Science Misconceptions: A new look on conceptual change

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How does a homopolar motor work? It’s probably not what you think…

This is a guest post by Guillaume Malenfant-Robichaud and Patrice Potvin from the Équipe de recherche en éducation scientifique et technologique [ÉREST] at UQAM.

It is well known by science educators that students come to school riddled with scientific misconceptions that are hard to get rid of and often interfere with new learning. Here’s a common one: the idea that we experience seasons because of the earth’s changing distance from the sun (closer in the summer, farther in the winter), rather than because of the tilt in the Earth’s axis. While all teachers sometimes struggle with students’ erroneous beliefs when teaching new ideas or concepts, science teachers win when it comes to the most firmly entrenched conceptual misunderstandings. While students’ misconceptions and how to overcome them have been widely studied, the research has produced no widely accepted teaching models to address these that are readily available to teachers (diSessa, 2006)[1]. Science teachers, it would appear, have been on their own with this one.

The issue with most of the existing models on how to overcome misconceptions is that they assume that conceptual change is hard to achieve because students must radically restructure their existing knowledge to understand new counter-intuitive information. According to this view, initial conceptions have to be modified or even replaced to denote a completed conceptual change. However, many experts (among them l’Équipe de Recherche en Éducation Scientifique et Technologique [ÉREST]), are challenging this vision. Instead, they believe that misconceptions are never completely erased and that they coexist in the brain. The following will briefly introduce the research carried out by ÉREST members and how our use of mental chronometry and functional neuroimaging allowed us to propose a new teaching method based on inhibiting misconceptions that may lead to more durable learning.

Two breakthrough studies[2] have used functional magnetic resonance imaging (fMRI) to observe different brain regions’ activity during a task on electricity (Masson, Potvin, Riopel, & Brault Foisy, 2014; Potvin, Turmel and Masson, 2014) and mechanics (Brault Foisy, Potvin, Riopel, & Masson, 2015). In both cases, experts showed a greater activation in regions associated with inhibition when correctly evaluating scientific stimuli (where a misconception needs to be neglected). Thus expertise is characterized by the ability to overcome mistakes commonly made by novices. Another study used a different methodology to test the persistence of a common misconception about buoyancy (heavy objects sink more than lighter ones) (Potvin, Masson, Lafortune, & Cyr, 2014). Analysis of reaction-time showed that intuitive stimuli (bigger object sinks more) took less time to be correctly identified compared to counter-intuitive stimuli (smaller object sinks more). Once again, inhibition seems to be necessary to “think like a scientist.”

These results inspired a new model of conceptual prevalence based on coexistence and inhibition (Potvin, 2013). This model proposed three steps to aim at long-term comprehension:

  1. Clarify the desired conception: Make sure the students learn and understand the desired conception before attacking its rivals.
  2. Install inhibitive “stop signs”: Make the students aware of the shortcomings of their misconceptions and when they usually make mistakes.
  3. Make it stick: Since misconceptions are never erased, teachers should never consider a good answer to be “the end” of learning. They should help students develop automaticity through questionning and various examples over time to ensure the durability of the scientific concepts.

These results might only be the tip of the iceberg. More research is needed to really grasp this new idea in which both correct and incorrect conceptions coexist in students’ brains. That is why we are currently also testing this hypothesis in chemistry learning. We are doing in-depth analysis of the relationship that exists between inhibition and conceptual change and also the relationship between inhibition and difficulty in science. All this work will hopefully lead us to better recommendations to help students learn science… for good.

 

[1] See Potvin, P. (2011). Manuel d’enseignement des sciences et de la technologie. Québec, Québec : Éditions MultiMondes. for a review of the most popular models and how to use them in a classroom (In French)

[2] See http://www.associationneuroeducation.org/ for more information about these studies and others using neuroimaging in education.


Brault Foisy, L.-M., Potvin, P., Riopel, M., & Masson, S. (2015). Is inhibition involved in overcoming a common physics misconception in mechanics? Trends in Neuroscience and Education, 4(1), 26-36.

diSessa, A. A. (2006). A history of conceptual change research: Threads and fault lines. In R. K. Sawyer (Ed.), The Cambridge handbook of the learning sciences. (pp. 265-281). New York, NY: Cambridge University Press.

Masson, S., Potvin, P., Riopel, M., & Brault Foisy, L. M. (2014). Differences in brain activation between novices and experts in science during a task involving a common misconception in electricity. Mind, Brain, and Education, 8(1), 44-55.

Potvin, P. (2013). Proposition for improving the classical models of conceptual change based on neuroeducational evidence: Conceptual prevalence. Neuroeducation, 2(1), 16-43.

Potvin, P., Masson, S., Lafortune, S., & Cyr, G. (2014). Persistence of the intuitive conception that heavier objects sink more: a reaction time study with different levels of interference. International Journal of Science and Mathematics Education, 1-23.

Potvin, P., Turmel, É. & Masson, S. (2014). Linking neuroscientific research on decision making to the educational context of novice students assigned to a multiple-choice scientific task involving common misconceptions about electrical circuits. Frontiers in human neuroscience, 8(14), 1-13

Wandersee, J. H., Mintzes, J. J., & Novak, J. D. (1994). Research on alternative conceptions in science. In D. L. Gabel (Ed.), Handbook of research on science teaching and learning (pp. 177-210). New York, NY: Macmillan.

La rétroaction corrective à l’oral

teacher_classLa rétroaction corrective à l’oral Qu’est-ce que c’est ?

La rétroaction corrective de la communication orale est une stratégie d’enseignement utilisée en salle de classe dans le but d’améliorer les compétences et les habiletés linguistiques des élèves. Cette stratégie ne requiert pas de planification particulière, mais elle consiste plutôt à une prise de conscience des pratiques pédagogiques des enseignant.e.s et au développement d’habitudes en salle de classe.

Pourquoi utiliser la rétroaction corrective à l’oral en classe de FLS ?

photo-1Selon le livre Visible Learning de John Hattie, qui recense plus de 800 méta-analyses sur les facteurs qui influencent le succès des élèves, la rétroaction est parmi les pratiques pédagogiques ayant le plus d’impact tout comme la qualité de la relation maitre-élève. La rétroaction est alors bénéfique et nécessaire afin de faire progresser l’élève daphoto-2ns son apprentissage de la langue seconde. Contrairement à ce qu’on pourrait penser, c’est quand l’élève a quelque chose à dire qu’il est important de le corriger afin que la rétroaction soit plus efficace. Il est donc essentiel de se pencher sur les 6 types possibles de rétroaction corrective à l’oral selon le modèle de Roy Lyster, professeur à l’université McGill, et de voir comment les utiliser régulièrement en salle de classe selon le contexte. Voici une vidéo réalisée par Jean Provençal et Francis Giguère de la commission scolaire Eastern Township qui explique et illustre les 6 types de rétroactions avec l’aide de saynètes et de commentaires.

Bon visionnement !

Beyond the Textbook: ReMix yourself with new PD

Last November, LEARN and some local partners decided to organize an EdCamp for educators in Quebec – ReMixEd Camp MTL. The idea was simple: get a space, some food, some prizes, and amass a hundred or so educators together on a chilly fall Saturday to talk about all things education. A new way to approach professional development, a new way to connect with educators from different milieus, a new way to improve one’s practice through conversation and collaboration, a new way to grow as a professional, a new way to develop your growth mindset. Welcome to the “unconference”.

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Photo by Chris Webb https://mymathadventures.wordpress.com/2015/11/29/remixed/

The basic idea of an EdCamp is pretty straight forward: no pre-organized sessions, no keynotes, no agenda, no pre-determined topics or themes; in essence the day is designed by the people attending the event. It is the attendees that build the agenda on the morning of the event. This truly makes the day for educators by educators. It’s magic lies in its simplicity. “So much of life and work is overly structured that it doesn’t give us… room to run and grow freely,” with our ideas, says entrepreneur Joshua Kauffman, who facilitates these unconferences around the world. “By contrast, the unstructured, high-energy environment of the unconference amplifies ideas.”

These unconferences have two rules that all attendees must follow; namely be selfish and don’t break out that powerpoint! This is a day for professional learning and conversation. If a session is not giving you want you need, get up and find a session that does – this is called the Law of Two-Feet. Even better, post a session topic that you’re interested in discussing on the communal agenda. Because the intent is to be unstructured (but not unfocused), letting ideas flow freely through engaging conversation, being shackled to your favourite powerpoint as you stand at the front of the room is not where we want to find you.

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http://www.shakeuplearning.com/blog/author/kaseybell/

Some comments from last year’s ReMixEd Camp MTL 2015:

“This was a great experience for me. Edcamps are awesome and allow us to talk about what matters to us.”

“It was surprising everything that was done without charging participants. Other than the excellent sessions, the food was great and having all the prizes was fun.”

At ReMixEd Camp MTL 2016 we will offer your typical edcamp sessions, but we mix it up a bit. This year we will have an all -day full-on Makerspace set up for attendees, as well as an App Smash at noon for participants to show a crowd in 60 seconds how they use a given app in their classroom. And, of course, prizes! We get many sponsors that send amazing educational products for us to give away, like apps, iPad cases, document cameras, stickers, posters, tablets, subscriptions, discounts and on and on… Most participants leave with a goodie. This year we plan on ending in the early afternoon, so we will set up what we are calling the “energy table” that will offer snacks and drinks to get you through till two o’clock. We’ll even watch your kids for the day.

“I loved it! It was well worth the giving up of a Saturday, if only to have a genuine Maker experience. Although I have been promoting a maker culture in my school and library, and doing all the organizing for it, this was the first time I got behind the counter so to speak and tried to do something myself. I felt inordinately proud of my little light up felt flower!”

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via @brnbond

We believe that a learning event of this kind needs to be open to all, so if you’re an educator or a soon-to-be educator, join us. The more diversity in our participants, the richer the conversations. We have made sure to work into the day lots of times for networking with fellow educators. Oh yes, I forgot to mention, this event is completely free, yes free.

“Sad this is only an annual event. Looking forward to the next one!”

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Please visit our site www.remixedcamp.ca and register for the event today! You can follow all the action on the Whova app as well by searching for “remixed” in the app. Find us on Twitter and Facebook too!

Pour que les devoirs comptent

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La question des devoirs est un sujet controversé. Pour certains, ils sont à proscrire alors que d’autres y tiennent obstinément. Certaines écoles sont même jugées par la quantité de devoirs qu’elles donnent.

Mais qu’en est-il réellement ?

Des arguments du clan du CONTRE :

  • peut causer des conflits dans les relations familiales;
  • peut être fastidieux de gérer le suivi et d’assurer la correction des devoirs;
  • peut interférer avec les loisirs et le temps de famille;
  • peut provoquer des questions quant à l’engagement réel de l’élève: qui a vraiment fait le devoir?

Des arguments du clan du POUR :

  • permet aux parents de participer à la vie scolaire;
  • offre une opportunité de prolonger l’apprentissage ;
  • permet d’inculquer une certaine discipline, une routine, des habitudes de travail;
  • aide à développer des habiletés d’autorégulation.

Et vous, quelles sont vos croyances quant aux devoirs ?

Prenez quelques instants pour répondre par vrai ou faux aux énoncés suivants :

  • Tous les élèves bénéficient également des devoirs.
  • Les devoirs fonctionnent mieux quand les mêmes tâches sont assignées à tous les élèves.
  • Les élèves devraient commencer les devoirs en classe.
  • Tous les élèves du primaire devraient faire au moins 30 minutes de devoirs chaque soir.
  • Les parents doivent s’assoir avec leur enfant pour faire les devoirs.
  • Les élèves tirent un plus grand bénéfice des devoirs quand ils sont notés.

 

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Anik Malenfant et Paul Kettner, conseillers pédagogiques à la commission scolaire English-Montréal, ont exploré le sujet.

Voici un compte-rendu de leurs recherches et de leurs réflexions sur la question des devoirs et sur les énoncés précédents.

Est-ce que tous les élèves bénéficient également des devoirs ?

Non. Selon plusieurs auteurs, il semblerait que les devoirs pourraient avoir un impact positif pour les élèves du secondaire, mais très peu d’effets pour les élèves du primaire. Certains auteurs vont même jusqu’à affirmer que ça pourrait avoir un impact négatif pour les élèves du primaire tout particulièrement dans les milieux défavorisés où les facteurs environnementaux font en sorte que les élèves ne disposent pas de conditions leur permettant de compléter les devoirs tel que demandé.

Les devoirs fonctionnent-ils mieux quand les mêmes tâches sont assignées à tous les élèves ?

Non. Comme tous les élèves d’une même classe ne sont pas du même niveau, il est illusoire de penser qu’ils puissent faire le même devoir à la maison. Plusieurs auteurs recommandent d’offrir la possibilité de choisir le devoir ou d’être impliqué dans le choix du celui-ci afin que l’élève s’y engage avec plus de motivation. En somme, il faut se rappeler que « one size doesn’t fit all! » Le besoin de différenciation n’est pas qu’une réalité avec laquelle les enseignant.e.s doivent composer en classe, mais c’est une nécessité qui se prolonge dans les tâches à faire à la maison.

Les élèves devraient-ils commencer les devoirs en classe ?

Oui. En commençant le devoir en classe, les élèves ont l’opportunité de poser des questions afin de clarifier la tâche à faire. Cette pratique permet aussi à l’enseignant.e d’ajuster le tir en cas de besoin. Pour que les élèves prennent les devoirs au sérieux, se rappeler que le but du devoir doit être précisé de même que les attentes, les critères de réussite ainsi que la date de remise. Un devoir ne devrait jamais être assigné quand la cloche sonne.

Est-ce que tous les élèves du primaire devraient faire au moins 30 minutes de devoirs chaque soir ?

Non. La plupart des auteurs s’entendent pour dire qu’environ 10 minutes de devoirs par soir devraient être assignées à partir de la première année. Par la suite, on parle d’augmenter de 10 minutes par année scolaire. Ainsi, en 6e année, un élève ne devrait pas faire plus d’une heure de devoirs par soir, toutes matières confondues. Au-delà de 90 minutes par soir, il y a un risque d’impacts négatifs sur la performance scolaire. On recommande de ne pas donner de devoirs pendant les vacances et les fins de semaine.

Est-ce que les parents doivent s’assoir avec leur enfant pour faire les devoirs ?

Non. Même si l’engagement des parents dans la vie scolaire des enfants et la richesse des échanges qu’ils ont avec ceux-ci sont reconnus comme étant des prédicteurs de succès, les parents ne devraient pas être assis auprès de leur enfant pour faire les devoirs. Le parent devrait rester à proximité et être disponible afin de dépanner, de modeler de bonnes habitudes de travail et de suggérer des stratégies et des ressources à utiliser. Il importe de garder en tête que le parent n’est pas un expert à qui l’on peut confier la tâche d’enseigner de la matière d’autant plus que cela pourrait causer de la confusion avec les approches utilisées en classe.

Est-ce que les élèves tirent un plus grand bénéfice des devoirs quand ils sont notés ?

Non. La rétroaction a davantage d’impact sur l’apprentissage que les notes. Pour être efficace, cette rétroaction doit être donnée rapidement après la réalisation de la tâche et être suffisamment spécifique pour que l’élève comprenne ses erreurs. Elle peut être faite en groupe classe, en petites équipes ou individuellement. Il faut donc éviter le piège d’utiliser les notes accordées aux devoirs comme technique de gestion de classe.

À la lumière de ce qui vient d’être mentionné précédemment, Anik Malenfant et Paul Kettner vous proposent des pratiques gagnantes pour des devoirs efficaces inspirées de la recherche sur le sujet. De plus, ils suggèrent des exemples concrets qui respectent ces balises.

Vous trouverez également des conseils aux parents pour les devoirs.


AFFICHES À IMPRIMER

1- Pratiques gagnantes   2- Exemples concrets    3- Conseils aux parents

 

 

 

 

 

 

 

 

POSTERS TO PRINT

1- Guidelines   2- Concrete examples of homework    3- Tips for parents

 

 

 

 

 

 

 

 


Références

  • Barber, B. 1986. Homework Does Not Belong on the Agenda for Educational Reform. Educational Leadership, p. 55-57.
  • Bryan, T. et Nelson, C. 1994. Doing Homework : Perspectives of Elementary and Junior High School Students. Journal of Learning Disabilities, p. 488-499.
  • Carnet du Savoir. 2009. Les devoirs contribuent à la réussite, la plupart du temps.
  • Carr, N. S. 2013. Increasing the Effectiveness of Homework for All Learners in the Inclusive Classroom. School Community Journal, p. 169-183.
  • Conseil Supérieur de l’Éducation. 2010. Pour soutenir une réflexion sur les devoirs à l’école primaire. p. 1-116.
  • Hodapp, A. F. et Hodapp, J. B. 1992. Homework: Making it Work. Intervention in School and Clinic, p. 232-235.
  • Hong, E., Peng, Y. et Rowell, L.L. 2008. Homework self-regulation : Grade, gender, and achievement-level differences. Learning and Individual Differences, p. 269-276.
  • Kohn, A. 2011. Ten Obvious Truths That We Shouldn’t Be Ignoring. Beacon Press.
  • Marzano, R. J. et Pickering, D. J. 2007. The Case For and Against Homework. Educational Leadership, p.74-79.
  • Schon, B. N.D. Homework and Research. Houghton Valley School.
  • Stevenson, A. 2009. Probing Question : Is homework bad for kids ? Penn State University.
  • Voorhees, S. 2011. Why the Dog Eats Nikki’s Homework: Making Informed Assignment Decisions. The Reading Teacher, p.363-367.
  • Whalen, T. J. 1961. Homework. NASSP Bulletin, p.119-121.