Establishing the Empirical Relationship Between Non-Science Majoring Undergraduate Learners’ Spatial Thinking Skills and Their Conceptual Astronomy Knowledge

Abstract

A comunidade da educação em astronomia tem suposto de forma implícita que o aprendizado da astronomia consiste em um domínio conceitual fundamentado no raciocínio espacial. Como um primeiro passo para identificar formalmente uma relação empírica entre estas duas coisas, utilizamos como amostra os estudantes de graduação de carreiras não científicas de um curso exploratório em uma universidade norte-americana do meio-oeste de médio porte com programa de Doutorado em andamento, onde estes estudantes foram submetidos a um diagnóstico de raciocino espacial e conceitos astronômicos antes e depois do mesmo. As ferramentas utilizadas foram o Test Of Astronomy Standards (TOAST) e o questionário What do you know? Utilizando somente dados completamente consistentes para esta análise, nossa amostra consistiu de 86 estudantes de graduação. As melhoras, depois de normalizadas, do desempenho dos estudantes nos dois quesitos foram pequenas, 0.26 e 0.13 respectivamente. O raciocínio espacial dos estudantes foi medido utilizando um instrumento específico desenhado para este trabalho. As correlações entre os resultados dos testes astronômicos e este instrumento específico antes e depois do curso mostraram uma relação entre moderada e forte, sugerindo que a relação entre o raciocínio espacial e o conhecimento astronômico pode explicar até um 25% na variação no desempenho dos estudantes.

Disciplinary discernment: Reading the sky in astronomy education

“…From extensive teaching experience and research, this model, where disciplinary discernment and extrapolating three dimensionality are assumed equally important as disciplinary declarative knowledge, has been found effective for teaching and learning astronomy and physics at the university level [1,2,10,37,97,139,140]. It may also be possible that the model would apply to other science subjects as well, in particular where one cannot directly see different phenomena, such as atomic interaction in chemistry, see, for example, Refs.…”

“…Consequently, a novice needs to learn how to read and use all the different disciplinary-specific semiotic resources that constitute the disciplinary discourse of astronomy [6][7][8][9]. Moreover, research has shown that multidimensional (MD) thinking of space, or extrapolating three dimensionality from one-or two-dimensional semiotic resources is both very important and very difficult for students to master [1,3,[10][11][12][13]. These difficulties taken into account makes it challenging for new-to-the-discipline students to learn astronomy, since not only does the student need to learn disciplinary declarative knowledge, but they need to learn to "read" all the different highly specialized disciplinary-specific semiotic resources that astronomers use to communicate within the discipline [8,9,[14][15][16][17].…”

“…Spatial thinking has increasingly been identified as an important competency in different science disciplines [11,75] and astronomy is no different in this respect [1,10,[76][77][78]. Indeed, astronomy as a discipline seems to demand excellence in the ability to extrapolate three dimensionality in one's mind from one-or two-dimensional semiotic resources.…”

“…As an example, the challenges that most students encounter when trying to learn about seasons, or the phases of the Moon, are very well documented across ages and time, and this is only the very first step out into the multidimensional Universe [71,82,[86][87][88][89][90][91][92]. However, it is not clear from the astronomy education research literature what the required spatial thinking entails and is used for, but experienced astronomy professors repeatedly observe successful students possessing high levels of spatial thinking [10]. The lack of literature in the field is concerning but there is a growing interest from the astronomy education FIG.…”

Özel Yetenekli Öğrencilere Yönelik Fen Bilimlerine Özgü Uzamsal Akıl Yürütme Becerisi Testinin Geliştirilmesi

“…Uzamsal akıl yürütme becerisi zihinsel olarak uzayda nesneleri konumlandırma, döndürme, hareket ettirme durumları ve perspektif ile ilişkili bir düşünme şekli olarak tanımlanabilir (Heyer, 2012). Uzamsal düşünme, mekân kavramları, görselleştirme ve akıl yürütme süreçlerinin yapılandırmacı yaklaşım temelli üç bileşene dayanmaktadır (NRC, 2006).…”