Context and the development of metaphor comprehension

Running title: Metaphoric understandingIncludes bibliographical references (leaves 9-10)Supported in part by the Office of Educational Research and Improvement under cooperative agreement no. OEG 0087-C100

Knowledge acquisition in observational astronomy

Includes bibliographic references (p. 7

On The Nature of Children's Naïve Knowledge

argue that children construct a naive understanding of the world which gradually becomes modified to conform to adult-scientific views. This naive understanding consists of a number of discrete ontological beliefs, such as that the ground is flat, that things fall down, and that stars are small objects. Children are capable of synthesizing their ontological beliefs to form relatively consistent conceptual structures. However, they also seem to be operating under an epistemological constraint according to which these ontological beliefs represent the true state of affairs about the world. In the process of conceptual change children replace their ontological beliefs with a different explanatory framework

The learning of counter-intuitive explanations from the Framework Theory of conceptual change perspective

Το Ειδικό Αφιέρωμα παρουσιάζει πέντε εργασίες που επεκτείνουν την προσέγγιση της Θεωρίας Πλαισίου για την εννοιολογική αλλαγή σε τομείς που δεν είχαν μελετηθεί έως σήμερα. Οι εργασίες αυτές επίσης αναδεικνύουν τις δυνατότητες της θεωρίας να προβλέψει και να εξηγήσει τις δυσκολίες που έχουν οι μαθητές να κατανοήσουν ορισμένες αντι-διαισθητικές επιστημονικές και μαθηματικές έννοιες και εξηγήσεις και να οδηγήσει σε νέες προσεγγίσεις στη διδασκαλία. Παρόλο που κινούνται στην ίδια γραμμή έρευνας η καθεμία από τις εργασίες έχει τη σημαντική δική της καινοτόμο συνεισφορά.The Special Issue presents five papers that extend the Framework Theory of conceptual change to new areas that have not been studied so far.  The papers also demonstrate the power of the theory to predict and explain some of the difficulties students have in understanding certain counter-intuitive concepts and explanations in science and mathematics and to lead to new approaches in instruction.  Although all papers are guided by the same theoretical framework, they each make their own unique contribution

Visual and Analytic Strategies in Geometry

We argue that there is an increasing reliance on analytic strategies compared to visuo-spatial strategies, which is related to geometry expertise and not on individual differences in cognitive style. A Visual/Analytic Strategy Test (VAST) was developed to investigate the use of visuo-spatial and analytic strategies in geometry in 30 mathematics teachers and 134 11th grade students. Students’ performance in the VAST was also compared to performance in tests of visuo-spatial abilities, of abstract reasoning, and of geometrical knowledge. The results showed high performance of all the participants in the VAST items that could be solved by relying on visuo-spatial strategies. However, only the math teachers showed high performance in the VAST items that required the application of analytic geometrical strategies. There were high correlations between the students’ performance in the tests of visuo-spatial and abstract reasoning abilities and the VAST Analytic Strategies scale, but the contribution of these tests to the VAST analytic performance became statistically insignificant when geometrical knowledge was used as a mediating factor. The implications of this work for the learning and assessment of geometrical knowledge are discussed.

The development of representational ability in physical sciences in relation to the ability to reason in the social domain

Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε η ικανότητα των παιδιών να χειρίζονται αναπαραστάσεις σχετιζόμενες με τη διαισθητική εμπειρία τους για τον κόσμο παράλληλα με την επιστημονική αντι-διαισθητική γνώση που αποκτούν κατά τα σχολικά χρόνια. Τα αποτελέσματα προηγούμενων μελετών μας έδειξαν ότι η κατανόηση επιστημονικών αντι-διαισθητικών εξηγήσεων δεν οδηγεί απαραίτητα και στην κατανόηση των διαφορετικών τρόπων με τους οποίους μπορεί να ερμηνευτεί μια ίδια κατάσταση στον κόσμο. Η ικανότητα να σκέφτεται κανείς συγχρόνως για δύο διαφορετικές αναπαραστάσεις παρουσιάζει μια αναπτυξιακή πορεία, όπου τα παιδιά σταδιακά κατανοούν και το «βλέπω» και το «βλέπω σαν». Η κατανόηση αυτή φαίνεται να συνδέεται με αλλαγές όχι μόνο στις οντολογικές δεσμεύσεις αλλά και στις επιστημολογικές δεσμεύσεις καθώς και στις αναπαραστάσεις των παιδιών. Η υπόθεση ότι οι απαρχές αυτής της κατανόησης βρίσκονται στην ικανότητα των παιδιών να σκέφτονται για τις διαφορές ανάμεσα στις πεποιθήσεις τους και τις πεποιθήσεις των άλλων στο πεδίο του κοινωνικού κόσμου (Θεωρία του Νου) μελετήθηκε στην παρούσα μελέτη. Εξήντα τρεις μαθητές (μ.ο. ηλικίας 10 έτη και 8 μήνες) εξετάστηκαν με  έργα  Θεωρίας του Νου (ΘτΝ) και  έργα κατανόησης για τον φυσικό κόσμο. Τα αποτελέσματα έδειξαν να επιβεβαιώνουν την ύπαρξη κοινών γνωστικών-επιστημολογικών στοιχείων ανάμεσα στα δυο πεδία σκέψης. Η ΘτΝ φάνηκε να αποτελεί σημαντικό προβλεπτικό παράγοντα για την ικανότητα των παιδιών να αναστοχάζονται πάνω σε διαφορετικές οπτικές του φυσικού κόσμου. Τα αποτελέσματα συζητούνται με βάση και την επίδραση που μπορεί να έχουν στο σχεδιασμό διδακτικών παρεμβάσεων που προωθούν την εννοιολογική αλλαγή.In this paper we investigated children’s ability to handle representations related to their intuitive experience of the world, alongside the scientific, non-intuitive knowledge acquired during school years. The results of our previous studies have shown that understanding of scientific, non-intuitive explanations does not necessarily lead to an understanding of the different ways in which the same situation in the world can be interpreted. The ability to think at the same time for two different representations shows a developmental progress as children gradually understand "seeing" and "seeing as". This understanding seems to be related to changes not only in children’s ontological commitments but also in their epistemological commitments as well as in their representations. The hypothesis that the beginnings of this understanding can be found in children’s ability to think about the differences between their beliefs and the beliefs of others in the social domain (Theory of the Mind) was investigated in this study. Sixty-three students (mean age: 10 years and 8 months) were administered Theory of Mind (ToM) tasks and Theory of the physical world tasks. The results seem to confirm the existence of common cognitive-epistemological elements between the two domains of thought. ToM appeared to be a strong predictor of children's ability to reason on different perspectives of the physical world. The results are discussed based on their likely impact on the design of educational interventions that promote conceptual change

Instructional analogies and conceptual change: the role of prior knowledge in understanding counter-intuitive scientific information through the use of instructional analogies

Προηγούμενες έρευνες έδειξαν ότι οι αναλογίες που χρησιμοποιούνται σε κείμενα για την διδασκαλία αντι-διαισθητικών επιστημονικών εξηγήσεων, που έρχονται δηλαδή σε πλήρη αντίθεση με τα αισθητηριακά δεδομένα, μπορούν να έχουν θετικές επιδράσεις στη μάθηση. Υποστηρίχθηκε ότι υπάρχει ισχυρή συσχέτιση ανάμεσα στην προϋπάρχουσα γνώση των μαθητών και τα οφέλη που προκύπτουν από τις αναλογίες, αφού συμμετέχοντες με προχωρημένη προϋπάρχουσα γνώση κατανόησαν καλύτερα τις αναλογίες και στον μεταέλεγχο έδωσαν απαντήσεις που ήταν πιο κοντά στην επιστημονική. Παραδόξως όμως, στις έρευνες αυτές υπήρξαν συμμετέχοντες με αφελή προϋπάρχουσα γνώση, που κατανόησαν τις αναλογίες, αλλά και συμμετέχοντες που ενώ κατανόησαν τις αναλογίες, δεν βελτίωσαν τις εξηγήσεις τους στον μεταέλεγχο. Τα ευρήματα αυτά οδήγησαν στη διεξαγωγή έρευνας που στόχο είχε να διερευνήσει περαιτέρω μέσω συνεντεύξεων τη σχέση μεταξύ προϋπάρχουσας γνώσης, κατανόησης της αναλογίας και αποδοχής της επιστημονικής εξήγησης, όταν αυτή δίνεται μέσα από κείμενα που είτε χρησιμοποιούν είτε όχι διδακτικές αναλογίες. Στην έρευνα συμμετείχαν μαθητές της 3ης και 5ης δημοτικού. Χρησιμοποιήσαμε ένα ανοικτού τύπου ερωτηματολόγιο για τη διερεύνηση των γνώσεων των μαθητών σχετικά με τη Γη και την εναλλαγή μέρας/νύχτας και δύο επεξηγηματικά κείμενα. Το ένα εξηγούσε την εναλλαγή μέρας/νύχτας χρησιμοποιώντας μία αναλογία, ενώ το άλλο έδινε την ίδια εξήγηση χωρίς αναλογία. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι για την κατανόηση της επιστημονικής εξήγησης και της αναλογίας προαπαιτείται η κατανόηση της έννοιας της Γης ως ένα σφαιρικό αστρονομικό σώμα που περιλαμβάνει προχωρημένες οντολογικές και αναπαραστασιακές πεποιθήσεις σχετικά με τη Γη. Επιπλέον φάνηκε ότι, ακόμη και αν γίνει κατανοητή η επιστημονική εξήγηση για την εναλλαγή μέρας/νύχτας -κάτι το οποίο διευκολύνεται με τη χρήση διδακτικών αναλογιών-  είναι εξαιρετικά δύσκολο για τους μαθητές να αποδεκτούν μία επιστημονική αντι-διαισθητική εξήγηση, εφόσον οι επιστημολογικές τους πεποιθήσεις δεν είναι προωθημένες, ώστε να τους επιτρέπουν να κατανοήσουν ότι τα πράγματα δεν είναι πάντα όπως τα βλέπουμε με τα μάτια μας. Ως εκ τούτου φαίνεται να απαιτείται η χρήση επιπλέον διδακτικών μεθόδων που θα μπορέσουν να ενισχύσουν τα οφέλη των αναλογιών στη μάθηση.Previous research on instructional analogies used in scientific texts explaining counter-intuitive scientific information, meaning that they are in complete contradiction to their everyday experiences, has shown that they can promote the learning process. High correlation was found between the readers’ prior knowledge and the positive effects of the analogy since the participants with more sophisticated prior knowledge showed better understanding of the analogies and learning improvement in the posttest. Unexpectedly, however, there were participants with naive prior knowledge who showed complete understanding of the analogies used and also participants who, although they understood the analogy, did not show learning improvement in the posttest. These findings led to an interview study, which investigated in greater detail the relations between prior knowledge, analogy understanding and acceptance of the scientific explanation presented in texts. The participants of the study were 3rd and 5th grade elementary school students. We used an open-ended questionnaire, which investigated students’ knowledge about the Earth and the day/night cycle and two explanatory texts. One text explained the day/night cycle using an instructional analogy, while the other gave the scientific explanation of day/night cycle without the use of the analogy. We hypothesized that the understanding the scientific explanation and the analogy requires an improved, sophisticated prior knowledge of the Earth as a spherical astronomical object that is guided by sophisticated ontological and epistemological beliefs. The results of the study confirmed our hypothesis and showed that even when the scientific explanation is understood -a process facilitated by the use of instructional analogies- it is significantly difficult for the students to accept the scientific explanations when these are counter-intuitive and in complete contradiction to their everyday experiences and their epistemological beliefs are not sophisticated but prevented by the belief that “things are as they appear to be”. Consequently, it appears that additional educational practices can be used to reinforce the positive outcomes of the instructional analogies