Does the mass of the Earth vary? Modeling through thought experiment

Authors

Abstract

This paper analyzes the effect of the resolution of qualitative problems through mental experiments, in the use of the idea of conservation of mass. Its purpose is to identify the models expressed by the students, and how they adjust and self-regulate as a result of the work in the classroom. For this, a multiple case study is carried out with secondary school students, using qualitative methods of data analysis. Throughout the mental experiment, students began mobilizing simple and naive models, based on a non-conservation of matter, while more than half ended up formulating others that spontaneously integrated the principle of conservation of mass and the idea of Earth as an open system. These results show the role of mental experiments as favorable scenarios for modeling in science.

Keywords

Conservation of mass, Mental experiments, Models, Modeling, System

References

Acevedo-Díaz, J. A., García-Carmona, A., Aragón-Méndez, M. y Oliva-Martínez, J. M. (2017). Modelos científicos: significado y papel en la práctica científica. Revista Científica, 30(3), 155-166. https://doi.org/10.14483/23448350.12288

Adúriz-Bravo, A. (2012). Algunas características clave de los modelos científicos relevantes para la educación química. Educación química, 23, 1-9. https://doi.org/10.1016/S0187-893X(17)30151-9

Aliberas, J., Gutiérrez, R. e Izquierdo, M. (2017). Introducción a un método para la conducción y análisis de diálogos didácticos basado en la evaluación de modelos mentales. Enseñanza de las Ciencias, 35(2), 7-28. https://doi.org/10.5565/rev/ensciencias.2028

Bitsakis, E. (1991). Mass, Matter, and Energy. Foundations of Physics, 21(1), 63-81. https://doi.org/10.1007/BF01883563

Bunge, M. (1973). Method, Model and Matter. Dordrecht: Reidel Publishing Company.

Cardoso Mendonça, P. C. y Justi, R. (2013). The relationships between modelling and argumentation from the perspective of the model of modelling diagram. International Journal of Science Education, 35(14), 2407-2434. https://doi.org/10.1080/09500693.2013.811615

Crujeiras Pérez, B. y Jiménez Aleixandre, M. P. (2018). Influencia de distintas estrategias de andamiaje para promover la participación del alumnado de secundaria en las prácticas científicas. Enseñanza de las Ciencias, 36(2), 23-42. https://doi.org/10.5565/rev/ensciencias.2241

Cubero, R. (2001). Maestros y alumnos conversando: el encuentro de las voces distantes. Investigación en la Escuela, 45, 7-19.

Dauer, J. M., Doherty, J. H., Freed, A. L. y Anderson, C. W. (2014). Connections between Student Explanations and Arguments from Evidence about Plant Growth. CBE-Life Sciences Education, 13, 397-409. https://doi.org/10.1187/cbe.14-02-0028

Donati, E. y Andrade Gamboa, J. (2004). Propiedades de las Disoluciones a través de experimentos Mentales. Educación Química, 15(4), 432-435.

Ericksen, E. y Vojenli, K. (1976). The Classical and Relativistic Concepts of Mass. Foundations of Physics, 16(1), 115-124. https://doi.org/10.1007/BF00708670

Furió, C., Hernandez, J. y Harris, H. (1987). Parallels between adolescents' conception of gases and history of chemistry. Journal of Chemical Education, 64(7), 616-618. https://doi.org/10.1021/ed064p616

Gilbert, J. K. y Boulter, C. (1995). Stretching models too far. Annual Conference of the American Educational Research Association. San Francisco.

Gilbert, J., Boulter, C. y Elmer, R. (2000). Positioning Models in Science Education and in Design and Technology Education. En J. K. Gilbert y C. J. Boulter (Eds.), Developing Models in Science Education (pp. 3-17). Dordrecht: Kluvet.

Gilbert, J. K. y Reiner, M. (2000). Thought experiments in science education: potential and current realization. International Journal of Science Education, 32(3), 265-283. https://doi.org/10.1080/095006900289877

Gobert, J. D. y Buckley, B. C. (2000). Introduction to model-based teaching and learning in science education. International Journal of ScienceEducation, 22(9), 891-894. https://doi.org/10.1080/095006900416839

Gómez, M. A., Pozo, J. I. y Sanz, A. (1995). Students’ ideas on conservation of matter: Effects of expertise and context variables. Science Education, 79(1), 77-93. https://doi.org/10.1002/sce.3730790106

Gómez Loarces, R., Fernández Ferrer, G. y González García, F. (2019). Evolución de los modelos mentales sobre fosilización tras el proceso de enseñanza-aprendizaje. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 16(2), 2102. https://doi.org/10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_cienc.2019.v16.i2.2102

Grosslight, L., Unger, C., Jay, E. y Smith, C. (1991). Understanding models and their use in science: conceptions of middle and high school students and experts. Journal of Research in Science Teaching, 28(9), 799-822. https://doi.org/10.1002/tea.3660280907

Gutiérrez, R. (2005). Polisemia actual del concepto «modelo mental»: Consecuencias para la investigación didáctica. Investigações em Ensino de Ciências, 10(2), 209-226.

Hadenfeldt, J. C., Liu, X. y Neumann, K. (2014). Framing students’ progression in understanding matter: A review of previous research. Studies in Science Education, 50(2), 181-208. https://doi.org/10.1080/03057267.2014.945829

Hadenfeldt, J. C., Neumann, K., Bernholt, S., Liu, X. y Parchmann, I. (2016). Students’ progression in understanding the matter concept. Journal of Research in Science Teaching, 53(5), 683-708. https://doi.org/10.1002/tea.21312

Harrison, A. G. y Treagust, D. F. (2000). A typology of school science models. International Journal of Science Education, 22(9), 1011-1026. https://doi.org/10.1080/095006900416884

Heyl, P. R. A. (1930). Redetermination of the constant of gravitation. Journal of Research of the National Bureau of Standards, 5, 1243-1290.

Holton, G. y Brush, S. (1988). Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas. Barcelona: Reverté.

Jiménez-Aleixandre, M. P. y Puig, B. (2010). Argumentación y evaluación de explicaciones causales en ciencias: el caso de la inteligencia. Alambique Didáctica de las Ciencias Experimentales, 63, 11-18.

Johnson-Laird, P. N. (1996). Images, models, and propositional representations. En De Vega et al. (Eds.), Models of visuospatial cognition (pp. 90-107). Nueva York: Oxford University Press.

Justi, R. y Gilbert, J. K. (2002). Modelling teachers’ views on the nature of modelling, and implications for the education of modellers. International Journal of Science Education, 24(4), 369-387. https://doi.org/10.1080/09500690110110142

Landau, L. y Lastras, L. (1996). Cambios químicos y conservación de la masa... ¿Está todo claro? Enseñanza de las Ciencias, 14(2), 171-174.

Mohan, L, Chen, J. y Anderson, C. W. (2009). Developing a multi-year learning progression for carbon cycling in socio-ecological systems. Journal of Research in Science Teaching, 46, 675-698. https://doi.org/10.1002/tea.20314

Monteira, S. F. y Jiménez Aleixandre, M. (2019). ¿Cómo llega el agua a las nubes? Construcción de explicaciones sobre cambios de estado en educación infantil. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 16(2), 2101. https://doi.org/10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_cienc.2019.v16.i2.2101

Moreira M. A., Greca I. M. y Rodríguez Palmero, M. L. (1997). Los modelos mentales y modelos conceptuales en la enseñanza/aprendizaje de las ciencias. Investigações em Ensino de Ciências, 2(3), 36-56.

Morell, L., Collier, T., Black, P. y Wilson, M. (2017). A construct-modeling approach to develop a learning progression of how students understand the structure of matter. Journal of Research in Science Teaching, 54(8), 1024-1048. https://doi.org/10.1002/tea.21397

Morrison, M. y Morgan, M. S. (1999). Models as mediating instruments. En M. S. Morgan y M. Morrison (Eds.), Models as mediators (pp. 10-37). Cambridge: Cambridge University Press.

Nersessian, N. (1999). Model-based reasoning in conceptual change. En L. Magnani, N. J. Nersessian y P. Thagard (Eds.), Model-based reasoning in scientific discovery. Nueva York: Kluver Academic / Plenum Publishers.

Oliva, J. M. (2019). Distintas acepciones para la idea de modelización en la enseñanza de las ciencias. Enseñanza de las Ciencias, 37(2), 5-24. https://doi.org/10.5565/rev/ensciencias.2648

Oñorbe de la Torre, A. J. y Sánchez Jiménez, J. M. (1992). La masa no se crea ni se destruye ¿Estáis seguros? Enseñanza de las Ciencias, 10(2), 165-171.

Passmore, C. M. y Svoboda, J. (2012). Exploring Opportunities for Argumentation in Modelling Classrooms. International Journal of Science Education, 34(10), 1535-1554. https://doi.org/10.1080/09500693.2011.577842

Pozo, J. I. (1989). Teorías cognitivas del aprendizaje. Madrid: Morata.

Reiner, M. (1998). Thought experiments and collaborative learning in physics. International Journal of Science Education, 20(9), 1043-1058, https://doi.org/10.1080/0950069980200903

Reiner, M. y Burko, L. (2003). On the limitations of thought experiments in physics and the consequences for physics education. Science and Education, 12, 385-358. https://doi.org/10.1023/A:1024438726685

Reiner, G. y Gilbert, J. (2000). Epistemological resources for thought experimentation in science learning. International Journal of Science Education, 22(5), 489-506. https://doi.org/10.1080/095006900289741

Reiner, M. y Gilbert, J. K. (2004). The symbiotic roles of empirical experimentation and thought experimentation in the learning of physics. International Journal of Science Education, 26(15), 1819-1834. https://doi.org/10.1080/0950069042000205440

Revel Chión, A. y Adúriz-Bravo, A. (2019). Modelización y argumentación en la enseñanza de las Ciencias Experimentales. Didacticae, 5, 2-5. http://dx.doi.org/10.1344/did.2019.5.3-6

Sanmartí, N. (2000). El diseño de unidades didácticas. En F. J. Perales y P. Cañal (Eds.), Didáctica de las Ciencias Experimentales (pp. 239-276). Alcoy: Marfil.

Seel, N. M. (2017). Model-based learning: A synthesis of theory and research. Educational Technology Research and Development, 65(4), 931-966. https://doi.org/10.1002/tea.2031110.1007/s11423-016-9507-9

Shayer, M. y Adey, P. (1984). La ciencia de enseñar ciencias: desarrollo cognoscitivo y exigencias del currículo. Madrid: Narcea.

Smith, C. L., Wiser, M., Anderson, C. W. y Krajcik, J. (2006). Implications of Research on Children's Learning for Standards and Assessment: A Proposed Learning Progression for Matter and the Atomic-Molecular Theory. Measurement: Interdisciplinary Research and Perspectives, 4(1-2), 1-98. http://dx.doi.org/10.1080/15366367.2006.9678570

Sorensen, R. A. (1992). Thought experiments. Nueva York: Oxford University Press.

Stavy, R. (1990). Children’s conception of changes in the state of matter: From liquid (or solid) to gas. Journal of Research in Science Teaching, 27(3), 247-266. https://doi.org/10.1002/tea.3660270308

Velentzas, A. y Halkia, K. (2013). The Use of Thought Experiments in Teaching Physics to Upper Secondary-Level Students: Two examples from the theory of relativity. International Journal of Science Education, 35(18), 3026-3049. https://doi.org/10.1080/09500693.2012.682182

Vosniadou, S. (1994). Capturing and modelling the process of conceptual change. Learning and Instruction, 4(1), 45-69.

Vygotsky, L. (1978). Mind and Society. Cambridge, MA: Harvard University Press.

Author Biographies

José Mª Oliva, Departamento de Didáctica, Universidad de Cádiz.

Catedrático de Universidad

María del Mar Aragón Méndez, Departamento de Didáctica, Universidad de Cádiz.

Profesora Asociada y Profesora de Secundaria

Francisco Soto Mancera, Colegio Británico Sage College. Jerez de la Frontera, Cádiz.

Profesor de Educación Secundaria

Juan José Vicente Martorell, Departamento de Didáctica, Universidad de Cádiz.

Profesor Ayudante Doctor

Jesús Matos Delgado, IES Santo Domingo, El Puerto de Santa María, Cádiz.

Profesor de Educación Secundaria

Rubén Marín Barrios, IES Huerta del Rosario, Chiclana, Cádiz.

Profesor de Educación Secundaria

Rosario Franco-Mariscal, IES Castillo de Luna, Rota, Cádiz

Profesora de Educación Secundaria

Published

2021-06-03

Downloads

Download data is not yet available.