Developing key concepts in physics : Is it more effective to teach using scientific visualizations?

A quantitative, quasi-experimental study of the effectiveness of computer-based scientific visualizations for concept learning on the part of Year 11 physics students (n=80) was conducted in six Queensland high school classrooms. Students’ gender and academic ability were also considered as factors in relation to the effectiveness of teaching with visualizations. Learning with visualizations was found to be equally effective as learning without them for all students, with no statistically significant difference in outcomes being observed for the group as a whole or on the academic ability dimension. Male students were found to learn significantly better with visualizations than without, while no such effect was observed for female students. This may give rise to some concern for the equity issues raised by introducing visualizations. Given that other research shows that students enjoy learning with visualizations and that their engagement with learning is enhanced, the finding that the learning outcomes are the same as for teaching without visualizations supports teachers’ use of visualizations.

A model for curricula integration using the Australian curriculum

Targeting students’ learning is at the centre of education. In addition, education is promoted as a solution on various issues; consequently educators seek ways for teachers to address societal needs, students’ learning needs, and the overcrowded curriculum. There are definition debates and issues around integrating curricula. However, the rationale for primary students undertaking curricula integrated learning can provide motivation for primary teachers to devise and implement curricula integrated lessons in the classroom. More exploration is required to present models for the practical implementation of curricula integration. This paper provides practical ideas for curricula integration that focus on combining achievement standards from the Australian Curriculum: Science and other key learning areas.

Connecting Indigenous stories with geology : inquiry-based learning in a middle years classroom

One way to integrate indigenous perspectives in junior science is through links between indigenous stories of the local area and science concepts. Using local indigenous stories about landforms, a teacher of year 8 students designed a unit on geology that catered for the diverse student population in his class. This paper reports on the inquiry-based approach structured around the requirements of the Australian Curriculum highlighting the learning and engagement of students during the unit.

Responding to the 5Rs : an alternate perspective of Slowmation

This paper is a response to Hoban and Neilsen's (2010) Five Rs model for understanding how learners engage with slowmation. An alternative model (the Learning MMAEPER Model) that builds on the 5Rs model is explained in terms of its use in secondary science preservice teacher education. To probe into the surface and deep learning that can occur during the creation of a slowmation, the learning and relearning model is explored in terms of learning elements. This model can assist teachers to monitor the learning of their students and direct them to a deeper understanding of science concepts.

Re-imagining STEM : peer scaffolding ICT in initial teacher education

In this paper, we report on how peer scaffolding was used to effect change in tertiary teaching practice and academic disposition in the use of Information and Communication Technology (ICT) in Science teaching and learning. We present a small-scale case study investigating the practice of one of this paper’s authors. It is told through two salient episodes which narratively describe the scaffolding used to support a teaching experiment. This was made possible through the national Teaching Teachers for the Future Project (2011-2012) which aimed to enhance the technological pedagogical capability of pre-service teachers across Australia. The outcome was a demonstrable shift in the academic’s disposition towards the use and benefits of ICT in teaching science and an increase in skills and confidence for both the academic and his students. This study and its outcomes fit within the contemporary push to “re-imagine” the teaching of Science, and more broadly of STEM, in schools.

Re-imagining STEM : peer scaffolding ICT in Initial Teacher Education

In this paper, we report on how peer scaffolding was used to effect change in tertiary teaching practice and academic disposition in the use of Information and Communication Technology (ICT) in Science teaching and learning. We present a small-scale case study investigating the practice of one of this paper’s authors. It is told through two salient episodes which narratively describe the scaffolding used to support a teaching experiment. This was made possible through the national Teaching Teachers for the Future Project (2011-2012) which aimed to enhance the technological pedagogical capability of pre-service teachers across Australia. The outcome was a demonstrable shift in the academic’s disposition towards the use and benefits of ICT in teaching science and an increase in skills and confidence for both the academic and his students. This study and its outcomes fit within the contemporary push to “re-imagine” the teaching of Science, and more broadly of STEM, in schools.

"You help me improve my English, I'll teach you Physics!" Cuban teachers overseas

Lending teachers for two-year periods is one of the ways in which Cuba has been able to collaborate with other countries in their efforts to improve educational planning and practice. My field research in 2001 in Jamaica (March and November) and in Namibia (December) enabled me to obtain information about how Cuban teachers are being utilized, and about the educational implications of this project. In Jamaica, I interviewed 15 Cuban teachers in several schools and one in the vocational institute, as well as the Cuban project supervisor in charge of the 51 Cuban teachers. I also talked with officials at the Jamaican Ministry of Education to obtain an idea of the developmental needs in the various subjects that the Cubans had been asked to teach. In Namibia I interviewed personnel in the National Sports Directorate and the Cuban manager in charge of the sports education project. The chapter draws on these interviews to build a picture of how the program of collaboration is organized, and considers its postcolonial significance, in theory and in practice, as an example of South-South collaboration. The chapter contributes to a multilevel style of comparative education analysis based on microlevel qualitative fieldwork within a framework that compares cross-cultural issues and national policies. The discussion of the educational situation of the host countries suggests why Cuban teachers can contribute to meeting curricular needs, particularly in the areas of the sciences, mathematics, Spanish, and sports. The friendly and joking remark of one of the Cuban teachers to school students in Jamaica: “You help me improve my English, I’ll teach you Physics!” highlights the reciprocal potential of these cooperation projects, discussed in several chapters of this book.

Scientific visualisations for developing students’ understanding of concepts in chemistry : some findings and some lessons learned

Scientific visualisations such as computer-based animations and simulations are increasingly a feature of high school science instruction. Visualisations are adopted enthusiastically by teachers and embraced by students, and there is good evidence that they are popular and well received. There is limited evidence, however, of how effective they are in enabling students to learn key scientific concepts. This paper reports the results of a quantitative study conducted in Australian chemistry classrooms. The visualisations chosen were from free online sources, intended to model the ways in which classroom teachers use visualisations, but were found to have serious flaws for conceptual learning. There were also challenges in the degree of interactivity available to students using the visualisations. Within these limitations, no significant difference was found for teaching with and without these visualisations. Further study using better designed visualisations and with explicit attention to the pedagogy surrounding the visualisations will be required to gather high quality evidence of the effectiveness of visualisations for conceptual development.

Adventures in plant anatomy – not just a pigment of my imagination

An overview of teaching and research activities in the area of plant anatomy at QUT is provided. The current status of teaching of technical skills in plant anatomy is discussed briefly. Examples of applications of plant anatomy to a diverse range of fields are provided, including the crossover between art and science.

Ocupando os latifúndios do saber: subsídios para o ensino da ciência na perspectiva politécnica da educação

A presente tese tem por finalidade refletir sobre princípios pedagógico-filosóficos para o ensino da ciência na etapa intermediária da educação escolar. Considerando que tanto a prática educativa quanto a prática científica são práticas sociais mediadoras do processo de produção, e que, portanto, não se pode pensá-las fora de um método que as integre dialeticamente a partir de determinantes que estão dados no campo da economia política, procurou-se investigar aqui qual é o estatuto hoje reservado à ciência no quadro de valores introduzidos pela economia política neoliberal e os efeitos dessas mudanças sobre o que se prescreve para a formação científica no ensino médio brasileiro a partir da última reforma educacional (LDBEN/1996). Tratou-se de sublinhar aqui as conexões que foram se firmando entre os processos de universalização da forma-mercadoria e as mudanças introduzidas no regime de produção do conhecimento, que vai cada vez mais sendo moldado pelos objetivos e prescrições do capital. Tendo por referência o materialismo histórico-dialético, o objeto desta tese foi delineado de modo a refletir o processo de constituição da produção da ciência em dois âmbitos distintos: o da macro-política, presidido hegemonicamente pelas instituições ligadas ao capital, a partir da década de 1990, e o da relação epistemológica que subjaz à prática científica contemporânea, assinalando a co-relação entre estes processos e os seus nexos causais. Para dar contas destas relações, procedeu-se a uma investigação histórica e filosófica que teve por objetivo mostrar como o conceito de natureza cunhado pelas mãos dos primeiros cientistas no século XVII futura matriz da noção de ciências da natureza tal como ela é tomada hoje no currículo , assentado numa distinção fixa entre juízos de fato e juízos de valor, deve seu conteúdo a um processo que é finalmente econômico e social. Por meio desta crítica pode-se estabelecer os vínculos entre a economia política, o viés institucional da ciência e o universo da epistemologia. Concluiu-se que há uma relação necessária entre o novo registro institucional de produção do conhecimento, garantido por um estatuto regulatório afinado com as demandas do neoliberalismo, e o novo estatuto epistemológico, assinalado por uma ênfase nos pressupostos do realismo científico ingênuo. Esta relação se projeta sobre o ensino da ciência na forma de uma intensificação de seu teor tecnicista, e dentre as suas características destacamos duas: 1) o conceito de natureza, tomado no ensino das ciências como uma abstração des-historicizada; 2) o mito da unicidade científica, isto é, a crença de que só há uma ciência: a que formulará, numa linguagem única e inequívoca, a verdade do real. Para finalizar, fizemos alusão a dois programas educacionais que, a nosso ver, avançam rumo a novas formas de ensino na medida em que refletem a experiência de um grupo de educadores e alunos com os princípios da educação politécnica: o do Instituto de Educação Josué de Castro (IEJC/ITERRA) e o da Escola Politécnica de Saúde Joaquim Venâncio (EPSJV/Fiocruz).

Competence in research planning in the fourth level of Spanish Secondary Education: a case study

In the last years, “Inquiry-Based Science Education” methodologies (IBSE) are being recommended by European institutions in order to improve the competence levels and the attitudes towards science of primary and secondary school students. Therefore, the aim of this study is to test the effectiveness of an IBSE methodology, the Methodology of Problem Solving as an Investigation (MPSI), for the teaching-learning process of planning of experiments in the fourth level of Spanish Secondary Education. By means of the students’ solutions for a series of open problems, the progress in the learning of the competences related to the planning of experiments has been analyzed, along with the influence of the methodology on the development of these competencies. The results show a students’ command from higher to lower levels on: emission of hypothesis, design of the experiment, qualitative analysis, identification of variables and reformulation of the open problem. Furthermore, the Methodology has contributed to an improvement of the scientific competence in the area of planning experiments.

Da avaliação do impacte à articulação da investigação - práticas - o caso da articulação na formação didáctica pós-graduada de professores de ciências e desafios futuros

A linha de investigação deste estudo é a ‘articulação da Investigação em Didáctica das Ciências e Práticas de Ensino dos Professores de Ciências’. O seu enquadramento teórico e metodológico inicial assentou nos estudos das áreas ‘Relações entre Investigação e as Práticas’ e ‘Avaliação da Formação Pós-Graduada – vertente impacte/articulação’. Inicialmente, fez-se uma análise histórico-epistemológica da Didáctica desde a sua génese até aos dias de hoje, para se compreender quer as raízes do gap entre académicos e práticos em geral, quer a crescente necessidade de articulação. Posteriormente, avançou-se para a primeira área, partindo da polémica despoletada por Hargreaves, ao defender que o ensino deveria ser uma profissão baseada na investigação. Em seguida, partiu-se de uma análise mais geral sobre a Investigação e as Práticas no contexto educacional em vários países antes se centrar especificamente no contexto da Didáctica das Ciências (impacte da IDC nas Práticas e constrangimentos na articulação). Analisou-se também brevemente as relações entre a IDC e Práticas no contexto da Formação de Professores, e não a área da Formação de Professores, para mantermos sempre o foco nas questões inerentes à articulação. Culminou-se na análise das culturas e epistemologias da acção e da investigação, com especial destaque para o conceito de professorinvestigador na actualidade e para a descrição das barreiras epistemológicas e ontológicas. Concluiu-se que as comunidades da investigação e da acção utilizavam o conceito ‘articulação’ indiscriminadamente como sinónimo de interacções, contacto, aproximação, impacte, etc., o que acabou esvaziando-o do seu verdadeiro significado. No que diz respeito à segunda área, a sua análise partiu da descrição da evolução de dez anos (1997-2007) de estudos sobre a Avaliação do Impacte dos CM nas práticas por ser considerada uma forma eficaz de articular as dimensões da Didáctica em direcção a um novo olhar sobre o conceito ‘articulação’. Além disso, apontou a dificuldade de se avaliar o impacte ao nível macro, por um lado, por não se tratar de uma prática investigativa institucionalizada no estatuto da carreira dos professores dos EB e ES e, por outro, por ainda colidir com diferentes concepções da natureza das investigações realizadas por Professores encontradas em ambas as comunidades, entendida ora como processo cognitivo (para o desenvolvimento profissional dos professores), ora como prática social (para construção de conhecimento no campo da Didáctica). Foram compiladas ainda as sugestões para se potenciar o impacte da IDC nas Práticas e/ou a articulação entre a IDC-Práticas em contexto formativo de diversos estudos avaliativos. Finalizou-se a análise chamando a atenção para cinco aspectos que ainda carecem de maior aprofundamento nesta área. Este longo enquadramento evidenciou a complexidade da problemática ‘articulação’ decorrente da interdependência das várias dimensões (epistemológica, política, ontológica, psicológica, ética, entre outras). Por exemplo, a ausência de consenso sobre critérios para a avaliação da qualidade da investigação produzida por professores (dimensões política e epistemológica) acaba, por vezes, por não conferir legitimidade às mesmas e por influenciar a legitimação pela comunidade académica, o que resulta na necessidade de diferenciação dos contributos e no maior afastamento entre as comunidades (dimensão ontológica), entre outros. Assim, optou-se por iniciar a análise do fenómeno ‘articulação entre IDCPráticas’ através dos primeiros modelos de articulação investigação-ensino, os quais visavam, contudo, fundamentalmente o impacte da IDC nas Práticas de Ensino das Ciências. Posteriormente, foram apresentadas as potencialidades da Avaliação ↔ Feedback, TIC e Colaboração (estratégias/métodos) para potenciar a articulação entre Investigação- Práticas. No que diz respeito à investigação empírica, realizou-se um estudo de caso descritivo e explorativo de natureza mista. O caso único, crítico e instrumental foi o fenómeno “articulação entre a IDC-Práticas na Formação Didáctica Pós- Graduada” no contexto da unidade curricular ‘Metodologia do Ensino da Física’ (MEF) do Curso de Mestrado em Ensino de Física. A técnica de análise geral utilizada foi a “descrição do caso” pelo facto de não se ter um referencial teórico especificamente sobre o caso. O caso contemplou três unidades de análise, a saber: Caracterização dos Professores-Formandos; Funcionamento da Unidade Curricular e Dinâmica dos currículos dos módulos articuladores. Estas unidades de análises permitiram evidenciar de que forma as características e/ou alterações implementadas na disciplina MEF contribuíram (ou podem contribuir) para a articulação da IDC-Práticas e descrever as dinâmicas do currículo (intencional – negociado – acção), evidenciando em que medida promoveram (ou inibiram) a articulação IDC – práticas. O estudo de caso aqui descrito revelou, ainda, a existência de dois níveis de articulação entre a Investigação e as Práticas no contexto formativo. O primeiro nível foi a articulação entre a Investigação sobre o Ensino Superior/Formação de Professores de Ciências (patente nas estratégias/métodos utilizados na disciplina) e a prática formativa dos IF no contexto da disciplina. O segundo nível centrou-se na articulação entre a Investigação sobre o Ensino não-Superior/Didáctica das Ciências e as práticas de Ensino das Ciências, base orientadora do currículo da disciplina aqui analisada, concretizado nos dois módulos articuladores descritos. Destacam-se algumas dimensões de análise descritas na presente investigação empírica, a saber: Utilização das TIC; Avaliação do Ensino baseada no feedback dos alunos; Avaliação Formativa das Aprendizagens e feedback; Trabalho de grupo realizado nos módulos articuladores; Currículo centrado na IDC; Currículo centrado na articulação da IDC-Práticas de Ensino das Ciências; Currículo centrado nas Práticas de Ensino das Ciências; Currículo centrado na articulação da Investigação-Práticas formativas e Currículo centrado nas Políticas Educativas. Relativamente a dinâmica dos currículos (intencional - negociado - acção) dos dois módulos articuladores, foram definidos quatro construtos (objectos de ensino, objectos de aprendizagem, objectivos de ensino e objectivos de aprendizagem) que culminaram na discussão de vários aspectos a serem considerados nos próximos cursos como, por exemplo: 1) Importância de o contrato didáctico prever a inclusão de objectos de aprendizagem; 2) Incompatibilidade do objectivo de aprendizagem ‘compreender a importância da IDC e a sua relevância para as práticas lectivas em contextos específicos’ num quadro formativo articulador; e 3) Importância de os cursos de formação de professores explicitarem quais ferramentas investigativas são necessárias à produção autónoma de conhecimento no contexto escolar e académico (mesmo que não sejam mobilizadas), de forma a que os professores possam delinear previamente planos individuais de formação/investigação. O estudo termina com a apropriação do modelo de articulação entre a Investigação Educacional e Práticas de McIntyre (2005) ao contexto da Didáctica das Ciências evidenciando uma relação dialógica com a investigação empírica. Apesar de este modelo priorizar a dimensão epistemológica (que aceita o gap pela impossibilidade epistemológica do seu total desaparecimento), na sua apropriação foi considerada a influência das outras dimensões. Esta apropriação assentou, portanto, numa visão moderada de articulação e na complexidade inerente à interdependência das dimensões. Foram propostos três caminhos epistemológicos complementares para a articulação entre a IDC-Práticas: 1º) Interacções entre Didáctica Investigativa – Didáctica Profissional; 2º) Utilização de estratégias na IDC especialmente desenhadas para informar as práticas de ensino; e 3º) Realização de IDC pela escola. Em cada um destes caminhos procurou-se enquadrar algumas sugestões e iniciativas já levadas a cabo para potenciar o impacte e/ou articulação e que se encontravam referenciadas na literatura em geral e no contexto português em particular. O primeiro caminho (composto por cinco etapas) evidenciou-se como aquele que leva a maior vantagem pelas inúmeras intervenções possíveis. A investigação empírica aqui apresentada enquadrou-se inclusivamente neste primeiro caminho pelo facto de ter sido uma iniciativa com a intencionalidade explícita de articular a Didáctica Investigativa e Profissional e por ter sido realizada no contexto da Formação Pós-Graduada (cenário considerado privilegiado para a promoção de interacções). Esta iniciativa foi realizada exclusivamente no âmbito curricular da Formação Pós-Graduada (Didáctica Curricular) e procurou articular as dimensões epistemológicas da Didáctica através da utilização de ‘mecanismos potencialmente articuladores’ (Avaliação - feedback, TIC e Colaboração). Foram descritas as quatro etapas deste primeiro caminho percorridas empiricamente com variações no grau de concretização, com excepção da quinta etapa ‘Investigação sobre a prática de ensino com generalização situada’ porque a vertente dissertativa do respectivo curso não fez parte do corpus. Assim, a articulação ocorreu fundamentalmente no nível epistemológico (currículo da disciplina). No que diz respeito ao 2º caminho, é aquele em que a comunidade académica mais tem investido, quer pelas críticas voltadas especificamente para a investigação, quer pelo sucesso na potenciação do impacte nas propostas até agora implementadas. Deve ser utilizado de forma complementar ao 1º, envolvendo, de preferência, os Professores que percorrem frequentemente o 1º caminho na sua prática diária. Esta condição justifica-se pela necessidade de se integrar legitimamente os professores nas equipas de investigação, aumentando concomitantemente a contribuição das Práticas para a construção de conhecimento no campo educacional. Finalmente, o 3º caminho é aquele que ainda não pode ser concretizado porque, para as Escolas serem diferentes das actuais na dimensão epistemológica (tornando-se produtoras de conhecimento didáctico), seriam necessárias medidas estruturais e articuladas nas várias dimensões anteriormente referidas. Entretanto, foram apontadas algumas soluções como, por exemplo, a utilização de investigações de generalização situada nas Escolas e a ligação das Escolas em redes. Estas investigações locais não substituiriam, mas mobilizariam a IDC produzida nas Universidades (centradas na construção do campo Didáctica das Ciências). Este caminho visionário culmina por um lado, com uma análise prospectiva assente na relação de complementaridade entre as evidências científicas e experienciais porque uma prática sem suporte investigativo é imprudente e uma investigação sem suporte experiencial é imatura. Por outro com uma constatação tardia (deveras reconfortante) que os estudos centrados na relação entre a Investigação e Práticas são estudos voltados para a Formação de Investigadores-Seniores por exigirem uma meta-reflexão da prática investigativa e do processo investigativo. As implicações do estudo são: (i) futuras iniciativas de articulação entre IDCPráticas; (ii) implementar e avaliar as sugestões advindas em novos contextos formativos; e (iii) na Educação a distância na área da Didáctica e Formação Didáctica de Professores. Assume-se a limitação estrutural da investigação resultante da alteração do projecto inicial que o restringiu a uma única etapa. Faz-se ainda uma reflexão do processo formativo-investigativo mediante a descrição dos constrangimentos de natureza interna e externa. Explicitam-se as limitações de carácter geral e específico e algumas tentativas de minimização dos respectivos efeitos no estudo. Finaliza-se o estudo com algumas sugestões de trabalhos futuros, a saber: (i) Continuidade dos estudos centrados na articulação entre IDC-Práticas; (ii) Continuidade dos estudos de Avaliação da Formação Pós-Graduada em termos de eficiência, eficácia, impacte e articulação; (iii) Análise da Epistemologia da Prática Docente em comunidades de práticas escolares; (iv) Articulação entre a Investigação sobre a Formação de Professores e as práticas dos formadores e futuros-formadores; e (v) Constituição de “Scholarship of teaching” na Formação de Professores.

Experiências investigativas em contextos reais de ciência : uma possível abordagem na formação de professores/as do 1º e 2º ciclo do ensino básico?

Tese de doutoramento, Educação (Didática das Ciências), Universidade de Lisboa, Instituto de Educação, 2015

Investigating early years teachers’ understanding and response to children’s preconceptions

This paper focuses on young children’s scientific preconceptions and discusses teachers’ identification of these preconceptions when teaching science in the early years, on which research is still limited. This paper is based on the theoretical framework of constructivism and it defines preconceptions as children’s erroneous concepts prior to formal education. A two phase case study approach was employed, facilitating in-depth investigation though the use of questionnaires, interviews and observations. The results indicate that the teachers did not dedicate time to identify children’s preconceptions when planning and teaching science, even when acknowledging preconceptions’ possible existence. This indicates a possible lack of appreciation of the importance of children’s preconceptions of the consequences when ignoring them. The results also indicate the need for further training and professional development in relation to the teaching of early-years science, especially since only a very small percentage of early years teachers tend to study science during their years compulsory education. A number of suggestions are also provided for practice and policy that can be useful for other subjects as well.

Mice and larvae tracking using a particle filter with an auto-adjustable observation model

This paper proposes a novel way to combine different observation models in a particle filter framework. This, so called, auto-adjustable observation model, enhance the particle filter accuracy when the tracked objects overlap without infringing a great runtime penalty to the whole tracking system. The approach has been tested under two important real world situations related to animal behavior: mice and larvae tracking. The proposal was compared to some state-of-art approaches and the results show, under the datasets tested, that a good trade-off between accuracy and runtime can be achieved using an auto-adjustable observation model. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.