Innovative teaching and evidence-based cross-cutting principles: Support from educational neuroscience and meta-analyses

Over the last century, education based on inherited, experienced, and transmitted best practices has given way to pedagogy with descriptive experimental research approaches. To date, "critical realism" or "interpretivism" is the most commonly used path in educational research. As a result, the approach is to reject the qualitative-quantitative dichotomy in order to conduct research defined by a diversity of methodologies. Given these premises, the thesis' theoretical and scientific reference is to overlap and triangulate three perspectives (neuroscientific, psychological, and pedagogical) via educational neuroscience and syntheses of meta-analyses relating to learning outcomes to obtain consistent outcomes in terms of learning performance and teaching quality. Furthermore, transversal principles with specific consequences for teaching and learning can be established. Such principles are valued as capable of providing teachers with teaching-scientific know-how that can be applied in a variety of instructional contexts. Thus, beginning at this frontier of educational research, it was possible to study the efficacy of this approach defined as evidence-based in several disciplines, methodologies, and forms of engineering learning: synchronous online lecture, gamification, and serious game. Hence, through studies in different research fields, the purpose of this thesis is to highlight the need for a science-based approach to education that takes into account the natural learning processes of the brain and what the literature states, on a large scale, about influences on learning achievement. This would allow for the training of teachers making them capable of devising and flexibly choosing effective didactic actions to improve learning and self-determined forms of motivation. Such transversal competence could be used in a variety of learning contexts and goals. Moreover, all students would benefit from this evidence-based teaching competence in terms of more opportunities to achieve academic and professional goals, knowledge, abilities, and attitudes valued as foundational to the student of engineering in particular, or to the engineer-to-be.

Nel corso dell'ultimo secolo, l'educazione basata su buone pratiche ereditate, sperimentate e trasmesse ha lasciato il posto a una pedagogia con approcci di ricerca sperimentale descrittiva. Ad oggi, il "realismo critico" o "interpretativismo" è il percorso più comunemente utilizzato nella ricerca educativa. Di conseguenza, l'approccio è quello di rifiutare la dicotomia qualitativo-quantitativo per condurre una ricerca definita da una diversità di metodologie. Date queste premesse, il riferimento teorico e scientifico della tesi è quello di sovrapporre e triangolare tre prospettive (neuroscientifica, psicologica e pedagogica) attraverso le neuroscienze educative e le sintesi delle meta-analisi relative ai risultati dell'apprendimento per ottenere risultati coerenti in termini di performance di apprendimento e qualità dell'insegnamento. Inoltre, è possibile individuare principi trasversali con conseguenze specifiche per l'insegnamento e l'apprendimento. Tali principi sono considerati in grado di fornire agli insegnanti un know-how didattico-scientifico che può essere applicato in una varietà di contesti didattici. Così, partendo da questa frontiera della ricerca educativa, è stato possibile studiare l'efficacia di questo approccio definito evidence-based in diverse discipline, metodologie e forme di apprendimento ingegneristico: lezione sincrona online, gamification e serious game. Attraverso studi in diversi campi di ricerca, lo scopo di questa tesi è quello di evidenziare la necessità di un approccio all'istruzione basato sulla scienza che tenga conto dei processi naturali di apprendimento del cervello e di ciò che la letteratura afferma, su larga scala, riguardo alle influenze sui risultati dell'apprendimento. Ciò consentirebbe di formare gli insegnanti rendendoli capaci di ideare e scegliere in modo flessibile azioni didattiche efficaci per migliorare l'apprendimento e forme di motivazione autodeterminate negli studenti. Questa competenza trasversale potrebbe essere utilizzata in una varietà di contesti e obiettivi di apprendimento. Inoltre, tutti gli studenti beneficerebbero di questa competenza didattica evidence-based in termini di maggiori opportunità nel raggiungimento di obiettivi accademici e professionali, conoscenze, abilità, competenze e mentalità considerati fondamentali per lo studente di ingegneria o per il futuro ingegnere.