Doctor of Philosophy / Department of Mathematics / Andrew G. Bennett / "Just In Time Teaching" (JiTT) is a teaching practice that utilizes web based technology to collect information about students' background knowledge prior to attending lecture. Traditionally, students answer either multiple choice, short answer, or brief essay questions outside of class; based on student responses, instructors adjust their lectures "just-in-time." In this study, modified JiTT techniques in the form of online review modules were applied to a first semester calculus course at a large midwestern state university during the spring 2012 term. The review modules covered algebra concepts and skills relevant to the new material presented in calculus lecture (the "just-in-time" adjustment of the calculus lectures was not implemented in this teaching experiment). The reviews were part of the course grade. Instead of being administered purely "just-in-time," the reviews were assigned ahead of time as part of the online homework component of Calculus-I. While previous studies have investigated the use of traditional JiTT techniques in math courses and reported student satisfaction with such teaching tools, these studies have not addressed gains in student achievement with respect to specific calculus topics. The goal of this study was to investigate the latter, and to determine whether timing of the reviews plays a role in bettering student performance. Student progress on weekly Calculus-I online assignments was tracked in spring of 2012 and compared to student scores from weekly Calculus-I online assignments from spring 2011, when modified JiTT instruction was not available. For select Calculus-I online assignments during the spring 2012 term, we discovered that the review modules significantly increased the number of students receiving perfect scores, even when the reviews were not purely administered ``just-in-time." Analysis of performance, success of review assignments, and future implications are also discussed.

Många studier har genom åren visat på effektiviteten av aktiva lärmetoder hos studenter på universitet och senare även i undervisning av små barn. Effekten av dessa metoder på högstadieungdomar är däremot inte väl kända. Genom nyckelordssökningar fanns tio studier som mötte kriterierna a) en experimentbaserad studie, b) inom naturvetenskapsundervisning, c) för högstadieåldern eller motsvarande och d) en av metoderna; Problembaserat lärande, Peer Instruction, Just-in-time Teaching eller Flippat klassrum. Studiernas resultat undersöktes för att identifiera metodernas effekter och dessa analyserades sedan med bakgrund i sociokulturell utvecklingsteori. Tre huvudsakliga effekter av aktiva lärmetoder identifierades: förbättrade akademiska resultat, utveckling av kognitiva förmågor och ökat engagemang. Dessa effekters implikationer för svensk skola diskuterades, och förslag har getts på fortsatta forskningsmöjligheter.

O objetivo deste trabalho é o ensino de ondulatória através de uma metodologia ativa de ensino que permita aos estudantes se engajarem com a própria aprendizagem. Para atingir esse objetivo, foi desenvolvida uma sequência didática que originou um produto educacional aplicável em aulas de Física no ensino médio. A metodologia implementada integrou os métodos ativos Instrução pelos Colegas (Peer Instruction) e Ensino sob Medida (Just-in-time Teaching), buscando o envolvimento cognitivo dos alunos. Além desses métodos, a sequência didática incluiu uma atividade experimental com espectrógrafo de baixo custo, atividades de resolução de problemas e dois debates, sobre o uso de câmara de bronzeamento artificial e a instalação de usina de fissão nuclear. O suporte teórico da metodologia foi a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud. As aulas foram estruturadas a partir de questões norteadoras com potencial de se tornarem situações-problema para os alunos. O produto educacional contém tarefas de leitura (com textos e questões sobre os textos), uma lista de testes conceituais, listas de problemas quantitativos, um modelo de minirrelatório e um opinário. As 21 aulas dessa proposta foram desenvolvidas com duas turmas de segundo ano do ensino médio, da rede privada de ensino, na cidade de Joaçaba, Santa Catarina. As atividades propostas foram realizadas com êxito. As respostas dos estudantes permitiram concluir que houve aprendizagem durante a aplicação da metodologia. Os resultados do opinário mostraram que houve boa receptividade à proposta de trabalho pela maioria dos estudantes que consideraram metodologia melhor para seu aprendizado do que os métodos tradicionais de ensino. / The main goal of this work is to teach waves through an active learning methodology that engages cognitively the students with their own learning. To achieve this goal, a didactic sequence was developed as an educational product to be used in high school physics classes. The present approach integrated two active learning methods - Peer Instruction and Just-in-Time Teaching - aiming to get more student engagement. In addition to these methods, other kinds of activities were included: an experimental activity with low cost spectrograph, problem solving and debates about tanning beds and nuclear plants. The Vergnaud’s Theory of Conceptual Fields supports this work. The lessons were organized around leading questions, which could turn out to be problem-situations to be solved by the students. The educational product contains a set of reading assignments, including texts and tasks, concept tests, problems list, a small report template and a questionnaire to gather the students’ opinions about the methodology. Twenty one lessons were applied to two classes for high school students at a private school in a Brazilian city (Joaçaba, in Santa Catarina). The results revealed the applicability of this teaching proposal. Answers given by the students showed that the learning was successfully achieved during the use of this methodology. The students´ evaluation was very positive. They considered this methodology more efficient for their learning than traditional teaching methods.

Este trabalho teve como objetivo elaborar uma unidade didática em nível de Ensino Médio sobre conceitos fundamentais de Eletromagnetismo, adequada para utilização com os métodos de ensino-aprendizagem Ensino sob Medida e Instrução pelos Colegas e implementá-la em uma turma do quarto semestre do Ensino Médio de uma escola pública de Pelotas-RS. O material desenvolvido e a escolha dos métodos de ensino foram subsidiados pelos aportes teóricos fornecidos pela Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel e pela teoria Sociointeracionista de Vygotsky. As aulas foram estruturadas em 12 encontros de uma hora e trinta minutos cada um, sendo que sete desses encontros foram destinados à aprendizagem conceitual via os métodos Ensino sob Medida e Instrução pelos Colegas, três encontros para resolução de problemas numéricos tradicionais e dois encontros para aplicação do teste inicial/final. A análise dos resultados relativos a desempenho demonstra que a turma, composta por 30 alunos, obteve um ganho de aprendizagem estatisticamente significativo. Uma análise qualitativa sobre a receptividade dos alunos aos métodos de ensino apresenta resultados bastante positivos. Para o desenvolvimento da proposta foram elaborados textos de apoio, vídeos, questões conceituais e questões numéricas, um teste conceitual, um minidocumentário e um questionário de avaliação da aplicação dos métodos, que integram o produto educacional resultante deste mestrado. / This work aimed to develop a high school level didactical unit about fundamental concepts of Electromagnetism, suitable for use with two physics education research-based methods: Just-in-Time Teaching and Peer Instruction. Our proposal was implemented in a fourth semester class of a public high school, at a Brazilian city (Pelotas, Rio Grande do Sul). The teaching methods were chosen, as well the elaboration of instructional materials, based on the main principles of Ausubel´s meaningful learning theory and on Vygotsky’s social interaction theory. The didactical unit was organized in 12 meetings of one hour and thirty minutes each. Seven of these meetings were intended for conceptual learning via Just-in-Time Teaching and Peer Instruction; three meetings, to solve traditional problems and two meetings for application of a pre/post-test. The performance analysis of the 30 students enrolled in the course shows that they achieved statistically significant learning gains. A qualitative analysis of the student’s receptivity to the teaching methods showed very positive results. The instructional materials are composed of texts, videos, conceptual and numerical questions, a pre/post-test, a short documentary and a questionnaire for evaluating the application of the methods. All of these constitute the educational product resulting from this Master dissertation.

O objetivo deste trabalho é o ensino de ondulatória através de uma metodologia ativa de ensino que permita aos estudantes se engajarem com a própria aprendizagem. Para atingir esse objetivo, foi desenvolvida uma sequência didática que originou um produto educacional aplicável em aulas de Física no ensino médio. A metodologia implementada integrou os métodos ativos Instrução pelos Colegas (Peer Instruction) e Ensino sob Medida (Just-in-time Teaching), buscando o envolvimento cognitivo dos alunos. Além desses métodos, a sequência didática incluiu uma atividade experimental com espectrógrafo de baixo custo, atividades de resolução de problemas e dois debates, sobre o uso de câmara de bronzeamento artificial e a instalação de usina de fissão nuclear. O suporte teórico da metodologia foi a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud. As aulas foram estruturadas a partir de questões norteadoras com potencial de se tornarem situações-problema para os alunos. O produto educacional contém tarefas de leitura (com textos e questões sobre os textos), uma lista de testes conceituais, listas de problemas quantitativos, um modelo de minirrelatório e um opinário. As 21 aulas dessa proposta foram desenvolvidas com duas turmas de segundo ano do ensino médio, da rede privada de ensino, na cidade de Joaçaba, Santa Catarina. As atividades propostas foram realizadas com êxito. As respostas dos estudantes permitiram concluir que houve aprendizagem durante a aplicação da metodologia. Os resultados do opinário mostraram que houve boa receptividade à proposta de trabalho pela maioria dos estudantes que consideraram metodologia melhor para seu aprendizado do que os métodos tradicionais de ensino. / The main goal of this work is to teach waves through an active learning methodology that engages cognitively the students with their own learning. To achieve this goal, a didactic sequence was developed as an educational product to be used in high school physics classes. The present approach integrated two active learning methods - Peer Instruction and Just-in-Time Teaching - aiming to get more student engagement. In addition to these methods, other kinds of activities were included: an experimental activity with low cost spectrograph, problem solving and debates about tanning beds and nuclear plants. The Vergnaud’s Theory of Conceptual Fields supports this work. The lessons were organized around leading questions, which could turn out to be problem-situations to be solved by the students. The educational product contains a set of reading assignments, including texts and tasks, concept tests, problems list, a small report template and a questionnaire to gather the students’ opinions about the methodology. Twenty one lessons were applied to two classes for high school students at a private school in a Brazilian city (Joaçaba, in Santa Catarina). The results revealed the applicability of this teaching proposal. Answers given by the students showed that the learning was successfully achieved during the use of this methodology. The students´ evaluation was very positive. They considered this methodology more efficient for their learning than traditional teaching methods.

Doctor of Philosophy / Curriculum and Instruction Programs / N. Sanjay Rebello / Regardless of discipline, a decades-long battle has ensued within nearly every classroom in higher education: instructors getting students to come to class prepared to learn. In response to this clash between teacher expectations and frequent student neglect, a group of four physics education researchers developed a reformed instructional strategy called Just-in-Time Teaching (JiTT). This dissertation investigates the following three areas: 1) the fidelity with which undergraduate physics instructors implement JiTT, 2) whether student performance predicts student perception of their instructor’s fidelity of JiTT implementation, and 3) whether student perception of their instructor’s fidelity of JiTT implementation correlates with student views of their physics course. A blend of quantitative data (e.g., students grades, inventory scores, and questionnaire responses) are integrated with qualitative data (e.g., individual faculty interviews, student focus group discussions, and classroom observations). This study revealed no statistically significant relationship between instructors who spent time on a predefined JiTT critical component and their designation as a JiTT user or non-user. While JiTT users implemented the pedagogy in accordance with the creators’ intended ideal vision, many also had trouble reconciling personal concerns about their role as a JiTT adopter and the anticipated demand of the innovation. I recommend that this population of faculty members can serve as a JiTT model for other courses, disciplines, and/or institutions. Student performance was not a predictor of student perception instructor fidelity of JiTT implementation. Additionally, the majority of students in this study reported they read their textbook prior to class and that JiTT assignments helped them prepare for in-class learning. I found evidence that exposure to the JiTT strategy may correlate with a more favorable student view of their physics course. Finally, according to students, favorable JiTT implementation occurred when instructors reviewed all questions contained within the JiTT assignment during class and when instructors clearly connected JiTT questions to the textbook reading, lesson discussion, and other assignments. The impact of this work rests in its possibility to set the stage for future education studies on the fidelity of implementation of other research-based instructional strategies in various disciplines and how they affect student performance and perceptions.

O objetivo deste trabalho é o ensino de ondulatória através de uma metodologia ativa de ensino que permita aos estudantes se engajarem com a própria aprendizagem. Para atingir esse objetivo, foi desenvolvida uma sequência didática que originou um produto educacional aplicável em aulas de Física no ensino médio. A metodologia implementada integrou os métodos ativos Instrução pelos Colegas (Peer Instruction) e Ensino sob Medida (Just-in-time Teaching), buscando o envolvimento cognitivo dos alunos. Além desses métodos, a sequência didática incluiu uma atividade experimental com espectrógrafo de baixo custo, atividades de resolução de problemas e dois debates, sobre o uso de câmara de bronzeamento artificial e a instalação de usina de fissão nuclear. O suporte teórico da metodologia foi a Teoria dos Campos Conceituais de Vergnaud. As aulas foram estruturadas a partir de questões norteadoras com potencial de se tornarem situações-problema para os alunos. O produto educacional contém tarefas de leitura (com textos e questões sobre os textos), uma lista de testes conceituais, listas de problemas quantitativos, um modelo de minirrelatório e um opinário. As 21 aulas dessa proposta foram desenvolvidas com duas turmas de segundo ano do ensino médio, da rede privada de ensino, na cidade de Joaçaba, Santa Catarina. As atividades propostas foram realizadas com êxito. As respostas dos estudantes permitiram concluir que houve aprendizagem durante a aplicação da metodologia. Os resultados do opinário mostraram que houve boa receptividade à proposta de trabalho pela maioria dos estudantes que consideraram metodologia melhor para seu aprendizado do que os métodos tradicionais de ensino. / The main goal of this work is to teach waves through an active learning methodology that engages cognitively the students with their own learning. To achieve this goal, a didactic sequence was developed as an educational product to be used in high school physics classes. The present approach integrated two active learning methods - Peer Instruction and Just-in-Time Teaching - aiming to get more student engagement. In addition to these methods, other kinds of activities were included: an experimental activity with low cost spectrograph, problem solving and debates about tanning beds and nuclear plants. The Vergnaud’s Theory of Conceptual Fields supports this work. The lessons were organized around leading questions, which could turn out to be problem-situations to be solved by the students. The educational product contains a set of reading assignments, including texts and tasks, concept tests, problems list, a small report template and a questionnaire to gather the students’ opinions about the methodology. Twenty one lessons were applied to two classes for high school students at a private school in a Brazilian city (Joaçaba, in Santa Catarina). The results revealed the applicability of this teaching proposal. Answers given by the students showed that the learning was successfully achieved during the use of this methodology. The students´ evaluation was very positive. They considered this methodology more efficient for their learning than traditional teaching methods.

Este trabalho teve como objetivo elaborar uma unidade didática em nível de Ensino Médio sobre conceitos fundamentais de Eletromagnetismo, adequada para utilização com os métodos de ensino-aprendizagem Ensino sob Medida e Instrução pelos Colegas e implementá-la em uma turma do quarto semestre do Ensino Médio de uma escola pública de Pelotas-RS. O material desenvolvido e a escolha dos métodos de ensino foram subsidiados pelos aportes teóricos fornecidos pela Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel e pela teoria Sociointeracionista de Vygotsky. As aulas foram estruturadas em 12 encontros de uma hora e trinta minutos cada um, sendo que sete desses encontros foram destinados à aprendizagem conceitual via os métodos Ensino sob Medida e Instrução pelos Colegas, três encontros para resolução de problemas numéricos tradicionais e dois encontros para aplicação do teste inicial/final. A análise dos resultados relativos a desempenho demonstra que a turma, composta por 30 alunos, obteve um ganho de aprendizagem estatisticamente significativo. Uma análise qualitativa sobre a receptividade dos alunos aos métodos de ensino apresenta resultados bastante positivos. Para o desenvolvimento da proposta foram elaborados textos de apoio, vídeos, questões conceituais e questões numéricas, um teste conceitual, um minidocumentário e um questionário de avaliação da aplicação dos métodos, que integram o produto educacional resultante deste mestrado. / This work aimed to develop a high school level didactical unit about fundamental concepts of Electromagnetism, suitable for use with two physics education research-based methods: Just-in-Time Teaching and Peer Instruction. Our proposal was implemented in a fourth semester class of a public high school, at a Brazilian city (Pelotas, Rio Grande do Sul). The teaching methods were chosen, as well the elaboration of instructional materials, based on the main principles of Ausubel´s meaningful learning theory and on Vygotsky’s social interaction theory. The didactical unit was organized in 12 meetings of one hour and thirty minutes each. Seven of these meetings were intended for conceptual learning via Just-in-Time Teaching and Peer Instruction; three meetings, to solve traditional problems and two meetings for application of a pre/post-test. The performance analysis of the 30 students enrolled in the course shows that they achieved statistically significant learning gains. A qualitative analysis of the student’s receptivity to the teaching methods showed very positive results. The instructional materials are composed of texts, videos, conceptual and numerical questions, a pre/post-test, a short documentary and a questionnaire for evaluating the application of the methods. All of these constitute the educational product resulting from this Master dissertation.

Este trabalho teve como objetivo elaborar uma unidade didática em nível de Ensino Médio sobre conceitos fundamentais de Eletromagnetismo, adequada para utilização com os métodos de ensino-aprendizagem Ensino sob Medida e Instrução pelos Colegas e implementá-la em uma turma do quarto semestre do Ensino Médio de uma escola pública de Pelotas-RS. O material desenvolvido e a escolha dos métodos de ensino foram subsidiados pelos aportes teóricos fornecidos pela Teoria da Aprendizagem Significativa de Ausubel e pela teoria Sociointeracionista de Vygotsky. As aulas foram estruturadas em 12 encontros de uma hora e trinta minutos cada um, sendo que sete desses encontros foram destinados à aprendizagem conceitual via os métodos Ensino sob Medida e Instrução pelos Colegas, três encontros para resolução de problemas numéricos tradicionais e dois encontros para aplicação do teste inicial/final. A análise dos resultados relativos a desempenho demonstra que a turma, composta por 30 alunos, obteve um ganho de aprendizagem estatisticamente significativo. Uma análise qualitativa sobre a receptividade dos alunos aos métodos de ensino apresenta resultados bastante positivos. Para o desenvolvimento da proposta foram elaborados textos de apoio, vídeos, questões conceituais e questões numéricas, um teste conceitual, um minidocumentário e um questionário de avaliação da aplicação dos métodos, que integram o produto educacional resultante deste mestrado. / This work aimed to develop a high school level didactical unit about fundamental concepts of Electromagnetism, suitable for use with two physics education research-based methods: Just-in-Time Teaching and Peer Instruction. Our proposal was implemented in a fourth semester class of a public high school, at a Brazilian city (Pelotas, Rio Grande do Sul). The teaching methods were chosen, as well the elaboration of instructional materials, based on the main principles of Ausubel´s meaningful learning theory and on Vygotsky’s social interaction theory. The didactical unit was organized in 12 meetings of one hour and thirty minutes each. Seven of these meetings were intended for conceptual learning via Just-in-Time Teaching and Peer Instruction; three meetings, to solve traditional problems and two meetings for application of a pre/post-test. The performance analysis of the 30 students enrolled in the course shows that they achieved statistically significant learning gains. A qualitative analysis of the student’s receptivity to the teaching methods showed very positive results. The instructional materials are composed of texts, videos, conceptual and numerical questions, a pre/post-test, a short documentary and a questionnaire for evaluating the application of the methods. All of these constitute the educational product resulting from this Master dissertation.

Orientador: Profa. Dra. Leticie Mendonça Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física - MNPEF, 2016. / Este trabalho consiste na aplicação de dois métodos ainda pouco usados no ambiente escolar brasileiro, o Ensino sob Medida (EsM) e o Instrução pelos Colegas (IpC). Baseando-se nas teorias de aprendizagem significativa de Ausubel e sociointeracionista de Vygotsky, propomos um material educacional para o ensino de conteúdos de Óptica e Mecânica para o Ensino Médio. A proposta foi aplicada em estudantes do primeiro ano do Ensino Médio do Colégio Santo Antônio de Lisboa, localizado na cidade de São Paulo. No contexto do EsM, o aluno teve como tarefa, antes da aula expositiva, a leitura de textos e a resolução de questões conceituais sobre o tema em estudo. Essas questões foram feitas com o uso do googleforms, uma ferramenta gratuita disponibilizada pelo Google. Com as respostas enviadas pelos alunos ao professor, este elaborou o material didático da aula expositiva, dando particular atenção às dúvidas e dificuldades manifestadas pelos alunos nos formulários. Após a aula expositiva, a turma realizava uma atividade, ainda relacionada ao tema em estudo, que promovia a participação mais ativa dos alunos no processo de ensino-aprendizagem. Com o auxílio da ferramenta Plickers, foram propostas questões de múltipla escolha e o aluno votava compulsoriamente na alternativa que julgasse correta com uma espécie de QR-Code pessoal que lhe garantia o anonimato. Dependendo do índice de acertos, a votação era repetida após os alunos, organizados em grupos, discutirem a questão. Ao final os alunos foram solicitados a responderem a um formulário de avaliação geral sobre a metodologia empregada. O produto desenvolvido neste trabalho compreende um tutorial de como utilizar a ferramenta Plickers. As análises qualitativa e quantitativa das aplicações indicam uma progressão no aprendizado dos alunos e revelam que a metodologia proposta contribuiu para promover uma maior participação e engajamento dos alunos no processo de ensino-aprendizagem. / This dissertation involves the application of two methods still poorly employed in Brazilian school environment, the Just-in-Time Teaching (JiTT) and the Peer Instruction (PI) methods. Based on Ausubel's Meaningful Learning Theory and Vygotsky¿s Sociointeracionist Theory, we propose an educational material to teach Optics and Mechanics contents in High School level. The proposal was conducted in first year high school classes at Colégio Santo Antonio de Lisboa, located in São Paulo city. Within the context of the JiTT, the student had text readings and resolution of conceptual questions about the matter of study as tasks prior to the lecture. These issues were made using googleforms, a free tool provided by Google. Based on the answers provided by the students, the teacher produced the courseware of the lecture, giving particular attention to the doubts and difficulties manifested by students in the forms. After the lecture, the group performed an activity, also related to the matter of study, which increased the active participation of students in the teaching-learning process. With the help of Plickers tool, it was proposed multiple-choice conceptual questions and the student voted compulsory in the alternative considered correct with a kind of personal QR-Code, which assures anonymity. Depending on the hit rate, the vote was repeated after the students have discussed the issue organized in groups. At the end, the students answered one general evaluation form concerning the methodology employed. The product developed in this work includes a tutorial on how to use the Plickers tool. Qualitative and quantitative analysis of the applications indicate a progression in student learning and show that the proposed methodology helped to improve the participation and engagement of students in the teaching-learning process.