Retrieval-based skill learning: testing promotes the acquisition of scientific experimentation skills

Abstract

We investigated whether retrieval-based learning can facilitate the acquisition of cognitive skills, focusing on the control-of-variables strategy. This core scientific experimentation skill is regularly taught in science education classes because understanding it is essential for understanding experimental investigations in science. In the present study, participants initially read a text explaining the control-of-variables strategy. We compared the effects of subsequent retrieval practice and restudy of the text in performing a transfer test requiring the application of the control-of-variables strategy by judging the validity of a number of experimental designs. In addition, recall of the initially studied text was assessed as well. Repeated retrieval practice in combination with restudy opportunities resulted in better performance in both the transfer test and the recall test as compared to mere restudy or a single study opportunity. These findings demonstrate that retrieval practice is a useful tool for promoting deep conceptual learning.

Kompetenzaufbau zum experimentbezogenen Denken und Arbeiten. Videobasierte Analysen zu Aktivitäten und Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern der gymnasialen Oberstufe bei der Bearbeitung von fachmethodischer Instruktion

“…Denken u. Arbeiten: Befunde didaktisch sinnvoll voneinander unterschieden werden können, allerdings empirisch nicht in jeglicher Hinsicht trennbar sein müssen. Tempel et al (2018) finden, dass mehrfaches Testen zur Variablenkontrolle die zugehörigen Fähigkeiten fördert. Da die Schülerinnen und Schüler bei der Testbearbeitung Teile des experimentbezogenen Denkens und Arbeitens vollziehen, liegt in gewisser Hinsicht Praxis vor.…”

“…Aus einigen Äußerungen von Lernenden, die bei der Bearbeitung der implizit-fachmethodischen Instruktionsvariante getroffen werden, geht hervor, dass die Lernenden bei der Bearbeitung der Instruktion die Fragen aus dem Prätest zum Teil noch in Erinnerung haben. Beispielsweise: »Hier musst Du wahrscheinlich auch darauf achten, wie das mit der Höhe ist; ist so ähnlich wie im Test.« Derartige Äußerungen zeigen, dass die Bearbeitung des Prätests einen Einfluss auf die nachfolgende Instruktionsbearbeitung haben kann: Sie können eine Sensibilisierung für experimentbezogenes Denken und Arbeiten herbeiführen (weil sie eine Fokussierung erzeugen, die Lernende in nachfolgenden Situationen eigenständig ausprobieren) oder sogar direkt zum Kompetenzaufbau beitragen (obwohl im Test keine Konzepte des experimentbezogenen Denkens und Arbeitens expliziert werden, könnten die Aufgaben doch als Explorations-oder Übungsaufgaben fungiert haben; dass Testungen positive Effekte auf gemessene Kompetenzen haben können, findet sich auch bei Tempel et al, 2018;vgl. auch Dean & Kuhn, 2007).…”

Voluntary e-learning exercises support students in mastering statistics

“…Although most literature on retrieval practice used relatively simple test materials for measurement like single words, word pairs, text passages, and academic facts (Carpenter, 2012;Su et al, 2020), more challenging outcomes of understanding and comprehension of complex, educationally-relevant learning contents are now also investigated (Butler, 2010;Carpenter, 2014;Karpicke & Aue, 2015). Similarly, the literature expanded from showing improved recognition, cued recall, and free recall (Su et al, 2020) as well as transfer of factual and conceptual knowledge (Butler, 2010;Chan et al, 2006), to the promotion of superior critical evaluation of research articles (Dobson et al, 2018), analogical-problem-solving performance using hypothesis-testing examples (Wong et al, 2017), and to promoting deep conceptual learning in scientific experimentation skills (Tempel et al, 2020). However, in statistics, a topic in which solving exercises are a natural and widely used practice, the retrieval practice effect is seldomly analyzed.…”

Evidenzbasiertes Argumentieren bei multivariablen Kausalzusammenhängen mit Interaktionen in der fünften und sechsten Klassenstufe

“…Es kann nicht ganz ausgeschlossen werden, dass die Kinder einer Klasse sich untereinander über die jeweiligen Trainingsinhalte austauschten; dies geschah jedoch vermutlich nicht in systematischer und strukturierter Form. Bei der wiederholten Erfassung von Fähigkeiten, welche auf der Variablenkontrolle basieren, K zeigten sich auch in anderen Stichproben in der Vergangenheit Zunahmen (Bohrmann 2017; Schalk et al 2019;Tempel et al 2020). Neben allgemeinen Effekten durch kognitive Entwicklungsprozesse, die wir für unsere Studie angesichts der relativ kurzen Zeitspanne ausschließen möchten, handelt es sich dabei in der Regel um Retest-Effekte (Ferrer et al 2004;Tempel et al 2020).…”

“…Bei der wiederholten Erfassung von Fähigkeiten, welche auf der Variablenkontrolle basieren, K zeigten sich auch in anderen Stichproben in der Vergangenheit Zunahmen (Bohrmann 2017; Schalk et al 2019;Tempel et al 2020). Neben allgemeinen Effekten durch kognitive Entwicklungsprozesse, die wir für unsere Studie angesichts der relativ kurzen Zeitspanne ausschließen möchten, handelt es sich dabei in der Regel um Retest-Effekte (Ferrer et al 2004;Tempel et al 2020). Bei der zweiten Bearbeitung des Tests könnten die Schüler*innen beispielsweise durch Wiedererkennen der Aufgabeninhalte weniger Aufwand für das inhaltliche Verständnis der Aufgaben benötigt haben, wodurch sie sich mehr auf die Eigenschaften der dargestellten Vergleiche konzentrieren konnten.…”