Engaging Students in Online Chemistry andBiochemistry Courses

Despite differences in opinions and approaches, online classes are becoming a reality right now

Kalju Kahn, UC Santa Barbara

Pie Chart from: Conflicted: Faculty And Online Education , 2012

A Joint Project of the Babson Survey Research Group and Inside Higher Ed

Challenges in Studying Online

•Online time is associated with leisure, not work

•Online time is associated with multitasking, not focusing

   Idea of an online work

Challenges in Teaching Online

•Engage and motivate

–Interesting material, interactive learning environment

–Reward every learning activity

•Maintain UC quality

–Ensure academic integrity, instructor availability to students, ADA compliancy

•Meaningful testing

–Avoid questions that encourage “hunter-gatherer” approach

•Draw the structure of glucose

–Reformulate questions so that one can’t look up the answer

•Effective implementation

–A broad set of pedagogy and computer skills is crucial

–A robust campus-level support for professional development is needed

•Time and effort

–A high-quality on-line class requires much more time and effort  from everyone involved

Challenges in Content Creation

•A broad set of technical skills is very helpful

Web programming (HTML, JavaScript, PHP)

Programmatic graphic design (Mathematica, PovRay)

Scripting and task automation (Python)

Freehand graphic design (Illustrator, Inkscape)

Image editing (Photoshop, GIMP)

Video editing (Premiere,  Ffmpeg)

Welcome to CHEM W 142A

 On-line learning initiative promoted by the UCSB Summer Sessions

 Technical and pedagogical support by the UCSB Instructional Development

 Core course for majors in the Department of Chemistry and Biochemistry

 Taught by Dr. Kalju Kahn during Summer Session since 2003

 Equivalent to Fall quarter CHEM 142A

 Unique content delivery and assessment strategies

 Implements many recent advances in on-line technologies

 Cost structure similar to a traditional class (instructor +  one TA)

Student Learning Path in CHEM W 142A

Review key concepts from

earlier classes

Acquire new knowledge and

skills in biochemistry

Master problem solving skills

in biochemistry

On-Line Approach to Learning in CHEM W 142A

Textbook Reading

A set of topics

(1 day)

Lecture Slideshow

(HTML + Audio)

Lesson

with GradedQuestions (2 pts)

Graded Quiz: 8 pts

(open for 18 hr)

Glossary

Discussion Preparation

     (Reading, Math …)

Synchronous Discussion

to Earn 4-5 Points

Real-time Quiz (1-2 pts)

(Group activity; 5 min)

Print PDF Slides

On-line open-book midterm

Video proctoring

Tests knowledge

100 pts

In-class closed-book final

Proctoring byinstructor/TA

Tests problem-solving

400 pts

Weekend homework: 20 pts

(Analyze a research paper)

Face-to-face meeting beforeclasses start

Practice Quiz

(technology check)

Course Features: Interactive Lectures

   Follow at your own-pace presentations in two parallel formats

 High-resolution lecture slideshow withmultimedia and links

 Audio and video stream

Course Features: Motivational Lessons

  Follow at your own pace in-depth presentations

    of selected topics with embedded quizzes

 Discusses life and achievements of notable scientists

 General lesson structure consists of topics

    in the main lesson, “Learn more” branches,

    and some questions

 image creation / completion / labeling

 study of interactive molecular models

 chemical structure drawing

 chemical reaction building

 sentence completion

 short essays

 calculations

 interactive graphs

Course Features: Engaging Online Assignments

Automatically graded sentence synthesis

Rich Repertoire of Question Types

Automatically graded image annotation

Rich Repertoire of Online Activities

Free-hand real-time drawing to illustrate key concepts

     (opportunities for peer-to-peer learning)

Rich Repertoire of Question Types

Automatically graded chemical structure drawing

       (w/ ability to recognize wrong answers)

Rich Repertoire of Question Types

Automatically graded short sentence answers

           (instructor still needs to train the computer)

Course Features: Synchronous Discussions

 Students earn points for participation

 Students participate via chat, audio, and screen-sharing

 Instructor leads the discussion; TA grades students

 Discussion topics and discussion preparation available beforehand

 Break-out groups to discuss solution strategies: a real-time quiz

 Works well with groups < 15; this component strongly limits scaling to larger classes

Student Performance in CHEM 142A

Typical open-book quiz scores

Student Performance after CHEM 142A

Concluding Remarks

•Existing technologies allow building interactive andengaging learning environments that adhere toprinciples of UC quality

•Assessment of student learning takes much morethought and work in on-line courses

•Virtual instructor presence and timely, individualized,feedback are important in order to achieve highstudent satisfaction

•Online courses do present challenges to somestudents (e.g. false sense of abilities, lack of self-discipline)

•Online courses offer great professional developmentopportunities for faculty