Literaturnachweis - Detailanzeige
| Autor/in | Thurn, Christian Maximilian |
|---|---|
| Titel | Change in conceptual understanding. The role of learning opportunities, prior knowledge, and intelligence. |
| Quelle | Zürich: ETH Zürich (2021), 296 S.
PDF als Volltext kostenfreie Datei Dissertation, ETH Zürich, 2021. |
| Beigaben | Illustrationen; Diagramme |
| Sprache | englisch |
| Dokumenttyp | online; Monografie |
| DOI | 10.3929/ethz-b-000519820 |
| Schlagwörter | Intelligenz (Psychologie); Pädagogische Psychologie; Didaktik; Unterricht; Konzeptentwicklung; Vorwissen |
| Abstract | Ziel der vorliegenden Doktorarbeit ist es, den Effekt von Vorwissen auf zukünftiges Lernen sowie den Zusammenhang zwischen kognitiven Fähigkeiten und Vorwissen in Physik in Rahmen von Konzeptwandeltheorien zu erfassen. Zu diesem Zweck wurden zwei Studien durchgeführt, welche in insgesamt vier empirischen Artikeln beschrieben werden. Die erste Studie befasste sich mit den Auswirkungen von Domänen-spezifischem Vorwissen in Mathematik und Physik sowie kognitiven Fähigkeiten auf den Wissenstransfer beim Thema Proportionalität, das mit zwei mathematisch isomorphen Konzepten eingeführt wurde. Theoretisch wurde angenommen, dass das vorherige Behandeln des Themas Schwimmen und Sinken mit dem impliziten proportionalen Konzept der Dichte einen positiven Einfluss auf das Erlernen von proportionalem Denken hat. Wir erfassten Vorwissen in den Bereichen Dichte und Geschwindigkeit, mathematisches Vorwissen sowie kognitive Fähigkeiten. Es zeigte sich jedoch anders als erwartet, dass allein die Teilnahme an einer Lerneinheit zum Thema Schwimmen und Sinken keinen Effekt auf den Wissenstransfer auf proportionales Denken hatte. Vielmehr spielten das mathematische Vorwissen und die kognitiven Fähigkeiten eine Rolle. Wurde jedoch ein Test herangezogen, der das physikalische Vorwissen kontinuierlich erfasst, zeigte sich ein leichter Effekt auf das Erlernen des mathematischen Konzepts der Proportionalität. Die zweite Studie befasste sich ebenfalls mit dem Zusammenspiel von Domänen-spezifischem Vorwissen und Intelligenz; diesmal allerdings zum physikalischen Konzept des Feldes. Ich untersuchte, ob das vorherige Behandeln von Magnetismus lernförderliche Effekte auf das Erlernen der verwandten Themen Magnetfelder, elektrische Felder und Gravitationsfelder zeigte. Zur Erhebung des Wissens und eventueller Fehlkonzepte zog ich verschiedene Methoden heran, die Konzeptverständnis erfassen können. Drei empirische Artikel der Doktorarbeit basieren auf dieser zweiten Studie. Zunächst ging ich zwei zentralen Fragestellung nach: 1) Wie beeinflusst Vorwissen das konzeptuelle Lernen in Physik auf der Sekundarstufe? 2) Was ist der Zusammenhang zwischen Intelligenz und Vorwissen beim konzeptuellen Lernen? Ich untersuchte Konzeptverständnis mithilfe dreier verschiedener Methoden: eines Konzeptinventars, eines speeded-reasoning Paradigmas und Concept mapping. Ich untersuchte die Effekte von Vorwissen und Intelligenz und konnte darüber hinaus Erkenntnisse zur Anwendung der speeded-reasoning Paradigmas replizieren. Vorwissen hatte stabile und langfristige Effekte auf das konzeptuelle Verständnis welches durch ein Konzeptinventar und ein speeded-reasoning Paradigma erfasst wurde. Allerdings war der Lernzuwachs in der Gruppe ohne Vorwissen im Bereich Magnetismus grösser, was zeigt, dass auch diese vom Unterricht profitierte und die Spanne zwischen den Lernenden sich nicht vergrösserte. Intelligenz wirkte sich besonders bei vorhandenem Vorwissen auf das Konzeptverständnis aus, indem Intelligenz den Erwerb von Vorwissen beeinflusste und einen direkten Effekt auf das Nachwissen hatte, wie in einem Mediationsmodell gezeigt werden konnte. Im darauffolgenden Kapitel wurde in einer mittlerweile veröffentlichten Studie untersucht, inwiefern Concept Maps über die Zeit hinweg Aufschluss über Konzeptwandel geben. Darüber hinaus verglich ich die Wissensnetzwerke von Lernenden und Experten zum Thema Felder. Ich konnte nicht nur feststellen, dass die Wissensstrukturen über die Zeit in ihrer Grösse zunahmen, sondern dass sie ebenfalls strukturellen Veränderungen unterlagen: zunächst fragmentierten die Strukturen sich, um dann gegen Ende des Unterrichts wieder ein integriertes Wissensnetzwerk zu bilden. Ausserdem konnte ich Konzepte identifizieren, die für das Erlernen des Feldkonzepts zentral sind. Im letzten empirischen Kapitel konnte ich wichtige Aspekte des vorangehenden Kapitels replizieren. Darüber hinaus untersuchte ich Unterschiede zwischen Lernenden mit und ohne Vorwissen zum Thema Magnetismus. Ausserdem befasste ich mich in diesem Kapitel mit dem Vergleich von Netzwerkindizes, die häufig in Untersuchungen von Concept Maps herangezogen werden. Ich konnte Unterschiede in den Wissensstrukturen über die Zeit feststellen, jedoch kaum zwischen Lernenden mit und ohne Vorwissen zum Thema Magnetismus. Ich konnte ausserdem Indizes identifizieren, die verlässlich Unterschiede in diesen Wissensstrukturen anzeigten. Insgesamt konnte mit den Studien dieser Doktorarbeit interessante Ergebnisse zum Beitrag der Intelligenz beim Konzeptverständnis gewonnen werden. Intelligenz zeigte vor allem dann Effekte, wenn viel Vorwissen vorhanden war. In Bezug auf die Stärke der Effekte hatte Vorwissen jedoch den grösseren Einfluss als Intelligenz. Diese Befunde heben erneut die Bedeutung von Vorwissen hervor. Ausserdem konnten Grundlagenbefunde zum Konzeptwandel repliziert und erweitert werden. Die Annahme der Ko-Existenz von Fehlkonzepten und Wissenschaftlichen Konzepten wurde unterstützt. Methodisch konnten Erkenntnisse zur validen Untersuchung von Wissensstrukturen mithilfe von Concept Maps und netzwerkanalytischen Methoden gewonnen werden. (übernommen). The aim of this doctoral dissertation is to grasp the effect of prior knowledge to future learning as well as the relation between cognitive abilities and prior knowledge in physics within the framework of conceptual change. For this purpose, I conducted two studies, which are described in four empirical articles. The first study dealt with the impact of domain-specific prior knowledge in mathematics and physics as well as cognitive abilities onto the transfer of knowledge in proportionality, which was introduced via two isomorphic concepts. Theoretically, we hypothesized that the prior learning about the topic of floating and sinking, which implicitly embraces the proportional concept of density, has a positive influence on learning proportional reasoning. We assessed prior knowledge on the topics of density and speed, mathematical prior knowledge, and cognitive abilities. Contrary to our expectations, the results, however, showed that the mere participation in a teaching unit on floating and sinking did not have an effect on the transfer on proportional reasoning. In fact, prior knowledge in mathematics and cognitive ability played a bigger role. If, however, a test was used that assessed prior knowledge in physics as a continuous variable in contrast to the assessment of whether the teaching took place, there was a small effect of physics prior knowledge onto the mathematical concept of proportionality. The second study also concerned the relation of domain-specific prior knowledge and intelligence. This time, however, the topic was the physical concept of fields. I examined whether the prior learning about the topic of magnetism has a positive influence on learning the related topic of magnetic, electric and gravitational fields. To assess student's knowledge and possible misconceptions I made use of several methods that capture conceptual understanding. Three empirical chapters of this thesis are based on this second study. In the first chapter, I investigated two central research questions of this doctoral dissertation: 1) How does prior knowledge affect conceptual learning in secondary school students in physics? 2) What is the relation between intelligence and prior knowledge during learning? I assessed conceptual understanding with three methods: a concept inventory, a speeded-reasoning paradigm, and concept mapping. I explored the effect of prior knowledge and intelligence and I could replicate results on the application of the speeded-reasoning paradigm. Prior knowledge had stable and sustainable effects on conceptual understanding assessed by the concept inventory and the speeded-reasoning paradigm in the pretest as well as in the posttest. At the same time, the learning gain was larger in the group without prior knowledge in magnetism. Thus, this group also profited from the instruction and the gap between the learners did not increase. Intelligence had positive effects especially in the group with existing prior knowledge, as intelligence affected the acquisition of prior knowledge, and had direct effects on posttest achievement, as detected by a mediation model. In the following chapter, which has already been published, I investigated how concept maps used across time can provide insights on conceptual change. In addition, I compared the knowledge networks of learners and experts on the topic of fields. I could discover that the knowledge structures not only grow across time but that they also change in terms of their structure: in the beginning, the structures fragmented more, to then form an integrated knowledge network at the end of instruction. Furthermore, I could identify concepts that are central to understand the fields concept. In the final empirical chapter, I could replicate central aspects of the previous chapter. Moreover, I examined differences between learners with and without prior knowledge in magnetism. In addition, this chapter addressed the systematic comparison of network indices that are commonly used to investigate concept maps. I found differences in knowledge structures across time, but barely between learners with and without prior knowledge in magnetism. Additionally, I could identify network indices that reliably show changes in knowledge structures. Overall, the studies in this doctoral dissertation helped to gain interesting results on the additional contribution of intelligence to conceptual understanding. Intelligence showed positive effects in particular when there was high prior knowledge. With regard to the strength of the effects, prior knowledge, however, showed larger effects than intelligence. This finding highlights again the importance of prior knowledge. Furthermore, I could replicate and extend basic results on conceptual change. The assumption of the co-existence of misconceptions and scientific conceptions was supported. Methodologically, the thesis added a contribution to the valid investigation of knowledge structures by means of concept maps and network analytic methods. (übernommen). |
| Erfasst von | Externer Selbsteintrag |
| Update | 2026/4 |
Literaturbeschaffung und Bestandsnachweise in Bibliotheken prüfen
Permalink als QR-Code
Inhalt auf sozialen Plattformen teilen (nur vorhanden, wenn Javascript eingeschaltet ist)
Teile diese Seite:
