Active Learning of Physics: synergy of teaching strategies

Abstract

We report on the application of Tutorial for Introductory Physics and Interactive Lecture Demonstrations (ILD’s) in the Mechanics course taken by engineering students at the Universidad Nacional de San Juan. Argentina. A pre/post test quasi experimental design was implemented to compare the learning gains of two previously formed complete groups of engineering students. One of the groups continued with the traditional instruction, while in the experimental group active learning strategies were introduced in two steps: the first experiment included only Tutorials, while in the second experiment ILD’s were added. Conceptual knowledge was measured with the Force Concept Inventory (FCI) test, while the institutional evaluation included three rather traditional problem solving written exams. A normalized gain of g=0.27 was obtained in the control course, well above the average for traditional instruction, as indicated by the wide study of Hake. The experimental instruction yielded g=0.56 in the first application and g=0.62 in the second experiment, indicating the synergy of using together coherent teaching strategies. The most striking result is the high degree of student success in the institutional evaluation, which increased the fraction of retained (successful) student to more than double that obtained by the traditional instruction. Implications for educational reform in similar educational systems are discussed.

Como ejemplo de aplicación de las metodologías de aprendizaje activo en cursos de física básica para carreras de ingeniería se describen dos experimentos sucesivos. En el primero, se implementó la estrategia “Tutoriales para Física Introductoria” y se la comparó con un curso donde se siguió practicando la enseñanza tradicional, mientras que en la segunda experiencia se incorporaron a los Tutoriales algunas clases estructuradas de acuerdo a la estrategia “Clases Interactivas Demostrativas” (CID). Estas experiencias fueron realizadas en los cursos normales de Física Básica para estudiantes de ingeniería de la Universidad Nacional de San Juan (Argentina). Se utilizó un diseño de comparación de grupos preestablecidos, con determinación del conocimiento pre y post instrucción mediante el test Force Concept Inventory. Los cursos con estrategias de aprendizaje activo lograron niveles de aprendizaje muy satisfactorios, distribuidos en la mayoría de los estudiantes de la muestra y obteniendo, en promedio, ganancias intrínsecas de g=0.56 en la primera experiencia y g=0.62 en la segunda experiencia, mientras que el curso testigo, con enseñanza tradicional, se obtuvo g=0.27. Estos resultados pueden considerarse típicos de la importante mejoría que puede lograrse en los aprendizajes utilizando estrategias de aprendizaje activo de la física de una manera coherente.