De conceptuele ontwikkeling van het begrip schaduw bij kinderen Jeroen Bos
Bachelorthese Begeleider: Maartje Raijmakers Afdeling Psychologie, Universiteit van Amsterdam Augustus 2009
Korte samenvatting:
In dit artikel staat de conceptuele ontwikkeling van het begrip van schaduw bij kinderen centraal. De besproken onderzoeken bieden steun voor de opvatting dat kinderen onjuiste, hardnekkige intuïtieve ideeën over schaduwen hebben (trigger model). Schaduw wordt gematerialiseerd en wordt gezien als een eigenschap van een object, die door licht wordt veroorzaakt. Uit het onderzoek van Chen (2009) naar de ideeën over schaduwvorm, schaduworiëntatie, schaduwintensiteit en schaduwgrootte bij 4- en 5-jarigen komt naar voren dat de kennis per aspect verschilt. De kinderen richten zich op het meest duidelijke aspect (centration). Uit de schaduwtaak blijkt dat naar mate de kinderen ouder worden zij naast de objectgrootte ook de afstand tot de lichtbron in hun beoordeling van de schaduwgrootte gaan betrekken.
2
Inhoudsopgave
1. De conceptuele ontwikkeling van het begrip schaduw bij kinderen
4
2. Mentale modellen
5
3. Intuïtieve ideeën over schaduw
7
3.1 Conclusie
11
4. Het begrip van schaduwen bij 4- en 5-jarigen
12
4.1 Schaduwvorm
14
4.2 Schaduworiëntatie
14
4.3 Schaduwintensiteit
14
4.4 Schaduwgrootte
15
4.5 Conclusie
16
5. Kwantitatief onderzoek naar schaduwgrootte
17
5.1 De rule-assessment methode
17
5.2 Latente klassenanalyse
20
5.3 Een variatie op de schaduwtaak
21
5.4 Conclusie
23
6. Educatieve implicaties
25
7. Conclusies
27
8. Discussie
30
9. Literatuurlijst
32
3
1. De conceptuele ontwikkeling van het begrip schaduw bij kinderen
Heeft een hond een schaduw wanneer deze door de schaduw van een gebouw loopt? Uit een onderzoek van Appelman (1984) blijkt dat vijf van de zeven leerkrachten denkt dat die hond een schaduw heeft. Uit het bovenstaande blijkt dat over het concept schaduw misverstanden bestaan. Er zijn in de loop der jaren diverse onderzoeken gedaan naar het conceptuele begrip van schaduw bij kinderen en volwassenen. Bij die onderzoeken kan een onderscheid worden gemaakt tussen kwalitatieve en kwantitatieve onderzoeksmethoden. De eerste methode maakt gebruik van interviews en groepsgesprekken en is beschrijvend van karakter. Bij de tweede methode worden met behulp van gestandaardiseerde, gesloten vragen het begrip van de ondervraagden gemeten. De vraag die in dit artikel centraal staat is hoe de conceptuele ontwikkeling van het begrip van schaduwen bij kinderen verloopt. In dat kader wordt in paragraaf 2 aandacht besteed aan de vraag of conceptuele kennis gestructureerd is in een mentaal model of bestaat uit losse kennisdelen. In paragraaf 3 wordt aan de hand van een aantal kwalitatieve onderzoeken ingegaan op de intuïtieve ideeën die kinderen over het begrip schaduw hebben. Chen (2009) heeft het begrip van schaduwen bij jonge kinderen onderzocht aan de hand van vier aspecten - schaduwgrootte, schaduwvorm, schaduworiëntatie en schaduwintensiteit -. In paragraaf 4 wordt nagegaan of de resultaten van het onderzoek van Chen (2009) inzicht geven in het verloop van de ontwikkeling van het begrip van schaduwen bij 4- en 5-jarigen. Vervolgens wordt in paragraaf 5 ingegaan op het aspect schaduwgrootte. Dat aspect is in het kader van het vraagstuk van proportioneel redeneren bij verschillende leeftijdscategorieën kwantitatief onderzocht aan de hand van de zogenoemde schaduwtaak. De resultaten van die kwantitatieve onderzoeken geven inzicht in de ontwikkeling van de beoordeling van de grootte van de schaduw: vanaf welke leeftijdscategorie niet alleen naar de grootte van het object wordt gekeken, maar ook de afstand van het object tot de lichtbron op
4
een of andere wijze in de beoordeling wordt betrokken. In de laatste paragraaf wordt beschreven welke implicaties de intuïtieve ideeën over schaduwen bij kinderen hebben voor het onderwijs.
2. Mentale modellen
In deze paragraaf staat de vraag centraal of de intuïtieve ideeën van kinderen over een bepaald onderwerp (concept) coherent, (theory-like) of gefragmenteerd (knowledge-in-pieces) zijn. Onder de intuïtieve ideeën van kinderen wordt hun kennis over een onderwerp verstaan voordat zij op de hoogte zijn van de gangbare wetenschappelijke theorie. De vraag of kennis gestructureerd is in een coherent mentaal model of bestaat uit losse kennisdelen wordt meer in het algemeen gesteld in relatie tot conceptuele ontwikkeling. In de wetenschappelijke literatuur bestaan hierover verschillende opvattingen die hieronder kort worden beschreven. Een mentaal model is een model dat een beeld geeft van de kennis over een concept op een bepaald moment. In een mentaal model is de kennis georganiseerd in een coherent en intern consistent model (Johnson-Laird, 1983). Vosniadou (1992) benadrukt het belang van deze mentale modellen voor de ontwikkeling van conceptuele kennis. Een mentaal model bepaalt hoe je informatie interpreteert. Volgens deze theorie zullen kinderen nieuwe informatie over een concept zoveel mogelijk opnemen (assimileren) in hun huidige mentale model. Wanneer dat niet lukt, zal er een nieuw mentaal model ontstaan. Op weg naar een wetenschappelijk correct mentaal model, ontstaan diverse synthetische modellen. Kinderen hanteren één model tegelijkertijd. De verwachting is dat de beweringen van kinderen over verschillende aspecten van een concept consistent zijn. In plaats van coherente theorieën kunnen intuïtieve ideeën ook een collectie zijn van losjes met elkaar verbonden kennisdelen die elkaar licht versterken. Deze ideeën hebben echter
5
geenszins de systematiek die doorgaans wordt toegeschreven aan theorieën. Deze ideeën maken, enigszins onafhankelijk van elkaar, een ontwikkelingsverloop door dat gebaseerd is op ervaringen en culturele invloeden. (DiSessa, 1988). De conceptuele kennis op een bepaald gebied wordt stapsgewijs vergroot door het verwerven van nieuwe informatie. Deze losse kennisdelen kunnen (tijdelijk) tegenstrijdig zijn. De verwachting is dat de beweringen van kinderen over verschillende aspecten van een concept veel variatie vertonen (Nobes, 2003). Pas wanneer er voldoende wetenschappelijk kennis is verworven zal sprake zijn van een consistent mentaal model. De vraag of sprake is van een mentaal model of van gefragmenteerde kennis is door een aantal onderzoekers getoetst aan de kennis van het concept aarde bij kinderen. De aarde lijkt plat en bewegingsloos, maar is in werkelijkheid een draaiende bol. Onderzocht is hoe de intuïtieve ideeën zich ontwikkelen tot een counter-intuïtief mentaal model. Vosniadou, Skopeliti en Ikospentaki (2004) hebben het concept aarde bij kinderen onderzocht aan de hand van interviews met open vragen en van de door de kinderen gemaakte tekening of kleimodel van de aarde. Op basis van de resultaten van het onderzoek concludeerden zij dat 80-85% van de kinderen een - niet-wetenschappelijk synthetisch of een wetenschappelijk - mentaal model van de aarde heeft. Straatemeier, Van der Maas en Jansen (2008) hebben twee onderzoeken uitgevoerd op basis van een door hen ontwikkelde non verbale pen-en-papiertest (EARTH). Zij hebben kinderen van 4 tot en met 11 jaar ondervraagd. De antwoorden van de kinderen op de EARTH items zijn gerangschikt met behulp van latente klassenanalyse ten einde mogelijke onderliggende mentale modellen te vinden. Slechts een klein percentage van de antwoordpatronen kon worden uitgelegd als een wetenschappelijk mentaal model. In de antwoordpatronen werd geen van de niet-wetenschappelijke, synthetische, mentale modellen zoals geformuleerd door Vosniadou en Brewer (1992) gevonden. Straatemeier et al. (2008) schrijven de gevonden verschillen toe aan het verschil in onderzoeksmethoden. De resultaten
6
van het EARTH onderzoek maken aannemelijk dat, voordat een coherent wetenschappelijk mentaal model van het concept aarde is gevormd, er sprake is van losse kennisonderdelen. In de volgende paragraaf wordt ingegaan op de intuïtieve ideeën van het concept schaduw dat evenals het concept aarde counterintuïtief is.
3. Intuïtieve ideeën over schaduwen bij kinderen
Hieronder wordt aan de hand van de resultaten van een aantal kwalitatieve onderzoeken een overzicht gegeven van de intuïtieve ideeën die kinderen over schaduwen hebben. Feher (1990) noemt een aantal volgens haar gangbare intuïtieve ideeën over schaduwvorming. Een van de intuïtieve ideeën is dat schaduw een eigenschap van het object is: er is slechts één schaduw per object en de vorm van de schaduw is gelijk aan de vorm van het object. Andere intuïtieve ideeën die zij noemt zijn dat het licht dat het object raakt de beweging van de schaduw veroorzaakt en dat om de schaduw te zien licht nodig is; zonder licht zijn er wel schaduwen, maar die kun je zonder licht niet zien. Schaduw wordt gematerialiseerd: schaduw heeft een duidelijke vorm, neemt ruimte in beslag en kan bewegen. Feher (1990) geeft aan het de gangbare intuïtieve ideeën van schaduwvorming de naam trigger model. Ter onderbouwing verwijst Feher (1990) naar twee onderzoeken die zijn gedaan tijdens de interactieve exposities Sophisticated Shadows en Primary Lights die waren ingericht in science centers (Feher & Rice, 1986; Feher, 1990). Met de resultaten van die onderzoeken illustreren zij de ideeën over licht en schaduw die kinderen al hebben als zij de tentoonstelling bezoeken (preconceptions) en hoe die ideeën van invloed zijn op hun verklaring van de waargenomen schaduwen. Volgens Feher is opvallend dat het trigger model zo consequent wordt gebruikt.
7
Het eerste onderzoek vond plaats op de expositie Sophisticated Shadows, waar de kinderen werd gevraagd een kleine kraal voor een groot kruisvormig licht te houden en te voorspellen wat zij op het scherm zouden zien als het kruisvormige licht aan zou gaan. Nadat zij de kruisvormige schaduw hadden gezien, werd hen gevraagd te verklaren waarom de schaduw kruisvormig was. Aan de kinderen werd vooraf en achteraf gevraagd een diagram waarin het kruisvormige licht, de kraal en het scherm was getekend verder in te vullen. Er deden 40 kinderen (8 tot 14 jaar) aan het onderzoek mee. Uit een vergelijking van de vooraf ingevulde met de achteraf ingevulde diagrammen blijkt dat de kinderen vasthielden aan hun oorspronkelijke, onjuiste, ideeën. Zij bleven vasthouden aan het idee dat schaduw een eigenschap van het object is. Volgens hen moest namelijk de schaduw van de kraal in het midden van de kruisvormige schaduw nog aanwezig zijn. Het tweede onderzoek werd verricht op de expositie Primary Lights, waar een bal voor twee lichtbronnen, een groene en een rode, werd geplaatst. Aan de kinderen werd vooraf en achteraf gevraagd een diagram, waarin twee lichtbronnen, een bal en het scherm waren getekend, verder in te vullen. De helft van de 33 kinderen vulden het diagram zo in dat bij twee lichtbronnen sprake was van één zwarte schaduw: vanaf de twee lichtbronnen naar de bal tekenen zij twee lichtstralen en van de bal naar het scherm een lijn die één zwarte schaduw vormde. De ideeën van kinderen over schaduwen vertellen veel over hun ideeën over licht. De kinderen tekenden in de diagrammen uit ieder punt van de lichtbron één lichtstraal en niet meerdere lichtstralen. Daaruit blijkt dat hun ideeën over licht (ook) beperkt zijn. De lichtstraal beweegt naar het scherm of het object al naar gelang het probleem dat aan de orde is gesteld. Fleer (1996) heeft onderzocht welke ideeën kinderen van (bijna) 4 jaar (N=28) hebben over licht en donker en hoe die ideeën zich ontwikkelen. Gedurende twee weken werd in de lessen eerst stil gestaan bij het onderwerp licht en daarna bij het onderwerp donker. De kinderen werden geïnterviewd aan het begin van, gedurende en aan het eind van de lessen. Een deel
8
van de open interviews werd ‘een-op-een’ gehouden en het andere deel in kleine groepjes. Aan het begin van het onderzoek waren de ideeën van de kinderen over licht beperkt. Bij licht werd gedacht aan lichtbronnen zoals autolichten, en stoplichten. De zon als lichtbron werd niet spontaan genoemd. Op dezelfde wijze werd donker niet omschreven als de afwezigheid van zonnestralen, maar als de afwezigheid van kunstlicht. Over het geheel genomen begrepen de kinderen weinig van licht. Pas nadat de kinderen door de leerkracht waren gewezen op schaduwen, brachten zij schaduwen ter sprake. De relatie met licht werd niet gelegd. Pas nadat de kinderen meer ervaringen hadden opgedaan in de donkere ruimte en de leerkracht aan hen had verteld dat licht in rechte lijnen beweegt en dat schaduwen ontstaan doordat lichtstralen worden geblokkeerd, waren veel kinderen in staat die informatie in de beperkte context van hun eigen schaduw - hun lichaam dat de zonnestralen blokkeert - te gebruiken. Uit het onderzoek blijkt niet dat de (bijna) 4-jarigen intuïtieve ideeën over schaduwen hadden. Segal en Cosgrove (1993) hebben onderzoek verricht in een klas met 28 kinderen van 5 jaar. Gedurende vijf weken werd één of twee keer per week een half uur lesgegeven over schaduwen. Een verschil met het onderzoek van Fleer (1996) is dat Fleer het concept licht heeft onderzocht en Segal en Cosgrove (1993) het concept schaduw. De 28 kinderen werden onderverdeeld in zeven groepjes van vier kinderen die met elkaar moesten samenwerken. Het onderzoek werd afgesloten met gespreksinterviews van ongeveer 15 minuten. In het begin concentreerden de kinderen zich evenals bij Fleer (1996) vooral op de vorm en de beweging van hun eigen schaduwen en niet op de rol van licht bij het zien van schaduwen. Pas nadat zij erop gewezen waren, legden zij het verband tussen schaduw en licht. De onderzoekers concludeerden uit de gespreksinterviews die een week na de laatste les zijn gehouden dat de meeste kinderen volgens het trigger model redeneerden. De kinderen bleven vasthouden aan het intuïtieve idee dat schaduw een eigenschap van het object is en dat licht de schaduw
9
veroorzaakt. Enkele kinderen konden de plaats van de schaduw goed voorspellen indien het object 180° werd gedraaid. Brickhouse (1994) heeft bij 30 kinderen van 8 en 9 jaar onderzocht of observaties van licht en schaduwen bijdragen aan de ontwikkeling van hun ideeën over licht en schaduw. In de eerste lessen werd aandacht besteed aan het ontwikkelen van ideeën over licht dat door de ruimte beweegt en over schaduw die ontstaat wanneer licht wordt tegengehouden door een ondoorzichtig object. Daarna volgde onderzoek in kleine groepjes en vervolgens werden de observaties klassikaal besproken. Schaduw werd door veel kinderen gezien als een eigenschap van een object die door het licht uit het object wordt geduwd. De schaduw kan in elke richting uit het object komen. Een schaduw die niet de vorm van het object had, werd niet gezien als een schaduw. Veel kinderen zagen schaduwen als bewijs van de aanwezigheid van licht. Slechts enkele kinderen gingen begrijpen wat schaduwen zijn en hoe deze ontstaan. De conceptuele kennis die de kinderen in de klas was bijgebracht, zag op een beperkte, gedeeltelijke kennis van licht. Met die kennis konden alleen de observaties van licht in de klas worden verklaard. Met deze kennis konden de kinderen de observaties van schaduwen in de klas en van licht en schaduwen buiten de klas, zoals meerdere schaduwen en donkere en lichte schaduwen van hetzelfde object, niet verklaren. Het begrip van diffuse schaduwen is onderzocht door Eshach (2003). Het onderzoek is gehouden onder zes geïnteresseerde 15- en 16-jarigen die een cursus over licht volgden. De cursus bestond uit 15 bijeenkomsten van elk drie uur. In de eerste les werd aandacht besteed aan schaduwen en diffuse schaduwen. De leerkracht liet de studenten eerst een diffuse schaduw op de muur zien. Vervolgens vroeg hij waarom er delen van de schaduw donkerder waren dan andere delen. De studenten moesten experimenten bedenken en uitvoeren om hun hypotheses te toetsen. Daaruit bleek dat een aantal van hun antwoorden fout was. Vervolgens voerde de leraar een aantal experimenten uit in de hoop dat zij zouden begrijpen wat het juiste
10
antwoord moest zijn. Na elk experiment werd een groepsdiscussie gehouden. Een maand voor en een maand na de cursus kregen zij een test met open vragen. Een tweetal vragen had betrekking op diffuse schaduwen. Uit de resultaten blijkt dat alle studenten een gebrekkige kennis over diffuse schaduwen hadden, zowel voor, tijdens als na de cursus. De studenten zochten tijdens de lessen alleen naar een verklaring waarmee het voorgelegde probleem kon worden opgelost en niet naar globale coherente verklaringen. Het verschijnsel schaduw werd door de studenten beschouwd als iets stoffelijks. Daardoor dachten veel studenten dat indien twee schaduwen elkaar overlappen, de ene schaduw de andere diffuus maakt. De bij de studenten bestaande neiging om hun eigen ideeën te willen bewijzen, beïnvloedde de wijze waarop zij gegevens verzamelden en interpreteerden. Eshach vermeldt dat de ideeën van de studenten over de aard van licht hun begrip van het verschijnsel diffuse schaduw beïnvloedden. Hij rapporteerde echter geen resultaten waaruit dat blijkt.
3.1 Conclusie De resultaten van de kwalitatieve onderzoeken van Segal en Cosgrove (1993) en Brickhouse (1994), evenals de onderzoeken van Feher zelf, bieden steun voor het bestaan van een intuïtief model van schaduwvorming, het trigger model (Feher, 1990). Uit genoemde onderzoeken blijkt dat schaduw wordt gezien als een eigenschap van het object, dat licht de schaduw veroorzaakt en dat schaduw wordt gematerialiseerd. Ook uit de resultaten van het kwalitatieve onderzoek van Eshach (2003) over diffuse schaduwen blijkt dat schaduw wordt gematerialiseerd. Uit de resultaten van het onderzoek van Fleer (1996) blijkt niet dat bij (bijna) 4-jarigen al een intuïtief model van schaduwvorming aanwezig is. Bij het interpreteren van de resultaten van de kwalitatieve onderzoeken moet worden bedacht dat de steekproef steeds relatief klein was, dat gebruik gemaakt is van ongestructureerde open
11
vragen en gespreksinterviews met de kinderen in de klas. De resultaten zijn daardoor in beginsel slechts indicatief. Omdat in de verschillende onderzoeken steeds dezelfde intuïtieve ideeën naar voren komen, kan aan die indicatieve resultaten toch meer gewicht worden toegekend. Daarmee ligt de vraag voor of het trigger model een mentaal model is. Het is een mentaal model in die zin dat de kinderen de observaties en de experimenten in lijn met die intuïtieve ideeën over schaduwen interpreteren. De kinderen zijn consistent in hun antwoorden. Met name uit de resultaten van de onderzoeken van Feher (1990) blijkt dat de kinderen de waarnemingen die niet kloppen met hun intuïtieve ideeën zo interpreteren dat ze daar wel mee kloppen. Het trigger model heeft daarmee eigenschappen van een mentaal model, zoals beschreven door Johnson Laird (1983, aangehaald in Straatemeier et al., 2008). Of sprake is van een mentaal model kan op basis van de besproken kwalitatieve onderzoeken niet worden beantwoord. Daarvoor is verder kwantitatief onderzoek nodig. Uit de onderzoeken komt ook naar voren dat de waarnemingen van jonge kinderen beperkt zijn. Zij richten zich op het voor hen duidelijkste aspect van schaduw (centration). Uit het onderzoek van Segal en Cosgrove (1993) komt naar voren dat kinderen van 5 jaar zich in eerste instantie richten op de vorm en de beweging van hun eigen schaduwen en niet op de rol van licht bij het zien van schaduwen.
4. Het begrip van schaduwen bij 4- en 5-jarigen
In eerdere onderzoeken is vooral naar de ideeën over schaduwen gevraagd. Omdat dat soort vragen erg moeilijk zijn voor jonge kinderen heeft Chen (2009) ervoor gekozen niet alleen verklarende vragen te stellen. Zij heeft een onderzoek samengesteld waarin gebruik is gemaakt van verbale en non verbale onderzoekstechnieken. Het doel van het onderzoek was
12
na te gaan wat 4- en 5-jarigen weten van verschillende aspecten van schaduw, te weten schaduwgrootte, schaduwvorm, schaduworiëntatie en schaduwintensiteit. Daarnaast is nagegaan of op de onderzochte aspecten verschillen bestaan tussen 4- en 5-jarigen. Aan het onderzoek deden 16 kinderen van ruim 4 jaar en 16 kinderen van ruim 5 jaar mee. De kinderen werden tweemaal gedurende 15 minuten individueel door de onderzoeker getest. De eerste test bestond uit 10 paren plaatjes (plaatjestest). Elke paar plaatjes bevatte een correcte en een niet-correcte schaduwsituatie (zie bijlage). Aan de kinderen werd gevraagd aan te geven welk van de twee plaatjes correct was. Ook moesten zij hun keuze motiveren. Bij de tweede test kregen de kinderen 19 verschillende kunstmatige lichtbronnen en objecten. Hen werd gevraagd met die lichtbronnen en objecten in een doos een schaduw te maken en schaduwen met verschillende oriëntaties, intensiteiten, grootten en vormen te maken, in totaal 11 opdrachten (manipulatietest). Aan de resultaten van beide tests zijn scores toegekend. Voor ieder goed aangewezen plaatje kregen de kinderen 1 punt. Voor de verklaringen van hun keuzes kregen zij 0 punt als zij geen antwoord gaven, of het antwoord onzeker of dubbelzinnig was; 1 punt als uit het antwoord bleek dat zij zich bewust waren van de schaduw en 2 punten als het antwoord blijk gaf van basale wetenschappelijke kennis. Bij de manipulatietest werden op vergelijkbare wijze punten toegekend. Op deze wijze konden de resultaten van de verschillende onderzoeksmethoden (de plaatjestest, de verbale verklaring en de manipulatietest) worden gesommeerd en geanalyseerd om te bepalen in hoeverre de kinderen zich bewust zijn van het verband tussen lichtbron en schaduworiëntatie, schaduwintensiteit, schaduwvorm en schaduwgrootte. Per aspect is gekeken naar samenhang tussen de testen.
13
4.1 Schaduwvorm De meeste 4- en 5-jarigen kozen het plaatje met de juiste schaduwvorm, maar een groot aantal van de 4-jarigen lukte het in de manipulatietest niet verschillende schaduwvormen te maken. Chen veronderstelt dat een aantal kinderen in de plaatjestest alleen de schaduwvorm en het dier koppelde zonder te begrijpen dat de schaduwvorm correspondeerde met de vorm van het dier vanuit een bepaald gezichtspunt (zie bijlage, plaatjespaar 9). Uit de verklaring van hun keuze blijkt dat de 5-jarigen de relatie tussen vorm van het object en vorm van de schaduw beter begrepen dan de 4-jarigen. Daarnaast konden meer 5-jarigen verschillende schaduwvormen maken. Meer dan 80% van de 5-jarigen wist dat schaduwvorm en objectvorm met elkaar overeenkomen. Uit de resultaten blijkt dat meer dan 80% van de 5-jarigen op alle onderdelen goed presteerden en dat de 4-jarigen op de plaatjestest goed scoorden en op de andere onderdelen beduidend slechter dan de 5-jarigen.
4.2 Schaduworiëntatie Op elk onderdeel scoorden de 4-jarigen veel lager dan de 5-jarigen. Indien naar de scores op de drie onderdelen wordt gekeken, blijkt dat 25% van de 5-jarigen de relatie tussen lichtbron en schaduworiëntatie begreep. Deze kinderen konden niet alleen de keuze van hun plaatjes beter verklaren, maar konden ook de plaats van de schaduw goed voorspellen en produceren in de manipulatietest. Bij de 4-jarigen was dat 0%.
4.3 Schaduwintensiteit Bij schaduwintensiteit werd onderzocht of kinderen begrepen dat de intensiteit wordt bepaald door de hoeveelheid licht, de afstand tussen het object en de lichtbron en de doorzichtigheid van het object. Bij de plaatjestest werd het begrip getest aan de hand van een plaatjespaar met een schaduw op een zonnige dag, met een schaduw op een bewolkte dag en met een schaduw
14
van een transparant object. Meer dan de helft van de 4-jarigen en meer dan 80% van de 5jarigen kozen het juiste zonnige plaatje. 25% van de 4-jarigen en 50% van de 5-jarigen kozen het juiste bewolkte plaatje. Ongeveer 30% van de 4- en 5-jarigen kozen het juiste plaatje met het transparante object. Veel kinderen leken alleen duidelijke, zwarte schaduwen te zien en koppelden de intensiteit van de schaduw niet aan de helderheid van de lichtbron. Uit de verklaring van hun keuze blijkt dat een aantal 4- en 5-jarigen een diffuse schaduw niet zien of negeren. Volgens hen is een schaduw die niet zwart is geen schaduw. De resultaten van de manipulatietest waren zowel voor de 4- als de 5-jarigen slecht. De 4- en 5-jarigen zagen niet dat als de afstand tussen de lichtbron en de objecten verandert, de schaduwintensiteit ook verandert.
4.4 Schaduwgrootte Uit de resultaten van de plaatjestest bleek dat de meeste 4- en 5-jarigen leken te begrijpen dat schaduwgrootte in verhouding met de objecten moet zijn. Minder dan 20% van de 4-jarigen kon hun keuze verklaren. Bij de 5-jarigen was dat meer dan 50%. Bij de manipulatietest werd gevraagd de schaduw te vergroten dan wel te verkleinen. Ongeveer 10% van de 4-jarigen en ongeveer 30% van de 5-jarigen konden dat. De meeste 4- en 5-jarigen leken niet te zien dat de grootte van de schaduw verandert als de afstand tussen de lichtbron en het object verandert. Uit de resultaten van de drie taken bleek dat één 4-jarige en vijf 5-jarigen zowel de relatie tussen schaduwgrootte en objectgrootte, als de relatie tussen schaduwgrootte en afstand tussen de lichtbron en het object leken te zien. Deze zes kinderen zagen dat schaduwgrootte (ook) wordt bepaald door de afstand tussen het object en de lichtbron.
15
4.5 Conclusie Chen (2009) heeft de ideeën over schaduwen, waarbij zij vier aspecten heeft onderscheiden - schaduwvorm, schaduworiëntatie, schaduwintensiteit en schaduwgrootte – zowel verbaal als non verbaal gemeten. Uit het onderzoek blijkt dat de kinderen zich richten op de karakteristieke eigenschappen van een schaduw. Zij verwachten dat de vorm van de schaduw overeenkomt met de vorm van het object en dat een schaduw zwart is. Een kwart van de 5-jarigen in het onderzoek van Chen had enig begrip van de relatie tussen lichtbron en schaduworiëntatie. Bij de 4-jarigen ontbrak dat begrip. Weinig 4- en 5-jarigen lijken te begrijpen dat de schaduwgrootte wordt bepaald door de grootte van het object én de afstand van het object tot de lichtbron (twee dimensies). De meeste 4- en 5-jarigen begrijpen wel dat de grootte van de schaduw bepaald wordt door de grootte van het object (één dimensie). Met de plaatjestest is aan de hand van acht parenplaatjes de impliciete kennis van vier aspecten van schaduw gemeten. Bij de keuze van de plaatjes was er geen aantoonbaar verschil tussen de 4- en 5-jarigen, met uitzondering van het plaatje over schaduworiëntatie. Dat betekent dat de impliciete kennis tussen 4- en 5-jarigen weinig verschilden. De verklaring van hun keuze en de manipulatietest deden de 5-jarigen duidelijk beter dan de 4-jarigen. Bij de 4jarigen was nog weinig expliciete kennis over de verschillende aspecten van schaduwen aanwezig. Chen heeft niet onderzocht in hoeverre de kennis van de aspecten op individueel niveau samenhangt. Uit de resultaten komt naar voren dat de kennis per aspect verschilt. Schaduwvorm levert de minste problemen op en schaduwintensiteit de meeste. Schaduwgrootte levert problemen op indien de afstand tot de lichtbron in de beoordeling wordt betrokken. Omdat de kennis per aspect duidelijke verschillen vertoont, kan volgens Chen niet gesproken worden over een gezamenlijk ontwikkelingsverloop.
16
5. Kwantitatief onderzoek naar schaduwgrootte
In deze paragraaf wordt nader ingegaan op het aspect schaduwgrootte. Zoals blijkt uit het onderzoek van Chen (2009) richten de meeste jonge kinderen zich bij het bepalen van de schaduwgrootte alleen op de grootte van het object. De objectgrootte is voor hun de dominante dimensie. Het aspect schaduwgrootte is in het kader van het vraagstuk van proportioneel redeneren kwantitatief onderzocht aan de hand van de zogenoemde schaduwtaak. De schaduwgrootte wordt bepaald door de relatie tussen de grootte van het object en de afstand van het object tot de lichtbron gedeeld door de afstand van de lichtbron tot het scherm. De afstand tussen de lichtbron en het scherm blijft verder buiten beschouwing, omdat die afstand in de onderzoeken niet varieert. De relatie is proportioneel en het juist inschatten van de grootte van een schaduw vereist redeneren met twee dimensies, waarbij de grootte van het object de dominante dimensie is en de afstand van het object tot de lichtbron de ondergeschikte. Inhelder en Piaget (1958) hebben onder meer met behulp van de balanstaak en de schaduwtaak de ontwikkeling van proportioneel redeneren onderzocht. Uit die onderzoeken hebben zij geconcludeerd dat de ontwikkeling van proportioneel redeneren, binnen een concept trapsgewijs verloopt, waarbij de cognitieve strategieën elke ontwikkelingsfase complexer worden.
5.1 De rule-assessment methode
Siegler (1976 en 1981) heeft de rule-assessment methode geïntroduceerd. Deze methode gaat ervan uit dat cognitieve strategieën uit een beperkt aantal regels bestaan. Elk van die regels
17
komt overeen met een bepaald antwoordpatroon. Siegler heeft de regels die gebruikt worden bij proportioneel redeneren onderzocht aan de hand van de balanstaak en de schaduwtaak. De onderzoeken zijn zo opgezet dat het proportioneel redeneren kwantitatief, non verbaal, wordt gemeten. Bij de schaduwtaak werden twee opstellingen naast elkaar gezet.
Aan de proefpersonen is gevraagd welke opstelling de grootste schaduw geeft dan wel of de schaduwen even groot zijn. Er zijn verschillende paarsgewijze opstellingen gemaakt, die zijn onder te verdelen in zes probleemtypen. Bij die probleemtypen is het uitgangspunt dat er een dominante (de objectgrootte) en een ondergeschikte (de afstand van het object tot de lichtbron) dimensie is. De probleemtypen zijn: (1) gelijk (objectgrootte en afstand tot de lichtbron zijn bij beide opstellingen gelijk); (2) dominant (objectgrootte verschilt en afstand tot de lichtbron gelijk; (3) ondergeschikt (objectgrootte gelijk en afstand tot de lichtbron verschilt; (4) conflict-dominant (objectgrootte en afstand verschillen; opstelling waarin het object het grootst is en het verst van de lichtbron staat, geeft de grootste schaduw; (5) conflictondergeschikt (objectgrootte en afstand verschillen; opstelling waarin de afstand tot de lichtbron het kleinst is en het object het kleinst geeft de grootste schaduw, (6) conflict-gelijk (beide dimensies verschillen maar de schaduwgrootte is gelijk). Uit het onderzoek blijkt dat voor het oplossen van die problemen tenminste vier regels gebruikt worden, waarbij elke
18
volgende regel een uitbreiding is van de vorige. Bij regel I wordt alleen naar de dominante dimensie gekeken; bij regel II wordt gekeken naar de dominante dimensie en indien die gelijk zijn naar de afstanddimensie; bij regel III wordt gekeken naar beide dimensies gekeken, maar hoe die zich tot elkaar verhouden is onduidelijk; bij regel IV wordt naar beide dimensies gekeken en is duidelijk hoe die zich tot elkaar verhouden. Iedere regel leidt tot een uniek patroon van antwoorden op de probleemtypen. Van elk van de zes probleemtypen zijn vier vraagstukken gemaakt, waarbij de volgorde per reeks van zes willekeurig is bepaald. Er zijn tien 3-, 4-, 5-, 8-, 12- en (ongeveer) 20-jarigen ondervraagd, in totaal 60 personen. De test is twee keer met een tussenruimte van een maand afgenomen. Uit de resultaten blijkt dat geen van de 3-jarigen en bijna de helft van de 4-jarigen geen consistente regel hanteerde. Ruim de helft van de 4-jarigen hanteerde regel I en bijna alle 5jarigen hanteerden een regel (meestal regel I). Van de 8-jarigen keek 80% naar beide dimensies (55% hanteert regel II en 25% regel III). Bijna alle 12-jarigen hanteerden regel III en van de 20-jarigen hanteerde 30% regel II en 70% regel III. Regel IV werd door enkele van de ondervraagden gebruikt. De ontwikkeling begon bij vier jaar met het kijken naar de dominante dimensie. De ondergeschikte dimensie werd door 4- en 5-jarigen niet gezien. Indien de resultaten van de eerste test worden vergeleken met die van de tweede test een maand later, blijkt dat de regels behoorlijk consistent werden toegepast. Siegler heeft proportioneel redeneren ook onderzocht aan de hand van de balanstaak. De balanstaak is vergelijkbaar met de schaduwtaak. Aan dezelfde personen zijn op dezelfde wijze 24 vragen voorgelegd, voor elk van de zes probleemtypen vier vragen. Uit een vergelijking van de resultaten op de balanstaak en op de schaduwtaak blijkt dat de ontwikkeling redelijk parallel verloopt, met name in de eerste fase van de ontwikkeling.
19
5.2 Latente klassenanalyses Met de latente klassenanalyse zijn de regels die bij de balanstaak worden gehanteerd nader gedefinieerd. Verder is door de afstandsdimensie te variëren en reactietijden te meten onder meer de overgang van regel I naar regel II onderzocht. Omdat de balanstaak en de schaduwtaak vergelijkbaar zijn, wordt in deze subparagraaf aandacht besteed aan de drie deelonderwerpen De bevindingen kunnen het inzicht in de onderliggende mechanismen vergroten. Een nadeel van de rule-assessment methode zoals toegepast door Siegler is dat de resultaten niet goed statistisch geanalyseerd kunnen worden. Hoe precies de antwoorden in het verwachte antwoordpatroon moeten passen om als regel geclassificeerd te kunnen worden, is niet duidelijk. Een ander nadeel is dat met de rule-assessment methode geen nieuwe of alternatieve patronen gevonden kunnen worden dan die vooraf bedacht zijn. Met de latente klassenanalyse kunnen de resultaten wel statistisch worden geanalyseerd. Er kunnen dan antwoordpatronen gevonden worden die corresponderen met nieuwe of alternatieve onderliggende regels (Van der Maas, Jansen & Raijmakers, 2003). Een dataset bestaande uit de antwoorden van kinderen op de balanstaak zijn geanalyseerd met behulp van de latente klassenanalyse. Daaruit is naar voren gekomen dat regel III een samenraapsel van regels is waarin de gewichts- en afstandsdimensie gecombineerd worden. Eén van de regels is het vergelijken van de som van gewicht en afstand (somregel). Daarnaast is in dit onderzoek de overgang tussen het gebruik van regels geanalyseerd. Er is gekeken of de overgang abrupt dan wel geleidelijk verloopt. Om de overgang van regel I naar regel II nauwkeurig te bestuderen, is eerst een selectie gemaakt van proefpersonen met het antwoordpatroon dat past bij regel I. Vervolgens kregen zij vraagstukken waarin de afstandsdimensie gemanipuleerd werd, van een minimaal verschil tussen beide zijde, oplopend naar een steeds groter wordend verschil en weer terug. De resultaten lieten bij een
20
aantal proefpersonen een hysteresis zien, dat wil zeggen dat het bij toename van de afstand langer duurt voordat een volgende regel wordt toegepast dan dat het bij afname van de afstand duurt voordat een eerdere regel wordt toegepast. Door de manipulatie werden zij bewust gemaakt van de afstandsdimensie. Aangenomen wordt dat de onderscheiden regels steeds complexer worden, hetgeen tot gevolg heeft dat de reactietijden steeds langer worden. Daarom zijn de reactietijden van de proefpersonen gemeten. Wordt naar de reactietijden gekeken, dan is opvallend dat bij regel II de reactietijden hoger zijn dan bij regel I, wat erop lijkt te duiden dat ook naar de afstandsdimensie wordt gekeken. Pas bij het gebruik van regel III wordt de afstandsdimensie ook in de beslissing meegenomen, hoewel de exacte verhouding dan nog niet duidelijk is. Er blijkt een enigszins abrupte overgang te bestaan tussen de eerste en tweede regel. De overgang van regel II naar regel III heeft een meer geleidelijk karakter. De regels worden door elkaar gebruikt. Wanneer uiteindelijk regel IV wordt toegepast, is er nauwelijks sprake van terugval. Deze stap is ook abrupt. In een overgangsfase, gekenmerkt door een inconsistent gebruik van de regels, werden ook hogere reactietijden gemeten (critical slowing down). Het patroon van het ontwikkelingsverloop vertoont eigenschappen van een trapsgewijze, abrupte ontwikkeling en kenmerken van Sieglers overlapping waves model (van der Maas et al., 2003)
5.3 Een variatie op de schaduwtaak
Ebersbach en Resing (2007) hebben onderzocht of kinderen en volwassenen weten dat een schaduw groter wordt als een object dichter bij de lichtbron komt, en of hun impliciete kennis overeenkomt met hun expliciete argumentatie. Ook is onderzocht of kinderen en volwassenen
21
zich bewust waren van de inverse proportionele verhouding tussen afstand en schaduwgrootte. De opstelling is hetzelfde als bij de schaduwtaak van Siegler, alleen is in dit onderzoek gekozen voor een verticale oriëntatie in plaats van een horizontale oriëntatie. Een ander verschil is de manier van meten. Bij dit onderzoek moet de schaduwgrootte geschat worden en niet uit twee opstellingen worden gekozen welk object de grootste schaduw geeft. De proefpersonen van 5-, 9-, 13-jaar en volwassenen (N=80) moesten door middel van het zetten van een lijn (intervalschaal) aangeven hoe groot de schaduw zou zijn wanneer het licht aan zou gaan. Het schatten van de schaduwgrootte geeft een beeld van de mate waarin de relatie tussen de afstand tot de lichtbron en de grootte van het object wordt meegenomen in de schatting. Er werden objecten (dieren) van verschillende grootte (1cm, 5cm en 9cm) gebruikt. Elk object werd twee keer gebruikt, waarbij de afstand van het object tot de lichtbron in een vaste volgorde werd gewijzigd, één keer oplopend en één keer afnemend. Verder werd expliciete kennis achteraf gemeten door te vragen of de schaduw van een object groter dan wel kleiner werd naar mate het object dichter bij de lichtbron werd gehouden. De test is bij 20 andere 5jarigen herhaald, waarbij geen dieren als objecten zijn gebruikt, maar blokjes van verschillende grootte. De resultaten verschilden niet van de resultaten van de 5-jarigen die zijn gevonden in de eerste test. De schattingen van de schaduwgrootte werden nauwkeuriger naarmate de leeftijd toenam. De relatie grootte van het object en grootte van de schaduw werd door de proefpersonen gezien. De relatie afstand tot de lichtbron en de grootte van de schaduw werd ook gezien, maar niet in de juiste verhouding. Indien de juiste interactie tussen beide dimensies (multiplicative integration) grafisch wordt weergegeven, ontstaat een waaierpatroon. Worden de resultaten van het onderzoek in een grafiek weergegeven, dan laten de resultaten van de 13-jarigen en de
22
volwassenen enigszins een waaierpatroon zien. De resultaten van de 5- en 9-jarigen laten geen waaierpatroon zien. Het bij hen gevonden patroon duidt volgens de onderzoekers op het gebruik van een somregel. Bij het voorgaande moet worden bedacht dat, door het weergeven van de gemiddelde resultaten per leeftijdscategorie, deze geen goed beeld geven van de individuele resultaten. Het is mogelijk dat goede antwoorden bij het berekenen van het gemiddelde resultaat ‘wegvallen’ tegen verkeerde antwoorden. Wanneer naar de individuele resultaten wordt gekeken blijkt dat een kwart van de 5-jarigen beide dimensies en bijna de helft van de 5-jarigen één dimensie meenam in hun beoordeling en ruim een kwart geen van beide dimensies. Bij de 9-jarigen houdt 40% rekening met één dimensie en 60% met twee dimensies. Bij de 13-jarigen zijn die percentages 15% en 85% en bij de volwassenen 25% en 75%. 30% van de volwassenen laat een juiste proportionele relatie zien tussen de grootte van de schaduw en de afstand tot de lichtbron. Bij de andere leeftijdscategorieën was dat percentage (aanzienlijk) lager. Indien één dimensie wordt gehanteerd, blijkt niet uit de gegevens welke dimensie (grootte object of afstand tot de lichtbron) dat is. Bij de jongste leeftijdscategorie was de relatie tussen de expliciete en impliciete kennis niet samenhangend. Bij de andere leeftijdscategorieën kwam de impliciete kennis wel overeen met de expliciete kennis.
5.4 Conclusie De grootte van de schaduw wordt bepaald door twee dimensies, de grootte van het object (de dominante dimensie) en de afstand van het object tot de lichtbron (de ondergeschikte dimensie). De relatie tussen die twee dimensies is proportioneel en vereist de vaardigheid van proportioneel redeneren. Met de schaduwtaak wordt onderzocht welke regel de proefpersonen hanteren bij het beoordelen van de schaduwgrootte. Uit de resultaten van het onderzoek van
23
Siegler (1981) blijkt dat het gebruik van regel I begint bij de 4-jarigen, waaruit blijkt dat zij naar één dimensie kijken (centration). Het zien van beide dimensies begint bij de 8-jarigen en slechts enkele ondervraagden gebruikten de regel van proportioneel redeneren (regel IV). Het onderzoek van Ebersbach en Resing (2007) geeft afwijkende resultaten. Bij het schatten van de schaduwgrootte wordt op jongere leeftijd naar beide dimensies gekeken en is het aantal volwassenen dat de regel van proportioneel redeneren gebruikt veel groter. Er heeft zich mogelijk een vertekening in de metingen voorgedaan doordat de objecten in een afnemende dan wel oplopende afstand tot de lichtbron, zijn getoond. De rol van de afstand tot de lichtbron is daardoor mogelijk zo benadrukt, dat de proefpersonen, in het bijzonder de jonge kinderen, zijn geholpen bij het herkennen van de afstandsdimensie. Dit (hysteresis) effect is al eerder aangetoond in het onderzoek van Van der Maas et al. (2003). Daarnaast is in het onderzoek van Ebersbach en Resing (2007) gebruik gemaakt van één opstelling per vraagstuk, waardoor kinderen geen opstellingen behoefden te vergelijken. Er kan beargumenteerd worden dat het voor jonge kinderen makkelijker is zich op één opstelling te richten. De afwijkende resultaten zijn daardoor mogelijk versterkt. Uit een vergelijking van de resultaten op de balanstaak en op de schaduwtaak blijkt dat de ontwikkeling redelijk parallel verloopt, met name in de eerste fase van de ontwikkeling. De resultaten van de schaduwtaak zijn (nog) niet met de latente klassenanalyse statistisch geanalyseerd. Met die analyse zou bij het beoordelen van schaduwgrootte het gebruik van de somregel of andere regels kunnen worden aangetoond. In het onderzoek van Ebersbach en Resing (2007) lijken kinderen in eerste instantie de afstand en de objectgrootte te sommeren voordat zij de juiste proportionele relatie laten zien.
24
6. Educatieve implicaties
De ideeën die kinderen hebben over een bepaald concept, zoals aarde en schaduw, hebben invloed op de wijze waarop zij nieuwe leerstof en observaties interpreteren. Daarom moet bij de overdracht van kennis over een bepaald concept rekening worden gehouden met de (intuïtieve) ideeën die kinderen over dat concept hebben (Brickhouse 1994). In paragraaf 3 zijn de resultaten van een aantal kwalitatieve onderzoeken naar de ideeën over schaduwen bij kinderen beschreven. De resultaten van de onderzoeken van Feher (1986), Segal en Cosgrove (1993), Brickhouse (1994) en Eshach (2003) bieden steun voor het bestaan van een intuïtief model van schaduwvorming, zoals beschreven door Feher (1990) in het trigger model. Uit de genoemde onderzoeken blijkt dat de intuïtieve ideeën hardnekkig zijn. In de onderzoeken van Segal en Cosgrove (1993), Brickhouse (1994), Fleer (1996) en Eshach (2003) is de ontwikkeling van de ideeën over schaduwen beschreven in het kader van een serie lessen over schaduw en licht. De bedoeling van de lessen was door het aanreiken van relevante kennis, het begrip van schaduw en licht bij kinderen te vergroten (scaffolding) en daardoor de kinderen in staat te stellen zelfstandig opdrachten uit te voeren (handover principle). Daarnaast moest het introduceren van relevante begrippen ervoor zorgen dat de kinderen zich een betere voorstelling van schaduwvorming konden maken en vervolgens er voor zorgen dat zij zich beter konden uitdrukken (Fleer, 1996). In het onderzoek van Brickhouse (1994) werden in een gecontroleerde setting verscheidene aspecten van licht en schaduw aan de orde gesteld. Deze kennis was echter niet toereikend om het verschijnsel schaduw te begrijpen en schoot tekort bij het verklaren van de waarnemingen van licht en schaduw buiten het klaslokaal. Deze waarnemingen werden klassikaal besproken en wat daarbij opviel was dat weinig belang gehecht werd aan de betrouwbaarheid en de repliceerbaarheid van observaties. Uit een onderzoek van Eshach (2003) blijkt dat kinderen
25
opzoek gaan naar een verklaring waarmee een voorgelegde situatie kan worden verklaard en dat zij niet op zoek gaan naar een (globale) coherente verklaringen. Segal en Cosgrove (1993) noemden de vormbaarheid van de kennis van jonge kinderen in hun onderzoek. Zij stelden dat voor de vorming van conceptuele kennis een kritieke periode bestaat, net zoals bij het leren van taal het geval is. In deze periode moeten de kinderen (vanaf ongeveer 5 jaar) bewust gemaakt worden van hun eigen opvattingen en ideeën, zolang deze nog vormbaar zijn. Vanuit deze opvatting moet kinderen de gelegenheid worden geboden kinderen hun ideeën en de daarop gebaseerde verwachtingen te testen. Zo kunnen zij actief betrokken zijn bij de conceptuele ontwikkeling, hetgeen hun intrinsieke motivatie verhoogt. Deze benadering heeft veel weg van een wetenschappelijke benadering. Kinderen kunnen op deze manier ook de hun aangereikte kennis in praktijk brengen in hun eigen leefwereld. Segal en Cosgrove (1993) hebben gewezen op het belang van het aanbieden van meerdere representaties van een concept en het bespreken van de tekortkomingen van een representatie. Daardoor wordt de kinderen de mogelijkheid geboden om vanuit meerdere invalshoeken naar een probleemstelling te kijken. Bij het testen van de verwachtingen, kan zo gezocht worden naar de best passende representatie. Ook Brickhouse (1994) en Chen (2009) stellen het belang van het aanbieden van meerdere representaties aan de orde. Hierdoor worden kinderen in de gelegenheid gesteld eigenschappen van schaduwen gedegen te onderzoeken. Chen (2009) is van mening dat dit zou kunnen bijdragen aan het zien van minder opvallende aspecten van schaduwen. Doordat de intuïtieve ideeën van kinderen over schaduwen onjuist zijn, komen hun verwachtingen niet altijd overeen met hun observaties. Feher (1986, 1990) speelde hier op in door in een science center de opstelling Sophisticated Shadows te plaatsten. Ze liet kinderen een voorspelling doen van de vorm van de schaduw die zou verschijnen wanneer de lichtbron aangezet werd. Omdat zij een schaduw als de eigenschap van het object zagen, waren zij
26
verbaasd dat de schaduw de vorm van de lichtbron aannam. De kinderen werden op deze manier geconfronteerd met hun gelimiteerde conceptuele kennis. De kinderen probeerden vervolgens hun observaties te verklaren aan de hand van hun huidige opvattingen van licht en schaduw. Kinderen hebben sterke onjuiste intuïtieve ideeën over schaduwvorming en licht. Deze ideeën worden consistent gebruikt voor het verklaren van verschillende verschijnselen. Deze intuïtieve ideeën zorgen voor misvattingen. In veel gevallen blijkt daaraan een gebrekkig begrip van licht ten grondslag te liggen. Daarom moet bij de overdracht van kennis over het concept schaduw rekening worden gehouden met de intuïtieve ideeën die kinderen over schaduwen en licht hebben.
7. Conclusies
Uit de besproken onderzoeken blijkt dat de conceptuele ontwikkeling van het begrip van schaduwen begint bij 4-jarigen. Verder bieden de onderzoeken steun voor de opvatting dat kinderen hardnekkige intuïtieve ideeën over schaduwen hebben, door Feher aangeduid met de term trigger model. Schaduw wordt gezien als een eigenschap van een object, die door licht wordt veroorzaakt, die wordt gematerialiseerd en die zwart moet zijn. Chen heeft de ideeën over schaduwvorm, schaduworiëntatie, schaduwintensiteit en schaduwgrootte bij 4- en 5jarigen onderzocht. Uit de resultaten komt naar voren dat de kennis per aspect verschilt. Er kan niet gesproken worden van een gelijktijdige ontwikkeling. De kinderen richten zich op de vorm en de grootte van de schaduw. Een schaduw moet volgens hen zwart zijn. Uit de schaduwtaak blijkt een ontwikkeling. Kinderen gaan naar mate ze ouder worden naast de objectgrootte ook de afstand tot de lichtbron in hun beoordeling van de grootte van de
27
schaduw betrekken. Dat de verhouding tussen beide dimensies proportioneel is, wordt door weinigen gezien. Bij het interpreteren van de resultaten van de kwalitatieve onderzoeken die besproken zijn in paragraaf 3 moet worden bedacht dat de steekproef steeds relatief klein was, dat gebruik gemaakt is van ongestructureerde open vragen en gespreksinterviews met de kinderen in de klas. De resultaten zijn daardoor in beginsel slechts indicatief. Omdat in de verschillende onderzoeken steeds dezelfde intuïtieve ideeën naar voren komen, kan aan die indicatieve resultaten toch meer gewicht worden toegekend. Uit de onderzoeken blijkt dat veel kinderen de observaties zo interpreteren dat deze kloppen met de intuïtieve ideeën die zij over schaduwen hebben (Feher 1990). De intuïtieve ideeën zijn hardnekkig omdat hun kennis van licht en daardoor van schaduw gebrekkig is. Of het trigger model een mentaal model is, kan op basis van de besproken kwalitatieve onderzoeken niet worden beantwoord. Daarvoor is verder kwantitatief onderzoek nodig. Uit de onderzoeken komt ook naar voren dat de waarnemingen van jonge kinderen beperkt zijn. Zij richten zich op het voor hen duidelijkste aspect van schaduw (centration). Uit het onderzoek van Segal en Cosgrove (1993) komt naar voren dat kinderen van 5 jaar zich in eerste instantie richten op de vorm en de beweging van hun eigen schaduwen en niet op de rol van licht bij het zien van schaduwen. Uit het onderzoek van Chen (2009) blijkt dat de kinderen zich richten op de karakteristieke eigenschappen van een schaduw. Zij verwachten dat de vorm van de schaduw overeenkomt met de vorm van het object en dat een schaduw zwart is. Een kwart van de 5-jarigen in het onderzoek van Chen had enig begrip van de relatie tussen lichtbron en schaduworiëntatie. Bij de 4-jarigen ontbrak dat begrip. Weinig 4- en 5-jarigen lijken te begrijpen dat de schaduwgrootte wordt bepaald door de grootte van het object én de afstand van het object tot
28
de lichtbron (twee dimensies). De meeste 4- en 5-jarigen begrijpen wel dat de grootte van de schaduw bepaald wordt door de grootte van het object (één dimensie). De impliciete kennis tussen 4- en 5-jarigen verschilden weinig verschilden. Bij de 4-jarigen was nog weinig expliciete kennis over de verschillende aspecten van schaduwen aanwezig. Bij de 5-jarigen was de expliciete kennis beduidend groter. Uit de resultaten komt naar voren dat de kennis per aspect verschilt. Schaduwvorm levert de minste problemen op en schaduwintensiteit de meeste. Schaduwgrootte levert problemen op indien de afstand tot de lichtbron in de beoordeling wordt betrokken. Met de schaduwtaak wordt onderzocht welke regel de proefpersonen hanteren bij het beoordelen van de schaduwgrootte. Uit de resultaten van het onderzoek van Siegler (1981) blijkt dat het gebruik van regel I begint bij de 4-jarigen, waaruit blijkt dat zij naar één dimensie kijken (centration). Het zien van beide dimensies begint bij de 8-jarigen en slechts enkele ondervraagden gebruikten de regel van proportioneel redeneren (regel IV). Het onderzoek van Ebersbach en Resing (2007) geeft afwijkende resultaten. Bij het schatten van de schaduwgrootte wordt op jongere leeftijd naar beide dimensies gekeken en is het aantal volwassenen dat de regel van proportioneel redeneren gebruikt veel groter. Er heeft zich mogelijk een vertekening in de metingen voorgedaan doordat de objecten in een afnemende dan wel oplopende afstand tot de lichtbron, zijn getoond. De rol van de afstand tot de lichtbron is daardoor mogelijk zo benadrukt, dat de proefpersonen, in het bijzonder de jonge kinderen, zijn geholpen bij het herkennen van de afstandsdimensie. Dit (hysteresis) effect is al eerder aangetoond in het onderzoek van Van der Maas et al. (2003). Daarnaast is in het onderzoek van Ebersbach en Resing (2007) gebruik gemaakt van één opstelling per vraagstuk, waardoor kinderen geen opstellingen behoefden te vergelijken. Er kan beargumenteerd worden dat het voor jonge kinderen makkelijker is zich op één opstelling te richten. De afwijkende resultaten zijn daardoor mogelijk versterkt.
29
Uit een vergelijking van de resultaten op de balanstaak en op de schaduwtaak blijkt dat de ontwikkeling redelijk parallel verloopt, met name in de eerste fase van de ontwikkeling. De resultaten van de schaduwtaak zijn niet met de latente klassenanalyse statistisch geanalyseerd. Met die analyse zou bij het beoordelen van schaduwgrootte, het gebruik van de somregel of andere regels kunnen worden aangetoond. In het onderzoek van Ebersbach en Resing (2007) lijken kinderen in eerste instantie de afstand en de objectgrootte te sommeren voordat zij de juiste proportionele relatie laten zien.
8. Discussie
In het onderzoek van Chen (2009) is het begrip van schaduwgrootte, schaduwvorm, schaduworiëntatie en schaduwintensiteit bij jonge kinderen nagegaan. Bij de analyse van de resultaten is niet de relatie tussen verschillende aspecten onderzocht. Daardoor is geen inzicht verkregen in die relatie. In een vervolgonderzoek zouden in de plaatjestest meer items moeten worden opgenomen dan in het onderzoek van Chen (2009). Chen meet het begrip van de vier schaduwaspecten slechts met één of enkele plaatjesparen. De plaatjesparen zijn soms niet eenduidig wat de resultaten kan hebben beïnvloed. Met bijvoorbeeld plaatje 7 (zie bijlage) wordt zowel het begrip van schaduwintensiteit als van schaduwgrootte gemeten. Wanneer meer duidelijke plaatjesparen in de test worden opgenomen, zal het begrip van de aspecten beter kunnen worden vastgesteld.
Er zijn afwijkende resultaten gevonden tussen de schaduwtaak en het onderzoek van Ebersbach en Resing (2007). In het laatste onderzoek wordt op jongere leeftijd naar beide dimensies gekeken en is het aantal volwassenen dat de regel van proportioneel redeneren
30
gebruikt veel groter. Er heeft zich mogelijk een vertekening in de metingen voorgedaan doordat de objecten in een afnemende dan wel oplopende afstand tot de lichtbron, zijn getoond. De rol van de afstand tot de lichtbron is daardoor mogelijk zo benadrukt, dat de proefpersonen, in het bijzonder de jonge kinderen, zijn geholpen bij het herkennen van de afstandsdimensie. Dit (hysteresis) effect is bij de balanstaak al eerder aangetoond in het onderzoek van Van der Maas et al. (2003). Daardoor is het mogelijk dat de vaardigheid van proportioneel redeneren bij kinderen is overschat. Daarnaast is in het onderzoek van Ebersbach en Resing (2007) gebruik gemaakt van één opstelling per vraagstuk, waardoor kinderen geen opstellingen behoefden te vergelijken. Mogelijk is het voor jonge kinderen moeilijker zich op twee opstellingen te richten dan op één. Daardoor is het mogelijk dat de vaardigheid van proportioneel redeneren vooral bij jonge kinderen in het onderzoek van de schaduwtaak is onderschat.
31
9. Literatuurlijst
Brickhouse, N. W. (1994). Children’s observations, ideas, and the development of classroom theories about light. Journal of Research in Science Teaching, 31 (6), 639-656.
Chen (2009). Shadows: Young Taiwanese children’s views and understanding. International Journal of Science Education, vol. 31(1), 59-79.
Ebersbach, M. & Resing, W. (2007). Shedding new light on an old problem: the estimation of shadow sizes in children and adults. Journal of Experimental Child Psychology 97, 265-285.
Eshach, H. (2003). Small-group interview-based discussions about diffused shadow. Journal of Science Education and Technology, 12(3), 261-275.
Feher, E. & Rice, K. (1986). Shadow shapes. Science and Children, 24, 6-9.
Feher, E. (1990). Interactive museum exhibits as tools for learning: explorations with light. International Journal of Science Education, 12 (1), 35-49.
Fleer, M. (1996). Early learning about light: mapping preschool children’s thinking about light before, during and after involvement in a two week teaching program. International Journal of Science Education, 18 (7), 819-836.
32
van der Maas, H. L. J., Jansen, B. R. J. & Raijmakers, M. E. J. (2003). Developmental patterns in proportional reasoning. In A. Demetriou & A. Raftopoulos (Eds.), Cognitive Developmental Change Theories, Models and Measurement. Cambridge, U.K: Cambridge University Press.
Reiner, M. (2000). Naive physics reasoning- a commitment to substance-based conceptions. Cognition and Instruction, 18(1), 1-34.
Segal, G. & Cosgrove, M. (1993). “The sun is sleeping now”: early learning about light and shadows. Research in Science Education, 23, 276-285.
Siegler (1981). Developmental sequences within and between concepts. Monographs of the Society for Research in Child Development, 46(2), 1–74. (With commentary and reply from Sidney Strauss and Iris Levin).
Spada, H. (1994). Commentary: Conceptual change or multiple representations. Learning and Instruction, 4, 113-116.
Straatemeier, M., van der Maas, H. L. J. & Jansen, B. R. J. (2008). Children’s knowledge of the earth: a new methodological and statistical approach. Journal of Experimental Child Psychology 100 (4), 276-296.
(Chi, M. T. H., Slotta, J. D. & de Leeuw, N. (1994). From things to process: a theory of conceptual change for learning science concepts. Learning and Instruction, 4, 27-43.)
33
34
