Avir - Adaptiv vurdering i realfag

Konkrete mål for prosjektet «Avir - Adaptiv vurdering i realfag» er:

• Mål 1. Utvikle og implementere adaptive tester i utvalgte emner i fysikk og kjemi.
• Mål 2. Øke kompetanse om adaptiv vurdering blant undervisere i realfag.
• Mål 3. Utvikle to videreutdanningsemner i fysikk.

Angående Mål 1 «utvikle og implementere adaptive tester i utvalgte emner i fysikk og kjemi», så vil dette gjelde både utvikling av nye tester og tilpasning av eksisterende tester og andre læringsressurser. Tester og læringsressurser er knyttet tett sammen siden en student kan få læringsressurser anbefalt basert på en skår på en serie innledende spørsmål (diagnostisk vurdering). Identifisering og testing av ulike verktøy for adaptiv testing (for eksempel Mastery Paths i Canvas, NUMBAS, H5P) er et viktig første steg i arbeid med utvikling av læringsressursene. Det er mulig at ulike løsninger velges i ulike emner. Det kan for eksempel hende at den mest hensiktsmessige løsningen i et emne som allerede har en stor database med spørsmålsbanker (gjelder flere kjemi-emner som KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi) er annerledes enn den mest hensiktsmessige løsningen i et emne som er helt nytt (som for eksempel videreutdanningsemnene i fysikk som utvikles om del av prosjektet). Flere emner har allerede blitt identifisert for utvikling av adaptive tester: FYS-0100 Generell Fysikk (cirka 50-70 studenter), FYS-1001 Mekanikk (cirka 40-50 studenter), FYS-1010 (forventet cirka 50-70 studenter), KJE-1004 Innføring i uorganisk kjemi (cirka 10 studenter) og muligens også KJE-1001 Introduksjon til kjemi og kjemisk biologi (cirka 250 studenter). Videreutdanningsemner i kjemi vil også trekkes inn i Avir-prosjektet, men selve utviklingsarbeid i disse emnene er ekstern finansiert og dermed ikke del av denne søknaden.

Angående Mål 2 «Øke kompetanse om adaptiv vurdering blant undervisere i realfag», så er det ulike typer kompetanse det kan handle om. Initialt vil det handle om å bygge opp kompetanse om adaptiv vurdering gjennom artikkelseminarer for forskningsgruppen. Dette vil bygge en forståelse for hvordan man bruker det på en pedagogisk måte. Utfallet vil ha stor interesse for et bredt publikum og det vil være viktig å formidle på konferanser og andre egnede arenaer. Videre handler prosjektet om å bygge opp teknisk kompetanse for selve implementeringen.

Angående Mål 3 «Utvikle to videreutdanningsemner i fysikk», så vil det utvikles to videreutdanningsemner som Institutt for fysikk og teknologi mener er viktige bidrag til videreutdanning av lærere. Institutt for kjemi (i samarbeid med Institutt for matematikk og statistikk) har allerede en etablert satsing på videreutdanning av lærere. Institutt for fysikk og teknologi har ikke kommet i gang med slik arbeid, men har identifisert to viktige tema hvor det bør utvikles videreutdanningsmuligheter. Det første er for naturfaglærere. Flere som underviser fellesemnet naturfag har minimalt med fysikk fra utdanningen, som gjør at de har lite grunnlag for flere tema i naturfag. Første del av dette målet vil derfor være å utvikle et fempoengsemne som er ment å dekke fysikken som trengs for naturfag i skolen. Del to vil være utviklingen av et emne på fem studiepoeng innen programmering i fysikk. Programmering har, med de nye læreplanene, blitt en essensiell del av undervisningen i skolen. For å hjelpe med dette har det vært kjørt flere programmeringskurs innen Python. I dette prosjektet vil vi utvikle et emne som bruker Python i grunnleggende fysikk og dermed kan hjelpe lærere med hvordan de kan implementere programmering i undervisningen sin. Siden lærerhverdagen er hektisk og hver lærers hverdag forskjellig vil det være essensielt at emnene er fleksible og digitale. Adaptive tester og vurdering vil være et svært effektivt verktøy i emnene.

Avslutningsvis vil formidling utover forskningsgruppa være en viktig del av prosjektet. Erfaringer og resultater vil deles gjennom konferanser og i andre fora både lokalt og nasjonalt. Like viktig vil ressursene deles nasjonalt dersom hensiktsmessig og mulig.

Studentaktiv undervisning er en rekke undervisningsformer som aktiviserer studentene i læringsprosessen. Effektiv læring krever aktiv prosessering av materialet. Én studentaktiv undervisningsform er omvendt undervisning, hvor ideen er at den mest krevende delen av læringsprosessen skal inn i klasserommet og det minst krevende ut av klasserommet. Omvendt undervisning er i mange tilfeller vist mer effektiv for læring enn tradisjonelle metoder.

De siste årene har det blitt utviklet digitale øvelsestester for studentene i flere ulike begynneremner i fysikk, kjemi og matematikk ved Fakultet for naturvitenskap og teknologi. Disse testene gir studentene anledning til å teste sin kunnskap og øve målrettet med en spesifikk del av pensumet, som oftest per modul som går over 1-2 uker. Studentene får i mange tilfeller ulike spørsmål hver gang de tar testen, som oppfordret til kontinuerlig øvelse. Disse øvelsestestene (ofte i kombinasjon med arbeidskrav) har ført til at en mye større andel av studentene jobber med stoffet gjennom hele semesteret, framfor stort sett før eksamenen. I tillegg bidrar øvelsestestene til en mestringsfølelse og dermed økt motivasjon. 

Øvelsestestene som har blitt utviklet er imidlertid statiske, det vil si at det er et gitt antall spørsmål i samme rekkefølge som hentes fra de samme spørsmålsbankene, uavhengig av studentenes forkunnskaper og aktuelle mestringsnivå. Måten det jobbes med øvelsestester har forbedringspotensial for å imøtekomme en stadig mer heterogen studentgruppe. Innføring av adaptive tester vil kunne effektivisere læringsprosessen for studentene ved at a) studentene mestrer grunnleggende tema på et høyt nok nivå før de presenteres for mer avansert stoff, b) studentene øver på det som er utfordrende for dem og ikke bare det de mestrer godt. Ressursene som utvikles i prosjektet skal brukes i grunnemner, som gjerne har heterogene studentgrupper. De skal også brukes i videreutdanningsemner for lærere. Lærere befinner seg gjerne i svært forskjellige hverdager, med ulike bakgrunner, så en adaptiv tilnærming vil kunne ha stor betydning. For eksempel kunne både en fysikklærer som har mye fysikkunnskap og en naturfaglærer som har lite fysikkunnskap (men som underviser om fysikk som del av naturfag) være interessert i et videreutdanningsemne om programmering i fysikk. Med nye fagplaner er det kompetansemangel på programmering i skolene. Utvikling av videreutdanningsemnene vil være et viktig bidrag i universitetets strategi om attraktive utdanningstilbud tilpasset nærings- og samfunnsliv i nord. Det er også et viktig bidrag innen livslang læring.

I dette prosjektet vil vi utvikle omvendte undervisningsopplegg hvor adaptiv vurdering spiller en sentral rolle. Øvelsestestene som har blitt utviklet i emner som FYS-0100, FYS-1001 og KJE-1001 er en sentral del av et studentaktivt undervisningsopplegg. I emne FYS-1001 for eksempel har testene blitt integrert i et omfattende arbeid med team-basert læring. Det har allerede blitt lignende arbeid med implementasjon av omvendt undervisning i introduksjonsfag i fysikk og kjemi. Adaptive tester er et naturlig neste steg. Ressursene i adaptiv testing vil ligge til grunn for videreutvikling av en fleksibel og studentaktiv undervisning i eksisterende grunnemner. Like viktig er det at slike ressurser lar oss utvikle videreutdanningsemner for lærere. Her er det to emner som er identifisert: 1) fysikk for lærere uten fysikk og 2) programmering i fysikken. Det første er for å bidra til at flere lærere i skolen som underviser naturfag uten fysikkbakgrunn kan få en tryggere faglig base. Det andre er for å bidra til den store omstillingen i skolesystemet hvor programmering innføres på alle nivåer. Emnene vil lages for å være digitale og fleksible slik at de passer en travel lærerhverdag, men også kan brukes av alle andre studenter som ønsker. I slike digitale emner er det spesielt viktig med gode, asynkrone ressurser, slik at undervisningstiden kan brukes til studentaktive aktiviteter og bygging av et godt læringsmiljø.

Utvikling og implementering av adaptive tester i grunnemnene er ment å hjelpe med effektiv læring for studentene. Et annet viktig aspekt er dog at de vil brukes som utgangspunkt for samtaler og jobbing med førsteårsstudenter om læring om læring. I grunnemnene innen fysikk og kjemi brukes det en del tid på å jobbe med studentene rundt effektive læringsstrategier og emnene er lagt opp slik at studentene tar i bruk effektive læringsstrategier. Adaptive tester vil være en naturlig forlengelse i dette arbeidet.

Prosjektet er tiltenkt å vare i to år, med størst aktivitet i det første året. Framdriftsplanen her inneholder milepæler fordelt over fire semestre. Milepælene er koblet til de tre prosjektmålene (M1-M3) og/eller formidling av prosjektresultatene (F).

Etter høstsemesteret 2024:

1. En litteraturliste har blitt satt sammen og seks artikkelseminarer har blitt organisert i forskningsgruppen for realfagsdidaktikk i høyere utdanning, fokusert på adaptiv vurdering og relaterte temaer (M2).
2. Ulike tekniske løsninger for adaptiv testing har blitt prøvd ut og drøftet og tilfredsstillende løsninger har blitt valgt for videre utviklingsarbeid i prosjektet (M1).
3. Emnebeskrivelsene for emnene FYS-6051 Innføring i fysikk for naturfaglærere og FYS-6052 Innføring i programmering i fysikk har blitt sendt til godkjenning ved fakultetet (M3).
4. En prosjektbeskrivelse for bachelor- eller masterprosjekt har blitt skrevet og utlyst til aktuelle studentgrupper (M2).
5. Et sammendrag har blitt sendt inn til MNT-konferansen 2025 for å rapportere om prosjektet (F).

Etter vårsemesteret 2025:

1. Spørsmålsbanker har blitt utviklet og testet for passende læringsmål i FYS-0100, FYS-6051 og minst ett kjemi-emne (M1). Relevante fagpersoner vil bli inkludert for kompetansebygging (M2)
2. Framgang i prosjektet har blitt presentert og diskutert i forskningsgruppen for realfagdidaktikk i høyere utdanning for kompetanseheving og kvalitetssikring (M2).
3. Emnet FYS-6051 har blitt utlyst og annonsert i relevante miljøer (M3).
4. Bakgrunn for prosjektet og midlertidige prosjektresultater har blitt presenter på MNT-konferansen 2025 i Trondheim (M2 & F).

Etter høstsemester 2025:

1. Spørsmålsbanker har blitt utviklet og testet for passende læringsmål i FYS-6052 og minst ett kjemi-emne (M1).
2. Emnet FYS-6051 Innføring i fysikk for naturfaglærere har blitt gjennomført og evaluert med fokus på de adaptive læringsressursene (M3). Resultatene fra evalueringen har blitt drøftet i fagmiljøet for kompetansebygging og videreutvikling av læringsressursene (M1 & M2).
3. Emnet FYS-6052 har blitt utlyst og annonsert i relevante miljøer (M3).
4. Konferansebidraget til MNT-konferansen har blitt utarbeidet til en full artikkel og sendt til fagfellevurdering i et egnet tidsskrift (F).

Etter vårsemesteret 2026:

1. Emnet FYS-6051 Innføring i fysikk for naturfaglærere har blitt gjennomført og evaluert med fokus på de adaptive læringsressursene (M3). Resultatene fra evalueringen har blitt drøftet i fagmiljøet for kompetansebygging og videreutvikling av læringsressursene (M1 & M2).
2. Erfaringene fra prosjektet har blitt delt på UiT sin utdanningskvalitetskonferanse MOKTA (M2 & F).

Prosjektet starter opp høsten 2024. Foreløpige resultater kommer etter hvert!