Forskningsfrågan i denna studie är hur man strukturerar samverkanslärande så att det förbättrar lösningen av fysikproblem mer än individuellt lärande. Strukturerat samarbete har jämförts med individuella inlärningsmiljöer med Schoenfelds problemlösningsepisoder. Studenterna tog ett förprov och ett efterprov och fick möjlighet att lösa sex fysikproblem. 99 elever från en gymnasieskola i Shanghai deltog i studien. Studenter som lärde sig att lösa problem i samarbete och elever som lärde sig lösa problem individuellt med tips förbättrade sina problemlösningsfärdigheter jämfört med de som lärde sig att lösa problemen individuellt utan tips. Det var dock svårt att urskilja en extra effekt för studenter som arbetade tillsammans med tips-även om vi observerade dessa studenter arbetar på ett mer strukturerat sätt än de i de andra grupperna. Vi diskuterar sätt att ytterligare undersöka effektiva samarbetsprocesser för att lösa fysikproblem. Datorstödd samverkansutbildning (CSCL) har blivit ett lovande verktyg inom vetenskaplig utbildning (Van Boxtel, 2000). Eftersom samverkan är processen för samverkan mellan kamrater för att nå ett gemensamt mål är det mycket viktigt att deltagarna har en tydlig uppfattning om hur man ska nå det gemensamma målet och hur man ska bidra till det som individ. Framgångsrika CSCL strukturerar samarbetsprocessen så att deltagarnas motivation, personligheter, förkunskaper och erfarenheter kombineras i en samordningsgrupp (Johnson & Johnson, 2000; Koschmann, 1996). Mycket forskning om samarbetsproblemlösning med datorer handlar om villkoren för samarbete, såsom gruppstorlek, gruppsammansättning, typ av *korresponderande författare. Europaparlamentets och rådets förordning (EU, Euratom) nr 966/2012 av den 25 oktober 2012 om finansiella regler för unionens allmänna budget och om upphävande av rådets förordning (EG, Euratom) nr 1605/2002 (EUT L 298, 26.10.2012, s. 1). E-post: t.ex.harskamp@rug.nl 1670 E. Harskamp och N. Ding uppgift, eller kommunikationsmedia och deras inverkan på studenternas lärande. Dillenbourg, Baker, Blaye och O'Malley (1996) uttryckte i sin granskning av forskningen behovet av att studera de interaktiva processerna för att avgränsa vilka interaktiva processer som kan orsaka studentinlärning. Mer nyligen forskning i CSCL har visat att frekvensen av uppgiftsrelaterade interaktioner under samverkan ofta är en bra prediktor för läranderesultat för enskilda studenter. Det antas att vissa typer av aktivitetsrelaterade interaktioner med andra leder till att individen aktivt behandlar information, vilket kan förändra individens kunskaper och färdigheter. Detta gäller särskilt när kamrater ger exempel på ett ämne, förklarar ett koncept, demonstrerar en lösningsmetod eller ger specifika argument. Denna typ av verbala interaktioner kallas "arbete". Samarbete mellan studenter är nödvändigt för att lösa ett problem på ett sådant sätt att deltagarna förbättrar sina kunskaper (Avouris, Dimitracopoulou, & Komis, 2002; Van Boxtel, 2000; Webb & Farivar, 1999). Ändå är det svårt att spåra hur strukturering av inlärningsmiljön påverkar stimulansen av utvecklingar mellan studenter och hur detta är relaterat till lärande resultat av individer. Även i strukturerade CSCL-miljöer tenderar eleverna att ägna mycket tid åt ytliga aspekter av uppgiften snarare än åt utarbetanden. Detta kan bero på att studenter i CSCL inte ser alla varandras aktiviteter, som i ansikte mot ansikte samarbete, och känner att de måste hålla kontakten. Därför utforskar vi i den här studien studenternas utveckling i personlig problemlösning och jämför dessa med individuell problemlösning. Vetenskaplig utbildning i skolor över hela världen är allt mer nödvändig för att producera högorder problemlösning (UNESCO, 2004). Eftersom problemlösning handlar om att hitta en lösning på ett problem som är relativt nytt för eleven, innebär det färdighet att analysera ett problem, att tillämpa förkunskaper, att syntetisera olika delar av kunskap, att fatta beslut om hur man ska gå vidare, och att utvärdera de steg som tagits i lösningsprocessen (Polya, 1957). Många forskare har kommit fram till att studenterna kan ha nödvändiga förkunskaper för ett problem men ändå inte kan lösa det (Sfard, Nesher, Streefland, Cobb, & Mason, 1998). Medan en del elever har svårt att relatera rätt förkunskaper till problemet, har andra svårt att analysera ett problem eller utföra lämpliga beräkningar. Baserat på en omfattande genomgång av forskning om problemlösning inom fysiken sammanfattade Maloney (1994) att framgångsrika elevers problemlösningsstrategier åtminstone innehåller medveten kvalitativ analys av ett problem, att göra en skiss av problemet, att upprepa problemet i sina egna ord, och medveten granskning av ekvationer eller teorem som passar problemet. Frågan för lärare är om man ska lära eleverna en steg-för-steg-strategi eller låta dem utforma en strategi på egen hand. Vissa forskare visar att studenterna kommer att dra nytta av en steg-för-steg-strategi för att lösa problem självständigt (Heller, Keith, & Anderson, 1992). Ett exempel på de möjligheter ny teknik ger är det intelligenta handledningsprogrammet för att lösa algebra ordproblem som Conati och Van Lehn (2000) har utformat. Deras program ANDES visar en datahandledare som coachar självförklarande när elever följer lösningen av exempelproblem steg för steg. Programmet har en ganska statisk syn på hur man löser problem och lär problemlösning genom ett förfarande av fasta steg. Men detta förfarande är inte förenligt med genuin problemlösningsaktivitet (Sfard & Kieran, 2001; Wilson, Fernandez, & Hadaway, 1993). I vår studie valdes en fem-episode strategi som utvecklats av Schoenfeld för att lösa matematiska problem på grund av dess lämplighet för att lösa problem i fysik. Enligt Schoenfeld (1992 Schoenfeld (, 1994 man bör inte diktera strikt problemlösning steg men ge studenterna utrymme för utvecklingen av en individuell lösningsstrategi med hjälp av följande avsnitt: • Läs, analysera problemet (analys). • Aktivera relevant kunskap för att lösa problemet (explore). • Gör upp en plan (plan). • Genomföra planen (genomförande). • Kontrollera svaret (verifiera). För att göra studenter medvetna användare av episoderna, Schoenfeld frågade studenter procedurfrågor som: Kan du göra en plan av detta problem? Vad vet du som kan hjälpa dig? Har du gjort upp en plan? Svarade din lösning på frågan? Genom att ställa dessa frågor reflekterar studenterna över deras användning av episoderna och utvecklar självförtroende (Schoenfeld, 1994). Harskamp och Suhre (i pressen) utvecklade ett datorprogram för en matematikkurs med hjälp av avsnitten i Schoenfelds tillvägagångssätt för att hjälpa studenter att lösa tillämpade matematiska problem. De gav tips i datorprogrammet med varje avsnitt. Antydningarna visade eleverna hur de skulle agera i de olika avsnitten. Programmet var ganska framgångsrikt. Pol, Harskamp och Suhre (2005) använde programmet för att stödja nybörjare i att lösa fysikproblem om krafter. Programmet dikterar inte strikta problemlösningssteg och ger studenterna utrymme att utveckla en individuell lösningsstrategi. Tips ges för de fem avsnitten och studenten kan fritt välja tips. Forskningen visade att studenter som hade arbetat med programmet med tips kunde lösa fysikproblem bättre än sina kamrater som gjorde programmet utan tips. I båda tidigare nämnda forskningsprojekt använde studenterna knappast tipsen för att verifiera sina svar och efter provet hade de svårt att verifiera sina svar. Så i dessa projekt förbättrade inte individuell problemlösning med tips elevernas reflektion över problemlösning. Detta kräver särskild uppmärksamhet i instruktionsdesignen (Davis & Linn, 2000). Vi vill ta reda på om samverkan kan förbättra studenternas reflektion kring fysikproblem. För ungefär 15 år sedan visade Blaye, Light, Joiner och Sheldon (1991) att barn som tidigare arbetat som samarbetspar på problemlösning i fysik var dubbelt så framgångsrika på ett kunskapsprov som barn som hade haft samma erfarenhet av att arbeta ensamma. Forskarna drar slutsatsen att studenterna inom en liten grupp som arbetar som ett team tenderar att ägna mer tid åt att reflektera och diskutera den föreslagna lösningen än när studenterna arbetar individuellt. Nelson (1999) föreslår utifrån hennes forskning att om studenterna ofta är engagerade i konstruktiv dialog, deras kunskap om fakta och förfaranden 1672 E. Harskamp och N. Ding kommer att behålla längre och deras problemlösning färdigheter i fysik kommer att förbättras mer än om de lär sig individuellt. Men samverkande lärande kommer att riskera att bli konversationslärande och mindre effektivt än traditionellt lärande om en strukturering av interaktioner saknas. Utan lärarnas närvaro är eleverna benägna att prata och bli mindre orienterade på sin uppgift. På grundval av sin forskning, Erkens, Kanselaar, Prangsma, Jaspers (2003), Pena-Shaff och Nicholls (2004), och Van der Meijden och Veenman (2005) tyder på att struktureringen av de dialoger som studenterna förväntas ha om problemet leder till mer frekventa högre nivå utarbetande och gör processen för kunskapsbyggande i individerna mer effektiv. Genom att strukturera samarbetsprocessen är det nödvändigt att övervinna dödlägen och omdirigera felaktiga lösningsvägar, att underlätta problemlösningsinteraktion för att hålla studenterna engagerade och att föreslå hur studenterna kan ta problemet steg för steg. Studenterna ska hitta den optimala balansen mellan kamratinteraktion och ta expertråd. Vi anser att episoderna i Schoenfelds tillvägagångssätt kan ge förslag på hur man kan dela upp ett problem i delar. Genom att ge exempel med varje avsnitt, kan studenterna ta expertråd och kan omdirigera sig själva om de följer en felaktig lösning väg. Vi har bevis för att detta tillvägagångssätt fungerar för enskilda studenter (Pol et al., 2005). För att få det att fungera för lärande i en grupp behöver vi ett manus som talar om för studenterna hur man upprätthåller en balans mellan kamratinteraktion och expertråd, och hur man kan förändra mellan individuella aktiviteter och kamratinteraktion för att lösa ett problem (Weinberger, Fischer, & Mandl, 2001 ). Ett manus förbättrar inte bara studenternas aktiva deltagande, utan kan också ge kunskapskonvergens: hitta gemensamma kunskaper för att utföra en uppgift och socialt dela kunskap. Kunskapskonvergens mellan kamrater kan uppmuntras genom gemensamma resurser som tips, exempel och representationer (Fischer & Mandl, 2002; Mancini, Hall, Hall, & Stewart, 1998; O'Donnell, 1999 ). Schoenfelds avsnitt med tips kommer att visa studenterna exempel på information på hög nivå som de bör ge som ett resultat av deras utarbetande. Antydningarna ska användas efter att studenterna har diskuterat sina förslag, förkunskaper eller lösningsplaner. Antydningarna ger feedback på deras diskussioner och visar eleverna att de är på rätt spår eller ger studenterna kunskap som de inte kan generera. Under vissa förhållanden kommer samverkande problemlösning att vara effektivare än individuell problemlösning. Studenterna bör veta vad de ska göra och hur de ska arbeta tillsammans: viss strukturering av processen behövs. I tidigare forskning med matematik- och fysikproblem drog forskarna slutsatsen att episoder med tips för att strukturera lösningsprocessen kan förbättra individuell problemlösning. Men hur är det om elever som arbetar tillsammans med ett problem får episoder med tips? Kommer de att förbättra sina problemlösningskunskaper ännu mer? Från tidigare forskning är mycket lite känt om denna fråga. För att undersöka hur effektiva variationerna är i struktureringen av samverkan och individuell problemlösning formuleras tre forskningsfrågor och hypoteser: 1. Förbättrar samverkanslärande utan antydningar elevernas problemlösningslärande jämfört med individuellt lärande utan antydningar? Hypotes 1: Samarbete problemlösning med användning av episoder leder till bättre lärande resultat för individer än individuell problemlösning. 2. Utgångspunkten är följande: Är det individuella lärandet väglett av tips som förbättrar elevernas problemlösningslärande jämfört med lärandet utan tips? Hypotes 2: Individuell problemlösning med användning av episoder och tips leder till bättre lärande resultat för individer än individuell problemlösning endast med episoder. 3. Vad är det som händer? Förbättrar samverkanslärande med tips elevernas problemlösningslärande jämfört med samverkanslärande utan antydningar? Hypotes 3: Samarbete problemlösning med episoder och tips leder till bättre lärande resultat för individer än samverkan problemlösning med endast episoder. Metodologi I detta forskningsprojekt fungerar episoderna av Schoenfelds (1992) förhållningssätt som språngstenar för problemlösning och används för att strukturera studenternas inlärningsprocesser. Vi har utformat fyra villkor: • Ett tillstånd som kräver att studenterna samarbetar kring problemlösning med hjälp av tips (CL+H). • Ett tillstånd som kräver att eleverna samarbetar om problemlösning utan några tips (CL). • Ett tillstånd som kräver att eleverna löser problem individuellt med hjälp av tips (I+H). • Ett tillstånd som kräver att eleverna löser problem individuellt utan några tips (I). Studien genomfördes på en gymnasieskola i Shanghai med ett urval av 99 elever från två klasser i årskurs 11. Skolan rankas bland de fem bästa skolorna i Shanghai. Studenterna i studien är vid 17 års ålder och kommer från familjer med många olika yrken, inkomster och utbildningsnivåer. Av provet var 54,5 % kvinnor (n = 54) och 45,5 % män (n = 45). Studien var en randomiserad gruppdesign med ett förtest och ett efter test. Eleverna i varje klass tilldelades slumpmässigt de fyra villkoren. Studenter i de två samarbetsförhållandena arbetade i dynader. Alla elever försökte lösa samma måttligt strukturerade fysikproblem i flera steg. Vi använde oss av nya kontextproblem som gav studenterna goda möjligheter att läsa och analysera och skulle göra vissa ansträngningar för att knyta an till tidigare fysikkunskaper. Figur 1 illustrerar ett av problemen. Det är ett femstegsproblem och används som exempel för att visa tillståndet "Samarbete med tips". Studenterna var tvungna att arbeta enligt ett manus om de fem avsnitten. Antydningarna som följer med varje avsnitt var på kort och numrerade sekventiellt från 1 till 5. Antydningarna bestod av en text som beskrev huvudämnena i en episod och ett diagram som beskrev problemsituationen. Allteftersom antydningarna gick framåt blev diagrammet mer och mer detaljerat. Vi förväntade oss att denna externa representation skulle bidra till att behålla fokus i diskussionen och vi förväntade oss detaljerna för att hjälpa studenterna att lösa problemen (Jonassen, Peck, & Wilson, 1999). Antydningarna lades upp och ner framför de två eleverna. Det finns inga obevekliga regler med hjälp av tipsen, men eleverna måste först tänka på svaren för att fylla i loggbladet och diskutera dem med varandra innan de använder tipsen. Problemundersökning (läs, analysera). Studenterna är skyldiga att verbalisera problemen för att identifiera den kända och okända informationen om problemet, och bestämma en allmän strategi som är lämplig för denna situation, såsom vilken typ av begrepp och principer kommer att vara användbara för att lösa detta problem. Resultatet av deras diskussion kan bli en grov bild som visar föremålen, deras rörelse och deras riktning. Aktiv kunskap (explore). Studenterna uppmanas att översätta sin skiss till en vetenskaplig beskrivning med ett diagram. I diagrammet definierar de variabler för att beräkna önskade mängder. De skriver ner den formel som kan hjälpa till att lösa problemet. Antydningarna får användas först efter diskussionen. Gör en plan (plan). Efter att ha gjort en vetenskaplig beskrivning uppmanas studenterna att göra en lösningsplan individuellt. Denna plan bör inbegripa stegen i ekvationerna och grova uppskattningar av resultatet. Sedan uppmanas de att sätta ihop sina planer för att jämföra dem. Det är inte nödvändigt att det måste finnas samtycke eller att den ena måste följa den andras plan. Jämförelse av lösningsplanen gör helt enkelt studenterna medvetna om att mer än en lösning är möjlig. De kan använda tipset för att kontrollera om de är på rätt spår eller de kan korrigera sina lösningsplaner om det behövs. Genomförande av planen (genomförande). Studenterna uppmanas att översätta sin egen plan till en serie lämpliga matematiska åtgärder genom att ersätta de numeriska värdena till en formel och att lösa den slutliga ekvationen. De måste regelbundet kontrollera om de uppfyller sina mål och se över planen i enlighet med detta.  Utifrån deras svar uppmuntras studenterna att diskutera sina lösningar. När de har fått samma svar uppmanas de att berätta om sin lösningsprocess och kontrollera om de verkligen har kommit fram till rätt lösning. Om deras svar är annorlunda, bör de avgöra vem som är korrekt eller fullständig. De uppmanas också att fundera över vad de har lärt sig för framtida problem och uppgifter, och vilka strategier som är mer effektiva och som kan antas senare. Till slut fick studenterna ett genomtänkt exempel som den slutliga domaren för sin lösning. Eleverna skrev sin information om de fem avsnitten i ett loggblad (se senare) och utvecklade särskilt verifieringen av sina svar. Både förprovet och eftertestet gavs i öppet frågeformat. Svar på varje episod gavs från 0 poäng (ingen information) till 5 poäng (korrekt och detaljerad information). Studenterna var skyldiga att ge information om fyra avsnitt: analysera, utforska, planera och genomföra. Totalt 20 poäng för varje fråga skulle kunna vinnas. Eftersom elever i både förprov och efterprov ombads att lösa problemen individuellt, togs det sista steget-verifiera lösningen-inte med i beräkningen. Inledning. Före förprovet använde vi en lektion för en introduktionsutbildning. För det första visades elever av alla förhållanden ett videoband. I videobandet löste två studenter ett fysikproblem om krafter samtidigt diskutera sina idéer efter episoder av problemlösning. Vi visade denna video för att se till att alla elever förstod tanken på att arbeta med loggbladen. Därefter fick elever i tillstånd CL+H undervisning med ett provproblem i hur man samarbetar i varje episod med hjälp av tipsen. Studenterna i tillstånd CL fick undervisning med provproblem i hur man samarbetar i varje avsnitt. Under båda samarbetsförhållandena ombads studenterna att lösa ett problem genom att tänka högt och följa avsnitten på sina loggblad. Eleverna i I+H fick instruktioner om hur man använder tipsen med provproblemet. Elever i tillstånd att jag bara gjorde provet problemet. Alla studenter fyllde i ett loggblad och fick provsvaret så att de kunde verifiera sin lösning.
I REF jämfördes tre grupper av elever: de som lärde sig samarbeta i grupper, de som fick tips och de som lärde sig individuellt utan tips.
Structured Collaboration versus Individual Learning in Solving Physics Problems
{'venue': None, 'journal': 'International Journal of Science Education', 'mag_field_of_study': ['Psychology']}