Ongeveer 10 jaar geleden werd Alan Garfinkel, een professor op de afdeling levenswetenschappen aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, gebeld. Het was van zijn decaan, die zei dat de afdeling hun cursus calculus voor eerstejaars, "Calculus for Life Sciences", had geïnspecteerd.

De resultaten van de interne beoordeling waren niet zo groots, waaruit bleek dat de klas "absoluut waardeloos" was, zegt Garfinkel. Niet populair bij studenten, de klas leek hen niet voor te bereiden op een carrière in STEM. En de klas leek vrouwen en minderheden eruit te filteren om verder te komen op de afdeling.

Die oproep was het begin van het jarenlange proces van het herwerken van de manier waarop de afdeling levenswetenschappen van de universiteit wiskunde onderwijst. Dit leidde uiteindelijk tot een nieuwe inleidende cursus wiskunde in de levenswetenschappen, Mathematics for Life Sciences (de LS 30-serie).

De noodzaak voor biologiestudenten om wiskundige concepten te begrijpen is steeds belangrijker geworden, vooral met de digitale revolutie die de wetenschap overspoelt. Maar UCLA-professoren waren van mening dat het traditionele wiskundecurriculum weinig inspirerend was voor studenten en dat de lessen weinig bruikbare voorbeelden uit de echte biologie boden, volgens een presentatie die was opgesteld door leden van de universiteit die EdSurge beoordeelde. Door de oude manieren van lesgeven leken studenten het belang van wiskunde voor hun vakgebied niet te begrijpen.

De afdeling is in 2013 begonnen met het doceren van de nieuwe wiskundereeks voor levenswetenschappen, in een pilotcursus met ongeveer 20 studenten. De faculteit moest obstakels overwinnen om daar te komen, waaronder het ontbreken van een officieel leerboek en aanvankelijke scepsis van collega's op de wiskundeafdeling, zegt Blaire Van Valkenburgh, die destijds adjunct-decaan van de afdeling was en de hervormingsinspanningen leidde.

Maar uiteindelijk waren de resultaten bijna onvoorstelbaar, volgens de studenten van het college.

Vooral studenten leken de inspanning te waarderen, en LS 30 heeft de afgelopen vijf jaar een gestage groei laten zien, volgens cijfers die worden aangehaald in een studies gepubliceerd in februari 2022. Tegenwoordig schat Garfinkel dat het aan ongeveer 2,000 studenten per jaar wordt onderwezen aan de grote openbare universiteit. De studenten hebben met hun voeten gestemd, vult Van Valkenburgh aan.

De wiskundeafdeling was onder de indruk van de reactie van de studenten op de nieuwe cursus, vooral het soort lovende studentenrecensies "dat we niet krijgen bij normale wiskundecursussen", zegt Don Blasius, een professor in de wiskunde aan de UCLA met kennis van de levenswetenschappen. wiskunde opknapbeurt.

Veel van die studenten zijn mensen die het misschien niet hebben volgehouden in STEM, aldus het onderzoek. Die cijfers beweren dat, met behulp van de cijfers die beschikbaar waren bij publicatie, 72 procent van de studenten die in de klas zijn ingeschreven vrouw is, met 31 procent uit sociaaleconomisch achtergestelde milieus en 32 procent uit groepen die niet goed vertegenwoordigd zijn in STEM.

Een barrière voor STEM?

Voor Garfinkel vertegenwoordigt de verandering een succesvol voorbeeld van de hervorming van het wiskundecurriculum, een die zowel een barrière voor STEM-carrières ophief als wiskundeonderwijs baseerde op praktische voorbeelden.

Hoewel wetenschap, technologie, engineering en wiskunde de afgelopen jaren enige vooruitgang hebben geboekt, blijft STEM relatief niet-divers. Cijfers van Pew Research Center geven aan dat zwarte en Latijns-Amerikaanse werknemers en studenten enorm ondervertegenwoordigd zijn in STEM-beroepen en onderwijsprogramma's. En hoewel vrouwen de meerderheid van de werknemers in gezondheidsgerelateerde banen zijn, zijn ze sinds vorig jaar minder aanwezig in de natuurwetenschappen of bijvoorbeeld techniek. Op het huidige traject, zo stellen de Pew-onderzoekers, is het onwaarschijnlijk dat het behalen van STEM-diploma's dit zal veranderen.

Veel leiders in het veld willen deze statistieken veranderen. De inspanningen van de UCLA werden gedeeltelijk ondersteund door een subsidie ​​van de National Science Foundation, volgens documenten die aan EdSurge waren verstrekt door leden van het team dat de revisie leidde.

Het succes van het UCLA-programma is in ieder geval gedeeltelijk toegeschreven aan het feit dat het de calculusvereisten van de afdeling heeft verlaagd, wat voorstanders van de LS 30-cursus karakteriseren als maatregelen om ‘uit te roeien’.

De traditionele calculuscursussen zijn voor mensen als Garfinkel totaal achterhaald. Het gaat om het onthouden van formules en het gebruik van papier-en-potloodtechnieken die volgens hem in deze eeuw niet baanbrekend waren. En het is een grote factor, zegt hij, die minderheden en vrouwen uit STEM verdrijft, omdat ze misschien minder ervaring hadden met traditionele wiskunde voordat ze naar de universiteit gingen.

In plaats daarvan concentreerde LS 30 zich op modellering die is gebaseerd op biologische voorbeelden, zoals het begrijpen van de feedbackdynamiek van haaien-tonijnpopulaties. Het veronderstelt geen achtergrond in calculus en beperkt zijn onderwijs tot de programmeer- en wiskundige concepten die nodig zijn voor praktische modellering.

Uiteindelijk, betoogt Van Valkenburgh, lijkt het nieuwe programma de studenten vertrouwen te hebben gegeven in hun kwantitatieve vaardigheden, en hen te hebben gemotiveerd om die vaardigheden op te pakken door lessen te baseren op problemen die ze graag wilden oplossen. Kortom, het hielp ook om antwoord te geven op de veelgestelde vraag "waarom zou je dit zelfs maar leren?" vraag.

Van Valkenburgh, die onlangs met pensioen is gegaan, zegt dat het voortzetten van de cursus "waarschijnlijk het belangrijkste [niet-academische] ding was dat ik deed."

Verandering van de berekening

Volgens Garfinkel hebben een aantal andere universiteiten belangstelling getoond om het voorbeeld van UCLA te volgen. En de Universiteit van Arizona, Tucson, een andere openbare school, leert nu een versie van LS 30.

Maar uiteindelijk is de verandering in de manier waarop wiskunde wordt onderwezen traag gebleken.

Middelbare scholen lijken over het algemeen terughoudend om te veranderen, zegt Garfinkel, vanwege toelatingseisen voor de universiteit. Ondertussen wijzen hogescholen op de AP-calculus die op middelbare scholen wordt onderwezen om uit te leggen waarom ze eerstejaars calculuscursussen niet zullen veranderen.

"Dus we denken dat we beide niveaus tegelijkertijd moeten bereiken", voegt Garfinkel toe.

Daartoe werkt hij samen met Brendan Kelly, de directeur van inleidende wiskunde aan Harvard, om dit jaar een soortgelijke cursus aan middelbare scholieren aan te bieden in het zomerschoolprogramma van Harvard, een serie van een paar weken waarin studenten kennis kunnen maken met hoger onderwijs. . Maar het is onduidelijk hoeveel geld ze voor het programma zullen krijgen, zegt hij.

Een andere factor? Niet iedereen is het eens met het omgooien van de manier waarop wiskunde wordt onderwezen. Onenigheid hierover speelt publiekelijk als de California Board of Education evalueert het wiskundekader voor K-12 van de staat opnieuw.

Terwijl hij de LS 30-cursus prijst voor het betrekken van studenten bij wiskunde, suggereert Mario Bonk, de huidige voorzitter van de wiskundeafdeling aan de UCLA, dat hij "ernstige twijfels" heeft over het exporteren van het model naar hogescholen in het hele land, omdat de inhoud van de cursus ongelooflijk is. specifiek voor de biologie. Als deze studenten later besluiten dat de richting life sciences niets voor hen is, zijn ze op al het andere ernstig onvoldoende voorbereid, zegt Bonk.

Uiteindelijk is het voor Bonk geen model dat alle afdelingen noodzakelijkerwijs zouden moeten volgen. Maar het onderstreept wel de noodzaak om wiskundeonderwijs in de 21e eeuw te brengen. Het is een goed idee om praktijkvoorbeelden in calculus te importeren, een idee dat studenten kan inspireren om zich met wiskunde bezig te houden, zegt Bonk. Het is ook een goed idee om elementaire programmeervaardigheden in de cursussen op te nemen. Maar, voegt hij eraan toe, voor het leren begrijpen van wiskunde - "de universele taal van het universum" - is het niet ideaal om het uit de wiskundeafdeling te halen. Kortom, zo betoogt hij, de cursus lijkt uitzonderlijk in het onderwijzen van biologische modellering, maar is minder goed in het onderwijzen van de abstracte principes van wiskunde.

Anderen zijn het oneens met de bredere benadering van wiskundige hervormingen in het algemeen en beweren dat die lang niet zo rigoureus is. Barbara Oakley, de uitgesproken professor in engineering aan de Oakland University, heeft dat bijvoorbeeld betoogd het hervormen van het wiskundecurriculum heeft de neiging studenten te benadelen. Volgens Oakley hebben deze hervormingen de neiging om de nadruk te leggen op de gebruikelijke praktijk, zoals boortijdentabellen, die volgens haar studenten de beheersing van cijfers ontzeggen.

Het is een beschuldiging die Garfinkel niet lijkt te beïnvloeden. "Ik ben het volledig oneens met het idee dat wat nodig is, is wat ze 'rigoureus' noemen", zegt Garfinkel, benadrukkend dat zijn eigen cursus geen calculusvereisten heeft en toch in staat is om biologische modelleringsproblemen met succes aan te pakken.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://www.edsurge.com/news/2023-01-17-ucla-life-sciences-revamped-how-it-teaches-math-is-it-an-example-others-should-follow