Evolutionary Maps: A new model for the analysis of conceptual development, with application to the diurnal cycle

Abstract

This paper presents a model of how children generate concrete concepts from perception through processes of differentiation and integration. The model informs the design of a novel methodology (evolutionary maps or emaps), whose implementation on certain domains unfolds the web of itineraries that children may follow in the construction of concrete conceptual knowledge and pinpoints, for each conception, the architecture of the conceptual change that leads to the scientific concept. Remarkably, the generative character of its syntax yields conceptions that, if unknown, amount to predictions that can be tested experimentally. Its application to the diurnal cycle (including the sun's trajectory in the sky) indicates that the model is correct and the methodology works (in some domains). Specifically, said emap predicts a number of exotic trajectories of the sun in the sky that, in the experimental work, were drawn spontaneously both on paper and a dome. Additionally, the application of the emaps theoretical framework in clinical interviews has provided new insight into other cognitive processes. The field of validity of the methodology and its possible applications to science education are discussed.

El mapa evolutivo de las estaciones del año

“…A few have reached level 3 with respect to the day's length, but all integrations are fragmentary or erroneous. This suggests that current curricula for primary education may underestimate the difficulty of basic observational concepts, which learning might be wrongly taken for granted, and provides additional support to the recommendation to start conceptual development at schools from empirical experiences (see also Navarro, 2014).…”

“…La dimensionalización y parametrización del tiempo -en cuyo origen probablemente se halla la diferenciación día/noche y su integración como sucesión cíclica-es, a pesar de su abstracción, claramente anterior a la espacial -del cielo- (Navarro, 2014), presumiblemente debido al intenso papel que juega en el «mundo de la vida» (Habermas) del sujeto social, lo que propicia una más temprana toma de conciencia de la posibilidad de «distintas duraciones del día». La diferenciación de la culminación (concebir que la culminación puede adoptar distintos valores) requiere una dimensionalización vertical del cielo, que es más fácil que la horizontal, ya que los dos sentidos son asimétricos debido a la gravedad y, además, existe un referente invariante -el horizonte- (Navarro, 2014). Sin embargo, la dimensionalización horizontal (a la altura del horizonte) es enseñada en la escuela (los puntos cardinales).…”

“…El montaje experimental de esta investigación es el mismo que el realizado en el trabajo sobre el ciclo día-noche (Navarro, 2014). Las entrevistas tuvieron lugar durante un periodo de 2 meses con estudiantes de 4 a 11 años en una escuela de clase media de la ciudad de Alicante, y durante un periodo de dos semanas con estudiantes de 6 a 11 años en la escuela de verano de la universidad de la misma ciudad.…”

“…Si bien es frecuente, inclusive en lengua española, la recomendación de que la enseñanza de la astronomía incluya actividades observacionales (véase, por ejemplo, Gavidia, 2014;Martínez Sebastiá y Martínez Torregrosa, 2001;Navarro Pastor, 2011), los estudios sobre las concepciones de los niños respecto al sistema Sol-Tierra se refieren de forma prácticamente unánime al modelo cosmológico (véase, por ejemplo, De Manuel, 1995;Afonso López et al, 1995;Gil Quílez y Martínez Peña, 2005) y no a los datos observacionales (Navarro, 2014). Una excepción importante es un trabajo de Plummer (2009), cuyos resultados más importantes respecto a los cambios anuales son que ningún niño (de un total de 60 de primero, tercero y octavo de cierta escuela americana) sabía que el recorrido del Sol es más corto en invierno que en verano y solo ocho que en verano el Sol está más alto que en invierno.…”

“…the seasons). Emaps, and their application to the diurnal cycle, were introduced elsewhere (Navarro, 2014). Theoretically, they are based on (cognitive) constructivism (e.g.…”