Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1308
Main Title: Konzeptuelles und prozedurales Wissen als latente Variablen: Ihre Interaktion beim Lernen mit Dezimalbrüchen
Translated Title: Conceptual and procedural knowledge as latent variables: Their interaction during learning with decimal fractions
Author(s): Schneider, Michael
Advisor(s): Stern, Elsbeth
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Konzeptuelles Wissen vermittelt kognitiven Lerntheorien zufolge ein abstraktes Tiefenverständnis der Prinzipien und Relationen zwischen Aussagen in einer Wissensdomäne. Prozedurales Wissen ermöglicht die effiziente und zielgerichtete Lösung von Routineproblemen und wird kognitiv in automatisiert ausführbaren Produktionsregeln repräsentiert. In der Literatur zu Relationen zwischen konzeptuellem und prozeduralem Wissen werden drei Grundpositionen vertreten: Concepts-first-Ansätze basieren auf der Annahme, dass konzeptuelles Wissen gewöhnlich vor prozeduralem Wissen erworben wird und dann innerpsychisch kausal zu einem Zuwachs an prozeduralem Wissen führt. Procedures-first-Ansätze postulieren eine genau umgekehrte Erwerbsreihenfolge und Kausalrichtung. Rittle-Johnson et al. (2003) postulierten ihr Iteratives Modell, demzufolge die Erwerbsreihenfolge erfahrungsabhängig und die Kausalrelationen bidirektional sind. Diese Annahmen sind empirisch schwer zu überprüfen, weil bisher unklar ist, wie konzeptuelles und prozedurales Wissen valide und unabhängig voneinander gemessen werden können, da sie sich im manifesten Verhalten nur ineinander verwoben zeigen. In der Dissertation wurden Vorhersagen des Iterativen Modells gegen Vorhersagen des concepts-first- und des procedures-first-Ansatzes im Inhaltsgebiet der Dezimalbrüche getestet. Dabei wurden vier Maße konzeptuellen Wissens (Evaluation von Prozeduren, Übersetzung in Kuchendiagramme, Größenvergleiche und schriftliche Erklärungen) und vier Maße prozeduralen Wissens (Problemlösekorrektheit, Problemlösedauer, Zugriffsasymmetrie, Dual task-Kosten) verwendet, die alle aus publizierten Studien adaptiert wurden. In Studie 1 wurden die Wissensarten in Strukturgleichungsmodellen (SEM) als zwei latente Faktoren hinter den acht manifesten Maßen modelliert, so dass die prädiktiven Relationen zwischen den Faktorpaaren über drei Messzeitpunkte hinweg in einem cross-lagged panel design untersucht werden konnten. Die Stichprobe bestand aus 204 Fünft- und Sechsklässlern. Es zeigte sich, dass die acht Maße hohe konvergente Validitäten, jedoch geringe divergente Validitäten besitzen. Die sehr hohen Interkorrelationen der latenten Faktoren behinderten die Analyse der prädiktiven Relationen, die deswegen zwar Indizien, aber keine eindeutigen Belege für die Richtigkeit des Iterativen Modells lieferte. In Studie 2, einer experimentellen Trainingsstudie über drei Messzeitpunkte, wurden die vier Maße jeweils einer Wissensart gewichtet aufsummiert. Die Stichprobe bestand aus 84 Fünftklässlern. Es sollte in einer ersten Lernphase einer Treatmentgruppe konzeptuelles Wissen, aber möglichst wenig prozedurales, und einer weiteren Treatmentgruppe prozedurales Wissen, aber möglichst wenig konzeptuelles, vermittelt werden. In einer zweiten Lernphase sollte dann durch Vergleiche mit einer Kontrollgruppe untersucht werden, ob die jeweils zuvor vermittelte Wissensart nachfolgend zu Zuwächsen der jeweiligen anderen Wissensart führt. Da in der ersten Phase die Vermittlung konzeptuellen Wissens nicht und die Vermittlung prozeduralen Wissens nur unvollständig gelang, zeigten sich in der zweiten Lernphase keine signifikanten Effekte. Insgesamt belegen die Ergebnisse, dass konzeptuelles und prozedurales Wissen erheblich stärker zusammenhängen als alle früheren – nur manifeste Maße nutzenden und daher stärker messfehlerbehafteten – Studien erwarten ließen. Das Iterative Modell konnte daher weder bestätigt noch widerlegt werden. Die Arbeit zeigt erstmals, dass konzeptuelles Wissen am besten durch prozedural einfache nonverbale Transferaufgaben gemessen wird, prozedurales Wissen nur unzureichend durch Problemlösekorrektheit oder -dauer, aber relativ gut durch Zugriffsasymmetrie und Dual task-Kosten.
Conceptual knowledge, as seen by cognitive theories of learning, provides an in-depth understanding of the principles and of interrelations between pieces of knowledge in a domain. Procedural knowledge allows for the efficient and goal-directed solution of routine problems and is represented, on the cognitive level, by production rules with different degrees of automaticity. In the literature addressing interrelations between conceptual and procedural knowledge, three basic options can be distinguished: concepts-first approaches are based on the assumption that the acquisition of conceptual knowledge is, as a rule, prior to that of procedural knowledge and, subsequently, causes an increase in procedural knowledge; procedures-first approaches postulating exactly the reverse with respect to the sequence of acquisition and direction of causation; and the Iterative Model proposed by Rittle-Johnson et al. (2003), which holds that the sequence of acquisition depends on experience and that the causal relations are bi-directional. These assumptions are hard to test in an empirical setting. It is as yet unclear how to obtain measures of conceptual and procedural knowledge that are valid as well as mutually independent, since in actual behaviour both kinds of knowledge are interwoven with one another. In the thesis, predictions based on the Iterative Model are tested, in the field of decimal fractions, against predictions based on the concepts-first and the procedures-first approaches. Four measures of conceptual knowledge (evaluation of procedures, translation into diagrams, size comparison, and written explanations) and four measures of procedural knowledge (problem solving accuracy, problem solving duration, asymmetry of access, dual-task costs) were used, all of them adapted from published studies. In Study 1, knowledge types were modelled in structural equation models (SEM) as two latent factors underlying the eight manifest measures, thus permitting predictive relations between factor pairs to be examined across three points of measurement in a cross-lagged panel design. The sample consisted of 204 fifth-graders and sixth-graders. The eight measures were shown to possess high convergent validities, but low divergent validities. Intercorrelations between the latent factors were very high. This proved to be an obstacle to the analysis of predictive relations, which provided some clues, but no unambiguous evidence for the validity of the Iterative Model. In Study 2, an experimental training study conducted across three points of measurement, the four measures were weighted and summed up for each knowledge type. The sample consisted of 84 fifth-graders. The aim was to have, at a first learning stage, one treatment group acquire conceptual knowledge, but as little procedural knowledge as possible, and a second treatment group acquire procedural knowledge, but as little conceptual knowledge as possible. At a second learning stage, both groups were compared to a control group in order to see whether the kind of knowledge acquired first had subsequently led to an increase in the other kind of knowledge. Since conceptual knowledge failed to be acquired at the first stage and acquisition of procedural knowledge was incomplete, no significant effects could be observed at the second learning stage. All in all, results show that conceptual and procedural knowledge are much more strongly interrelated than one would expect from all previous studies which, using only manifest measures, were more prone to measurement errors. The Iterative Model, therefore, could be neither validated nor invalidated. The study shows for the first time that procedural knowledge is best measured by simple non-verbal transfer tasks, while procedural knowledge is only insufficiently measured by problem solving accuracy or problem solving duration, but comparatively well by asymmetry of access and dual-task costs.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-12400
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1605
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1308
Exam Date: 17-Feb-2006
Issue Date: 6-Mar-2006
Date Available: 6-Mar-2006
DDC Class: 150 Psychologie
Subject(s): Iteratives Modell
Konzeptuelles Wissen
Prozedurales Wissen
SEM
Strukturgleichungsmodelle
Conceptual knowledge
Iterative Model
Procedural knowledge
SEM
Structural equation models
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