"La "realtà mista" nei corsi pratici di laboratorio
I fenomeni delle scienze naturali possono essere difficili da comprendere a causa della complessità intrinseca e dell'incapacità di percepire cognitivamente i processi e i meccanismi sottostanti. Questo può creare una disconnessione tra la comprensione dell'esperimento da parte dello studente e i fondamenti sottostanti. Inoltre, è importante dare agli studenti l'opportunità di cambiare condizioni e parametri, in modo che possano sperimentare la causalità e costruire l'intuizione. Sebbene le attività pratiche nei corsi di laboratorio aiutino l'apprendimento consentendo un'interazione diretta con questi processi nel mondo reale, questi corsi spesso utilizzano protocolli rigidi e prescritti che non offrono la possibilità di iterare e controllare i parametri e, in definitiva, limitano le capacità di problem solving e di pensiero critico degli studenti. Inoltre, può essere difficile mantenere una distanza fisica sufficiente, come è stato necessario durante la pandemia.
Le piattaforme di apprendimento elettronico individualizzate, come la Mixed Reality (MR), combinano oggetti virtuali ancorati con la realtà, consentendo agli studenti di sperimentare il loro ambiente in modi nuovi, di andare oltre protocolli rigidi e limitati e di fornire loro uno spazio sicuro per esplorare il materiale didattico con conseguenze limitate. Inoltre, nel contesto della pandemia, possono aprire ambienti di apprendimento sicuri che possono essere sperimentati dagli studenti in modo indipendente.
Implementazione del corso durante il periodo di formazione a distanza
Abbiamo sviluppato una nuova applicazione modulare di risonanza magnetica, denominata ALETHA, basata sui principi della scienza dell'apprendimento, come il controllo delle variabili sperimentali, le rappresentazioni multimodali, la gamification e lo scaffolding didattico. La nostra visione è quella di applicare efficacemente questi principi ai corsi di laboratorio tradizionali in un modo nuovo, al fine di migliorare l'apprendimento degli studenti in modo personalizzato. Per iniziare, abbiamo implementato ALETHA in un corso pratico interdisciplinare sulle tecniche di biofabbricazione offerto a studenti con diversi background in scienze biologiche e ingegneria.
In collaborazione con la società di software esterna afca, abbiamo creato l'applicazione ALETHA per gli HoloLens, che consente una progettazione modulare e flessibile dei corsi di laboratorio di risonanza magnetica. ALETHA può essere facilmente adattato ad altri corsi di laboratorio tenuti presso l'ETH grazie al suo portale web di facile utilizzo. Abbiamo utilizzato ALETHA per progettare un corso di laboratorio pratico per insegnare agli studenti come costruire un dispositivo microfluidico. Questo potrebbe essere implementato durante la pandemia, quando l'insegnamento dei corsi di laboratorio sarà nuovamente consentito. L'HoloLens è servito come assistente didattico individuale per ogni studente, consentendogli di imparare e lavorare in modo indipendente, con il supporto, pur essendo fisicamente distanti gli uni dagli altri e dai docenti.
In questo intervento didattico altamente interattivo gli studenti sono immersi nella loro esperienza HoloLense. Per avanzare nel programma, gli studenti devono rispondere a domande che li informano sui compiti successivi. L'app fornisce un supporto passivo continuo, mentre la forma di insegnamento è puramente attiva. Se si risponde correttamente alle domande, il programma avanza e nell'app appare il simbolo di un trofeo raccolto. Se viene selezionata la risposta sbagliata, viene fornita una spiegazione con ulteriori informazioni e suggerimenti e viene data la possibilità di rispondere nuovamente sulla base di questo input, finché non viene scelta la risposta corretta.
Dopo una breve lezione teorica e concettuale da parte del docente, tutti gli elementi didattici successivi sono sincroni, cioè le istruzioni e i concetti vengono visualizzati nel campo visivo mentre vengono eseguiti attivamente. Gli studenti imparano a fabbricare e valutare un dispositivo microfluidico, ma invece di seguire un protocollo rigido, sono guidati attraverso le fasi del processo con domande a cui possono rispondere al proprio ritmo. Possono anche sperimentare le variabili fisiche delle impostazioni del dispositivo microfluidico e testare diverse condizioni in simulazioni sovrapposte digitalmente al dispositivo reale. Il docente è in attesa e aiuta di persona se necessario; gli studenti possono anche comunicare tra loro e con il docente o gli assistenti tecnici direttamente, se lo desiderano. Tutte le comunicazioni al di fuori del corso dal vivo avvengono tramite moodle.
Per la valutazione finale viene utilizzato un quiz con domande relative ai processi testati e ai concetti appresi durante l'uso dell'app. Le domande sono classificate in base al richiamo delle informazioni, alla costruzione dell'intuizione e all'applicazione delle conoscenze. Le risposte inserite nell'app HoloLens possono essere registrate e utilizzate per informare i docenti sulle curve di apprendimento individuali.
Descrizione del corso
Concetto generale del corso prima della pandemia - durante - dopo
Prima della pandemia, gli studenti sono stati invitati ad applicare le loro conoscenze sull'agricoltura sostenibile, sui suoli tropicali e sull'uso del suolo a un caso di studio relativo a un progetto di ricerca in corso del gruppo Agroecosistemi sostenibili. Il seminario offriva già interazioni con ricercatori e specialisti dell'estensione che lavorano nel contesto dello sviluppo agricolo. Nell'autunno 2019, il caso di studio riguardava l'agroforestazione nel Malawi centrale. Il caso di studio era strettamente correlato al progetto di ricerca in corso "Trees for the enhancement of mycorrhizal functioning in lowinput maize cropping systems" di Janina Dierks e sono stati sviluppati materiali di comunicazione scientifica per il
in un contesto rurale del Malawi centrale. Tuttavia, a parte gli scienziati coinvolti nel progetto, gli studenti non hanno interagito con il pubblico principale per il loro materiale di comunicazione. La principale differenza apportata dalla pandemia è stata quella di consentire un dialogo più forte e profondo tra gli studenti e le diverse parti interessate coinvolte nel progetto. Prima della pandemia, i risultati del lavoro di gruppo venivano comunicati alle parti interessate del progetto solo alla fine della lezione.
Nel nuovo formato (durante la pandemia), gli studenti sono stati anche invitati a concentrarsi sui modi per far conoscere a un pubblico più ampio la complessità della scienza. Il seminario ha offerto interazioni continue con ricercatori, ma anche con responsabili di progetti locali, insegnanti, studenti universitari, artisti e altri attori del sistema alimentare. In futuro, nel corso della conferenza verranno esplorati vari sottotemi come il ruolo dell'arte socialmente impegnata, le ecologie politiche e i sistemi alimentari decoloniali. Durante la pandemia, gli studenti sono stati invitati a lavorare concretamente con le parti interessate per assicurarsi che il loro lavoro potesse favorire la diffusione del progetto RUNRES in questo comune. Da una prospettiva transdisciplinare, abbiamo voluto coinvolgere gli studenti anche in una lezione transdisciplinare - co-creando e condividendo la conoscenza con i principali stakeholder del progetto.