Representational Classroom Practices that Contribute to Students’ Conceptual and Representational Understanding of Chemical Bonding

Abstract

Understanding bonding is fundamental to success in chemistry. A number of alternative conceptions related to chemical bonding have been reported in the literature. Research suggests that many alternative conceptions held by chemistry students result from previous teaching; if teachers are explicit in the use of representations and explain their content-specific forms and functions, this might be avoided. The development of an understanding of and ability to use multiple representations is crucial to students' understanding of chemical bonding. This paper draws on data from a larger study involving two Year 11 chemistry classes (n = 27, n = 22). It explores the contribution of explicit instruction about multiple representations to students' understanding and representation of chemical bonding. The instructional strategies were documented using audiorecordings and the teacher-researcher's reflection journal. Pre-test-post-test comparisons showed an improvement in conceptual understanding and representational competence. Analysis of the students' texts provided further evidence of the students' ability to use multiple representations to explain macroscopic phenomena on the molecular level. The findings suggest that explicit instruction about representational form and function contributes to the enhancement of representational competence and conceptual understanding of bonding in chemistry. However, the scaffolding strategies employed by the teacher play an important role in the learning process. This research has implications for professional development enhancing teachers' approaches to these aspects of instruction around chemical bonding.

Lo que Saben y Piensan Enseñar los Futuros Profesores de Escuela Primaria sobre el Concepto de Materia: Estudio de la Amplitud, Diversidad y Organización Conceptual

“…Ello implica, tratar en la enseñanza de cualquier tema los aspectos macroscópicos, microscópicos y simbólicos de forma integrada (Harrison y Treagust, 2003;Martín del Pozo, 2001). No obstante, la investigación señala la tendencia a: tratar los niveles de representación de forma separada; o a tratar solo uno de ellos, sobre todo el nivel macroscópico (Casado y Raviolo, 2005;Hilton y Nichols, 2011). Nuestros resultados, coinciden con esta tendencia, en el sentido que no observamos conceptos simbólicos en ninguno de los grupos (G 1 , G 2 y G 3 ) y una muy baja amplitud y diversidad en el nivel microscópico.…”

“…Nuestros resultados, coinciden con esta tendencia, en el sentido que no observamos conceptos simbólicos en ninguno de los grupos (G 1 , G 2 y G 3 ) y una muy baja amplitud y diversidad en el nivel microscópico. Ello plantea una deficiencia sobre el conocimiento de los niveles de representación, más si consideramos que estos niveles son fundamentales para mejorar los resultados de nuestros estudiantes (Galagovsky, 2005(Galagovsky, , 2007Hilton y Nichols, 2011;Reyes y Garritz, 2006;Van Berkel, Pilot y Bulte, 2009;Zaid et al, 2012). Considerar mayoritariamente aspectos macroscópicos (generales o específicos) y proponer conceptos que según los programas curriculares no forman parte del tema "materia", describe un conocimiento reducido, fragmentado y descontextualizado.…”

“…De hecho, todos los grupos presentan conceptos donde no elaboran tramas. Con esta baja comprensión de la estructura sustantiva y sintáctica (qué y cómo se interrelacionan los conceptos) de un tema, es muy probable que se decida seleccionar y diseñar secuencias de conceptos poco adecuadas (Arteaga e Inciarte, 2008;Garritz y Trinidad-Velasco, 2004;Hilton y Nichols, 2011).…”

“…En este sentido, y para la enseñanza de la química, se señala que es necesario que los futuros profesores no solo posean un amplio conocimiento de los conceptos estructurantes (amplitud y diversidad), sino que además posean un dominio de las relaciones entre los conceptos (organización) y un dominio de los niveles de representación para su enseñanza (macroscópico, microscópico y simbólico), de manera que al momento de enseñar un tema, por ejemplo, la "materia", puedan establecer un eje vertebrador, representar y diseñar secuencias didácticas para mejorar los aprendizajes de sus estudiantes (Galagovsky, 2007;Gómez et al, 2004;Harrison y Treagust, 2003;Hilton y Nichols, 2011;Martín del Pozo, 2001;Zaid et al, 2012).…”

Incorporating digital technologies into science classes: Two case studies from the field

“…their ability to use appropriate and accurate representations to justify their explanations). These latter three items, shown in Appendix 2, were scored using a modified version of Kozma's and Russell's (2005) representational competence levels (see Hilton & Nichols, 2011). This is a five-level scale where 1 indicates representational use based only on physical attributes or surface level features of a phenomenon or representation and 5 represents the ability to use multiple representations to make multi-level explanations of phenomena.…”