title: Addressing students’ cognitive biases in evolution education through self-regulatory and metacognitive approaches
Creators: name: Hartelt, Tim
Publisher: name: KOBRA Universität Kassel
Year: 2025
Subjects: subject: self-regulated learning
subject: metacognition
subject: self-assessment
subject: student conceptions
subject: cognitive biases
subject: conceptual knowledge
subject: self-efficacy
subject: cognitive load
subject: evolution
subject: natural selection
subject: Selbstreguliertes Lernen
subject: Metakognition
subject: Selbsteinschätzung
subject: Schülervorstellungen
subject: kognitive Verzerrungen
subject: konzeptuelles Wissen
subject: Selbstwirksamkeitserwartung
subject: kognitive Belastung
subject: Evolution
subject: natürliche Selektion
classificationCode: 500
subject: 500
classificationCode: 370
subject: 370
classificationCode: Selbstgesteuertes Lernen
subject: Selbstgesteuertes Lernen
classificationCode: Metakognition
subject: Metakognition
classificationCode: Selbsteinschätzung
subject: Selbsteinschätzung
classificationCode: Schüler
subject: Schüler
classificationCode: Vorstellung
subject: Vorstellung
classificationCode: Verzerrte Kognition
subject: Verzerrte Kognition
classificationCode: Konzeption
subject: Konzeption
classificationCode: Selbstwirksamkeit
subject: Selbstwirksamkeit
classificationCode: Evolution
subject: Evolution

description: <p>Students’ conceptions are essential factors in learning and should be addressed in education to support the acquisition of adequate conceptual knowledge. Many of those conceptions are based on cognitive biases, i.e., general intuitive ways of thinking. These cognitive biases prove helpful in various contexts (e.g., everyday life) but can simultaneously be problematic in scientific contexts such as evolution. Because of the context-dependency as well as the pervasiveness and persistence of cognitive biases, education should not aim at changing students’ intuitive thinking but rather at supporting the regulation of their thinking. Instructional approaches based on self-regulated learning and metacognition may enable students to become metacognitively aware of their intuitive conceptions based on cognitive biases and self-regulate these context-dependently. However, studies providing evidence of causal effects are missing. At the intersection of evolution/science education and cognitive/educational psychology, this dissertation aims to fill this research gap. Through a thorough experimental design (N = 941 upper secondary students), the effectiveness of two innovative metaconceptual instructional approaches based on self-regulated learning and metacognition was investigated: (a) a self-assessment of one’s conceptions and (b) instruction on conditional metaconceptual knowledge (metacognitive knowledge about why and in which contexts specific conceptions are appropriate or not). Intervention effects on students’ conceptual knowledge about evolution were examined and further cognitive and affective factors relevant to conceptual and self-regulated learning were considered, such as self-efficacy (by using a newly developed instrument that was tested for validity), cognitive load, and self-assessment accuracy. It was found that both metaconceptual approaches enhanced conceptual knowledge as they enabled students to self-regulate their intuitive and/or scientific conceptions. A combination of both approaches enhanced conceptual knowledge even in the long term. Further analyses of students’ self-efficacy, cognitive load, self-assessment accuracy, and additional variables contribute to a deeper understanding of the intervention effects and provide the basis for conclusions that can be drawn for implementation in the classroom. Overall, the results have important implications for research and education as they highlight the role of self-regulated learning and metacognition for conceptual learning in science education.</p>
description: <p>Die Vorstellungen der Schüler:innen sind wesentliche Faktoren beim Lernen und sollten im Unterricht berücksichtigt werden, um den Erwerb angemessenen konzeptuellen Wissens zu fördern. Viele dieser Vorstellungen beruhen auf kognitiven Verzerrungen, d. h. auf allgemeinen intuitiven Denkweisen. Diese kognitiven Verzerrungen erweisen sich in verschiedenen Kontexten (z. B. im Alltag) als hilfreich, können aber gleichzeitig in wissenschaftlichen Kontexten wie der Evolution problematisch sein. Aufgrund der Kontextabhängigkeit sowie der Allgegenwärtigkeit und Hartnäckigkeit kognitiver Verzerrungen sollte der Unterricht nicht darauf abzielen, das intuitive Denken der Schüler:innen zu verändern, sondern vielmehr die Regulierung ihres Denkens zu unterstützen. Unterrichtsansätze, die auf selbstreguliertem Lernen und Metakognition beruhen, könnten Schüler:innen in die Lage versetzen, sich ihrer auf kognitiven Verzerrungen beruhenden intuitiven Vorstellungen metakognitiv bewusst zu werden und diese kontextabhängig selbst zu regulieren. Es fehlen jedoch Studien, die kausale Effekte nachweisen. Diese Dissertation, die an der Schnittstelle zwischen evolutiver/naturwissenschaftlicher Bildung und kognitiver/pädagogischer Psychologie angesiedelt ist, hat zum Ziel, diese Forschungslücke zu schließen. Mit Hilfe eines rigorosen experimentellen Designs (N = 941 Schüler:innen der Sekundarstufe II) wurde die Wirksamkeit zweier innovativer, auf selbstreguliertem Lernen und Metakognition beruhender metakonzeptueller Instruktionsansätze untersucht: (a) eine Selbsteinschätzung der eigenen Vorstellungen und (b) eine Instruktion zu konditionalem metakonzeptuellem Wissen (metakognitives Wissen darüber, warum und in welchen Kontexten spezifische Vorstellungen angemessen sind oder nicht). Die Effekte der Interventionen auf das konzeptuelle Wissen der Schüler:innen über Evolution wurden untersucht und es wurden weitere kognitive und affektive Faktoren berücksichtigt, die für konzeptuelles und selbstreguliertes Lernen von Bedeutung sind, wie z. B. die Selbstwirksamkeitserwartung (durch Nutzung eines neu entwickelten Instrumentes, das auf seine Validität getestet wurde), die kognitive Belastung und die Genauigkeit der Selbsteinschätzung. Es wurde herausgefunden, dass beide metakonzeptuellen Ansätze das konzeptuelle Wissen förderten, da sie es den Schüler:innen ermöglichten, ihre intuitiven und/oder wissenschaftlichen Vorstellungen selbst zu regulieren. Eine Kombination beider Ansätze verbesserte das konzeptuelle Wissen sogar langfristig. Weitere Auswertungen der Selbstwirksamkeitserwartung, der kognitiven Belastung, der Genauigkeit der Selbsteinschätzung und zusätzlicher Schüler:innen-Variablen tragen zu einem vertieften Verständnis der Interventionseffekte bei und bilden die Grundlage für Schlussfolgerungen, die für die Umsetzung im Unterricht gezogen werden können. Insgesamt haben die Ergebnisse wichtige Implikationen für Forschung und Lehre, da sie die Rolle des selbstregulierten Lernens und der Metakognition für das konzeptuelle Lernen im naturwissenschaftlichen Unterricht aufzeigen.</p>