Aprender Haciendo Ciencia Con Laboratorios Remotos

Experimentos guiadas a equipamiento científico auténtico
Potencial de impacto: medio
Escala de tiempo: en marcha

Las experiencias de laboratorio ofrecen oportunidades para que los estudiantes experimentan directamente con el mundo material, o los datos de la misma, utilizando las herramientas, equipos de recolección de datos, modelos y teorías de la ciencia. Esa fue la conclusión de un informe de la Academia Nacional de Ciencias de EE.UU., se hizo eco de una declaración del Consejo Británico de Ciencia y Tecnología que "el trabajo de laboratorio práctico es la esencia de la ciencia y debe estar en el centro de aprendizaje de la ciencia." Sin embargo, el valor del trabajo en el laboratorio de la escuela también ha sido criticada, ya que la experiencia de dirigir un experimento en un laboratorio de la escuela puede destacar aspectos prácticos y aprendizaje profundo abandono.

Un área importante de la innovación ha sido la de proporcionar a los estudiantes en las escuelas y universidades con el acceso remoto a los experimentos científicos reales. En un laboratorio remoto, un estudiante controla materiales reales y aparatos a través de Internet, y el procedimiento puede ser ejecutado sin problemas por un ordenador. Los estudiantes, por tanto, pueden centrarse en las habilidades intelectuales y la comprensión conceptual. Los maestros del aula pueden pasar menos tiempo en la creación y gestión de materiales y equipos, y más tiempo en la elaboración y apoyar el aprendizaje de los estudiantes. Los estudiantes también pueden comparar más fácilmente los conjuntos de datos, recopilar conjuntos de datos más grandes, y participar en repeticiones y ampliaciones. Un ejemplo es el Laboratorio de Experimentación Remota (RExLab) de la Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil. En Brasil, sólo el 7% de escuelas tienen sus propios laboratorios de ciencias, por lo que ofrece a los estudiantes la oportunidad de controlar equipos científicos y experimentos llevados a cabo en los circuitos eléctricos, mecánicos, la física y la informática.

Tenga en cuenta que un laboratorio remoto no es una simulación: los estudiantes controlan equipos científicos de alto nivel y recoger datos de los fenómenos físicos. A través de un laboratorio remoto, los estudiantes ahora pueden trabajar con aparatos científicos y los materiales que de otro modo sería demasiado caro, peligroso, difícil o requiere mucho tiempo. Por ejemplo, la radiactividad iLab permite a los estudiantes para medir la radiación de una muestra de estroncio-90. En este iLab, los estudiantes en los Estados Unidos se mueven un contador Geiger en Australia arriba y abajo para medir la radiactividad en diferentes distancias y ver lo que ha pasado más de un vídeo en directo. El objetivo de aprendizaje es observar y deducir que la intensidad de la radiación procedente de una fuente puntual disminuye proporcional a la inversa del cuadrado de la distancia.

Laboratorios remotos están disponibles para muchos temas, incluyendo la astronomía, la biología, la química, las redes de computadoras, geología, ingeniería, hidráulica, la microelectrónica, la física y la robótica. Además, las plataformas comunes están emergiendo como iLab central, Go-Lab y el Laboratorio OpenScience. Los beneficios y la creciente disponibilidad de laboratorios remotos significan que ahora es un momento ideal para centrarse en las innovaciones pedagógicas que serán necesarios para desarrollar todo el potencial de ambos laboratorios locales y remotos.

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ARROW radiotelescopio controlado a distancia para estudiantes de la Universidad Abierta

Mientras que la tecnología hace que la mecánica de trabajo de laboratorio más rápido y más fácilmente, ¿cómo se puede mejorar el aprendizaje? Seis preguntas están en el corazón de las pedagogías innovadoras para aprender haciendo la ciencia:

1. ¿Cuál es el propósito de aprendizaje? En los laboratorios de enseñanza tradicionales, el propósito era a veces sólo para manejar el equipo científico de forma segura y precisa. Este trabajo se toma de las manos de los estudiantes en un laboratorio remoto. En consecuencia, en los laboratorios remotos educadores más a menudo se centran en la comprensión y de consulta objetivos conceptuales que están alineados con las aspiraciones curriculares actuales. Los estudiantes a menudo aprecian gastar menos creación (y limpieza) Tiempo de un laboratorio y más tiempo persiguiendo metas intelectuales. También pueden aprecian conseguir unos datos de mayor calidad establecidos con menos puesta a punto de los equipos. Pero, para algunos propósitos, experiencia práctica con materiales locales pueden ser mejores. Por ejemplo, en un laboratorio remoto estudiantes tienen menos oportunidades para diseñar cómo controlan y miden fenómenos. Ya sea con laboratorios remotos o locales, un enfoque en los objetivos de aprendizaje auténticas ciencias (y no sólo en el uso de materiales auténticos) es un sello distintivo de la pedagogía innovadora.

2. ¿Qué orientación Qué necesitan los estudiantes antes y después de la sesión de laboratorio? Diseños educativos suelen proporcionar recursos explícitos para guiar a los estudiantes durante la sesión de laboratorio. La orientación que requieren de antemano y después se a menudo menos cuidadosamente diseñado. Por ejemplo, los estudiantes necesitan apoyo para planificar experimentos e investigaciones significativas. Necesitan ayuda para formar conceptos, a través de técnicas como los mapas conceptuales, y elaborar hipótesis. También necesitan una considerable orientación para dar sentido a los datos que se traduce, en relación a los datos de nuevo a sus preguntas de conducir originales, y decidir qué hacer a continuación. Al asistir al ciclo completo de planificación, actuando y reflexionando, educadores mejor pueden desarrollar habilidades de los estudiantes como aprendices autorregulados.

3. ¿Cómo pueden los estudiantes obtener retroalimentación oportuna para guiar su aprendizaje? Los investigadores han observado que, en los laboratorios físicos tradicionales, los maestros suelen caminar para identificar dificultades estudiantes están teniendo con el laboratorio, e intervenir adecuadamente - sin embargo, es posible que necesiten orientación sobre cómo involucrar a los estudiantes conceptualmente durante la sesión. En un laboratorio remoto, los estudiantes también tienen que ser probado y asistida durante su compromiso con el laboratorio, pero el maestro no puede estar presente durante la sesión. Recursos digitales pueden apoyar a los estudiantes en el control de su propio entendimiento y el progreso, y por lo tanto proporcionar información para guiar el aprendizaje mientras se hace el trabajo de laboratorio.

4. Los objetivos ¿Cómo pueden los roles sociales apoyan el aprendizaje? Del mismo modo, los laboratorios de física en las escuelas y universidades son lugares donde los estudiantes interactúan socialmente en apoyo del aprendizaje de cada uno. En laboratorios remotos, una base para la comunicación se puede configurar a través de chat o llamadas en línea. Sin embargo, la comunicación no es suficiente. La investigación en el área del aprendizaje colaborativo asistido por ordenador hace hincapié en la necesidad de estructurar la colaboración de los alumnos, que puede incluir la asignación de funciones específicas a los estudiantes, proporcionando un espacio de trabajo compartido, orquestando cuando los estudiantes deben comunicarse en el curso de su trabajo con el laboratorio, y ayudar a monitorear y mejorar el estado de su compromiso social.

5. ¿Se puede dar la vuelta a los lugares de toma de sentido y de la recolección de datos? Convencionalmente, se espera que los estudiantes para recoger datos durante el horario escolar, y para organizar e interpretar los datos como tarea. Sin embargo, esta disposición requiere que los estudiantes para hacer el trabajo intelectual difícil en el ambiente menos apoyada, solo en casa. Con laboratorios remotos se hace posible para los estudiantes que se ejecuten sus experimentos fuera de clase, volteando así el uso del tiempo en el hogar y en la escuela. Esto podría permitir a los maestros a concentrarse con los estudiantes en la toma de decisiones sobre lo que debe investigar y discutir los datos resultantes. En general, las pedagogías innovadoras se pueden emplear para equilibrar el tiempo y apoyo para hacer el trabajo de laboratorio con el tiempo y apoyo para aprender de ella - asegurándose de que la difícil tarea de sentido de decisiones no se deja a los estudiantes a luchar con solo.

6. ¿Cómo se puede preparar a los maestros? Laboratorios remotos ofrecen nuevas posibilidades para el aprendizaje docente. Para los profesores en prácticas que están estudiando en la universidad, pueden practicar con un laboratorio remoto en su campus universitario y luego enseñar a los estudiantes con el mismo laboratorio durante una experiencia práctica docente en una escuela. Laboratorios remotos también ofrecen datos de ejemplo profesores establece que los estudiantes recogidos, los cuales pueden ser utilizados para ayudar con la planificación de sus lecciones. Además, dado que los maestros en diferentes lugares pueden utilizar el mismo laboratorio remoto, pueden participar más fácilmente en las discusiones sobre su enfoque pedagógico para la enseñanza de la clase de laboratorio.

Conclusión

Hacer experimentos científicos reales, prácticos ya no se limita a los laboratorios de ciencias en las escuelas o universidades en horas de trabajo normales. La capacidad de realizar experimentos de forma remota a través de Internet significa que los estudiantes pueden tener acceso a los equipos y materiales que de otro modo no ser capaz de comprometerse con, debido a problemas de todo costo, seguridad, nivel de dificultad y tiempo requerido. Esto también permite a los estudiantes y maestros se concentren en los objetivos de aprendizaje y la pedagogía del aprendizaje de las ciencias, en lugar de simplemente la manipulación práctica del aparato.

Recursos

Go-Lab portal para laboratorios en línea para las escuelas:
http://www.go-lab-project.eu/

Carta abierta del Consejo de Ciencia y Tecnología para el ex secretario de Estado de Educación del Reino Unido en 2013, argumentando que el trabajo práctico de laboratorio debe estar en el centro de aprendizaje de las ciencias:
http://www.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/230509/13-1131-stem-education.pdf

iLabs red de laboratorios remotos:
http://ilabcentral.org/

Laboratorio Remoto Experimentación (RExLab) proporcionado por la Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil:
http://relle.ufsc.br/

OpenScience laboratorio, con lo que la ciencia práctica para estudiantes:
https://learn5.open.ac.uk/

Revisión de los laboratorios remotos en la educación:
Cooper, M. & Ferreira, J. M. M. (2009). Remote laboratories extending access to science and engineering curricula. IEEE Transactions on Learning Technologies, 2(4), 342-353.
http://oro.open.ac.uk/20433/1/tlt2009040342.pdf

Evaluación del uso de laboratorios remotos con las escuelas, lo que indica una necesidad de centrarse en la manipulación activa de los dispositivos de control y para enseñar habilidades clave como el diseño experimental y el control de las variables:
Lowe, D., Newcomb, P., and Stumpers, B. (2013). Evaluation of the use of remote laboratories for secondary school science education. Research in Science Education, 43(3), 1197-1219.
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11165-012-9304-3#/page-1

Estudio de la utilización laboratorio remoto por los estudiantes de pregrado, lo que indica la necesidad de realismo, como el vídeo en directo del laboratorio:
Sauter, M, Uttal, D. H., Rapp, D. N., Downing, M. & Jona, K. (2013). Getting real: the authenticity of remote labs and simulations for science learning. Distance Education, 34(1), 37-47.
http://groups.psych.northwestern.edu/uttal/documents/Sauteretal2013.pdf

Estudio de la introducción del uso del laboratorio remoto en una escuela brasileña, lo que indica la importancia del acceso en los dispositivos móviles y el desarrollo docente:
Simão, J. P. S., de Lima, J. P. C., Rochadel, J. B. daS. (2014). Remote Labs in Developing Countries: An Experience in Brazilian Public Education. In proceedings of IEEE 2014 Global Humanitarian Technology Conference, 1-13 October 2014, San Jose, CA. 99-105.
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=6970267

Informe sobre el estado de los laboratorios de ciencias en las escuelas secundarias de Estados Unidos:
Singer, S. R., Hilton, M. L. & Schweingruber, H. A. (Eds.) (2005). America's Lab Report: Investigations in High School Science. Washington DC: National Academies Press.
http://www.nap.edu/catalog/11311/americas-lab-report-investigations-in-high-school-science

Examen de la orientación para apoyar el uso de estudiantes de laboratorios en línea y remotos:
Zacharia, Z. C., Manolis, C,. Xenofontos, N., de Jong, T., Pedaste, M., van Riesen, S. A. N., Kamp, E. T., Mäeots, M., Siiman, L., & Tsourlidaki, E. (2015). Identifying potential types of guidance for supporting student inquiry when using virtual and remote labs in science: a literature review. Educational Technology Research and Development, 63(2), 257-302.
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11423-015-9370-0#/page-1

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