DOI: https://doi.org/10.1007/s44217-025-00501-x
تاريخ النشر: 2025-05-04
المؤلف: FF Chen وآخرون
الموضوع الرئيسي: طرق التدريس المبتكرة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار بيئات التعلم التفاعلية ونماذج الفصول الدراسية المقلوبة على مشاركة الطلاب ونتائج التعلم في دورة علوم الحياة بعنوان “مقدمة في الفئران المخبرية.” باستخدام نموذج الفأر Mimicky® من MITAKA SUPPLY وأدوات تكنولوجيا المعلومات المختلفة مثل Google Classroom وKahoot وMentimeter وQuizizz وZuvio، تضمنت الاستراتيجية التعليمية عدة مكونات: تسليم المعرفة من خلال طرق الفصول الدراسية المقلوبة، التدريب على التعامل مع الفئران المخبرية، تطبيق الموارد متعددة الوسائط، وتعزيز التقييم من قبل الأقران في البيئات التفاعلية.
استخدمت الدراسة اختبارات مسبقة واختبارات لاحقة جنبًا إلى جنب مع إعدادات الفصول الدراسية المقلوبة المنظمة لتقييم النتائج. أظهرت النتائج أن نموذج الفصل الدراسي المقلوب، جنبًا إلى جنب مع الأنشطة العملية، حسّن بشكل كبير من مشاركة الطلاب وفهمهم. كشفت الاستطلاعات المتعلقة بالمواقف عن تغيير إيجابي، حيث أفاد الطلاب بزيادة الثقة في معرفتهم ومهاراتهم المتعلقة بعلوم الحياة. تؤكد الدراسة على أهمية وضع أهداف واضحة للتعلم الذاتي وتقترح مجالات للبحث المستقبلي، بما في ذلك تخصيص الموارد بشكل مثالي والآثار طويلة المدى لهذه الأساليب التعليمية. تقدم هذه النتائج رؤى قيمة للمعلمين الذين يسعون لتعزيز التعلم التفاعلي في مناهج علوم الحياة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الإصلاحات الكبيرة في نظام التعليم العالي في تايوان منذ التسعينيات، والتي تميزت بزيادة سريعة في المؤسسات وتسجيل الطلاب، حيث ارتفعت من 67 إلى 151 مؤسسة وتجاوزت 1.1 مليون طالب بين عامي 1994 و2003. على الرغم من هذا النمو وزيادة معدل قبول الجامعات من 40% في 1991 إلى 95.7% في 2014، كان هناك تراجع مقلق في دافع الطلاب وأدائهم الأكاديمي. عوامل مثل انخفاض معدل المواليد وجائحة COVID-19 قد زادت من تحديات استدامة هذا المشهد التعليمي. استجابةً لذلك، ظل تعليم علوم الحياة محوريًا، مما يتطلب أساليب مبتكرة لتعزيز مشاركة الطلاب ونتائج التعلم، لا سيما من خلال تنفيذ استراتيجيات التعلم المتمحورة حول الطالب مثل نموذج الفصل الدراسي المقلوب.
يسمح نموذج الفصل الدراسي المقلوب، الذي يعزز التعلم الذاتي من خلال المحاضرات المسجلة مسبقًا والوحدات التفاعلية عبر الإنترنت، بالتعلم النشط خلال وقت الحصة. لقد أظهرت هذه الطريقة أنها تعزز التعلم الذاتي، والتفكير النقدي، والانخراط الأعمق، لا سيما في التعليم في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM). تم تحديد المشاركة كعامل حاسم في نتائج التعلم، حيث تشمل الأبعاد السلوكية والعاطفية والمعرفية. تشير الدراسات الحديثة إلى أن بيئات التعلم المقلوبة المعززة بالتكنولوجيا يمكن أن تعزز بشكل كبير المشاركة والدافع. ومع ذلك، لا تزال التحديات مثل الحمل المعرفي الزائد والفجوات في الوصول إلى التكنولوجيا قائمة، لا سيما في الدورات المعتمدة على المختبر. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في تأثير نموذج الفصل الدراسي المقلوب على مشاركة الطلاب ونتائج التعلم في دورة مختبر علوم الحياة، مع التركيز بشكل خاص على دورة “مقدمة في الفئران المخبرية”. من خلال معالجة أسئلة البحث الرئيسية، تسعى الدراسة إلى تقديم رؤى حول تحسين منهجيات الفصل الدراسي المقلوب، مما يساهم في الأدبيات حول بيئات التعلم التفاعلية في التعليم في مجالات STEM.
الطرق
تحدد ورقة البحث منهجًا دراسيًا مصممًا لتعزيز مشاركة الطلاب ونتائج التعلم في دورة بعنوان “مقدمة في الفئران المخبرية.” تستخدم الدورة نموذج الفصل الدراسي المقلوب، مما يدمج المعرفة النظرية مع التطبيقات العملية من خلال استخدام تكنولوجيا المعلومات المتقدمة. تتكون من أربعة وحدات رئيسية:
1. **المعرفة التصريحية**: تقدم هذه الوحدة للطلاب مفاهيم أساسية في مجالات بيولوجية متنوعة، بما في ذلك البيولوجيا العامة، والبيولوجيا الجزيئية، وعلم الأدوية، مما يضمن أساسًا نظريًا قويًا.
2. **المهارات العملية**: يكتسب الطلاب خبرة عملية في التعامل مع الفئران المخبرية، ويتعلمون تقنيات مثل حقن الوريد الذيل ومراقبة نمو الأورام، باستخدام نموذج الفأر Mimicky® من MITAKA SUPPLY.
3. **دمج المعرفة**: تؤكد هذه الوحدة على تطبيق المهارات النظرية والعملية من خلال استخدام منصات مثل Google Classroom وKahoot، مما يسمح للطلاب بتسجيل وتقييم إجراءاتهم دون التحديات اللوجستية لاستخدام الحيوانات الحية.
4. **التعلم التفاعلي**: تركز الوحدة الأخيرة على تقييم الأقران والتغذية الراجعة، مما يعزز بيئة تعلم تأملية تشجع على مشاركة الطلاب النشطة.
بشكل عام، تهدف الطريقة المنظمة إلى خلق جو تعلم ديناميكي يعزز كل من الفهم النظري والمهارات العملية بين الطلاب.
النتائج
تحققت الدراسة من آثار دمج نماذج الفصول الدراسية المقلوبة مع أدوات تكنولوجيا المعلومات المتقدمة على مشاركة الطلاب ونتائج التعلم في تعليم علوم الحياة (RQ1). أظهرت النتائج أن تنفيذ استراتيجيات التعلم المقلوبة عزز بشكل كبير من مشاركة الطلاب السلوكية والعاطفية والمعرفية، مما أدى بدوره إلى تحسين الاحتفاظ بالمعرفة والمشاركة النشطة في عملية التعلم.
بالإضافة إلى ذلك، قيمت الدراسة تأثير الممارسة العملية باستخدام نموذج الفأر Mimicky® من MITAKA SUPPLY على المهارات العملية للطلاب وفهمهم للتقنيات المخبرية (RQ2). أظهرت النتائج أن نموذج الفأر Mimicky عزز بشكل فعال مهارات الطلاب العملية في المختبر. ومع ذلك، لاحظت الدراسة تحديات تتعلق بالنسبة العالية بين الطلاب والنموذج، مما أعاق فرص التدريب الفردية.
المناقشة
تستكشف ورقة البحث فعالية بيئات التعلم التفاعلية ونماذج الفصول الدراسية المقلوبة في تعزيز مشاركة الطلاب ونتائج التعلم في تعليم علوم الحياة، مع التركيز بشكل خاص على دورة “مقدمة في الفئران المخبرية” في جامعة دونغ هوا الوطنية. باستخدام تصميم شبه تجريبي مع اختبارات مسبقة ولاحقة، شملت الدراسة 47 طالبًا شاركوا مع أدوات تكنولوجيا المعلومات المتقدمة مثل Google Classroom وKahoot ونموذج الفأر Mimicky® من MITAKA SUPPLY للتدريب العملي. كانت الدراسة تهدف إلى تقييم تأثير هذه الأدوات التفاعلية على أبعاد مختلفة من مشاركة الطلاب—السلوكية والعاطفية والمعرفية—وتقييم التحسينات في المهارات العملية المتعلقة بالتقنيات المخبرية.
شملت جمع البيانات استطلاعات المواقف، وتقييمات الفيديو، وتقييمات الأقران، مع نتائج تشير إلى تحسينات كبيرة في كل من مشاركة الطلاب ونتائج التعلم. كشفت مقياس مواقف الطلاب تجاه مواد علوم الحياة (SALS) عن زيادة ملحوظة في المواقف الإيجابية تجاه التعلم، مع فرق كبير بين الاختبارات المسبقة واللاحقة (t(47) = -10.45، p < 0.001). بالإضافة إلى ذلك، أظهرت اختبارات t لعينة مزدوجة زيادة كبيرة في المعرفة التصريحية (t(47) = -9.654، p < 0.001) بعد التدخل، مما يبرز فعالية نموذج الفصل الدراسي المقلوب. عززت تقييمات المهارات العملية من خلال عروض الفيديو النهج التربوي، مما يعزز التعلم النشط وتعاون الأقران، مما يؤدي في النهاية إلى تعزيز بيئة تعلم أكثر تفاعلية ومتمحورة حول الطالب.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود تستدعي النظر فيها للبحوث المستقبلية. أولاً، قيدت النسبة العالية بين الطلاب والنموذج الممارسة العملية الفردية، مما يشير إلى أن الدراسات اللاحقة يجب أن تحقق في النسب المثلى لتعزيز اكتساب المهارات العملية. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب التركيز على نتائج التعلم قصيرة المدى أبحاثًا طولية لتقييم الاحتفاظ طويل الأمد بالمهارات والمعرفة. تبرز المخاوف المتعلقة بالإرهاق الرقمي والوصول غير المتكافئ إلى التكنولوجيا الحاجة إلى أساليب التعلم الهجين التي تدمج بشكل فعال كل من التجارب الرقمية والعملية.
تشمل اتجاهات البحث المستقبلية استكشاف فعالية بيئات التعلم التفاعلية ونماذج الفصول الدراسية المقلوبة عبر سياقات تعليمية متنوعة. يجب أن تهدف الدراسات بشكل خاص إلى تحديد النسب المثلى بين الطلاب والنموذج للأنشطة العملية، وتقييم تأثير تقنيات تفاعلية متنوعة على المشاركة ونتائج التعلم، وتقييم الآثار طويلة المدى لاستراتيجيات حل المشكلات الإبداعية على مهارات التفكير النقدي. علاوة على ذلك، من الضروري مراعاة الاحتياجات المتنوعة للطلاب عند تصميم بيئات التعلم التفاعلية، لضمان أن تكون هذه الإعدادات شاملة ومصممة لمعالجة التحديات المحددة في سياقات تعليمية مختلفة. سيساهم معالجة هذه القيود والاتجاهات في تعزيز فهم قابلية التوسع وفعالية منهجيات التعلم المقلوب في التعليم في مجالات STEM والتعليم الطبي الحيوي.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44217-025-00501-x
Publication Date: 2025-05-04
Author(s): FF Chen et al.
Primary Topic: Innovative Teaching Methods
Overview
This study investigates the effects of interactive learning environments and flipped classroom models on student engagement and learning outcomes in a life sciences course titled “Introduction to Laboratory Mice.” Utilizing the MITAKA SUPPLY Mimicky® Mouse model and various IT tools such as Google Classroom, Kahoot, Mentimeter, Quizizz, and Zuvio, the instructional strategy comprised several components: knowledge delivery through flipped classroom methods, training in laboratory mice handling, application of multimedia resources, and promotion of peer assessment in interactive settings.
The research employed pre-tests and post-tests alongside structured flipped classroom setups to assess outcomes. Results indicated that the flipped classroom model, combined with hands-on activities, significantly improved student engagement and comprehension. Attitudinal surveys revealed a positive change, with students reporting increased confidence in their knowledge and skills related to life sciences. The study underscores the importance of establishing clear objectives for self-directed learning and suggests avenues for future research, including optimal resource allocation and the long-term impacts of these educational approaches. These findings offer valuable insights for educators aiming to enhance interactive learning in life sciences curricula.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significant reforms in Taiwan’s higher education system since the 1990s, marked by a rapid increase in institutions and student enrollment, which rose from 67 to 151 institutions and exceeded 1.1 million students between 1994 and 2003. Despite this growth and a rise in the university acceptance rate from 40% in 1991 to 95.7% in 2014, there has been a concerning decline in student motivation and academic performance. Factors such as a declining birth rate and the COVID-19 pandemic have further challenged the sustainability of this educational landscape. In response, life sciences education has remained pivotal, necessitating innovative approaches to enhance student engagement and learning outcomes, particularly through the implementation of student-centered learning strategies like the flipped classroom model.
The flipped classroom model, which promotes self-paced learning through pre-recorded lectures and interactive online modules, allows for active learning during in-class time. This approach has been shown to foster self-directed learning, critical thinking, and deeper engagement, particularly in STEM education. Engagement is identified as a crucial determinant of learning outcomes, encompassing behavioral, emotional, and cognitive dimensions. Recent studies indicate that technology-enhanced flipped learning environments can significantly boost engagement and motivation. However, challenges such as cognitive overload and disparities in technological access persist, particularly in laboratory-based courses. This study aims to investigate the impact of the flipped classroom model on student engagement and learning outcomes in a life sciences laboratory course, specifically focusing on the “Introduction to Laboratory Mice” course. By addressing key research questions, the study seeks to provide insights into optimizing flipped classroom methodologies, contributing to the literature on interactive learning environments in STEM education.
Methods
The research paper outlines a curriculum designed to enhance student engagement and learning outcomes in a course titled “Introduction to Laboratory Mice.” The course employs a flipped classroom model, integrating theoretical knowledge with practical applications through the use of advanced information technologies. It consists of four main modules:
1. **Declarative Knowledge**: This module introduces students to fundamental concepts in various biological disciplines, including general biology, molecular biology, and pharmacology, ensuring a solid theoretical foundation.
2. **Practical Skills**: Students acquire hands-on experience in handling laboratory mice, learning techniques such as tail vein injection and tumor growth monitoring, using the MITAKA SUPPLY Mimicky® Mouse model.
3. **Integration of Knowledge**: This module emphasizes the application of theoretical and practical skills through the use of platforms like Google Classroom and Kahoot, allowing students to record and assess their procedures without the logistical challenges of using live animals.
4. **Interactive Learning**: The final module focuses on peer assessment and feedback, fostering a reflective learning environment that encourages active student participation.
Overall, the structured approach aims to create a dynamic learning atmosphere that enhances both theoretical understanding and practical competencies among students.
Results
The study investigated the effects of integrating flipped classroom models with advanced IT tools on student engagement and learning outcomes in life sciences education (RQ1). The results indicated that the implementation of flipped learning strategies significantly enhanced students’ behavioral, emotional, and cognitive engagement, which in turn improved knowledge retention and active participation in the learning process.
Additionally, the research assessed the impact of hands-on practice using the MITAKA SUPPLY Mimicky® Mouse model on students’ practical skills and understanding of laboratory techniques (RQ2). The findings demonstrated that the Mimicky Mouse model effectively reinforced students’ hands-on laboratory skills. However, the study noted challenges related to the high student-to-model ratio, which hindered individualized training opportunities.
Discussion
The research paper investigates the effectiveness of interactive learning environments and flipped classroom models in enhancing student engagement and learning outcomes in life sciences education, specifically focusing on the “Introduction to Laboratory Mice” course at National Dong Hwa University. Utilizing a pre-test-post-test quasi-experimental design, the study involved 47 students who engaged with advanced IT tools such as Google Classroom, Kahoot, and the MITAKA SUPPLY Mimicky® Mouse model for hands-on training. The study aimed to assess the impact of these interactive tools on various dimensions of student engagement—behavioral, emotional, and cognitive—and to evaluate improvements in practical skills related to laboratory techniques.
Data collection included attitudinal surveys, video assessments, and peer evaluations, with results indicating significant improvements in both student engagement and learning outcomes. The Student Attitudes toward Life Sciences Subjects (SALS) Scale revealed a notable increase in positive attitudes towards learning, with a significant pre-post difference (t(47) = -10.45, p < 0.001). Additionally, paired-sample t-tests demonstrated a substantial gain in declarative knowledge (t(47) = -9.654, p < 0.001) following the intervention, highlighting the effectiveness of the flipped classroom model. Practical skills assessments through video presentations further reinforced the pedagogical approach, promoting active learning and peer collaboration, ultimately fostering a more interactive and student-centered learning environment.
Limitations
The study presents several limitations that warrant consideration for future research. Firstly, the high student-to-model ratio limited individual hands-on practice, suggesting that subsequent studies should investigate optimal ratios to enhance practical skill acquisition. Additionally, the focus on short-term learning outcomes necessitates longitudinal research to evaluate the long-term retention of skills and knowledge. Concerns regarding digital fatigue and unequal access to technology highlight the need for hybrid learning approaches that effectively integrate both digital and hands-on experiences.
Future research directions include exploring the effectiveness of interactive learning environments and flipped classroom models across diverse educational contexts. Specifically, studies should aim to determine optimal student-to-model ratios for hands-on activities, assess the impact of various interactive technologies on engagement and learning outcomes, and evaluate the long-term effects of creative problem-solving strategies on critical thinking skills. Furthermore, it is essential to consider the diverse needs of students in designing interactive learning environments, ensuring that these settings are inclusive and tailored to address the specific challenges of different educational contexts. Addressing these limitations and directions will enhance the understanding of the scalability and effectiveness of flipped learning methodologies in STEM and biomedical education.