741
I ! "!# $ % &'()*! +(, ) '!
-Conceptual Knowledge of Magnetic Phenomena
^Ž͕ĨƌŽŵƚŚĞĚĂƚĂĂĐƋƵŝƌĞĚ͕ĞƐƉĞĐŝĂůůLJĨƌŽŵƚŚĞŽŶĞƐŽĨƚŚĞϭϬLJĞĂƌƐŽůĚƉƵƉŝůƐ͕ĂŶŝŵƉŽƌƚĂŶƚƌŽůĞŽĨƚŚĞ ƉĂƌƟĂůĂŶĚůŽĐĂůŝŶƚĞƌƉƌĞƚĂƟŽŶŽĨƐŝŶŐůĞĞdžƉĞƌŝŵĞŶƚĞdžƉůŽƌĞĚƐƚĞƉďLJƐƚĞƉĞŵĞƌŐĞŝŶďƵŝůĚŝŶŐĂŐůŽďĂů ŝŶƚĞƌƉƌĞƚĂƟŽŶŽĨƚŚĞĞůĞĐƚƌŽͲŵĂŐŶĞƟĐŝŶĚƵĐƟŽŶƉŚĞŶŽŵĞŶĂ͕ǁŚĞƌĞŝŶƚĞƌƉƌĞƚĂƟǀĞĂƐƉĞĐƚƐĂƌĞƌĞĐĂůůĞĚ ŝŶĂŶĂŶĂůŽŐŝĐĂůǁĂLJ͘ďƐƚƌĂĐƚĞŶƟƟĞƐĂƌĞƵƐĞĚĚƵƌŝŶŐƚŚĞůĞĂƌŶŝŶŐƉĂƚŚǁŚĞŶŝŶƋƵŝƌĞĚďĂƐĞŚĂŶĚƐͲŽŶ ĂŶĚŵŝŶĚƐͲŽŶǁĂƐĐĂƌƌŝĞĚŽƵƚ͘dŚĞƌĞͲƵƐĞŽĨƐĂŵĞƋƵĂŶƟƟĞƐŝŶĂŶĞǁĨƌĂŵĞǁŽƌŬŝƐĂŶĂĚĚŝƟŽŶĂůŐĂŝŶŽĨ ƚŚĞĐŽŚĞƌĞŶƚĞdžƉůŽƌĂƟǀĞĐŚĂŝŶŝŶŝƚƐŽǁŶƉƌŽŐƌĞƐƐ͘&ŽƌĞdžĂŵƉůĞ͕ƉƵƉŝůƐƌĞĨĞƌƚŽƚŚĞƉƌŽƉĞƌƚLJŽĨƚŚĞƐƉĂĐĞ ƐƵƌƌŽƵŶĚŝŶŐƚŚĞŵĂŐŶĞƚƐ͕ŝŶĨĞǁĐĂƐĞƐ͕ĂĮƌƐƚƌĞƉƌĞƐĞŶƚĂƟŽŶŽĨƚŚŝƐŵĂŐŶĞƟĐƉƌŽƉĞƌƚLJƵƐŝŶŐĐŽŵƉĂƐƐĞƐ ĂƐĞdžƉůŽƌĞƌŽĨƚŚĞƐƉĂĐĞ͕ĚƌĂǁŝŶŐĂĮƌƐƚƌĞƉƌĞƐĞŶƚĂƟŽŶŽĨƚŚĞŵĂŐŶĞƟĐĮĞůĚůŝŶĞƐ͘ 5 y.o. pupils ZĞƐĞĂƌĐĞƌ WƵƉŝůϭ WƵƉŝůϮ WƵƉŝůϯ WƵƉŝůϰ WƵƉŝůϱ dŽŐĞƚŚĞƌ KƚŚĞƌWƵƉŝůƐ YW 13 y.o. pupils ZĞƐĞĂƌĐĞƌ WƵƉŝůϭ WƵƉŝůϮ dŽŐĞƚŚĞƌ KƚŚĞƌWƵƉŝůƐ
YϲĂ YϴΎ;ϭϰͿ Yϭϭ ;ϲͿ;ϭϳͿ
Yϭ YϮ
ŝŶƚƌŽĚƵĐĞͬƌĞĨĞƌƐƚŽƐŝƚƵĂƚŝŽŶƐ
Yϯ YϱĂ Yϰď Yϰ Yϱď Yϲď
ǁĂŝƚŝŶŐĨŽƌĨƵƌƚŚĞƌĂŶƐǁĞƌ ĂŶƐǁĞƌ
ĚŝƐĐƵƐƐŝŽŶ
Yϲ Yϴ YϭϬ
Yϭ YϮ Yϯ YϱĂ Yϰ Yϱď
ŬĞLJƋƵĞƐƚŝŽŶ ƉƌŽŵŽƚŝŽŶĨƵƌƚŚĞƌĚŝƐĐƵƐƐŝŽŶ ¡¢£¤¥ džĂŵƉůĞŽĨĂŶĂůLJƐŝƐŽĨĂĚŝƐĐƵƐƐŝŽŶ ƐƉƌĞǀŝŽƵƐůLJƌĞŵĂƌŬĞĚ͕ƚŚĞŽƌĚĞƌĂŶĚƚŚĞƚLJƉĞŽĨĂĐƟǀŝƚLJƉƌŽƉŽƐĞĚǁĂƐŶŽƚŵĂŶĚĂƚŽƌLJĂŶĚŝŶƉĂƌƟĐƵůĂƌƚŚĞ ĚŝīĞƌĞŶƚĐůĂƐƐĞƐĨŽůůŽǁĞĚĚŝīĞƌĞŶƚůĞĂƌŶŝŶŐƉĂƚŚƐ͖ƚŚĞůĞĂƌŶŝŶŐƉĂƚŚƐĨŽůůŽǁĞĚĂƌĞƐƵŵŵĂƌŝnjĞĚŝŶƚĂďůĞWϯ͘ϯ Table 2.^ƵŵŵĂƌLJŽĨƚŚĞůĞĂƌŶŝŶŐƉĂƚŚĨŽůůŽǁĞĚďLJĞĂĐŚŐƌŽƵƉ
Type of School Class Followed Learning Path
745 ÑÒÓÔÒ Õ ÖÖ×ÖØÒÙÚ ÛÜÒ ÖÓÝÞÒ ÛÚÑß àÜÛÖØ àÓáÚ ÓÖÔ× àÜÖâÖã×á×ãÒÑÓÒÕ× Ü ßÚ Ñ äÓÕ Ø× × áÕáÚÓÓÒÓÚÜ ß× ÜÒÔ Ñ àÙÚ Ñä ĐůĂƐƐ ŚŝŐŚůŝŐŚƚĞĚ ƚŚĂƚ ƚŚĞ ŽƌŝĞŶƚĂƟŽŶ ŽĨ ƚŚĞ ĐŽŝů ŝƐ ƌĞůĂƚĞĚ ƚŽ ƚŚĞ ͞ĚŝƌĞĐƟŽŶ ŽĨ ƚŚĞ ŵĂŐŶĞƟĐ ƉƌŽƉĞƌƚLJ ƉƌĞƐĞŶƚďĞƚǁĞĞŶƚŚĞŵĂŐŶĞƚƐ͟;ǁŚĞƌĞƚŚĞĚŝƌĞĐƟŽŶŽĨƚŚĞŵĂŐŶĞƟĐƉƌŽƉĞƌƚLJŝƐƚŚĞĚŝƌĞĐƟŽŶĂƐƐƵŵĞĚďLJ ƚŚĞĐŽŵƉĂƐƐŶĞĞĚůĞŝŶƚŚĞĐŽŶƐŝĚĞƌĞĚĂƌĞĂͿĂŶĚŝŶƉĂƌƟĐƵůĂƌ͕͞ƚŚĞƌĞŝƐŵŽƌĞĐƵƌƌĞŶƚŝŶƚŚĞĐŝƌĐƵŝƚǁŚĞŶ ƚŚĞĐŽŝůĂŶĚƚŚĞĚŝƌĞĐƟŽŶŽĨƚŚĞŵĂŐŶĞƟĐƉƌŽƉĞƌƟĞƐĂƌĞƉĞƌƉĞŶĚŝĐƵůĂƌĂŶĚŶƵůůǁŚĞŶƚŚĞLJĂƌĞƉĂƌĂůůĞů͘͟ ŽŶĐůƵƐŝŽŶƐ dŚĞƌĞƐƵůƚƐŽĨƚŚŝƐĞdžƉĞƌŝŵĞŶƚĂƟŽŶ͕ƐŚŽǁŵĂŶŝĨĞƐƚůLJƚŚĞŶĞĐĞƐƐŝƚLJƚŽŝŶƚƌŽĚƵĐĞŝŶƚŚĞƉƌŽƉŽƐĞĚůĞĂƌŶŝŶŐ ƉĂƚŚĂƐƉĞĐŝĮĐĞdžƉĞƌŝŵĞŶƚƚŽĂůůŽǁƉƵƉŝůƐƚŽĞdžƉůŽƌĞƚŚĞĞdžƚĞŶƐŝŽŶŽĨƚŚĞŵĂŐŶĞƟĐƉƌŽƉĞƌƚLJŽĨƚŚĞŽďũĞĐƚ ŐŝǀŝŶŐƚŚĞŵĂŶĞdžƉĞƌŝŵĞŶƚĂůŝĚĞĂŽĨƚŚĞĞdžƚĞŶƐŝŽŶŽĨƚŚĞŵĂŐŶĞƟĐĮĞůĚƚŚĂƚŐŽĞƐďĞLJŽŶĚƚŚĞƐŝŵƉůĞ ŽďƐĞƌǀĂƟŽŶĚŽŶĞƵƐŝŶŐƚŚĞŶĞĞĚůĞŽĨƚŚĞĐŽŵƉĂƐƐ͘tŚŝƚŝƚ͕ƚŚĞůĞĂƌŶŝŶŐƉĂƚŚƉƌŽǀŝĚĞƐƚŽƉƵƉŝůƐĂƐĞƚ ŽĨĞdžƉĞƌŝĞŶĐĞƐĂŶĚŽďƐĞƌǀĂƟŽŶƐƚŚĂƚĂůůŽǁƐƚŚĞŵƚŽĞdžƉůŽƌĞĞdžƉĞƌŝŵĞŶƚĂůůLJƚŚĞƉŚĞŶŽŵĞŶŽůŽŐLJŽĨƚŚĞ ĞůĞĐƚƌŽŵĂŐŶĞƟĐƉŚĞŶŽŵĞŶĂƚŽƉƌŽǀŝĚĞĂĮƌƐƚĞdžƉůĂŶĂƚŽƌLJŵŽĚĞů͘dŚŝƐŵŽĚĞů͕ĞǀĞŶŝĨŽŶůLJŝŶƋƵĂůŝƚĂƟǀĞ ƚĞƌŵƐ͕ǁĂƐĂĚŽƉƚĞĚďLJƚŚĞƉƵƉŝůƐ͕ƚŽĞdžƉůŽƌĞƚŚĞƉŚĞŶŽŵĞŶŽůŽŐŝĐĂůĐŚĂƌĂĐƚĞƌŝƐƟĐƐƵƐŝŶŐĂƐƌĞĨĞƌĞŶĐŝŶŐ ƉŚLJƐŝĐĂůƋƵĂŶƟƚLJƚŚĞŝĚĞĂŽĨŵĂŐŶĞƟĐĮĞůĚ͘^ŽƉƵƉŝůƐĞdžƉůŽƌĞĚƚŚĞŵĂŝŶƉŚĞŶŽŵĞŶŽůŽŐŝĐĂůĐŚĂƌĂĐƚĞƌŝƐƟĐ ŽĨ ƚŚĞ ƉƌŽĐĞƐƐ ŽĨ ƚŚĞ ĞůĞĐƚƌŽŵĂŐŶĞƟĐ ŝŶĚƵĐƟŽŶ ŚŝŐŚůŝŐŚƟŶŐ ƚŚĞ ĚĞƉĞŶĚĞŶĐĞ ĨƌŽŵ ƐƵĐŚ ƉĂƌĂŵĞƚĞƌƐ ŚŝŐŚůŝŐŚƟŶŐƚŚĞƉƌĞƐĞŶĐĞŽĨĂŵĂŝŶĚŝƌĞĐƟŽŶŝŶƚŚĞƐƚƌƵĐƚƵƌĞŽĨƚŚĞŵĂŐŶĞƟĐĮĞůĚ͘ ŶŝŵƉŽƌƚĂŶƚƌŽůĞŽĨƚŚĞƉĂƌƟĂůĂŶĚůŽĐĂůŝŶƚĞƌƉƌĞƚĂƟŽŶŽĨƐŝŶŐůĞĞdžƉĞƌŝŵĞŶƚĞdžƉůŽƌĞĚƐƚĞƉďLJƐƚĞƉĞŵĞƌŐĞ ŝŶ ďƵŝůĚŝŶŐ Ă ŐůŽďĂů ŝŶƚĞƌƉƌĞƚĂƟŽŶ ŽĨ ƚŚĞ ĞůĞĐƚƌŽŵĂŐŶĞƟĐ ŝŶĚƵĐƟŽŶ ƉŚĞŶŽŵĞŶĂ͕ ǁŚĞƌĞ ŝŶƚĞƌƉƌĞƚĂƟǀĞ ĂƐƉĞĐƚƐĂƌĞƌĞĐĂůůĞĚƚŚƌŽƵŐŚĂŶĂůŽŐŝĞƐ͘ďƐƚƌĂĐƚĞŶƟƟĞƐĂƌĞƵƐĞĚĚƵƌŝŶŐƚŚĞůĞĂƌŶŝŶŐƉĂƚŚǁŚĞŶŝŶƋƵŝƌĞĚ ďĂƐĞŚĂŶĚƐͲŽŶĂŶĚŵŝŶĚƐͲŽŶĂĐƟǀŝƟĞƐǁĞƌĞĐĂƌƌŝĞĚŽƵƚ͘dŚĞƌĞͲƵƐĞŽĨƐĂŵĞƋƵĂŶƟƟĞƐŝŶĂŶĞǁĨƌĂŵĞǁŽƌŬ ŝƐĂŶĂĚĚŝƟŽŶĂůŐĂŝŶŽĨƚŚĞĐŽŚĞƌĞŶƚĞdžƉůŽƌĂƟǀĞĐŚĂŝŶŝŶŝƚƐŽǁŶƉƌŽŐƌĞƐƐ͘&ŽƌĞdžĂŵƉůĞ͕ƉƵƉŝůƐƌĞĨĞƌƚŽƚŚĞ ƉƌŽƉĞƌƚLJŽĨƚŚĞƐƉĂĐĞƐƵƌƌŽƵŶĚŝŶŐƚŚĞŵĂŐŶĞƚƐĂŶĚƉĞƌĨŽƌŵĞĚĂĮƌƐƚƌĞƉƌĞƐĞŶƚĂƟŽŶŽĨƚŚŝƐŵĂŐŶĞƟĐ ƉƌŽƉĞƌƚLJƵƐŝŶŐĐŽŵƉĂƐƐĞƐĂƐĞdžƉůŽƌĞƌŽĨƚŚĞƐƉĂĐĞ͘ ZĞĨĞƌĞŶĐĞƐ
DŝĐŚĞůŝŶŝD͕͘ŽďĂůD͕͘;ϮϬϬϭͿĞǀĞůŽƉŝŶŐĨŽƌŵĂůƚŚŝŶŬŝŶŐŝŶƉŚLJƐŝĐƐ͕GIREP book of selected papers͕ϳϮͲϴϭ͘ ĂŐŶŽ͕ ͘ĂŶĚ LJůŽŶ͕͘^͕͘;ϭϵϵϳͿ͕American journal of Physics͕ϲϱ;ϴͿϳϮϲͲϳϯϲ͘
Ƶŝƚ͕Z͕͘;ϭϵϵϭͿ^ƚƵĚĞŶƚƐ͛ĐŽŶĐĞƉƚƵĂůĨƌĂŵĞǁŽƌŬƐ͗ŽŶƐĞƋƵĞŶĐĞƐĨŽƌůĞĂƌŶŝŶŐƐĐŝĞŶĐĞ͘/Ŷ^͘'ůLJŶŶ͕Z͘zĞĂŶLJ͕ Θď͘ƌŝƩŽŶ; ĚƐ͘Ϳ͕The psychology of learning science͕ϲϱͲϴϴ͘
ƵīLJd͕͘:ŽŶĂƐƐĞŶ͕͘;ϭϵϵϮͿŽŶƐƚƌƵĐƟǀŝƐŵĂŶĚƚŚĞƚĞĐŚŶŽůŽŐLJŽĨŝŶƐƚƌƵĐƟŽŶ͕,ŝůůƐĚĂůĞ͕ ƌůďĂƵŵ͘
&ĞĚĞůĞ ͕͘ DŝĐŚĞůŝŶŝ D͕͘ ^ƚĞĨĂŶĞů ͕͘ ;ϮϬϬϱͿ &ŝǀĞͲƚĞŶ LJĞĂƌƐ ŽůĚƉƵƉŝůƐ ĞdžƉůŽƌĞ ŵĂŐŶĞƟĐ ƉŚĞŶŽŵĞŶĂ ŝŶ ŽŐŶŝƟǀĞ>ĂďŽƌĂƚŽƌLJ;>K Ϳ͕ESERA, selected paper͕ƌĞƐŝůƐ͕ĂƌĐĞůůŽŶĂ͘
'ŝůďĞƌƚ:͕͘Ğƚ͘Ăů͕͘;ϭϵϵϴͿDŽĚĞůƐŝŶĞdžƉůĂŶĂƟŽŶƐ͗WĂƌƚϭ͕,ŽƌƐĞƐĨŽƌĐŽƵƌƐĞƐ͍͕/ŶƚĞƌŶĂƟŽŶĂů:ŽƵƌŶĂů^ĐŝĞŶĐĞ ĚƵĐĂƟŽŶ͕ϮϬ͘
'ƵŝƐĂƐŽůĂ͕ :͕͘ ůŵƵĚŝ͕ :͘ D͘ ĂŶĚ ĞďĞƌŝŽ͕ D͕͘ ;ϭϵϵϵͿ ^ƚƵĚĞŶƚƐ͛ ŝĚĞĂƐ ĂďŽƵƚ ƐŽƵƌĐĞ ŽĨ ŵĂŐŶĞƟĐ ĮĞůĚ͕ // /ŶƚĞƌŶĂƟŽŶĂů ƐĞƌĂŽŶĨĞƌĞŶĐĞ͕ƉƉ͘ϴϵͲϵϭ͘
DĂůŽŶĞLJ͕͘W͕͘K͛<ƵŵĂ͕d͘>͕͘,ŝĞŐŐĞůŬĞ͕͘:͘ĂŶĚsĂŶ,ĞƵǀĞůĞŶ͕;ϮϬϬϭͿ͕͘WŚLJƐŝĐƐ ĚƵĐĂƟŽŶZĞƐĞĂƌĐŚ͕
American Journal of Physics Suppllementϲϵ;ϳͿ͕^ϭϮͲ^Ϯϯ͘
DŝĐŚĞůŝŶŝ D͕͘ ;ϮϬϬϱͿ dŚĞ >ĞĂƌŶŝŶŐ ŚĂůůĞŶŐĞ͗ ƌŝĚŐĞ ďĞƚǁĞĞŶ ǀĞƌLJĚĂLJ džƉĞƌŝĞŶĐĞ ĂŶĚ ^ĐŝĞŶƟĮĐ <ŶŽůĞĚŐĞ͕'/Z WŬŽĨƐĞůĞĐƚĞĚĐŽŶƚƌŝďƵƟŽŶƐ͕>ũƵďůũĂŶĂ͘
WĨƵŶĚƚ͕ƵŝƚZ͕;ϭϵϵϯͿ^ƚƵĚĞŶƚƐ͛ůƚĞƌŶĂƟǀĞ&ƌĂŵĞǁŽƌŬƐĂŶĚ^ĐŝĞŶĐĞ ĚƵĐĂƟŽŶ͕/WE<ŝĞů'ĞƌŵĂŶLJ͘ ZĂŝŶƐŽŶ͕^͘ĂŶĚsŝĞŶŶŽƚ͕>͕͘;ϭϵϵϮͿ/ŶƚĞƌŶĂƟŽŶĂů:ŽƵƌŶĂů^ĐŝĞŶĐĞ ĚƵĐĂƟŽŶϭϰ;ϰͿ͕ϰϳϱͲϰϴϳ͘
dŚŽŶŐ͕t͘D͘ĂŶĚ'ƵŶƐƚŽŶĞ͕Z͕͘;ϮϬϬϴͿZĞƐĞĂƌĐŚŝŶ^ĐŝĞŶĐĞ ĚƵĐĂƟŽŶϯϴ͕ϯϭͲϰϰ͘
