The Predictive Value of Children's Understanding of Indeterminacy and Confounding for Later Mastery of the Control-of-Variables Strategy

The personal epistemology of parents predicts the development of scientific reasoning in children aged 6-10 years

The influence of the epistemological beliefs of parents on the development of comprehensive scientific reasoning abilities was investigated in a five-wave longitudinal study from kindergarten to elementary school. The 161 German 5-10-year-olds (89 girls, 72 boys) were assessed yearly on their scientific reasoning abilities using comprehensive measures for experimentation and data-interpretation skills, as well as understanding of the nature of science. The children were also tested on their language abilities and intelligence. Their parents completed a sociodemographics questionnaire and answered ten questions about their epistemological beliefs regarding (1) the interpretive nature of science, (2) the tentative nature of knowledge, and (3) the role of scientific framework theories. The personal epistemology of the parents significantly predicted the scientific reasoning development of their children regardless of the parents' education level and the children's general cognitive abilities. However, the effect of the epistemology of parents on their children's scientific reasoning was limited to the intercepts, suggesting that the epistemic understanding of parents affects how scientific reasoning develops in their children, but not the development speed. Although parental epistemology exerts substantial effects on scientific reasoning of their children, it did not affect their reading ability, suggesting an involvement of science-specific mechanisms rather than generalized family-based influences. These findings highlight the importance of family as a variable in the development of scientific reasoning, which is an area lacking in research, and it suggests that early interventions targeted at the epistemic understanding of caregivers can provide useful ways for promoting the reasoning of children. RESEARCH HIGHLIGHTS: A five-year longitudinal study shows significant development of scientific reasoning from kindergarten to elementary school. Caregivers' personal epistemology predicted scientific reasoning development-independent of children's general cognitive abilities and caregivers' level of education. The effect was most-pronounced for caregivers' understanding that social framework theories determine which aspects of science are accepted and how they are conducted. Caregivers' personal epistemology did not predict children's reading abilities, suggesting that the effect of the caregivers' epistemology on children's scientific reasoning is domain-specific.

The complex associations between scientific reasoning and advanced theory of mind

This 6-wave longitudinal study (2014-2018) of 161 German 5- to 10-year-olds from a midsized city and rural area in southern Germany (89 females, 72 males; predominantly White; mostly middle class) found that scientific-reasoning abilities first develop at 6 years. Abilities were highly stable, with the kindergarten score predicting 25% of end-of-elementary-school variance. Individual but not developmental differences were related to language abilities (0.39), mindreading skills (0.33), and parental education (0.36). In early elementary school, mindreading skills predicted scientific reasoning (0.15), but not vice versa; in late elementary school, bidirectional associations emerged (0.11-0.33). Our findings suggest that mindreading is a precursor for the development of scientific reasoning and that older children use scientific reasoning to revise their advanced theories of mind.

Modellierung der Struktur der Variablenkontrollstrategie und Abbildung von Veränderungen in der Grundschule

Die Variablenkontrolle ist bei der Planung und Durchführung von Experimenten von besonderer Bedeutung, weil sie eindeutige Aussagen über Beziehungen zwischen Ursache und Wirkung zulässt. Ihre Anwendung ist daher ein eigenständiges Lernziel des naturwissenschaftlichen Sachunterrichts und Gegenstand zahlreicher empirischer Studien. Entsprechende Fähigkeiten werden unter dem Begriff Variablenkontrollstrategie (VKS) zusammengefasst und beinhalten die vier Teilfähigkeiten: 1) Planung kontrollierter Experimente, 2) Identifizierung kontrollierter Experimente, 3) Interpretation der Ergebnisse kontrollierter Experimente und 4) Verständnis der fehlenden Aussagekraft unkontrollierter Experimente. Bisherige Studien zeigen starke positive Veränderungen bezüglich der VKS während der Grundschulzeit. Allerdings erfassen sie oft nur eine Teilfähigkeit bzw. differenzieren in ihren Analysen nicht zwischen unterschiedlichen Teilfähigkeiten oder dem Einfluss der Fachkontexte der Aufgaben. Wir haben zur Erfassung der VKS in der Grundschule ein Testinstrument im Multiple-Choice-Format entwickelt, welches Aufgaben zu den Teilfähigkeiten Identifizierung und Interpretation in unterschiedlichen Fachkontexten enthält. Das Instrument wurde in einer Querschnittstudie mit N = 415 Zweit- bis Viertklässler*innen eingesetzt. Entgegen bisherigen Befunden zeigen die Ergebnisse einer Rasch-Analyse eine mehrdimensionale Struktur der VKS entsprechend den Teilfähigkeiten. Die Fachkontexte der Aufgaben haben keinen Einfluss auf die Dimensionalität. Die Schwierigkeitsstruktur von Aufgaben wird durch die angesprochene Teilfähigkeit (Identifizierung ist einfacher als Interpretation) und den gewählten Aufgabentyp (z. B. Wahl der Distraktoren nach Schülervorstellungen) beeinflusst. Darüber hinaus wurde eine unterrichtliche Förderung der VKS untersucht (N = 44), um abzuschätzen, inwiefern das entwickelte Testinstrument erwartete Veränderungen hinsichtlich der VKS abbildet. Die gemessenen Veränderungen werden in diesem Beitrag in Relation zur Querschnittsstudie gesetzt. Abschließend werden die Konsequenzen unserer Befunde für die Messung und Förderung der VKS in der Grundschule diskutiert.