פתרון בעיות לפני הוראה (PS-I): פרוטוקול להערכה והתערבות בתלמידים בעלי יכולות שונות

אחת השאלות שהמורים מודאגים מהן כרגע היא כיצד לעורר את השתקפות התלמידים. דאגה זו נפוצה בקורסים בעלי אופי מתמטי, כגון קורסי STEM (מדע, טכנולוגיה, הנדסה ומתמטיקה), שבהם הפשטה של מושגים רבים דורשת רמה גבוהה של השתקפות, אך סטודנטים רבים מדווחים על התקרבות לקורסים אלה אך ורק בשיטות מבוססות זיכרון¹. בנוסף, התלמידים מראים לעתים קרובות למידה שטחית של המושגים^1,2,3. עם זאת, הקשיים שהתלמידים חווים ביישום תהליכי השתקפות ולמידה עמוקה אינם רק קוגניטיביים. סטודנטים רבים חשים חרדה ודמוטיבציה מול קורסים אלה^4,5. למעשה, קשיים אלה נוטים להימשך לאורך כל החינוך של התלמידים⁶. לכן חשוב לחקור אסטרטגיות חינוכיות שמכינות את התלמידים ללמידה עמוקה, ללא קשר לנטיותיהם השונות.

זה שימושי במיוחד כדי למצוא אסטרטגיות המשלימים גישות הדרכה טיפוסיות. אחד האופייניים ביותר להיות הוראה ישירה. הוראה ישירה פירושה הנחיה מלאה של התלמידים מהכנסת מושגים חדשניים עם מידע מפורש על מושגים אלה, ולאחר מכן עם אסטרטגיות איחוד כגון פעילויות לפתרון בעיות, משוב, דיונים, או הסברים נוספים^7,8. הדרכה ישירה יכולה להיות יעילה להעברת תוכן^{בקלות 8,9,10}. עם זאת, לעתים קרובות התלמידים אינם משקפים היבטים חשובים, כגון כיצד התוכן מתייחס לידע האישי שלהם, או נהלים פוטנציאליים שיכולים לעבוד ואינם¹¹. לכן חשוב להציג אסטרטגיות משלימות כדי לגרום לתלמידים לחשוב באופן ביקורתי.

אסטרטגיה אחת כזו היא גישת פתרון הבעיות לפני ההוראה (PS-I)¹², המכונה גם גישת ההמצאה¹¹ או גישת הכשל היצרני¹³. PS-I שונה להוראה ישירה במובן זה שהתלמידים אינם מוצגים ישירות למושגים, במקום זאת יש שלב לפתרון בעיות לפני פעילויות ההוראה הישירה הטיפוסיות שבהן התלמידים מחפשים פתרונות פרטניים לבעיות לפני שהם מקבלים הסבר כלשהו על נהלים לפתרון אותם.

בבעיה ראשונית זו, התלמידים אינם צפויים לגלות באופן מלא את מושגי היעד¹³. התלמידים עשויים גם להרגיש עומס קוגניטיבי^14,15,16 ואפילו שלילי להשפיע^{על 17} עם חוסר הוודאות ואת ההיבטים הרבים שיש לקחת בחשבון. עם זאת, חוויה זו יכולה להיות פרודוקטיבית בטווח הארוך מכיוון שהיא יכולה להקל על חשיבה ביקורתית על תכונות חשובות. באופן ספציפי, הבעיה הראשונית יכולה לעזור לתלמידים להיות מודעים יותר לפערים בידע שלהם^18,להפעיל ידע מוקדם הקשור לתוכן כדי לכסות¹³, ולהגביר את המוטיבציה בגלל ההזדמנות לבסס את לימודם על ידע אישי^7,17,19.

במונחים של למידה, ההשפעות של PS-I נראים בדרך כלל כאשר התוצאות מוערכים עם אינדיקטורים למידה עמוקה^20,21. באופן כללי לא נמצאו הבדלים בין תלמידים שלמדו באמצעות PS-I לבין אלה שלמדו באמצעות הוראה ישירה במונחים של ידע^{פרוצדורלי 20,22}, המתייחס ליכולת לשחזר נהלים מלומדים. עם זאת, סטודנטים שעוברים PS-I בדרך כלל מפגינים השכלה גבוהה בידע^{מושגי 7,19,23}, המתייחס להבנת התוכן המכוסה, ולהעביר^7,15,19,24, המתייחס ליכולת ליישם הבנה זו למצבים חדשניים. לדוגמה, מחקר שנערך לאחרונה בכיתה על שונות סטטיסטית הראה כי תלמידים שקיבלו את ההזדמנות להמציא את הפתרונות שלהם כדי למדוד שונות סטטיסטית לפני קבלת הסברים על המושגים הכלליים והנהלים בנושא זה הורידו את ההבנה הטובה יותר בסוף השיעור מאשר אלה שהצליחו ללמוד ישירות את המושגים והנהלים הרלוונטיים לפני שהיו מעורבים בפעילות לפתרון בעיות²³. עם זאת, כמה מחקרים הראו שום הבדלים בלמידה^16,25,26 או מוטיבציה^19,26 בין PS-I וחלופות הוראה ישירה, או אפילו למידה טובה יותר בחלופות הוראה ישירה^14,26, וחשוב לשקול מקורות פוטנציאליים של שונות.

תכונות העיצוב שבבסיס היישום של PS-I הן תכונה חשובה²⁰. סקירה שיטתית²⁰ מצאה כי יש סבירות גבוהה יותר להיות יתרון למידה עבור PS-I על פני חלופות הוראה ישירה כאשר התערבויות PS-I יושמו עם לפחות אחת משתי אסטרטגיות, או גיבוש הבעיה הראשונית עם מקרים מנוגדים, או בניית ההוראה הבאה עם משוב מפורט על הפתרונות של התלמידים. מקרים מנוגדים מורכבים מדוגמאות פשוטות הנבדלות בכמה מאפיינים חשובים¹¹ (ראה איור 1 לדוגמה), ויכולות לעזור לתלמידים לזהות תכונות רלוונטיות ולהעריך את הפתרונות שלהם במהלך הבעיה הראשונית^11,20. האסטרטגיה השנייה, המספקת הסברים המתבססים על פתרונות התלמידים¹³, מורכבת מהסבר הרעיון הקנוני תוך מתן משוב על המחירים והמגבלות של פתרונות שנוצרו על ידי סטודנטים, שיכולים גם לעזור לתלמידים להתמקד בתכונות רלוונטיות ולהעריך את הפערים בידע שלהם²⁰, אך לאחר השלמת שלב פתרון הבעיות הראשוני (ראו איור 3 לדוגמה של הפיגומים מהפתרונות הטיפוסיים של התלמידים).

בהינתן התמיכה בספרות בשתי אסטרטגיות אלה, מקרים מנוגדים ובניית הוראה על פתרונות התלמידים, חשוב לשקול אותם בעת קידום הכללת PS-I בפרקטיקה חינוכית אמיתית. זו המטרה הראשונה של הפרוטוקול שלנו. הפרוטוקול מספק חומרים להתערבות PS-I המשלבים שני עקרונות אלה. זהו פרוטוקול, כי למרות הסתגלות, הוא בהקשר לשיעור על שונות סטטיסטית, שיעור נפוץ מאוד עבור תלמידי אוניברסיטה ותיכון, שהם בדרך כלל אוכלוסיות היעד בספרות על PS-I²⁹. השלב הראשוני לפתרון בעיות מורכב מהמצאת מדדי שונות לחלוקת הכנסות במדינות, שהוא נושא שנוי במחלוקת³⁰ שעשוי להיות מוכר לתלמידים בתחומי למידה רבים. לאחר מכן מסופקים חומרים לתלמידים כדי ללמוד פתרונות לבעיה זו בדוגמה עובדת, ולהרצאה המשלבת דיון בפתרונות נפוצים המיוצרים על ידי התלמידים יחד עם בעיות תרגול מוטבעות.

המטרה השנייה של הפרוטוקול שלנו היא להנגיש את ההערכה הניסיונית של PS-I למחנכים ולחוקרים, מה שיכול להקל על חקירת PS-I ממגוון רחב יותר של נקודות מבט תוך שמירה על תנאים מסוימים קבועים ברחבי הספרות. עם זאת, התנאים של הערכה ניסיונית זו גמישים לשינויים. ניתן ליישם את ההערכה הניסיונית המתוארת בפרוטוקול בשיעורים רגילים, שכן ניתן להקצות לתלמידים בכיתה אחת את החומרים למצב PS-I או את החומרים למצב הוראה ישיר בו זמנית(איור 4). תנאי הוראה ישיר זה מותאם גם לצרכי המחקר והחינוך, אך כפי שתואר במקור בפרוטוקול התלמידים מתחילים בקבלת ההסברים הראשוניים על מושג היעד עם הדוגמה שעבדה, ולאחר מכן מאחדים ידע זה עם בעיית תרגול (מוצג רק במצב זה כדי לפצות על הזמן שתלמידי PS-I מבלים על הבעיה הראשונית), ועם ההרצאה²³. התאמות פוטנציאליות כוללות החל מהרצאה ולאחר מכן יש תלמידים לעשות את הפעילות לפתרון בעיות, שהוא תנאי בקרה אופייני להשוואת PS-I כי לעתים קרובות הוביל ללמידה טובה יותר עבור PS-I מצב^7,13,19,26. לחלופין, ניתן להפחית את מצב הבקרה לחקירה של דוגמה עובדת ואחריה שלב ההרצאה, אשר, למרות גרסה פשוטה יותר של גישות הוראה ישירה מאשר במקור הציע, הוא נפוץ יותר בספרות והוביל לתוצאות מגוונות, עם כמה מחקרים המצביעים על למידה טובה יותר PS-I^15,24, ואחרים המצביעים על למידה טובה יותר מסוג זה של מצב^{הוראה ישירה 14,26}.

לבסוף, מטרה שלישית של הפרוטוקול היא לספק משאבים להערכת האופן שבו תלמידים עם נטיות ויכולות קוגניטיביות שונות יכולים להפיק תועלת מ- PS-I¹⁵. ההערכה של נטיות אלה חשובה במיוחד אם ניקח בחשבון את הנטיות השליליות שיש לחלק מהסטודנטים לעתים קרובות עם קורסי STEM, ואת העובדה כי PS-I עדיין יכול לייצר תגובות שליליות במקרים מסוימים¹⁴. עם זאת, יש מעט מחקר על זה.

מצד אחד, מאז PS-I מקל על הקשר של למידה עם רעיונות בודדים, ולא רק ידע פורמלי, PS-I יכול להיות משוער כמו להיות מסוגל לעזור להניע סטודנטים מרמות אקדמיות נמוכות, אלה שיש להם תחושות נמוכות של יכולת, או מוטיבציה נמוכה על הנושא^13,27. מחקר אחד הראה כי תלמידים עם אוריינטציה שליטה נמוכה, כלומר, פחות מטרות הקשורות ללמידה אישית, נהנו יותר מ- PS-I מאשר אלה עם מוטיבציה גבוהה יותר ללמוד²⁷. מצד שני, תלמידים עם פרופילים אחרים עלולים להיתקל בקשיים כאשר הם מעורבים ב- PS-I. ליתר דיוק, metacognition ממלא תפקיד חשוב PS-I³¹, וסטודנטים עם כישורי metacognition נמוך לא יכול ליהנות PS-I בשל קשיים להיות מודעים פערי הידע שלהם או הבחנה תוכן רלוונטי¹⁵. בנוסף, מכיוון שהשלב הראשוני של PS-I מבוסס על ייצור פתרונות פרטניים, תלמידים עם יכולות שונות נמוכות, קשיים ביצירת מגוון תגובות במצב נתון, עשויים להפיק פחות מ- PS-I מאשר תלמידים אחרים. הפרוטוקול מציג מכשירים אמינים להערכה עבור נטיות אלה (טבלה 1) אם כי אחרים עשויים להיחשב.

לסיכום, פרוטוקול זה נועד להפוך יישום של התערבות PS-I העוקבת אחר עקרונות מקובלים בספרות PS-I נגיש למחנכים וחוקרים. בנוסף, הפרוטוקולים מספקים הערכה ניסיונית של התערבות זו, ומאפשרים הערכה של הנטיות הקוגניטיביות והמוטיבציה של התלמידים. זהו פרוטוקול שאינו דורש גישה לטכנולוגיות חדשות או למשאבים ספציפיים, וכזו שניתן לשנות על בסיס צרכי מחקר וחינוך.