Evidence-based pedagogies in science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education

Abstract

The purpose of this dissertation was to study and document how the adoption ofevidence-based pedagogies (1) transforms the perceptions of STEM faculty and (2) helpsimprove the Underrepresented Minority (URM) engineering students’ skills, interest, andmotivation in STEM fields. I conducted three research studies over a five-year project at a Historically BlackCollege and University (HBCU). In the first study, I employed a mixed-methods research to investigate the perceptions of four STEM faculty members regarding the adoption of evidence-based pedagogies. Findings indicated that the four professor participants enhanced their student-centered teaching approaches, aiming to attract more students toSTEM fields. The purpose of the second study was to explore the effect of Learning by Teaching(LT) instructional strategy on students’ Lifelong Learning (LLL) skills, Engineering Attitudes(EA), and experiences with learning Computer-Aided Design (CAD). The research data were collected from several offerings of an introductory engineering CAD course offered at an HBCU in the United States. The findings highlighted improvements in students’ learning experiences and attitudes toward engineering, both as a career and as a practical, rather than purely theoretical, discipline. In the third study, I examined the impact of implementing an active learning strategy on women engineering students’ learning experiences and skill development in an introductory CAD course. This research focused specifically on the CAD learning experiences of women engineering students at an HBCU. The findings emphasized the positive impact of the active learning strategy on women students' learning experiences, LLL skills, and attitudes toward engineering. Improving STEM faculty's adoption of evidence-based pedagogies enhances students' attitudes and skills in engineering, which, in turn, will strengthen the STEM pipeline. In particular, under represented minority (URM) students and women will benefit from the implementation of student-centered instructional approaches. These efforts will help bridge the socioeconomic gap between minorities and other groups in society.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η διερεύνηση και η τεκμηρίωση του τρόπου με τον οποίο η υιοθέτηση επιστημονικά τεκμηριωμένων παιδαγωγικών προσεγγίσεων στην εκπαίδευση STEM (Φυσικές Επιστήμες, Τεχνολογία, Μηχανική και Μαθηματικά): (α) μετασχηματίζει τις αντιλήψεις των διδασκόντων και (β) συμβάλλει στην ανάπτυξη των δεξιοτήτων, του ενδιαφέροντος και των κινήτρων φοιτητών Μηχανολογίας που προέρχονται από υποεκπροσωπούμενες κοινωνικές και εθνοτικές ομάδες (Underrepresented Minorities – URM). Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο ενός πενταετούς ερευνητικού έργου σε ένα απο τα αρχαιότερα Πανεπιστήμια με μαύρους φοιτητές (Historically Black College and University – HBCU) των Ηνωμένων Πολιτειών και περιλάμβανε τρεις επιμέρους μελέτες. Η πρώτη μελέτη βασίστηκε σε μικτή μεθοδολογική προσέγγιση (mixed methods) και είχε ως στόχο τη διερεύνηση των αντιλήψεων τεσσάρων μελών ΔΕΠ που διδάσκουν γνωστικά αντικείμενα STEM σχετικά με την υιοθέτηση επιστημονικά τεκμηριωμένων παιδαγωγικών προσεγγίσεων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι συμμετέχοντες διδάσκοντες υιοθέτησαν περισσότερο φοιτητοκεντρικές διδακτικές πρακτικές, με σκοπό την ενίσχυση της συμμετοχής και την προσέλκυση μεγαλύτερου αριθμού φοιτητών στους τομείς STEM. Η δεύτερη μελέτη εξέτασε την επίδραση της διδακτικής στρατηγικής **«Μάθηση μέσω Διδασκαλίας»** (Learning by Teaching – LT) στις δεξιότητες Διά Βίου Μάθησης (Lifelong Learning – LLL), στις στάσεις απέναντι στη Μηχανική (Engineering Attitudes – EA), καθώς και στις μαθησιακές εμπειρίες των φοιτητών κατά την εκμάθηση Σχεδίασης με Υπολογιστή (Computer-Aided Design – CAD). Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από διαδοχικά εξάμηνα του εισαγωγικού μαθήματος CAD σε πρωτοέτης φοιτητές Μηχανολογίας του HBCU. Τα ευρήματα ανέδειξαν σημαντική βελτίωση τόσο στις μαθησιακές εμπειρίες των φοιτητών όσο και στις στάσεις τους απέναντι στη Μηχανική, την οποία αντιλαμβάνονταν πλέον περισσότερο ως ένα εφαρμοσμένο επιστημονικό πεδίο και επαγγελματική προοπτική, παρά ως αποκλειστικά θεωρητικό αντικείμενο. Η τρίτη μελέτη επικεντρώθηκε στη διερεύνηση της επίδρασης μιας στρατηγικής ενεργητικής μάθησης στις μαθησιακές εμπειρίες και στην ανάπτυξη δεξιοτήτων γυναικών φοιτητριών Μηχανολογίας που παρακολουθούσαν το ίδιο εισαγωγικό μάθημα CAD. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι η εφαρμογή της στρατηγικής ενεργητικής μάθησης συνέβαλε ουσιαστικά στη βελτίωση των μαθησιακών εμπειριών των φοιτητριών, στην ενίσχυση των δεξιοτήτων Διά Βίου Μάθησης και στη διαμόρφωση θετικότερων στάσεων απέναντι στη Μηχανική. Συνολικά, τα ευρήματα της διατριβής αναδεικνύουν ότι η υιοθέτηση επιστημονικά τεκμηριωμένων, φοιτητοκεντρικών παιδαγωγικών προσεγγίσεων από τους διδάσκοντες των γνωστικών αντικειμένων STEM ενισχύει τις δεξιότητες, τις στάσεις και τα κίνητρα των φοιτητών, συμβάλλοντας στη διεύρυνση και ενδυνάμωση της εκπαιδευτικής και επαγγελματικής διαδρομής προς τους τομείς STEM (STEM pipeline). Ιδιαίτερα σημαντικά είναι τα οφέλη για φοιτητές που ανήκουν σε υποεκπροσωπούμενες κοινωνικές και εθνοτικές ομάδες, καθώς και για τις γυναίκες, καθώς οι φοιτητοκεντρικές διδακτικές πρακτικές προάγουν τη συμμετοχή, την ακαδημαϊκή επιτυχία και την παραμονή τους στα προγράμματα STEM. Κατά συνέπεια, η ευρύτερη εφαρμογή των προσεγγίσεων αυτών μπορεί να συμβάλει ουσιαστικά στη μείωση των εκπαιδευτικών και κοινωνικοοικονομικών ανισοτήτων και στην προώθηση της ισότιμης συμμετοχής στους τομείς των STEM.