Facultaire projecten onderwijsinnovatie 2019

E-learning module: Introductie tot de statistische programmeertaal R en R/Markdown scripting met automatische beoordeling via Dodona

 

Vakgroep Toegepaste Wiskunde, Informatica en Statistiek

Lieven Clement Lieven.Clement@UGent.be

In de opleidingen aan de universiteit Gent en in deze van de Faculteit Wetenschappen in het bijzonder worden verschillende basiscursussen statistiek ingericht. In een basiscursus statistiek staat het verwerven van kwantitatief en statistisch denken centraal. Essentieel om deze eindcompetentie te bereiken, is dat de studenten zelf data exploreren, eenvoudige data-analyses uitvoeren en de resultaten hiervan interpreteren, rapporteren en documenteren. Hiervoor wordt in de meeste opleidingsonderdelen het open-source statistisch softwarepakket R ingezet. De uitdaging is echter om een goede balans te vinden tussen de focus op statistisch denken en het hands-on uitvoeren van data-analyses. De ervaring heeft ons geleerd dat de nadruk op syntax en coderen, die essentieel is om zelf met data aan de slag te gaan, de focus op de ontwikkeling van het statistisch denken in de weg kan staan. In het kader van de vernieuwende werkvormen waarop de Faculteit Wetenschappen inzet binnen de universiteitsbrede beleidskeuze Activerend Leren, beoogt het onderwijsinnovatieproject een e-module te ontwikkelen die erop is gericht om de statistische programmeertaal R en R/Markdown scripting te introduceren. Dit zal toelaten om tijdens de hoorcolleges en oefeningenzittingen voluit de kaart te trekken van de ontwikkeling van “statistical literacy” en het kaderen van statistiek binnen het onderzoeksdomein van de opleiding. Via de e-module zullen de studenten zelfstandig een interactief leertraject doorlopen waarbij ze de syntax van de statistische programmeertaal R aanleren en eenvoudige R/Markdown scripts leren ontwikkelen voor het reproduceerbaar implementeren en rapporteren van een data-analyse, als voorbereiding op de interactieve werkcolleges van het opleidingsonderdeel. De e-module zal worden gekoppeld aan het intelligent tutoring systeem Dodona dat aan de onderzoeksgroep van Prof. Peter Dawyndt werd ontwikkeld. Dodona zal toelaten om de scripts automatisch te beoordelen en van feedback te voorzien. De docenten statistiek zullen via Dodona de vorderingen van de studenten kunnen opvolgen en deze beoordeling indien gewenst kunnen opnemen in het kader van niet-periodegebonden evaluatie voor het opleidingsonderdeel. Na de ontwikkeling zal de module worden opengesteld voor de volledige universiteit zodat andere lesgevers deze ook in kunnen zetten voor hun opleidingsonderdelen. Bovendien zal het ook mogelijk zijn voor studenten om de e-module later opnieuw te doorlopen indien ze hun kennis van R/Rmarkdown wensen op te frissen voor vervolgcursussen, het bachelorproject of de masterthesis. Tot slot zal de e-module ook worden ingezet in de Master in Statistical Data Analysis en de Master in Bioinformatics bij de intake van studenten, in het kader van Levenslang Leren (IVPW, Alumni, jonge onderzoekers) en zullen studenten en lesgevers van GUGC hier eveneens toegang op hebben. We schatten dat de module via lesgevers binnen de faculteit tussen de 500 en 600 studenten per jaar zal bereiken en universiteitsbreed kan dat makkelijk tot 2000 studenten per jaar oplopen.

Smart code reviews voor (peer) feedback in Dodona

Toegepaste Wiskunde, Informatica en Statistiek (WE02)

Peter Dawyndt (peter.dawyndt@ugent.be) en Bart Mesuere (bart.mesuere@ugent.be), als vertegenwoordigers van de Dodona stuurgroep.

 

Het leerplatform Dodona (dodona.ugent.be) wil studenten op een zo zinvolle en zo effectief mogelijke manier leren programmeren door verschillende computertechnologieën in te zetten om de aangetoonde voordelen van één-op-één en gepersonaliseerde begeleiding te realiseren in contexten waar studenten anders enkel toegang zouden hebben tot één-op-veel begeleiding (bv. hoorcolleges en werkcolleges) of zelfs helemaal geen rechtstreekse begeleiding (bv. zelfstandig werk en huiswerk). Het is een online co-teacher die ontworpen is om elke student toegang te geven tot onderwijs van hoge kwaliteit, met het oog op het steeds verder automatiseren van pedagogische taken zoals het genereren van opdrachten, het selecteren van opdrachten en het genereren van hints en feedback. In het licht van de huidige verschuiving naar modellen voor blended learning, zoekt Dodona naar het exploiteren van de sterktes en de complementariteit van onderwijs aangestuurd door lesgevers, door peers én door intelligente tutoringsystemen. Hiermee helpt Dodona om een leeromgeving te creëren met heel wat voordelen voor studenten op het vlak van actief leren, geïndividualiseerd leren, just-in-time feedback en flexibiliteit in tijd en ruimte. 

Creatieve Oefeningen in het biochemie onderwijs

Vakgroep Biochemie

Bart Devreese (bart.devreese@ugent.be)

Biochemie en Moleculaire Biologie zijn disciplines die gebruik maken van chemische concepten om biologische processen te begrijpen. Fundamentele begrip van de organisatie van de celstructuur, de structuur van biomacromoleculen zoals eiwitten en DNA, enzymatische reacties en metabole processen vereisen het toepassen van chemische concepten zoals pH/pKa, pI, ionizatie, stereochemie, organische functionele groepen, etc…. Deze concepten krijgen studenten mee uit de cursussen chemie en biologie uit het middelbaar onderwijs en uiteraard ook in de basiscursussen algemene en organische chemie in Ba1. Eigen ervaring, maar ook internationale studies (ondermeer Villafane et al. 2011) tonen aan dat veel studenten er niet in slagen om deze fundamentele chemische principes toe te passen in de nieuwe context van biologische structuren en reacties.

Dit project heeft als doel het principe van Creatieve oefeningen (Creative Exercises) te gebruiken om de studenten op een meer actieve manier te begeleiden om hun kennis van chemie toe te passen in een biochemische context (Warfa et al. 2015). Creatieve oefeningen bestaan erin dat de studenten een specifieke open assessment moeten doen rond een bepaald item (het item kan bijvoorbeeld de structuur zijn van een aminozuur). Hierbij moeten de studenten een oplijsting maken van een divers aantal correcte en relevante stellingen die in verband staan met dit item (bv informatie geven over de naam van het aminozuur, de polariteit, de pI, lading, chiraliteit, etc….). Elk van deze stellingen wordt gescoord op basis van correctheid en variatie in de responsen en er wordt ruimte voorzien voor feedback aan de hand van het on-line ter beschikking stellen van mogelijk correcte antwoorden. Een van de grote troeven van deze methode is dat snel getraceerd kan worden welke basisconcepten onvoldoende of foutief worden gepercipieerd door studenten. Dit kan dan via de hoorcolleges worden bijgestuurd. Het tijdsbestek die aan deze zelfstandige oefeningen besteed wordt zal gecompenseerd worden door het verminderen van een aantal hoorcolleges of/en verplichte oefeningenlessen die dan vervangen kunnen worden door feedbackmomenten en vraag/antwoord sessies of forumactiviteiten.

Hoewel deze creatieve oefeningen in de eerste plaats uitgewerkt worden in het kader van een aantal cursussen biochemie (Algemene Biochemie, Biochemie I en II, Biochemie II:metabolisme) heeft dit een opleidingsbreed perspectief. Deze cursussen vormen immers de theoretische grondslag van meer gespecialiseerde cursussen (bv intermoleculaire antilichaam-antigen interacties in de immunologie, structurele biologie, signalisatiecascades in moleculaire celbiologie,…).

Actief leren observeren en communiceren

Vakgroep Biologie

Annemieke Verbeken, mieke.verbeken@ugent.be

 

Nauwkeurig observeren is een must in biologisch-wetenschappelijke disciplines. Observaties leiden tot wetenschappelijke vragen die op hun beurt leiden tot een experimentele opzet om via de wetenschappelijke methode inzichten te krijgen. Die experimentele opzet impliceert weer accurate en eenduidige waarnemingen. Het zal dus niet verbazen dat waarnemingen uitvoeren, zowel in veld als in labo-omstandigheden, zowel met blote oog, als met loupe of (stereo)microscoop, behoren tot de DLR’s van de opleiding Biologie, maar ook tot die van biologische vakken die in andere opleidingen worden gegeven. Binnen veel practica gebeuren macroscopische en microscopische waarnemingen nu vooral op individuele basis waarbij de communicatie veelal beperkt is tot een geschreven en/of getekend verslag, gevolgd door een evaluatie. Het studiemateriaal wordt doorgaans door assistenten verzameld en voorbereid zodat op voorhand gemaakte foto’s kunnen worden geprojecteerd.

     Drie jaar geleden lanceerden we ons piloot-project “Salon du champignon” (zie fotobijlage) met als doel studenten veel actiever te betrekken om zo het leereffect binnen mycologische opleidingsonderdelen van de vakgroep Biologie te vergroten. Onze aanpak wordt bijzonder geapprecieerd door studenten en we slagen hierin doordat we:

(1) een verrijkende en motiverende omgeving creëren door studenten samen te brengen met assistenten, doctoraatstudenten en amateurmycologen. Dit geeft ons wat begeleiding en expertise betreft de nodige draagkracht om studenten de mogelijkheid te geven hun eigen materiaal in te zamelen en te onderzoeken.

(2) studenten én amateurmycologen in groep laten communiceren over hun vondsten en macro/microscopische waarnemingen via live video beelden. Voorlopig gebeurt dit met behulp van onderzoeksapparatuur (epifluorescentie microscoop en camera), maar deze apparatuur is (a) te gespecialiseerd en daardoor niet breed toegankelijk, (b) niet voldoende beschikbaar, en (c) niet verplaatsbaar.

 

Gezien het belang en de meerwaarde van bovenvermelde communicatie in het leerproces, vragen we de faculteit te investeren in (a) makkelijk inzetbare en kwaliteitsvolle camera’s om live projectie van studiemateriaal (zowel macro- als microscopisch) mogelijk te maken en (b) in een mobiel Led-LCD beeldscherm dat toelaat om heldere beelden op hoge resolutie in niet-volledig verduisterde lokalen te kunnen tonen.

Opzet van een Video-Training lab als digitaal service platform in een flipped-classroom setting

Vakgroep Biologie

Tim Deprez – tim.deprez@ugent.be

Algemeen wordt aangenomen dat het gebruik van video-materiaal in een leer-context tal van voordelen heeft. Klassiek wordt hierbij echter vooral op ingezet vanuit een traditionele kennisoverdracht-situatie van leraar naar leerling. Binnen de opleidingen IMBRSea en Oceans and Lakes trachten we studenten steeds meer te engageren tot het zelf maken van video content. Binnen vakken als informatie en data-beheer, binnen stage-opdrachten, summer schools werden recent steeds vaker opdrachten geïntegreerd onder de vorm van digitale leerobjecten. In de praktijk maken studenten dan bijvoorbeeld video-tutorials, mini-documentaires of animaties rond een heel specifieke opdracht. Groot voordeel van dergelijke opdrachten is dat de digitale leerobjecten kunnen dienen als leermaterialen naar collega-studenten toe (peer-learning) of ook kunnen gebruikt worden bij het ontwikkelen van eventuele online cursussen.

In de voorbije jaren werd door de opleiding IMBRSea reeds geïinvesteerd in opname-apparatuur (camera’s, 3D camera’s, tripods, …) die studenten kunnen uitlenen voor het realiseren van hun video-opdrachten. Binnen dit onderwijsinnovatieproject willen we de bestaande tools samenbrengen binnen een video-training lab. Studenten zullen daar materiaal kunnen ontlenen en ook optimaal gebruik kunnen maken van opname- en beeldverwerkings apparatuur. Naast het samenbrengen willen we ook investeren in een aantal extra tools en twee desktop PC’s waarop video materiaal bewerkt kan worden via open-source software.

Het video-training-lab zal finaal een fysieke plek worden waar studenten video-materiaal kunnen uitlenen, waar studenten ondersteuning en advies krijgen voor het maken en editeren van video-materiaal en waar ze ook effectief digitale leerobjecten kunnen maken.

Ondanks het feit dat het video-training-lab in de eerste plaats gericht is op gebruik door studenten, is het uiteraard de bedoeling de faciliteit zo breed mogelijk te laten gebruiken. Docenten kunnen dus potentieel ook gebruik maken van de tools indien deze bijvoorbeeld niet of minder makkelijk beschikbaar zijn via universiteitsbrede gelijkaardige initiatieven. In dit kader werd reeds overleg gepleegd met het DICT Multimedia team. Zij zien dit initiatief als een waardevolle aanvulling op de eigen universiteit-brede ontwikkelingen (vb. Opnamestudio, lesopnames, etc).

Daarnaast is het de bedoeling om dit platform ook aan te wenden als case binnen een Erasmus+ Strategic Partnership project dat in maart 2020 zal ingediend worden. Binnen dit project zullen doctoraatsstudenten kennisclips maken op basis van hun onderzoek en zullen deze clips ingezet worden binnen online cursussen.

Naast een fysieke plaats om video materiaal in de beste omstandigheden te creëren kan het platform ook een aantal video kanalen ter beschikking stellen waarop videomateriaal gemaakt door studenten na kwaliteitscontrole door docenten kan gedeeld worden met een breder publiek. Dergelijke video’s hebben naast hun educatieve waarde ook een hoog communicatiepotentieel.

SmartWater – Water karakteristieken meten aan de hand van Arduino Componenten

Vakgroep Biologie

Tim Deprez – tim.deprez@ugent.be

 

Arduino is een opensource-hardwareplatform dat toelaat om op een eenvoudige manier slimme en creatieve objecten te ontwerpen die kunnen reageren op hun omgeving. Op basis van digitale en analoge inputsignalen die aangeleverd worden vanuit tal van sensoren (bijvoorbeeld lichtsensoren, bewegingsmeters, afstandsmeters, temperatuursensoren) kunnen metingen van de omgeving gebeuren. Daarnaast kunnen ook output signalen gegenereerd worden om bijv. motoren, lampjes, pompjes en beeldschermen aan te sturen. In 2017 werd in het kader van een onderwijsinnovatie project een eerste investering gedaan in verschillende trainingssets die sindsdien meermaal per jaar in verschillende vakken werden gebruikt. Daarnaast werden ook reeds zes ArduinoForMarineScience workshops georganiseerd.

Sinds 2017 werden voor binnen de Arduino-omgeving verschillende nieuwe sensoren ontwikkeld die interessante nieuwe mogelijkheden bieden voor het meten van fysische waterkarakteristieken zoals pH, zuurstofgehalte, …

Binnen dit innovatie project willen we graag inzetten op twee peilers:

  • investeren in een aantal extra modules die ingezet kunnen worden binnen verschillende opleidingsonderdelen waarvoor studenten karakteristieken van water dienen te meten (bv. Experimentele setups voor biologische experimenten, etc.). Voor deze extra modules zal leermateriaal aangemaakt worden (oefeningen, tutorials, korte video’s) die binnen een online leeromgeving beschikbaar gemaakt zullen worden. Finaal zal op basis van het leermateriaal en deze nieuwe probes een workshop ontwikkeld worden met als titel “SmartWater via Arduino”.
  • Uitbouwen van minstens 1 set aan opstellingen die een heel concreet toepassingsdomein hebben. Op basis van Arduino componenten zullen een aantal meettoestellen gebouwd worden die makkelijk inzetbaar zijn binnen practica fysica of chemie. Voorbeelden hiervan zijn temperatuur, licht, luchtdruk metingen. De opstellingen zullen direct toepasbaar zijn binnen de opleidingen en zullen ook als inspiratie kunnen dienen om zelf aan de slag.

Het Arduino platform is door zijn veelzijdigheid en gebruiksvriendelijkheid dus een ideaal platform om te integreren binnen practica in het domein van bijvoorbeeld experimentele ecologie, waar voor de meeste experimentele setups sowieso geen kant en klare oplossing bestaat.