Flipping the classroom binnen de ingenieurswetenschappen

werkvormen
Voorbeeld
Instelling: 
Universiteit Gent

Algemene info

Opleiding: 
Engineering Physics; Materials Engineering; Physics and Astronomy
Opleidingsonderdeel: 
Computational Material Physics
Opleidingsjaar: 
Keuzevak uit de 1e of 2e master
Academiejaar: 
2016 - 2017
Studiepunten: 
6
Contacturen: 
1 uur per lesweek
Aantal studenten: 
20 regulieren studenten, 60 studenten volgen de MOOC
Aantal begeleiders: 
2

Dit vak wordt via flipped classroom aangeboden aan 20 studenten. Internationaal wordt het aangeboden als MOOC (www.compmatphys.org) aan 60 studenten. Er is bij het vormgeven van het vak rekening gehouden met een stijgend aantal studenten in de toekomst.

 

Doelstellingen

Eindcompetenties

  • Een algemene dichtheidsfunctionaaltheoriecode kunnen gebruiken om basiseigenschappen van materialen te voorspellen.
  • De basisconcepten achter dichtheidsfunctionaaltheorie kunnen uitleggen.
  • De betrouwbaarheid van een met dichtheidsfunctionaaltheorie bekomen voorspelling voor een eigenschap van een materiaal kunnen inschatten.
  • Onderzoeksartikelen die dichtheidsfunctionaaltheorie gebruiken kunnen begrijpen en kritisch kunnen beoordelen.
  • Een strategie kunnen formuleren om een materiaalprobleem met dichtheidsfunctionaaltheorie aan te pakken

Leerinhouden

De meest gebruikte methode in dit gebied – dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) – wordt eerst van naderbij bekeken, samen met enkele praktische implementaties ervan. Daarna worden grote stukken basiskennis van de vaste- stoffysica en Materiaalfysica overlopen. Veel hiervan is al in andere vakken aan bod gekomen, maar wordt hier bekeken vanuit een computationele invalshoek. De nadruk ligt op het zelf leren berekenen van eigenschappen van vaste stoffen, aan de hand van een state-of-the-art DFT code, met als motto: "wat je zelf kan uitrekenen, begrijp je beter". Deze
basiskennis wordt zoveel mogelijk gelinkt aan voorbeelden uit de recente onderzoeksliteratuur. Mogelijke thema’s zijn:

  • de oorzaken achter diverse kristalstructuren
  • verband tussen kristalstructuur en eigenschappen voorspellen van elastische eigenschappen van kristallijne materialen
  • berekenen van de invloed van druk en voorspellen van fase-overgangen onder druk
  • berekenen van de invloed van temperatuur en voorspellen van fase-overgangen als functie van temperatuur
  • computationeel voorspellen van fasediagrammen
  • bandenstructuur, en het verband met meetbare eigenschappen
  • begrijpen en voorspellen van magnetische eigenschappen, magnetische fase- overgangen
  • fononen en daarvan afgeleide eigenschappen
  • elektrische en thermische geleidbaarheid
  • dopering van halfgeleiders
  • oppervlakken, korrelgrenzen en onzuiverheden aan oppervlakken en korrelgrenzen
  • multischaalmodellering: de link tussen simulaties op atomair niveau en simulaties op het niveau van de microstructuur
  • de rol van vacatures en hoe deze te simuleren
  • “discovery tools” voor het doelgericht ontwerpen van nieuwe materialen
Werkvormen en leermiddelen

Elke lesweek heeft een vaste structuur: studenten bekijken thuis een reeks video’s (1-2 uur) waarin de leerinhoud van die week wordt aangebracht. Aan elke video is een opdracht gekoppeld. De week wordt afgesloten met een klasmoment waarin moeilijkheden worden besproken die bij die opdrachten naar boven kwamen. Dit wordt ook wel flipped classroom genoemd.

Video met opdracht

Het videomateriaal bestaat uit opgenomen lessen en screencasts die on-line toegankelijk zijn (www.compmatphys.org). Bij een screencast zie je slides en hoor je de docent vertellen, maar de docent komt niet in beeld. Ook de slides uit het videomateriaal zijn online beschikbaar. De docent raadt studenten aan om hierop nota te nemen. Dit vereenvoudigt nadien het opzoeken van relevante videofragmenten.
Bij elke video hoort een (kijk)opdracht. De studenten brengen verslag uit en laden aan het einde van de week hun resultaten op op de elektronische leeromgeving in de vorm van een pdf- bestand. De vragen waar ze mee blijven zitten kunnen ze neerschrijven in een on-line formulier. Het indienen van verslagen en vragen gebeurt 24 uur voor het wekelijkse klasmoment, zodat de docent deze vooraf kan doornemen. Per week krijgen studenten 5 a 15 videofragmenten met bijhorende opdrachten. Het aantal hangt af van de duur van de video en de studielast van de bijhorende opdracht.

Klasmoment

De docent spreekt liever van een “klasmoment” dan van een “les”. De opgestuurde vragen en eigenaardigheden en moeilijkheden die de docent leest in de verslagen worden er besproken. Er worden geen nieuwe leerinhouden aangeboden. De les wordt zowel opgenomen als live gestreamd, (voor reguliere studenten die eenmalig niet naar het klasmoment kunnen komen, of werkstudenten voor wie het klasmoment niet compatibel is met hun werk, en ook voor de vrijwilligers die het vak on-line als MOOC volgen). Tijdens het klasmoment worden soms ook discussievragen gesteld waarop via een on-line stemsysteem (Socrative, GoSoapBox,…) gestemd kan worden, zowel door de aanwezige studenten als door wie live on-line volgt. Er is een assistent aanwezig die een ‘virtual wall’ in het oog houdt waarop on-line volgers live vragen kunnen stellen. Wanneer relevant speelt deze de vragen door aan de docent. Zo worden ook de on-line volgers actief betrokken bij het klasmoment. Nadien blijft de opname van het klasmoment nog een week online beschikbaar. Dit laatste is belangrijk voor (buitenlandse) studenten die via de MOOC het opleidingsonderdeel volgen en door een tijdsverschil de les niet live kunnen volgen.

Project: groepsopdracht

In teams van drie a vier studenten werken ze doorheen de cursus aan een project. Ze bestuderen een materialenprobleem met computationele technieken. Op het einde van het semester dient ieder team een technisch verslag in in de vorm van een tijdschriftartikel en neemt een ‘conferentievoordracht’ van 5 minuten op op video om de resultaten van het werk bekend te maken. Daarin leggen ze het probleem zodanig uit dat een leek het kan begrijpen.

 

Feedback & begeleiding

Bepalen van prioriteiten tijdens het klasmoment

Elke week krijgen studenten een vragenlijst (zie bijlage) die ze moeten invullen. Ze geven daarbij aan hoe goed ze de verschillende leerinhouden van die week menen te begrijpen. Dit bepaalt mede waar de docent tijd aan spendeert tijdens het klasmoment. Deze vragenlijsten vormen tevens een studiehulp voor docenten naar het examen toe.

Bevraging studietijd

De docent bevraagt wekelijks de studietijd (zie bijlage). Dit bleek in het begin vaak hoger te zijn dan voorzien door de docent. In de elektronische leeromgeving staat per video een tijdsindicatie die aangeeft hoe lang de video en opdracht duren. Dit past de docent aan op basis van de feedback van studenten.

Er is een formulier voorzien om technische problemen te melden. De docent krijgt hier melding van en kan het probleem onmiddellijk aanpakken.

Bij de groepsopdracht zijn er twee feedbackmomenten voorzien: na 2 weken en na 5 weken. Iedere groep beschrijft hun stand van zaken op 1 bladzijde. Hier krijgen ze schriftelijk feedback op. Voor het technische gedeelde heeft de docent tussentijdse doelen geformuleerd die bereikt moeten zijn. Feedback die voor alle groepen relevant is, wordt plenair gegeven tijdens het klasmoment van die week.

 

Evaluatievorm

Dit vak bestaat uit:

  • een project (8punten)
  • permanente evaluatie (wekelijkse verslagen) (4 punten)
  • examen (8 punten)

De MOOC-studenten nemen vrijwillig deel, uit interesse. Zij krijgen geen officieel attest, en hoeven dus ook niet geëvalueerd te worden. Studenten van andere Vlaamse universiteiten die de MOOC willen volgen als uitwisselingsvak, moeten dan 1x naar Gent komen voor het gewone examen, samen met de Gentse studenten.

Een student moet slagen voor het project en het examen samen, om te kunnen slagen voor de hele cursus.

Project

De 8 punten voor het project bestaat uit drie scores:

  • 2 punten op peer review van een andere groep
  • 2 punten op peer review binnen de groep
  • 4 punten gegeven door de docent.

Voor de peer review leest elke individuele student twee verslagen en bekijkt twee video’s van andere groepen. Ze schatten ook in of die andere groep beter of slechter scoort dan de eigen groep, en argumenteren waarom.  Elke groep krijgt geanonimiseerd de feedback van de andere studenten op het werk van deze groep te zien.

De peer review binnen de groep wordt enkel door de docent gezien. Daarbij beschrijven ze het groepsfunctioneren en specifiëren de bijdrage van elk groepslid. Ze vertellen ook van zichzelf wat hun bijdrage is. Deze feedback door studenten wordt schriftelijk gegeven.

Beide peer reviews gebeuren via on-line formulieren, waarop ook de richtlijnen staan waarmee ze bij hun antwoorden rekening moeten houden.

Wekelijkse verslagen

Voor het wekelijkse verslag krijgen studenten 20% van de punten. Ze krijgen die punten al meteen van bij dag 1 van het vak. Maar telkens een verslag niet wordt ingediend gaat er 5% af. De score kan niet negatief worden. Het gaat hierbij om het indienen (lees: de geleverde inspanning), en niet om de correctheid van de opdrachten – dit om vrij en ongedwongen leren te stimuleren, fouten maken mag in deze fase van het leerproces.

Examen

Het examen bestaat uit drie luiken: een mondeling gedeelte (5-10 minuten), een schriftelijk gedeelte (3 punten, open boek en open internet) en een groepsdiscussie (3 punten).

Het mondelinge gedeelte toetst de parate basiskennis van studenten. Er is daarom bewust geen schriftelijke voorbereiding voorzien.

Het schriftelijke open boek deel toetst de rekentechnische vaardigheden van studenten. Ze krijgen bijvoorbeeld een gepubliceerd onderzoeksartikel, waarvan ze aan de hand van een tiental richtvragen de correctheid en kwaliteit moeten verifiëren. Er wordt ingediend één uur voor het einde van het examen.

Tijdens het laatste uur van het examen is een groepswerk voorzien. Het examen wordt m.a.w. als een leermoment gezien.  Per drie studenten bespreken ze hun individuele schriftelijke examen. Bedoeling is om na een discussie tot consensus te komen op de vragen en een groepsantwoord te formuleren, dat afzonderlijk gequoteerd wordt.

 

Reflectie

Docenten

Video’s

  • Al het videomateriaal (15uur) met bijhorende opdrachten staat online van bij aanvang van het semester. Dit is een bewuste keuze. Studenten kunnen zo hun tijd managen zoals ze zelf willen.
  • Video’s in de toekomst korter maken. Nu duren ze soms 20 minuten en dit blijkt te lang te zijn. Opdelen in fragmenten van 5 a 6 minuten is het streefdoel van de docent.
  • In eerste instantie gebruikte de docent screencasts. Daarbij zie je de slides en hoor je de stem van de docent. De docent zelf komt niet in beeld. Dit is gemakkelijker op te nemen dan video’s. Bij deze laatste moet je immers ook nog rekening houden met andere factoren zoals kledij die past bij de achtergrond, belichting, etc.

Evaluatie

  • De kwaliteit van de examens verbeterde na het invoeren van flipped classroom. De studenten begrijpen nu echt waar het om gaat.
  • Studenten spenderen veel tijd aan het opleidingsonderdeel doorheen het jaar. Tijdens de examenperiode moeten ze hierdoor minder studietijd steken in dit opleidingsonderdeel.
  • Het groepsluik  binnen de evaluatie waarbij studenten het schriftelijk examen per drie kritisch bespreken zorgt ervoor dat na het examen minder studenten om feedback komen vragen.

Algemene reflecties

  • Het opzetten van een flipped classroom is iets wat gefaseerd gebeurt. Je kan beginnen met 1 hoofdstuk zo aan te bieden en dit op te bouwen door de jaren heen tot meerdere hoofdstukken. Het hoeft m.a.w. niet in één academiejaar te gebeuren.
  • Bewaak de studielast. Voor de introductie van de werkvorm flipped classroom waren er drie contacturen per week. Nu spenderen studenten evenveel tijd aan de cursus maar de tijd wordt anders ingevuld. Naast 1 contactuur zijn studenten 2 uur bezig met het bekijken van videomateriaal en het maken van opdrachten.
  • Het opleidingsonderdeel is zo opgezet dat wanneer het studentenaantal toeneemt de werkvorm blijvend kan gehanteerd worden. Bij 100 studenten bekijkt de docent dan wekelijks een steekproef van 20 verslagen om de belangrijkste problemen te detecteren. Nagaan wie wel of niet ingediend heeft (voor de 20% punten permanente evaluatie) is zonder probleem mogelijk voor grotere studentenaantallen.
  • Het voordeel van een google forum te gebruiken voor het stellen van vragen is dat de docent niet alle verslagen moet doorlezen om de vragen er uit te filteren.
  • Reguliere studenten hebben de vrije keuze of ze naar het klasmoment komen, het synchroon volgen via de livestream, of nadien asynchroon de opname van het klasmoment bekijken. Welke keuze ze maken lijkt erg van de groep in kwestie af te hangen. In ieder geval zorg ik er altijd voor dat iedereen alle informatie kan krijgen, op welke manier je ook deelneemt.

 

Type hoger onderwijs: 
universiteit
Studiegebied: 
wetenschappen en toegepaste wetenschappen
Groepsgrootte: 
5 tot 20
Doelstellingen: 
reflecteren
Leermiddelen: 
digitale leeromgeving
zelfstudiepakket
Werkvormen: 
blended learning
alternatieve organisatievormen
Evaluatievormen: 
mondeling examen
open vragen
openboekexamen
Feedback & begeleiding: 
in groep
random