misure sul processo di apprendimento come il numero di soluzioni prodotte dagli studenti durante il problema dell'invenzione o la correttezza delle soluzioni in tutte le attività di risoluzione dei problemi potrebbero essere prese in considerazione, ma non saranno spiegate in questo protocollo.

12. Analisi dei dati

Si prega di notare che i riferimenti in questa sezione si riferiscono a manuali pratici su come eseguire le analisi con i software SPSS e PROCESS, ma possono essere utilizzati anche altri programmi.

1. Per valutare l'efficacia generale di PS-I, confrontare i punteggi di curiosità e apprendimento della condizione PS-I rispetto ai punteggi di curiosità e apprendimento della condizione di controllo.
   NOTA: Finché le ipotesi sono soddisfatte, raccomandiamo principalmente ANCOVA per controllare la predisposizione delle covariate. Come seconda opzione raccomandiamo t-test per gruppi indipendenti e come terza opzione raccomandiamo i test Mann-Whitney U⁴¹. Non è richiesta una dimensione minima del campione per queste analisi, ma considerando le dimensioni degli effetti nella letteratura precedente (d = .43)²¹, si raccomanda un campione minimo di 118 studenti per gruppo per facilitare l'identificazione degli effetti come significativi (analisi di potenza a due code per le differenze tra mezzi indipendenti, α = 0,05, β = 0,95,). Campioni più grandi di 30 studenti per gruppo renderebbero più facile soddisfare le ipotesi di normalità per ANCOVA o t-test⁴¹.
2. Esplorare intuitivamente gli effetti di mediazione (ad esempio, la mediazione della curiosità sull'apprendimento) e / o l'influenza moderatrice delle predisposizioni, eseguire analisi correlazionali tra la variabile mediatore (ad esempio, curiosità) e la variabile di apprendimento (ad esempio, conoscenza concettuale) nelle due condizioni di apprendimento.
   NOTA: Finché le ipotesi sono soddisfatte, raccomandiamo principalmente l'uso delle correlazioni di Pearson e come seconda opzione raccomandiamo le correlazioni di Spearman⁴². Non è richiesta alcuna dimensione minima del campione per queste analisi, ma campioni di grandi dimensioni (ad esempio, più di 30 studenti per gruppo) renderebbero più facile soddisfare le ipotesi di normalità necessarie per le correlazioni di Pearson. I possibili effetti di moderazione sarebbero indicati da variabili di predisposizione che hanno valori di correlazione diversi in una condizione di apprendimento rispetto all'altra. Un possibile effetto di mediazione (ad esempio, la mediazione della curiosità sull'apprendimento) sarebbe indicato se la variabile mediante è correlata con i risultati di apprendimento in almeno una condizione e se i livelli di questa variabile sono diversi in una condizione di apprendimento rispetto all'altra (vedi risultati nella fase 12.1).
3. Per continuare a valutare un effetto di mediazione sull'apprendimento e / o l'influenza moderatrice delle predisposizioni degli studenti, eseguire l'analisi della mediazione, l'analisi della moderazione o l'analisi del processo condizionale (che combina l'analisi della mediazione e della moderazione) a seconda del modello concettuale da testare⁴³, che varierebbe a seconda delle ipotesi scelte e / o dell'analisi preliminare nella fase 12.2.
   NOTA: Poiché queste analisi si basano su regressioni multiple e si basano quindi su un approccio statistico ad effetto fisso, al fine di rendere i risultati il più generalizzabili possibile, si consiglia una dimensione minima del campione di 15 studenti per variabile di mediazione inclusa nel modello concettuale, più 30 studenti per variabile di moderazione inclusa nel modello. Alcuni programmi come PROCESS consentono solo l'inclusione di un massimo di due variabili di moderazione contemporaneamente. Per incorporare più variabili di moderazione, dovrebbero essere eseguite diverse analisi cambiando i moderatori inclusi.

Risultati

Questo protocollo è stato implementato in modo soddisfacente in uno studio precedente²³, ad eccezione delle misure delle predisposizioni degli studenti in termini di senso di competenza, obiettivi di approccio alla padronanza, metacognizione e pensiero divergente.

Per affrontare queste predisposizioni, questo protocollo include misure che sono state precedentemente convalidate e che hanno mostrato alti livelli di affidabilità (Tabella 1).

Discussione

Lo scopo di questo protocollo è quello di guidare ricercatori ed educatori nell'implementazione e nella valutazione dell'approccio PS-I in contesti di classe reali. Secondo alcune esperienze precedenti, PS-I può aiutare a promuovere il deep learning e la motivazione negli studenti^19,21,24,ma c'è bisogno di ulteriori ricerche sulla sua efficacia negli studenti con diverse abilità e predisposizioni motivazionali

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
SPSS Program	International Business Machines Corporation (IBM)		Other programs for general data analysis might be used instead
PROCESS program	Andrew F. Hayes (Ohio State University)		Freely accesible at: http://www.processmacro.org. Other programs for mediation, moderation, or conditional process analyses might be used instead
Cognitive Competence Scale in the Survey of Attitudes towards Statistics (SATS-28)	Candace Schau (Arizona State University)		In case it is used, request should be requested from the author, who holds the copyright
Mastery Approach Scale in the Achievement Goal Questionnaire-Revised	Andrew J. Elliot (University of Rochester)		In case it is used, request should be requested from the author
Regulation of Cognition Scale of the Metacognitive Awareness Inventory	Gregory Schraw (University of Nevada Las Vegas)		In case it is used, request should be requested from the creator