Exploring alternative approaches

This chapter describes a number of alternative approaches to teaching and learning science in secondary schools. The approaches have been trialled in a number of places, but no one approach has been sufficient to capture the needs of the students’ learning or the development of scientific literacy.

Multichannel biomedical time series clustering via hierarchical probabilistic latent semantic analysis

Biomedical time series clustering that automatically groups a collection of time series according to their internal similarity is of importance for medical record management and inspection such as bio-signals archiving and retrieval. In this paper, a novel framework that automatically groups a set of unlabelled multichannel biomedical time series according to their internal structural similarity is proposed. Specifically, we treat a multichannel biomedical time series as a document and extract local segments from the time series as words. We extend a topic model, i.e., the Hierarchical probabilistic Latent Semantic Analysis (H-pLSA), which was originally developed for visual motion analysis to cluster a set of unlabelled multichannel time series. The H-pLSA models each channel of the multichannel time series using a local pLSA in the first layer. The topics learned in the local pLSA are then fed to a global pLSA in the second layer to discover the categories of multichannel time series. Experiments on a dataset extracted from multichannel Electrocardiography (ECG) signals demonstrate that the proposed method performs better than previous state-of-the-art approaches and is relatively robust to the variations of parameters including length of local segments and dictionary size. Although the experimental evaluation used the multichannel ECG signals in a biometric scenario, the proposed algorithm is a universal framework for multichannel biomedical time series clustering according to their structural similarity, which has many applications in biomedical time series management.

A concepção de ciência de Popper e o ensino de ciências

Procurou-se identificar as consequências mais importantes da concepção de ciência de Popper, que deu origem a um rico debate na Filosofia das Ciências, para o Ensino de Ciências. O acompanhamento deste debate permite perceber a riqueza do processo científico, reconhecendo as contribuições daqueles que debateram com Popper; bem como a importância dos aspectos da ciência que Popper valorizou e procurou preservar. As críticas e os debates em torno das abordagens de mudança conceitual contribuíram para a percepção da riqueza e complexidade desse processo. Quando considerados os objetivos institucionais das escolas e as expectativas sociais em torno da compreensão adequada e da procura de superação dos paradigmas vigentes a manutenção de certos aspectos, inerentes ao processo de mudança conceitual, pode se mostrar relevante. Neste sentido, a obra de Popper pode oferecer importante apoio para valorizar aspectos racionais que poderiam presidir o processo de aprender Ciências.

A proposta curricular para o ensino de ciências e programas de saúde: uma síntese e detalhamento para o ciclo básico

O trabalho sintetiza a Proposta Curricular para o Ensino de Ciências e Programas de Saúde, elaborada pela Coordenadoria de Estudos e Normas Pedagógicas (CENP) da Secretaria de Educação do Estado de São Paulo. Evidencia-se sua sustentação teórica marcadamente sócio-histórica. São levantadas as dificuldades em se trabalhar esse enfoque pelo professor com formação tradicional. Discute-se a contribuição do profissional enfermeiro-educador, nesse quadro, relacionando-a à adequação dos elementos do plano de ensino da Proposta de Ciências da CENP (1992), particularmente dos temas relativos a saúde, para o Ciclo Básico.

Análise comportamental do modelo de mudança conceitual

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

O uso de textos alternativos para o ensino de Ciências e a formação inicial de professores de Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

ON THE EFFECT OF VIRTUAL REALITY ON STUDENT UNDERSTANDING OF AND INTEREST IN PHYSICS

This study investigated the effect that the video game Portal 2 had on students understanding of Newton’s Laws and their attitudes towards learning science during a two-week afterschool program at a science museum. Using a pre/posttest and survey design, along with instructor observations, the results showed a statistically relevant increase in understanding of Newton’s Laws (p=.02<.05) but did not measure a relevant change in attitude scores. The data and observations suggest that future research should pay attention to non-educational aspects of video games, be careful about the amount of time students spend in the game, and encourage positive relationships with game developers.

Interactive Curriculum Based on Models of Mind & Brain

What does it mean for curriculum to be interactive? It encourages student engagement and active participation in both individual and group work. It offers teachers a coherent set of materials to choose from that can enhance their classes. It is the product of on-going development and continuous improvement based on research and feedback from the field. This paper will introduce work in progress from the Center for Excellence in Education, Science, and Technology (CELEST), an NSF Science of Learning Center. Among its many goals, CELEST is developing a unique educational curriculum, an interactive curriculum based upon models of mind and brain. Teachers, administrators, and governments are naturally concerned with how students learn. Students are greatly concerned about how minds work, including how to learn. CELEST aims to introduce curricula that not only meet current U.S. standards in mathematics, science, and psychology but also influence plans to improve those standards. Software and support materials are in development and available at http://cns.bu.edu/celest/private/. Interested parties are invited to contact the author for access.

Conceções dos educadores de infância sobre a educação em ciências no contexto de creche

Relatório de estágio apresentado para a obtenção do grau de mestre em Educação pré-escolar e em Ensino do 1.º ciclo do ensino básico

A realidade das entidades científicas e a formação de professores de física: uma análise sociocultural

O objetivo da presente tese é realizar uma abordagem acerca da realidade das entidades científicas no contexto da formação de professores de física. A literatura em ensino de ciências destaca a importância do entendimento de aspectos da natureza da ciência por professores. Dentre esses aspectos, exploramos a questão da realidade das entidades inobserváveis descritas pelas teorias científicas, tratando sobretudo de critérios utilizados para a caracterização dessa realidade por licenciandos, bem como possíveis influências na constituição desses critérios. Consideramos que um professor de física, durante sua atuação profissional, precisará lidar com a questão da realidade de entidades não acessíveis aos sentidos, tendo talvez de explicar em que se baseia uma proposição sobre sua existência. No desenvolvimento do presente trabalho, trouxemos alguns elementos de uma discussão que se dá no âmbito filosófico a respeito do realismo científico e também abordamos formulações teóricas que tratam da questão da realidade em perspectivas que se referem ao campo cotidiano e ao senso comum. Como referencial mais geral, utilizamos uma abordagem sobre cultura, que aponta para a influência de diversas estruturas culturais nas formas de entendimento do mundo e permite conceber a ciência como uma dessas estruturas. Entre outras coisas, a aprendizagem da ciência envolveria a compreensão de suas formas específicas de atribuir realidade, em contraposição às formas de outras estruturas culturais. Foram desenvolvidos três estudos, com análises fundamentadas em metodologias qualitativas. No primeiro, investigamos critérios usados por licenciandos em física para definir a realidade de entidades da ciência e de entes relacionados a outros domínios; no segundo, analisamos formas pelas quais certas entidades científicas são caracterizadas e tomadas como reais em uma coleção de livros didáticos de física do ensino superior; e, por fim, o terceiro consistiu na construção e utilização de um heurístico, com o objetivo de proporcionar reflexões acerca de questões relacionadas ao conhecimento científico e a elementos de outras estruturas culturais e foram analisadas as entrevistas de quatro estudantes de licenciatura sobre o uso desse instrumento. Os resultados obtidos parecem mostrar que há influência de elementos vindos de fora da ciência nos critérios utilizados por estudantes para a definição da realidade das entidades. Além disso, mostram que esse tema não é comumente trazido à reflexão dos alunos, o que não contribui para a reelaboração dos critérios de realidade já trazidos por eles de outros campos que não o científico. O heurístico utilizado no terceiro estudo serviu para trazer à tona as bases do pensamento dos estudantes e lhes indicar certos elementos para reflexão; existiram diferenças nos tipos de reflexão suscitados pelo instrumento, o que consideramos ser uma espécie de \"contextualização cultural\" na maneira de compreender as questões trazidas por ele. O desenvolvimento dos três estudos nos permitiu compreender alguns aspectos relevantes sobre os modos de entendimento das entidades da ciência e pensar sobre suas formas de tratamento em um curso de física.

Conceções dos educadores de infância sobre a educação em ciências no contexto de creche

Relatório de estágio apresentado para a obtenção do grau de mestre em Educação pré-escolar e em Ensino do 1.º ciclo do ensino básico

Teacher change in implementing a research developed representation construction pedagogy

The Representations in Learning Science (RiLS) project developed a representation construction approach to teaching and learning in science, which has successfully demonstrated enhanced student learning through sustained engagement with ideas, and enhancement of teachers’ pedagogical knowledge and understandings of how knowledge in science is developed and communicated. The current Constructing Representations in Science Pedagogy (CRISP) project aims at wider scale implementation of the representation construction approach. This paper explores a range of issues that confronted four Year 8 teachers in implementing this research-developed approach, such as: preparedness of the teacher in terms of epistemological positioning and positioning as a learner, significant support for planning and modelling by the university expert, and a team ethos where teachers share ideas and plan jointly. The Year 8 teachers implemented a representation construction approach to the teaching of the topic of astronomy. The Interconnected Model of Teacher Growth (IMTG) (Clarke & Hollingsworth, 2002) was used to analyse the teachers’ experience in planning and delivering the teaching sequence. This model was found to be flexible in identifying the experiences of teachers in different situations and useful in identifying issues for implementation of a research developed pedagogy.

Spiking neural network-based target tracking control for autonomous mobile robots

In this paper, a target tracking controller based on spiking neural network is proposed for autonomous robots. This controller encodes the preprocessed environmental and target information provided by CCD cameras, encoders and ultrasonic sensors into spike trains, which are integrated by a three-layer spiking neural network (SNN). The outputs of SNN are generated based on the competition between the forward/backward neuron pair corresponding to each motor, with the weights evolved by the Hebbian learning. The application to target tracking of a mobile robot in unknown environment verifies the validity of the proposed controller.

O vídeo como recurso didático no processo de ensino-aprendizagem em ciências no ensino básico

Relatório de estágio para obtenção do grau de mestre em ensino do 1.º Ciclo e do 2.º ciclo do ensino básico

O vídeo como recurso didático no processo de ensino-aprendizagem em ciências no ensino básico

Relatório de estágio para obtenção do grau de mestre em ensino do 1.º Ciclo e do 2.º ciclo do ensino básico