Laurinda Leite

Heat and temperature : an analysis of how these concepts are dealt with in textbooks

SUMMARY Despite the fact that textbooks are primarily directed at students, research has shown that teachers are heavily reliant and dependent on them. On the other hand, there is some empirical evidence that textbook presentation of science content may lack accuracy and strengthen some alternative conceptions on their users. Besides, it seems that textbooks are not always in agreement with the results of educational research, namely in regard to teaching approaches. Thus, the main objective of this paper is to analyse how 9th grade Portuguese physics textbooks deal with heat and temperature, in order to see whether or not they are adequate sources of information for students and teachers. Eleven 9th grade textbooks are analysed with regard to ideas included, correctness of concepts and arguments, global teaching approach, learning activities (nature, diversity, level of investigation, etc.). The results indicate that the majority of the textbooks are hardly consistent with modem perspectives for science ...

Pre-service physics teachers and conceptual difficulties on temperature and heat

SUMMARY In this article the ‘lesson preparation method’ was used to investigate pre-service teachers’ pedagogical content knowledge, in particular their knowledge of pupils’ conceptual difficulties on temperature and heat. A relation is found between the conceptual difficulties pre-service teachers expect their pupils to have and the conceptual difficulties they themselves have or have had. The discussion considers what pedagogical content knowledge teacher educators should include in the initial or inservice teacher education curriculum.

Forms of reasoning used by prospective Physical Sciences teachers when explaining and predicting natural phenomena : the case of air pressure

The co-ordination between theory and evidence is an outstanding characteristic of scientific thinking. Research indicates that students often have difficulty in explaining natural phenomena because they use their own theories to explain phenomena or they are unable to build a bridge between theory and evidence. Science teachers must teach students to collect and select evidence and to use theory to explain it. The objective of this study was to investigate the forms of reasoning used by prospective physical sciences teachers when they build up explanations and make predictions about natural phenomena. Thirty-eight prospective teachers answered a questionnaire structured around three problems focusing on phenomena that can be explained through air-pressure variation. The results seem to indicate a variation in the forms of reasoning used, depending on the problem and the type of request. The number of prospective teachers who consistently use a certain form of reasoning is higher within problems than across problems.Sommaire exécutifLorsqu’ils tentent de trouver des données empiriques pour soutenir de nouveaux modèles ou de nouvelles théories, les scientifiques se servent de leur propre jugement pour séparer ce qui est pertinent de ce qui ne l’est pas. Bien qu’ils utilisent leurs idées pour interpréter les données, ces idées sont également reconstruites ou développées afin de mieux adhérer aux données considérées. L’effet réciproque entre la théorie et les faits n’est pas direct et constitue une caractéristique importante de la pensée et de l’explication scientifique. Ces questions devraient donc faire partie intégrante de tout curriculum scientifique obligatoire visant à contribuer à l’alphabétisation scientifique.Certaines recherches indiquent que les étudiants éprouvent souvent des difficultés lorsqu’ils doivent expliquer certains phénomènes naturels, parce qu’ils se servent de leurs propres théories pour les expliquer ou encore parce qu’ils sont incapables d’établir un pont de la théorie aux faits. Donc, les enseignants de sciences doivent enseigner à leurs élèves d’une part comment recueillir et sélectionner les données pertinentes, et d’autre part comment se servir de la théorie pour les expliquer. Fournir des explications est généralement accepté comme une partie importante du travail d’un enseignant. Cependant, «on parle beaucoup moins de l’acte et de l’art d’expliquer que des notions scientifiques qu’il faut expliquer [et] l’explication elle-même n’est guère traitée comme un objet susceptible d’être compris, appris ou enseigné» (Ogbom, Kress, Martins, & McGillicuddy, 1997, p. 2). De plus, l’acte d’expliquer requiert un effort intellectuel considérable, car il «implique l’habileté de transmettre des notions scientifiques difficiles sans en altérer le sens ni mentir» (Wellington, 2000). Malheureusement, les enseignants à leurs premières armes sont censés apprendre à expliquer à partir de leur propre expérience de l’enseignement.L’objectif de cette étude était de se pencher sur les formes de raisonnement utilisées par les futurs enseignants de sciences physiques lorsqu’ils construisent des explications et formulent des prédictions sur les phénomènes naturels. Trente-huit futurs enseignants de sciences physiques ont participé à l’étude. Ils en étaient à la quatrième année d’un programme de premier cycle universitaire d’une durée de cinq ans visant à former des enseignant de sciences physiques dans une université portugaise. L’année suivante (la cinquième de leur programme d’études), ils allaient effectuer un stage d’enseignement d’un an. Les données ont été recueillies par le biais d’un questionnaire qui se basait sur trois problèmes mettant en jeu des phénomènes susceptibles d’être expliqués par des variations de pression atmosphérique. Mentionnons d’abord deux points importants: premièrement, la pression atmosphérique est un concept théorique qui ne peut être simplement induit à partir de l’expérience; deuxièmement, il s’agit d’un concept dont les étudiants d’âges différents se font des idées différentes (Driver, Leach, Millar, & Scott, 1997). Les problèmes utilisés dans cette étude sont les suivants: la bouteille et le ballon, la chandelle qui se consume et l’œuf et la bouteille. Dans tous les cas il s’agit de situations en laboratoire qui ont déjà été utilisées par d’autres auteurs, bien que dans des buts de recherche différents. Les versions précédentes ont été adaptées de façon à ce que les questions sur les explications et les prédictions puissent être posées au sujet de chacun des problèmes. La forme même des questions exigeait des étudiants qu’ils se servent de leurs propres théories pour prédire ou expliquer les situations plutôt que de choisir parmi des théories existantes.Les réponses aux questions ont ensuite été analysées sur le plan des contenus pour déterminer les types de raisonnements dont se servaient les enseignants en formation pour expliquer les faits présentés et étayer les prédictions formulées. Les catégories principales utilisées pour analyser les raisonnements des futurs enseignants sont les mêmes qu’avaient utilisées Driver et al. (1997) lorsqu’ils ont analysé les caractéristiques des représentations épistémologiques chez les étudiants: le raisonnement fondé sur les phénomènes, le raisonnement fondé sur les relations et le raisonnement fondé sur un modèle.Les résultats montrent des variations d’un problème à l’autre et d’un type de question à l’autre. Ainsi, au moins 50% des participants se sont servis d’un raisonnement fondé un modèle quelle que soit la question posée au sujet de la bouteille et du ballon, alors que le raisonnement fondé sur les relations était prédominant chez les participants lorsqu’il était question des deux autres problèmes. La prédiction sur la possibilité de faire sortir l’œuf de la bouteille (voir tableau 1) s’est avérée particulièrement difficile pour les étudiants, et seuls quelques-uns ont fourni une explication relative à cette situation. Le nombre de futurs enseignants qui utilisent régulièrement un type de raisonnement donné est plus élevé pour un même problème que si l’on considère les trois problèmes dans leur ensemble.Les résultats suggèrent que les futurs enseignants tendent à expliquer les phénomènes naturels à partir de généralisations empiriques, bien que dans certains cas ils tentent d’utiliser des modèles (le plus souvent de façon incomplète) pour expliquer les phénomènes ou pour expliquer les prédictions qu’ils formulent à leur sujet. Cela pourrait signifier que les connaissances scientifiques des enseignants en formation sont insuffisantes pour qu’ils puissent expliquer les phénomènes scientifiques de façon satisfaisante, et que les didacticiens doivent accorder une plus grande importance à l’explication scientifique. Bien qu’il n’existe aucun consensus sur la meilleure approche pour enseigner à expliquer, il semble qu’une bonne capacité d’expliquer nécessite qu’on apprenne «sur le tas». Par conséquent, les futurs enseignants doivent avoir, dans le cadre de leur programme d’études, l’occasion de formuler des explications s’ils veulent perfectionner leur capacité d’expliquer, et il en va de même pour les cours de perfectionnement à l’intention des enseignants qui sont déjà en service.

Questions in Science textbooks: development and validation of a checklist

Questions require a thoughtful answer and can play diverse educational roles, such as stimulating the learning of new knowledge, as is the case in Problem-Based Learning (PBL) contexts. In this context, the student is placed at the center of the teaching and learning processes and plays an active role in the learning of new knowledge. Bearing in mind the influence that textbooks exert on teaching practices, it is worthwhile questioning to which extent questions included in school science textbooks promote a PBL oriented teaching approach. This paper describes the development and validation of a checklist for analyzing the questions included in science textbooks. After introducing the checklist, an example of its application to a science unit assigned to two junior high school science courses (8th grade) is given, approaching the two disciplines in the area.Questions require a thoughtful answer and can play diverse educational roles, such as stimulating the learning of new knowledge, as is the case in Problem-Based Learning (PBL) contexts. In this context, the student is placed at the center of the teaching and learning processes and plays an active role in the learning of new knowledge. Bearing in mind the influence that textbooks exert on teaching practices, it is worthwhile questioning to which extent questions included in school science textbooks promote a PBL oriented teaching approach. This paper describes the development and validation of a checklist for analyzing the questions included in science textbooks. After introducing the checklist, an example of its application to a science unit assigned to two junior high school science courses (8th grade) is given, approaching the two disciplines in the area.

Initial Science Teacher Education in Portugal: The Thoughts of Teacher Educators About the Effects of the Bologna Process

Between the 1980s and 2007, Portugal used to have one-stage (5-year period) initial teacher education (ITE) programs. In 2007 and consistent with the Bologna process guidelines, Portuguese teacher education moved toward a two-stage model, which includes a 3-year undergraduate program of subject matter that leads to a licenciatura (or bachelor) degree and a 3-year professional master in the teaching of a subject. The way that teacher educators perceive the ITE programs effects the education of prospective teachers and consequently the future of science education. This paper aims at analyzing how science teacher educators perceived the changes that took place in this formal way of educating junior school (7th–9th grades) and high school (10th–12th grades) science teachers in Portugal, due to the implementation of the Bologna guidelines. To attain the objectives of the study, 33 science teacher educators including science specialists and science education specialists answered an open-ended online questionnaire, which focused on the strengths and weaknesses of the pre- and post-Bologna ITE programs, the overall quality of teacher education and measures for improving ITE. The results indicate that science teacher educators were quite happy with all of the ITE models, but they expressed the belief that both the science and the teaching practice components should be strengthened in the post-Bologna masters in teaching. Meanwhile, changes were introduced in Portuguese educational laws, and they proved to be consistent with the opinions of the participants. However, the professional development of teacher educators along with evidence-based ITE programs seems to be necessary conditions for overcoming the challenges that teacher education is still facing in Portugal and worldwide.