Cognitive and affective implications of a STEM practice on optics in secondary education
DOI:
https://doi.org/10.37467/gkarevtechno.v11.3207Keywords:
STEM, Secondary Education, Optics, Cognitive domain, Affective domainAbstract
A number of studies highlight the relevance of analysing both affective and cognitive factors in the learning of STEM content, especially in secondary education, where negative emotions and attitudes emerge towards these areas, as well as low competence levels. This research follows a quasi-experimental design with pre-tests and post-tests comparing the influence on cognitive and affective variables of a STEM practice versus an academic-expositional methodology in secondary school. The results show statistically significant differences between groups, concluding that it is essential to select active and practical methodologies that integrate scientific-technological knowledge, fostering the development of positive emotions and the ability to learn.
References
Alborch, A., Pandiella, S. y Benegas, J. (2015). Aprendizaje activo en óptica (Programa ALOP). Relato de una experiencia en la escuela secundaria. Anuario Digital de Investigación Educativa, 26.
Barros, T. R., & Dias, W. S. (2019). Práticas experimentais de Física a distância: Desenvolvimento de uma aplicação com Arduino para a realização do Experimento de Millikan remotamente. Revista Brasileira de Ensino de Física, 41(4).
Beauchamp, G., & Parkinson, J. (2008). Pupils’ attitudes towards school science as they transfer from an ICT- rich primary school to a secondary school with fewer ICT resources: Does ICT matter? Education and Information Technologies, 13(2), 103-118.
Becker, K., & Park, K. (2011). Effects of integrative approaches among science, technology, engineering, and mathematics (STEM) subjects on students’ learning: A preliminary meta-analysis. Journal of STEM Education: Innovations and Research, 12(5&6), 23-37.
Benegas, J. y Villegas, M. (2013). El aprendizaje activo y la enseñanza de la Física. En J. Benegas, M. C. Pérez de Landazábal y J. Otero (Eds.), El aprendizaje activo de la física básica universitaria (pp. 57-68). Andavira Editora.
Benegas, J., Villegas, M., Pérez de Landazabal, M. C. y Otero, J. (2009). Conocimiento conceptual de física básica en ingresantes a carreras de ciencias e ingeniería en cinco universidades de España, Argentina y Chile. Revista Iberoamericana de Física, 5, 35-43.
Borrachero, A.B., Dávila, M.A., Costillo, E. y Bermejo, M.L. (2016). Relación entre recuerdo y vaticinio de emociones hacia las ciencias en profesores en formación inicial. Revista de Estudios e Investigación en Psicología y Educación, 3, 1–8.
Brickhouse, N. W., Lowery, P., & Schultz, K. (2000). What kind of a girl does science? The construction of school science identities. Journal of Research in Science Teaching: The Official Journal of the National Association for Research in Science Teaching, 37(5), 441-458.
Bruning, R. H., Schraw, J. G., Norby, M. M., & Ronning, R. R. (2004). Cognitive psychology and instruction. Pearson.
Bybee, R. W. (2010). Advancing STEM education: A 2020 vision. Technology and Engineering Teacher, 70(1), 30-35.
Carreras, C., Yuste, M. y Sánchez, J. P. (2007). La importancia del trabajo experimental en física: un ejemplo para distintos niveles de enseñanza. Revista Cubana de Física, 24(1), 80-83.
Carretero, M. (1998). Constructivismo “mon amour”. En R. Baquero, M. Carretero, J.A. Castorina, A. Lenci, E. Litwin y A. Camilloni (Eds.), Debates constructivistas (pp. 47-68). Aique.
Cheung, D. (2011). Evaluating student attitude toward chemistry lessons to enhance teaching in secondary school. Educación Química, 22, 117-122.
Chiu, A., Price, C. A., & Ovrahim, E. (2015). Supporting elementary and middle school STEM education at the whole school level: A review of the literature. En NARST 2015 Annual Conference. Chicago, IL.
Costa, M. F. y Dorrío, B. V. (2010). Actividades manipulativas como herramienta didáctica en la educación científico-tecnológica. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 7(2), 462-472.
Couso, D., Jiménez, M. P., López-Ruiz, J., Mans, C., Rodríguez, C., Rodríguez, J. M. y Sanmartí, N. (2011). Informe ENCIENDE: Enseñanza de las Ciencias en la Didáctica escolar para edades tempranas en España. COSCE.
Dávila, M. A. (2017). Las emociones y sus causas en el aprendizaje de Física y Química, en el alumnado de Educación Secundaria. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 14(3), 570–586.
Dávila, M.A. Cañada, F., Sánchez-Martín, J. y Mellado, V. (2016). Las emociones en el aprendizaje de física y química en educación secundaria. Causas relacionadas con el estudiante. Educación Química, 27, 217-225.
Dávila, M.A., Borrachero, A.B., Cañada, F., & Sánchez-Martín, J. (2018). Affective and Cognitive Factors in Learning of Physical and Chemical Changes of Matter in Secondary Education Students. Tecné, Episteme y Didaxis: TED, 44, 91-110.
De Danón, M. A. P. (1999). Concepciones y preconcepciones referidas a la formación de imágenes. Revista de Enseñanza de la Física, 12(1), 13-46.
De Miguel, C. R. y Martín-Varés, L. O. (2006). La opinión del alumnado de la Facultad de Educación (UCM) acerca de la metodología docente. Revista Complutense de Educación, 17(1), 29.
Désautels, J. (1998). Constructivism-in-action: Students examine their idea of science. En M. Larocelle, N. Bednarz, & J. Garrison (Eds.), Constructivism and education (pp. 121-138). Cambridge University Press.
Ding, L., & Beichner, R. (2009). Approaches to data analysis of multiple-choice questions. Physical Review Special Topics-Physics Education Research, 5(2), 20103.
Ding, L., Chabay, R., Sherwood, B., & Beichner, R. (2006). Evaluating an electricity and magnetism assessment tool: Brief electricity and magnetism assessment. Physical Review Special Topics-Physics education research, 2(1), 10105.
English, L. D. (2016). STEM education K-12: Perspectives on integration. International Journal of STEM Education, 3(1), 3.
Evans, H., & Fisher, D. (2000). Cultural differences in students’ perceptions of science teachers’ interpersonal behaviour. Australian Science Teachers Journal, 46(2), 9–17.
Fadzil, H. M., & Saat, R. M. (2014). Enhancing STEM Education during School Transition: Bridging the Gap in Science Manipulative Skills. EURASIA Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 10(3), 209-218.
Feher, E., & Meyer, K. R. (1992). Children’s conceptions of color. Journal of Research in Science Teaching, 29(5), 505-520.
Fernández, I., Gil, D., Carrascosa, J., Cachapuz, A. y Praia, J. (2002). Visiones deformadas de la ciencia transmitidas por la enseñanza. Enseñanza de las Ciencias, 20(3), 477-488.
García-Retana, J. Á. (2012). La educación emocional, su importancia en el proceso de aprendizaje. Revista educación de la Universidad de Costa Rica, 36(1), 97-109.
García-Molina, R. (2011). Ciencia recreativa: un recurso didáctico para enseñar deleitando. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 8, 370-392.
García-Perales, R. y Jiménez-Fernández, C. (2018). Relación entre repetición de curso, rendimiento académico e igualdad en educación: Las aportaciones de PISA. Revista Educación, Política y Sociedad, 4(1), 84-108.
Garritz, A. (2009). La afectividad en la enseñanza de las ciencias. Educación Química, 20, 212-219.
Garritz, A. (2010). La enseñanza de la ciencia en una sociedad con incertidumbre y cambios acelerados. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, 28(3), 315-326.
Gazzola, M. P., Otero, M. R., Llanos, V. C., & Arlego, M. (2018). Introducing STEM pedagogy in secondary school by means of Study and Research Path (SRP). Latin-American Journal of Physics Education, 12(4), 2.
Gilbert, J. K., & Watts, D. M. (1983). Concepts, Misconceptions and Alternative Conceptions: Changing Perspectives in Science Education. Studies in Science Education, 10(1), 61-98.
Gurel, D. K., Eryilmaz, A., & McDermott, L. C. (2015). A review and comparison of diagnostic instruments to identify students’ misconceptions in science. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 11(5), 989-1008.
Haagen-Schützenhöfer, C. (2017). Students’ conceptions on white light and implications for teaching and learning about colour. Physics Education, 52(4), 044003.
Heil, D. R., Pearson, G., & Burger, S. E. (2013). Understanding integrated STEM education: Report on a national study. En ASEE Annual Conference & Exposition. Atlanta, Georgia.
Iparraguirre, L. M. (2007). Una propuesta de utilización de la historia de la ciencia en la enseñanza de un tema de física. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, 25(3), 423-434.
Itzek‐Greulich, H., & Vollmer, C. (2017). Emotional and motivational outcomes of lab work in the secondary intermediate track: The contribution of a science center outreach lab. Journal of Research in Science Teaching, 54(1), 3-28.
Jenkins, E. W. (2006). The student voice and school science education. Studies in science education, 42, 49-88.
Laugksch, R. C. (2000). Scientific literacy: A conceptual overview. Science education, 84(1), 71-94.
Laws, P. W. (1991). Calculus-based physics without lectures. Physics today, 44(12), 24-31.
Lunetta, V. N., Hofstein, A., & Clough, M. P. (2007). Learning and teaching in the school science laboratory: An analysis of research, theory, and practice. En K. Abell y N.G. Lederman (Eds.), Handbook of research on science education (pp. 393-441). Routledge.
Lyons, T. (2006). Different countries, same science classes: Students’ experiences of school science in their own words. International journal of science education, 28(6), 591-613.
Maestre-Jiménez, J., Martínez-Borreguero, G. y Naranjo-Correa, F. L. (2017). Análisis del tratamiento del concepto de energía en la educación secundaria española actual. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y experiencias didácticas, (Extra), 1275-1280.
Marbá, A. y Márquez, C. (2010). ¿Qué opinan los estudiantes de las clases de ciencias? Un estudio transversal de sexto de Primaria a cuarto de ESO. Enseñanza de las Ciencias, 28(1), 19-30.
Marcos-Merino, J.M., Esteban-Gallego, R. y Gómez, J. (2019) Formando a futuros maestros para abordar los microorganismos mediante actividades prácticas. Papel de las emociones y valoraciones de los estudiantes. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias 16(1), 1602.
Martínez-Borreguero, G., Mateos-Núñez, M., & Naranjo-Correa, F.L. (2019a). Emotions of elementary school students: comparative analysis between different school subjects. En E. J. Byker y A. Horton (Eds.), Elementary Education. Global Perspectives Challenges and Issues of the 21st Century (pp. 69-98). Nova Science Publishers, Inc.
Martínez-Borreguero, G., Mateos-Núñez, M., & Naranjo-Correa, F.L. (2019b). Implementation and Didactic Validation of STEM Experiences in Primary Education: Analysis of the Cognitive and Affective Dimension. En IntechOpen (Eds.) Theorizing STEM Education in the 21st Century. IntechOpen.
Martínez-Borreguero, G., Naranjo, F. L., Mateos M., & Sánchez-Martín, J. (2018). Recreational experiences for teaching basic scientific concepts in primary education: The case of density and pressure. EURASIA Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 14(12), 1-16.
Martínez-Borreguero, G., Naranjo-Correa, F. y Mateos-Núñez, M. (2019) Análisis de las creencias de autoeficacia de docentes de Educación primaria en formación en la impartición de Contenidos curriculares de óptica. En S. Alonso, J.M. Romero, C. Rodríguez y J.M. Sola (Eds.), Investigación, Innovación docente y TIC. Nuevos horizontes educativos (pp. 1847-1871). Dykinson, S.L.
Martínez-Borreguero, G., Pérez-Rodríguez, Á. L., Suero-López, M. I., & Pardo-Fernández, P. J. (2013a). Detection of misconceptions about colour and an experimentally tested proposal to combat them. International Journal of Science Education, 35(8), 1299-1324.
Mateos-Núñez, M., Martínez-Borreguero, G. y Naranjo-Correa, F.L. (2019a). Comparación de las emociones, actitudes y niveles de autoeficacia ante áreas STEM entre diferentes etapas educativas. European Journal of Education and Psychology, 13(1), 251-267.
Mateos-Núñez, M., Martínez-Borreguero, G. y Naranjo-Correa, F.L. (2019b) Aprendizaje de contenidos de fuerza y movimiento mediante talleres STEM en 6º de primaria. Análisis cognitivo y emocional. En S. Alonso, J.M. Romero, C. Rodrígue y J.M. Sola (Eds.), Investigación, Innovación docente y TIC. Nuevos horizontes educativos (pp. 380-390). Dykinson, S.L.
Mateos-Núñez, M., Martínez-Borreguero, G., & Naranjo-Correa, F. L. (2020). Learning Science in Primary Education with STEM Workshops: Analysis of Teaching Effectiveness from a Cognitive and Emotional Perspective. Sustainability, 12(8), 3095.
McColgan, M. W., Finn, R. A., Broder, D. L., & Hassel, G. E. (2017). Assessing students’ conceptual knowledge of electricity and magnetism. Physical Review Physics Education Research, 13(2), 20121.
McDermott L.C. y Shaffer P.S. (2001). Tutoriales para Física Introductoria. Prentice Hall.
Mellado, V., Borrachero, A. B., Brígido, M., Melo, L.V., Dávila, M.A., Cañada, F., Conde, M.C., Costillo, E., Cubero, J., Esteban, R., Martínez, G., Ruiz, C., Sánchez, J., Garritz, A., Mellado, L., Vázquez, B., Jiménez, R. y Bermejo, M. L. (2014). Las Emociones en la Enseñanza de las Ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 32(3), 11-36.
Melo-Niño, L. V., Sánchez, R., Cañada, F. y Martínez-Borreguero, G. (2016). Learning difficulties on Archimedes’ Principle in the floating context. Revista Brasileira de Ensino de Física, 38(4), e4401.
Monteiro, M. A. A., Monteiro, I. C. D. C., Germano, E., Silvério, J. y Junior, F. S. (2013). Protótipo de uma atividade experimental para o estudo da cinemática realizada remotamente. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, 30(1), 191-208.
Murphy, C., & Beggs, J. (2003). Children perceptions of school science. School Science Review, 84(308), 109-116.
Naranjo-Correa, F. L., Martínez-Borreguero, G., Pérez-Rodriguez, A. L., Suero-Lopez, M. I., & Pardo-Fernández, P. J. (2016). A new online tool to detect color misconceptions. Color Research & Application, 41(3), 325-329.
OECD (2007). Programme for International Student Assessment, PISA 2006. Science competencies for tomorrow’s world. Volume I: Analysis. OECD Publishing.
OECD. (2016a). PISA 2015: Resultados Clave. OECD Publishing.
OECD. (2016b). PISA 2015 Assessment and Analytical Framework: Science, Reading, Mathematics and Financial Literacy. OECD Publishing.
OECD. (2019). PISA 2018: Insights and Interpretations. OECD Publishing.
Osborne, J., Simon, S., & Collins, S. (2003). Attitudes towards science: a review of the literature and its implications. International Journal of Science Education, 25(9), 1049-1079.
Osborne, R. J., & Freyberg, P. (1985). Learning in Science. The Implications of Children’s Science. Heinemann Educational Books, Inc.
Palacios, S. L. (2007). El cine y la literatura de ciencia ficción como herramientas didácticas en la enseñanza de la física: una experiencia en el aula. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 4(1), 106-122.
Pekrun, R. (2006). The control-value theory of achievement emotions: Assumptions, corollaries, and implications for educational research and practice. Educational Psychology Review, 18, 315–341.
Perales, F. J. y Nievas, F. (1991). Ideas previas en óptica geométrica: un estudio descriptivo. Revista Investigación en la Escuela, 13, 77-84.
Pérez, A. y de Pro, A. (2013). Estudio demoscópico de lo que sienten y piensan los niños y adolescentes sobre la enseñanza formal de las ciencias. En V. Mellado, L.J. Blanco, A.B. Borrachero y J.A. Cárdenas (Eds.), Las Emociones en la Enseñanza y el Aprendizaje de las Ciencias y las Matemáticas (pp. 495-520). DEPROFE.
Pesa, M. A. y de Cudmani, L. C. (1998). ¿Qué ideas tienen los estudiantes respecto a la visión? Revista Educación y pedagogía, 10(21), 15-33.
Real Decreto 1105/2014, de 26 de diciembre, por el que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato. Boletín Oficial del Estado, 3, de 3 de enero de 2015. https://www.boe.es/eli/es/rd/2014/12/26/1105/con
Rocard, M., Csermely, P., Jorde, D., Lenzen, D., Walwerg-Henriksson, H., & Hemmo, V. (2007). Science Education Now: A Renewed Pedagogy for the Future of Europe. European Commission Community Research.
Sánchez-Martín, J., Gallego-Méndez, J., Hernández, M.A, & Cañada, F. (2019). Working on what students think about chemical reactions: a didactic intervention on prior ideas at primary school level. En E. J. Byker y A. Horton (Eds.), Elementary Education. Global Perspectives Challenges and Issues of the 21st Century (267-286). Nova Science Publishers, Inc.
Sanders, M (2009). STEM, STEM education, STEM mania. Technology Teacher, 68(4), 20-26.
Sokoloff, D. R., & Thornton, R. K. (1997). Using interactive lecture demonstrations to create an active learning environment. The Physics Teacher, 35(6), 340-347.
Sokoloff, D., & Thornton, R. (2004). Interactive Lecture Demostrations. Wiley.
Stein, S., & McRobbie, C. (1997). Students’ conceptions of science across the years of schooling. Research in Science Education, 27(4), 611–628
Tünnermann Bernheim, C. (2011). El constructivismo y el aprendizaje de los estudiantes. Universidades, 48, 21-32.
Valanides, N., & Angeli, C. (2008). Distributed cognition in a sixth-grade classroom: An attempt to overcome alternative conceptions about light and color. Journal of Research on Technology in Education, 40(3), 309-336.
Vázquez, A., & Manassero, M.A. (2008). El declive de las actitudes hacia la ciencia de los estudiantes: un indicador inquietante para la educación científica. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 5(3), 274-292.
Vázquez, A., & Manassero, M.A. (2011). The decline of girls’ and boys’ attitudes toward science in compulsory education. Ciência & Educação, 17(2), 249-268.
Viennot, L. (1974). Sens physique e raisonnement formel en dynamique élémentaire. Bulletin de la Société Française de Physique Encant Pédagogique, 2, 35-46.
Published
Issue
Section
License
All articles are published under an Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND 4.0) license. Authors retain copyright over their work.
