Projektbasierte Lernrichtlinien für Studierende der Gesundheitswissenschaften: Eine Analyse mit Data Mining und qualitativen Techniken

Merkmale der projektbasierten Lernmethodik
Fachkräfte in verschiedenen Branchen stehen heute vor zahlreichen (technischen, gesellschaftspolitischen und wirtschaftlichen) Herausforderungen, die sich aus der Globalisierung in einer Vielzahl von Bereichen ergeben, wie z.B. Umwelt¹. Diese Themen beeinflussen die globale Ausbreitung von Krankheiten, wodurch Ressourcen geschrumpft werden, die Armut zunehmen und die Verantwortung für die Schaffung nachhaltiger Gesellschaften erforderlich ist¹. Gesundheitsexperten verfügen über das Potenzial und die Fähigkeiten, um die Lebensfähigkeit von Gemeinschaften zu gewährleisten, indem sie Versorgungsstrategien und -techniken in großem Maßstab weiterentwickeln und gleichzeitig zur Verbesserung der Lebensqualität der Menschen beitragen². Die Vereinten Nationen haben die Notwendigkeit hervorgehoben, diese Herausforderungen mit der aktiven Beteiligung aller Länder an ihren Zielen für nachhaltige Entwicklung (SDGs) ¹ anzugehen. Die Aktivitäten der Angehörigen der Gesundheitsberufe können mit vielen der vorgeschlagenen Ziele verknüpft werden. Daher müssen diejenigen, die Studenten im Gesundheitswesen ausbilden, pädagogische Ansätze erwerben, die den Schülern helfen, die Kompetenzen zu erwerben, die es ihnen ermöglichen, sich diesen neuen Herausforderungen zu stellen ^1,2.

Unter den verschiedenen bestehenden pädagogischen Methoden sticht projektbasiertes Lernen (PBL)3 als eine Methodik hervor, die den Schülern hilft, die Kompetenzen zu entwickeln, die sie benötigen, um die zukünftigen Herausforderungen ihres Berufs sicher und effektiv zu bewältigen³. PBL ist ein innovativer pädagogischer Ansatz, der die Grenzen traditioneller Methoden überwindet, indem er den Lehr-Lernprozess transformiert, um Schüler zu Protagonisten ihres eigenen Lernens zu machen. Diese Änderung hilft den Schülern, Problemlösungsfähigkeiten in realen Kontexten zu erwerben⁴. PBL basiert darauf, dass der Lehrer Forschungsfragen⁵ erstellt, die in praktischen Szenarien mit Bezug zur Disziplin enthalten sind. Die Schüler müssen die Probleme in kollaborativen Gruppen lösen. Das Endziel ist der Erwerb von Wissen (konzeptionell, prozedural und einstellungsweise) durch Gruppenarbeit bei der Lösung der Aufgabe oder des Problems⁶.

Dieser Ansatz stammt aus den Bereichen Pädagogik und konstruktivistische Psychologie und wurde von diesen Anfängen an an verschiedene Disziplinen angepasst⁶. Die Implementierung dieser Methodik kann jedoch durch einen Mangel an Bildungsressourcen und -infrastruktur beeinträchtigt werden, weshalb manchmal ein Hybridmodell verwendet wird, das traditionellen Unterricht mit PBL ^7,8 kombiniert. Diese Modelle haben jedoch Einschränkungen in der^{Lernerfahrung 1} gezeigt. Aus diesem Grund ist es wichtig, pädagogische Protokolle zu entwickeln, die die Verwendung und Interpretation dieser Methoden leiten und erleichtern. Darüber hinaus wurde die PBL-Methodik in den letzten Jahren durch virtuelle Lernplattformen – Learning Management Systems (LMS)⁹ – in dem sogenannten Online Project-Based Learning (OPBL)¹⁰ implementiert.

Projektbasierte Lernmethodik für Studierende im Bereich Gesundheitswissenschaften
Das Protokoll ist wichtig, um Lehrern zu helfen, diese Methoden anzuwenden und die Ergebnisse des Lehr- und Lernprozesses zu interpretieren⁹. Das Protokoll kann vom Beginn der Schulzeit bis zur Hochschulbildung verwendet werden und kann auf verschiedene geistige, physische und sozioökonomische Bedingungen zugeschnitten werden¹¹. Das vorgestellte Protokoll konzentriert sich auf die Arbeit mit Universitätsstudenten in den Gesundheitswissenschaften. Das Unterrichtsmodell basiert auf der Organisation des Lernens um Projekte herum, die vom Lehrer vorbereitet werden, der als erster Anreiz dient, und aus diesem Rahmen wird der Schüler zum Hauptfokus seines eigenen Lernens¹¹. Der Ansatz ist eine aktive, umfassende und konstruktive Möglichkeit für die Studierenden, grundlegende Kompetenzen (konzeptionell, prozedural und einstellungsweise) zu erwerben, die in engem Zusammenhang mit ihrer zukünftigen beruflichen Praxis stehen ^4,12.

Lernmethoden werden kombiniert, um den Erwerb kognitiver und metakognitiver Kompetenzen im Zusammenhang mit konzeptionellem und prozeduralem Wissen zu stimulieren 4,13,14, die alle dazu beitragen^, dass die Schüler kritisches Denken, erhöhte Lernmotivation und Autonomie bei der Entscheidungsfindung und Problemlösung entwickeln ¹³ . Einer der Schlüssel für die erfolgreiche Anwendung dieser Methodik ist jedoch, dass die Projekte, die der Lehrer vorbereitet, in direktem Bezug zur realen Praxis stehen müssen und den Schülern Autonomie in der Herangehensweise an die Probleme auf der Grundlage von Mindestanfangsrichtlinien ^4,9 gegeben werden muss. Dies bedeutet, dass die Lehrer die Instrumente zur Bewertung der Kompetenzen der Schüler klar definieren und ihnen eine Anleitung zu den Bewertungskriterien geben müssen, die zur Gestaltung der PBL verwendet werden, sowie um zu beurteilen, wie gut die Bewertung durchgeführt wird^15,16. Darüber hinaus profitieren die Schüler von der Zusammenarbeit mit Gleichaltrigen, um zu lernen, durch Debatten zu argumentieren und durchsetzungsfähig zu sein, wodurch Kommunikations- und Teamfähigkeiten, entwickelt^{werden 4,16}.

Das Hauptziel für Universitätsstudenten ist es, “lernen zu lernen”, indem sie sich mit den Herausforderungen auseinandersetzen, die der Lehrer stellt, um den Erwerb dieser Kompetenzen^{zu erleichtern 14} (die später im zukünftigen Arbeitsleben der Studenten implementiert werden). Die Ergebnisse der Anwendung dieser Methodik deuten darauf hin, dass sie die Autonomie beim Lernen und Lösen praktischer Probleme fördert⁴. Ein weiterer Vorteil dieser Methodik ist, dass sie den Studierenden sehr effektiv hilft, Kompetenzen zu erwerben, insbesondere in den Gesundheitswissenschaften, in Online-Lehre und Blended-Learning (b-Learning)^17,18,19. Dies ist aufgrund der COVID-19-Pandemie besonders wichtig geworden^20,21.

Die gemeinsamen Elemente von PBL können wie folgt zusammengefasst werden: (1) Zuerst werden den Schülern die mit dem Projekt verbundenen Konzepte erklärt (in Online-Lehrumgebungen können umgedrehte Lernerfahrungen verwendet werden); (2) der Projektplan definiert und analysiert wird; (3) eine Überprüfung der unterstützenden Theorie durchgeführt und ein Plan erstellt wird, um das Verständnis des Studiengegenstandes zu erleichtern; (4) Ziele und Fragen zur Lösung des Problems werden vorgeschlagen. (5) mögliche Lösungen formuliert und die praktikabelsten Optionen bewertet werden; (6) diese Lösungen umgesetzt werden; (7) die Ergebnisse werden gemeldet; (8) kritische Reflexion wird durchgeführt, Feedback wird gegeben und der Prozess wird bewertet, einschließlich des Vorschlags neuer Fragen; und (9) der Prozess wird mit der Präsentation der Arbeit ^4,6,13 abgeschlossen.

Es sollte auch bedacht werden, dass nicht alle Schüler auf diese Art von Methodik auf die gleiche Weise reagieren. Schüler, die aktiver an ihrem Lernen beteiligt sind, diejenigen, die kritischer denken, und diejenigen, die bessere zwischenmenschliche Beziehungsfähigkeiten haben, neigen dazu, bessere Ergebnisse zu erzielen²². Es ist auch möglich, dass Schüler, die an traditionelle Lernmethoden gewöhnt sind, frustriert sind. Deshalb sollten den Studierenden von Anfang an klare Arbeitsregeln und ein Zeitplan für die Umsetzung der Projektphasen an gegeben^{werden 8}. Wie oben erwähnt, ist PBL in den Gesundheitswissenschaften weit verbreitet, und es gibt umfangreiche Beweise, die es in der Literatur^{unterstützen} 18,23,24. Es wurden jedoch einige Aspekte ermittelt, die verbessert werden könnten, die sich auf Seminare über klinische Fertigkeiten und die Verbreitung von Erfahrungen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft beziehen^25,26.

Diese Methodik scheint bessere Ergebnisse für Abschlüsse mit einem höheren Anteil an Praktika zu haben (z. B. Pflege vs. Medizin, Ergotherapie versus Psychologie oder Ernährung)³. Darüber hinaus haben neuere Studien vorgeschlagen, die PBL-Methodik durch gemeinsame Trainingsprojekte zwischen verschiedenen Studiengängen zu implementieren, um an der Interaktion in realen Kontexten zu arbeiten. Ziel wäre der Erwerb multidisziplinärer und interdisziplinärer Kompetenzen^27,28. Um diese Art von Methodik jedoch gut umzusetzen, müssen die Lehrkräfte qualifiziert sein, sie umzusetzen, und die Studierenden müssen kritisches und divergentes Denken in Bezug auf die klinische Praxis entwickeln, insbesondere im Fall der Gesundheitswissenschaften 3,15,18,29.

Ein weiterer wichtiger Aspekt der Implementierung ist die Notwendigkeit, die Zufriedenheit der Schüler mit dem PBL-Methodiktraining zu bewerten und ihre Verbesserungsvorschläge zu analysieren 19,30,31. Insbesondere wurde berichtet, dass Studierende der Ergotherapie diese Methodik als wesentlich für ihr Lernen empfunden haben, da sie lernen können, wie sie ähnliche Probleme lösen können wie diejenigen, mit denen sie in ihrem Berufsleben konfrontiert werden, was ihre Motivation erhöht³¹. In ähnlicher Weise zeigte eine 1993 begonnene Längsschnittstudie, in der ein Hybridmodell von PBL bei Ergotherapiestudenten evaluiert wurde, dass die Studierenden sehr positive Meinungen zum Gruppenlernen für ihre zukünftige Berufspraxis hatten⁷. Eine weitere Studie über ergotherapeutische Studenten fand ein hohes Maß an Zufriedenheit mit der Methodik. Dies liegt daran, dass die Schüler denken, dass diese Art des Lernens ihnen hilft, Wissen durch Praxis zu erwerben und sie befähigt, in ihrer zukünftigen Arbeit angemessen zu reagieren¹³.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Verwendung der PBL-Methodik in gesundheitswissenschaftlichen Kursen der Schlüssel zum Erwerb beruflicher Kompetenzen der Studierenden ist. Verschiedene Studien haben die Schritte aufgezeigt, die zu befolgen sind, um die Interventionen und das Design der Materialien zu priorisieren, um effektives, zufriedenstellendes Lernen zu erreichen. Daher ist es sehr wichtig, die Lernprozesse der Schüler zu überwachen, um frühzeitige oder potenzielle Lernprobleme zu erkennen und anzugehen. Für das Monitoring sollten Educational Data Mining (EDM) und Mixed-Methods-Analysetechniken verwendet werden, deren wesentliche Grundlagen im Folgenden erläutert werden.

Pädagogische Data Mining-Techniken
Wenn LMS in E-Learning- oder B-Learning-Lehrmodellen verwendet werden, wird eine Reihe von Protokollen oder Protokolldateien generiert, die jede Interaktion zwischen Schülern und Lehrern erfassen. Diese Protokolle sind ein Beweis für das Lernverhalten und können mit EDM- oder Learning Analytics (LA)^32-Techniken analysiert werden. Diese Techniken ermöglichen es dem Lehrer zu lernen, welche Schülerinteraktion besteht, wie viel Interaktion existiert und welche Qualität die Interaktion hat³³. Insbesondere EDM-Techniken erleichtern es, das Lernverhalten der Schüler und ihre Interaktionen zu entdecken⁴. EDM-Techniken können verwendet werden, um verschiedene Profile^35,36 (orientiert an Studenten oder orientiert an Pädagogen) zu studieren.

Das Endziel besteht darin, Feedback für den Unterricht zu geben, die Struktur des Kursinhalts zu bewerten, Elemente zu analysieren, die in den Lernprozessen effektiv waren, die Art der Schüler zu klassifizieren und den Bedarf an Anleitung und Überwachung des Lernens zu identifizieren. Dies hilft bei der Bestimmung der häufigsten Lernmuster jedes Schülers und der Fehlerhäufigkeit, die dann verwendet werden können, um die am besten geeigneten pädagogischen Antworten anzupassen. Eines der Dinge, für die EDM-Techniken verwendet werden können, ist die Überwachung der Lernprozesse der Schüler, um geeignete Hilfe durch Mentoring anzubieten. EDM-Techniken umfassen überwachte Lerntechniken (Vorhersage- oder Klassifizierungstechniken)³⁷ und unüberwachte Lerntechniken 36 (Clustering-Techniken)³⁸. Die Verwendung von EDM-Techniken in Lehrprozessen, die aktive Lehrmethoden wie PBL beinhalten, hat sich als sehr effektiv für die Untersuchung des individuellen Schülerverhaltens und des Schülerverhaltens in kollaborativen Gruppen erwiesen¹⁰.

Die Anwendung computergestützter qualitativer Analysetechniken
In den letzten zwei Jahrzehnten wurden quantitative und qualitative Techniken oder eine Kombination aus beidem in der Forschung in sogenannten gemischten Methoden angewendet³⁹. Der Einsatz gemischter Methoden zur Datenanalyse ist besonders nützlich, wenn es um komplexe Analyseprobleme geht, wie z.B. die Überwachung des Lernverhaltens der Schüler. Die Verwendung dieser Methoden ermöglicht die Umwandlung qualitativer Daten, wie z.B. Schülerfeedback aus offenen Fragen in einer Umfrage, in qualitative Daten und die Analyse der Daten mit verschiedenen Datenvisualisierungstechniken⁴⁰. Eine Vielzahl von computergestützter (oder -gestützter) qualitativer Datenanalysesoftware (CAQDAS) kann verwendet werden, um die Datentransformation und -analyse zu erleichtern⁴¹.

Eine Zusammenfassung des Unterrichtsablaufs durch die PBL-Methodik, die Analyse des Lernverhaltens, den Einsatz von EDM und computergestützte qualitative Analysetechniken ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: PBL-Arbeit und Einsatz von EDM und computergestützten qualitativen Analysetechniken. Datenerhebung und -verarbeitung unter Anwendung von EDM- und Text-Mining-Techniken in E-Learning- und B-Learning-Lehrumgebungen. Abkürzungen: PBL = projektbasiertes Lernen; EDM = Educational Data Mining; DB = Datenbank; E-Learning = Online-Kurse; b-Learning = gemischte Klassen (Online- und physische Klassen). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

In dieser Studie wurden drei Forschungsfragen gestellt: RQ1: Gibt es signifikante Unterschiede in den Lernergebnissen und der Zufriedenheit von Studierenden der Gesundheitswissenschaften, die Ergotherapie studieren, je nachdem, ob die PBL-Methodik über E-Learning versus b-Learning implementiert wird, unter Berücksichtigung der Auswirkungen der Vorkenntnisse der Studierenden? RQ2: Stimmen die gefundenen Teilnehmercluster mit den Lernergebnissen, dem Lernverhalten und der wahrgenommenen Zufriedenheit als Funktion der Lehrmodalität überein (E-Learning vs. B-Learning)? RQ3: Unterscheiden sich die Vorschläge der Studierenden zur Verbesserung der PBL-Methodik je nach Unterrichtsmodalität, E-Learning versus B-Learning?

Das folgende Protokoll kann von Lehrern im Gesundheitswesen verwendet und auch geändert werden, um mit Schülern in anderen Wissensbereichen zu arbeiten.