Computers are promising tools for providing educational experiences that meet individual learning needs. However, delivering this promise in practice is challenging, particularly when automated feedback is essential and the learning extends beyond using traditional methods such as writing and solving mathematics problems. We hypothesize that interactive knowledge representations can be deployed to address this challenge. Knowledge representations differ markedly from concept maps. Where the latter uses nodes (concepts) and arcs (links between concepts), a knowledge representation is based on an ontology that facilitates automated reasoning. By adjusting this reasoning towards interacting with learners for the benefit of learning, a new class of educational instruments emerges. In this contribution, we present three projects that use an interactive knowledge representation as their foundation. DynaLearn supports learners in acquiring system thinking skills. Minds-On helps learners to deepen their understanding of phenomena while performing experiments. Interactive Concept Cartoons engage learners in a science-based discussion about controversial topics. Each of these approaches has been developed iteratively in collaboration with teachers and tested in real classrooms, resulting in a suite of lessons available online. Evaluation studies involving pre-/post-tests and action-log data show that learners are easily capable of working with these educational instruments and that the instruments thus enable a semi-automated approach to constructive learning.
Met behulp van een conceptcartoon worden leerlingen (leeftijd 9 – 15) geconfronteerd met verschillende verklaringen van een alledaags verschijnsel. Na het verkennen van meningen en argumenten, blijken leerlingen zeer creatief te zijn in het bedenken van experimenten om het verschijnsel nader te onderzoeken. Maar hoe regel je een klas met 28 experimenterende kinderen? Hoe zorg je dat ze er wat van leren? Wat kunnen ze leren? Daarover gaat dit artikel.
A goal of science education is for students to develop scientific literacy. Scientific literacy involves the acquisition of factual scientific knowledge and the ability to assess the credibility of scientific assertation. Furthermore, students should be able to include ethical considerations. Realising this goal is complicated because it requires the development of argumentation skills, content knowledge, and an understanding of Nature of Science. Teachers struggle to apply effective strategies in the classroom. Few studies have shed light on usable, effective strategies. Therefore, the research goal is to identify features that encourage students to explore socio-scientific issues. To stimulate the development of scientific literary and support teachers, a web-based educational instrument was designed. In this study, the effects and influences of its features in the context of socio-scientific issues are investigated. The instrument provides a sequence of concept cartoons alternated with an interactive diagram. The instrument is deployed in 14 classrooms in both primary and secondary schools. In this paper, we present the educational instrument and report on its practical implementation and its constituent features. The results indicate that students show active involvement during their interaction with the instrument and reveal both the merits and challenges regarding the various features.
In onze moderne samenleving moeten burgers zich verhouden tot ingewikkelde vraagstukken waar natuurwetenschappelijke kennis aan ten grondslag ligt, maar waarbij ook burgerschapsaspecten een rol spelen, zoals gezondheid en duurzaamheid. Echter, mensen blijken slecht in staat om beschikbare kennis te evalueren en te interpreteren en 25% van de mensen is sceptisch over wetenschap. Deze situatie stelt het onderwijs voor een serieuze uitdaging. In de praktijk op zowel de basisschool als in het voortgezet onderwijs is het bijbrengen van kennis en vaardigheden als redeneren met wetenschappelijk bewijs en argumentatie over (burgerschaps)waarden niet vanzelfsprekend. De onderwerpen zijn complex en docenten hebben weinig handvatten om hun onderwijs hierin vorm te geven. In de lerarenopleidingen van de natuurwetenschappelijke vakken is er beperkt plek voor de didactiek die zich richt op het ontwikkelen van burgerschapsvaardigheden in combinatie met kennis over hoe wetenschap werkt. In het voorgestelde onderzoek wordt op basis van ‘concept cartoons’ een didactisch instrument ontwikkeld dat bijdraagt aan het oplossen van deze problematiek. Concept cartoons blijken redeneervaardigheden van leerlingen te kunnen stimuleren en aan te zetten tot discussie. In het postdoc-onderzoek wordt de basisvorm van concept cartoons uitgebreid tot een interactieve applicatie die het groepsgesprek reguleert en die middels eenvoudige kennisrepresentaties leerlingen ondersteunt bij het zelfstandig creëren en doordenken van hun argumentatie. Tevens wordt de effectiviteit van dit nieuwe instrument onderzocht. Middelen om leerlingen (deels) zelfstandig te laten werken aan hun kennis, wetenschappelijke redeneervaardigheden en burgerschapsvaardigheden voorzien in een belangrijke als ook omvangrijke behoefte in het onderwijs. Het in dit onderzoek ontwikkelde instrument zal op eenvoudige wijze kunnen worden gebruikt door docenten en zorgt daarmee voor inbedding in het curriculum. Dit bevordert de ontwikkeling van leerlingen naar wetenschappelijk geletterde burgers die in staat zijn onderscheid te maken tussen wetenschappelijke argumenten en normatieve overwegingen en daarover met elkaar in discussie te gaan.
