discovering biological science - john peterspetersj.people.cofc.edu/ccli/labmanualtlns/instructor...

4

Click here to load reader

Upload: docong

Post on 30-May-2018

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Discovering Biological Science - John Peterspetersj.people.cofc.edu/CCLI/LabManualTLNs/Instructor Guide...Discovering Biological Science ... The lab manual provides structured guidance

          

Discovering Biological Science  

Instructor Guide 

 A Laboratory Manual for Introductory Biology  

 By John S. Peters, Ph.D. 

College of Charleston, Department of Biology 

Page 2: Discovering Biological Science - John Peterspetersj.people.cofc.edu/CCLI/LabManualTLNs/Instructor Guide...Discovering Biological Science ... The lab manual provides structured guidance

2

Preface  

Discovering Biological Science was written and adapted to an Issues or Problem Based Learning curriculum which explores complex, relevant and real‐world issues to engage students in the learning process, and motivate them to acquire knowledge necessary to fully understand science‐related civic issues.  In order to give students the tools to make informed decisions, this laboratory experience teaches them not only about key biological processes but also how we know about these processes.  The strength of this laboratory manual lies in 3 areas: 

1. The biological content and themes explored are those that are traditionally covered in the 1st semester of a 2‐semester introductory biology course (water for life, metabolism, cell and molecular biology, genetics, and biotechnology).  It can therefore be easily adapted to most introductory biology courses. 

2. The lab manual provides structured guidance to both the lab instructor and the student.  The Instructor Guide educates instructors in relevant learning theory and provides teaching tips to help instructors effectively facilitate student‐centered inquiry‐based and collaborative learning.  The student Team Lab Notebook (TLN) provides students with the structure they will need to engage in student‐centered inquiry. 

3. The lab curriculum is structured to gradually give students practice with various aspects of science, culminating in a multi‐week team project in which students are engaged in the entire process of proposing, designing, conducting, writing, and presenting a scientific research project of their own design.  Moreover, peer‐review/critique of student research proposals, articles and presentations allows students to experience how the scientific community establishes the validity of scientific knowledge.  In this way students experience not only the power that science has to reveal the workings of the natural world but also the dynamic nature and tentativeness of this knowledge.  It is these aspects of science literacy which will help students to use and evaluate scientific knowledge wisely as they make decisions in their personal, professional and civic lives.   

 The primary audience for this lab manual is undergraduate, non‐science majors, although there is increasingly more evidence to suggest that undergraduate science majors also benefit from this pedagogical approach.  Both the National Science Foundation and the National Science Education Standards published by the National Academy of Science endorse this pedagogical approach.  The standards can be found at: http://www.nap.edu/readingroom/books/nses/  This project was supported by a grant from the National Science Foundation.  More information about this project can be found at: http://petersj.people.cofc.edu/CCLI/CofC_NSF_CCLI_HomePage.html 

Page 3: Discovering Biological Science - John Peterspetersj.people.cofc.edu/CCLI/LabManualTLNs/Instructor Guide...Discovering Biological Science ... The lab manual provides structured guidance

3

To the instructor  

One of the most important goals of this non‐science majors’ course is to help students use and evaluate scientific knowledge to better understand real‐world science related issues which confront them in their personal, professional and civic lives.  The laboratory experience you are about to facilitate will more than likely be quite different from any of your prior science lab experiences.  In traditional labs, the main goal is usually to learn about a scientific phenomenon, or concept.  Although scientific methods are generally used, little emphasis is placed on evaluating scientific knowledge, or the process by which that knowledge was generated.  This is because traditional science labs usually involve following a set of instructions, which guide students through a process of finding out about something, for which “an answer” or outcome is preplanned and already known.  This is more akin to following a cookbook recipe, and like a recipe, is often thought to have failed if the expected results don’t materialize.  This more “cookbook” approach to science labs does little to help students develop literate conceptions of the nature of scientific knowledge (validity, tentativeness, limitations, collaborative nature of research, and factors that influence a scientist’s choice of research topics etc…).  This laboratory experience will expose students to these aspects of science literacy, because of their importance for making informed decisions about science‐related civic issues.  Therefore, a much stronger emphasis will be placed on engaging students in the process of science in both a guided and student‐directed inquiry format.  The differences between these teaching strategies and more traditional approaches are presented in the table below.   

Page 4: Discovering Biological Science - John Peterspetersj.people.cofc.edu/CCLI/LabManualTLNs/Instructor Guide...Discovering Biological Science ... The lab manual provides structured guidance

4

 Table 1.  Features of science laboratories categorized by stage of inquiry and teaching method.  This lab will utilize guided inquiry and follow‐up student‐directed inquiry labs. 

 Stage of Inquiry 

                                                       Guided‐                          Student‐directed Traditional                                   Inquiry                                   Inquiry                                              (Practicing inquiry)                          (Performing inquiry)   

Background research 

Initial content lecture by lab instructor 

Instructor assigns reading on background content. 

Instructor assigns reading; students do some of their own research/team discussion. 

Students decide what background knowledge is required, and what learning resources to use. 

Scientific question Question provided by teacher 

Students sharpen or clarify question 

Students select among questions 

Students pose the question 

Evidence Data given to students and told how to analyze 

Data given to students and students analyze 

Students are directed on how to collect certain data 

Students decide on what evidence to collect and how to collect it. 

Explanations Students told how to formulate. 

Students given several possible ways to formulate 

Teacher coaches students in formulation 

Students formulate 

Connections to concepts 

Students are given connections 

Students guided towards connections 

Students receive minimal coaching 

Independently by student research teams. 

Communication of findings 

Explicitly directed Organized by teacher or lab manual 

Limited coaching by teacher 

Independently by students.  Peer review is stressed. 

 

During the initial stages of the lab, student research teams will explore various stages of inquiry (the process of science) and biological concepts using a more guided inquiry approach.  Students will then build on knowledge obtained from the previous lab(s) to explore biological concepts and science process more deeply through a multi‐week student‐directed inquiry.  Working in research teams, students will identify an aspect of a biological concept they wish to explore further.  Within the context of a manageable framework of lab resources, students work collaboratively to formulate questions, conduct, and analyze experiments of their own design.  Final projects will be peer‐reviewed and presented to the class as both a written article and an oral presentation.  Quality research papers can be submitted to the Journal of Undergraduate Biological Investigations (JUBI) http://petersj.people.cofc.edu/CCLI/JUBI/JUBI.html for publication. In this way students not only learn about key biological processes, but also how we know about these processes and how scientific knowledge is shared and evaluated by the scientific community. The laboratory culminates with several guided problem‐based inquiry labs which explore how scientific knowledge can be used to resolve real‐world issues.