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Voorburg, Holanda: International Statistical Institute. iase-web.org [© 2018 ISI/IASE] In MA Sorto, A. White, & L. Guyot (Eds.), Olhando para trás, olhando para frente. Anais da Décima Conferência Internacional sobre Estatísticas de Ensino (ICOTS10, julho de 2018), Kyoto, Japão. Puloka, panquecaArtigo Convidado ICOTS10 (2018) - Arbitrado O RACIOCÍNIO DOS ALUNOS DO 13º ANO A PARTIR DE UM EIKOSOGRAMA: UMA EXPLORATÓRIA INTRODUÇÃO ESTUDAR Figura 1. Representações do Eikosograma para Cor dos Olhos e Uso de Óculos (Sim/Não) Os desenvolvimentos na tecnologia estão facilitando novas formas de visualizar e interagir com dados categóricos. Tradicionalmente, os dados categóricos eram exibidos em gráficos de barras e tabelas de contagens ou proporções, mas agora exibições como eikosogramas (Oldford & Cherry, 2006), que são semelhantes a gráficos em mosaico (Friendly, 2002), estão sendo criadas para responder a perguntas, comunicar informações e auxiliam no raciocínio sobre dados multidimensionais. Apesar da proliferação dessas novas representações, a capacidade dos alunos de raciocinar a partir delas tem sido negligenciada nas pesquisas. Malia S Puloka e Maxine Pfannkuch Universidade de Auckland, Nova Zelândia m.puloka@auckland.ac.nz Pfannkuch e Budgett (2016) testaram seu eikosograma interativo em seis estudantes universitários do primeiro ano que concluíram um curso introdutório de probabilidade e, portanto, os alunos Portanto, há uma necessidade de pesquisa sobre como os alunos podem interagir e raciocinar a partir de exibições como o eikosograma, a fim de aprender quais processos de raciocínio podem ser promovidos ou prejudicados. A pesquisa educacional sobre probabilidade freqüentemente levanta preocupações sobre a falta de estratégias eficazes para ensinar e aprender probabilidade. Usando um eikosograma interativo, uma representação visual de uma tabela bidirecional de informações, exploramos os comportamentos de raciocínio, interação e compreensão dos alunos do 13º ano associados à exibição. Neste artigo, nos concentramos em quatro alunos enquanto eles exploravam os dados por conta própria. Embora os alunos tenham tido dificuldades em colocar questões investigativas e raciocinar a partir do eikosograma, conjecturamos que o eikosograma pode ter o potencial de auxiliar o raciocínio proporcional e a verbalização de histórias de probabilidade simples, condicionais e conjuntas a partir de dados. Para elucidar o raciocínio que pode ser estimulado quando os alunos interagem com um eikosograma apresentamos uma estrutura gráfica de eikosograma. O eikosograma foi proposto por Oldford e Cherry (2006) como uma forma de estudar probabilidade porque, ao contrário dos diagramas de Venn, era semanticamente consistente com as regras de probabilidade. O eikosograma é construído em um quadrado unitário representando uma probabilidade de um com regiões retangulares não sobrepostas representando eventos com probabilidades correspondentes de áreas. Pfannkuch e Budgett (2016) desenvolveram suas ideias criando um eikosograma interativo que poderia exibir dados categóricos mostrando proporções visuais sem dados, contagens ou proporções condicionadas no eixo horizontal com a capacidade de trocar o outro fator para o eixo horizontal (consulte Figura 1). Proporções condicionadas à cor dos olhos Proporções condicionadas ao uso de óculos (Sim/Não) Machine Translated by Google Heraldo Realce Heraldo Realce Heraldo Realce Heraldo Realce estavam familiarizados com o uso de procedimentos matemáticos, tabelas de contagens ou diagramas de árvore para calcular probabilidades condicionais e conjuntas. Suas descobertas sugeriram que o eikosograma pode ter o potencial de auxiliar os alunos no “raciocínio proporcional, capacidade de comparar proporções, consideração de proporções nas dimensões horizontal e vertical, desvendar e verbalizar histórias de probabilidade simples, condicionais e conjuntas de os dados” (p. 283). Eles também desenvolveram uma estrutura para a compreensão desses alunos do eikosograma com base na construção proposta por Friel, Curcio e Bright (2001) para comportamentos associados à grafia. Com base nas descobertas do estudo de Pfannkuch e Budgett (2016), o eikosograma interativo foi desenvolvido para incluir exibições unidimensionais e proporções conjuntas. Dois exemplos de como os alunos exploraram os dados Os dados foram coletados durante um período de três semanas em quatro sessões de uma hora que consistiam em uma pré-tarefa e uma tarefa principal. Os participantes trabalharam em duplas com a pesquisadora, primeira autora. Os alunos fizeram suas previsões ou fizeram perguntas com base em crenças usando linguagem relacionada a frequências. As crenças dos alunos eram de sua própria experiência pessoal da vida cotidiana. Por exemplo, Dan e Poe estavam explorando as variáveis 'cor dos olhos' e 'tatuagem'. Dan afirmou: “de olhos castanhos, eles provavelmente são polinésios e a maioria dos polinésios tem sua tatuagem cultural em Assim, o objetivo deste estudo foi testar, em um pequeno estudo exploratório, uma versão aprimorada do eikosograma (ferramenta online atualmente em desenvolvimento) em alunos que não estavam familiarizados com o uso de procedimentos matemáticos ou tabelas de duas vias para probabilidades condicionais e conjuntas em um esforço para aprender como alguém pode apresentar essas ideias aos alunos usando o eikosograma. Em particular, estávamos interessados em como os alunos interagiriam e raciocinariam a partir do eikosograma, incluindo a identificação de quaisquer problemas que surgissem na sequência de aprendizado e no software. O objetivo das perguntas pré-tarefa era facilitar o envolvimento dos alunos na tarefa do eikosograma, pedindo-lhes que fizessem previsões e conduzissem seu pensamento aos tipos de perguntas, contexto, raciocínio e representações necessárias. As perguntas eram sobre a cor dos olhos e as proporções de gênero na população da Nova Zelândia. A principal tarefa envolvia os alunos interagindo com o eikosograma sob a orientação do pesquisador e, em seguida, explorando os dados por conta própria. Os alunos foram encorajados a pensar em voz alta ao discutir respostas a perguntas ou contar histórias do eikosograma. ESTUDO DE PESQUISA E PARTICIPANTES O foco deste artigo está na segunda parte da tarefa principal, quando os alunos foram solicitados a explorar os dados por conta própria usando o eikosograma. Observe que esta parte é uma exploração inicial em que o método de pesquisa é semelhante a um ensaio pré-clínico. A expectativa era que os alunos escolhessem duas variáveis disponíveis (sexo, cor dos olhos, óculos, compra de álcool, tatuagem, piercing) a partir de dados coletados em uma pesquisa na web com 408 estudantes universitários de estatística, fizessem uma pergunta investigativa ou fizessem uma previsão e, em seguida, responder a sua pergunta. Portanto, a questão de pesquisa abordada neste artigo é: como essesalunos raciocinam a partir de um eikosograma ao explorar dados por conta própria? Os participantes foram oito alunos de matemática do 13º ano (último ano escolar), com idades entre 16 e 17 anos, de uma escola mista na Nova Zelândia. Havia dois alunos do sexo feminino e seis do sexo masculino. Todos os alunos experimentaram probabilidade no nível júnior, anos 9 e 10 (13-14 anos) e, portanto, deveriam ter conhecimento prévio de alguns conceitos básicos de probabilidade. Além disso, dois desses alunos haviam experimentado probabilidade no 11º ano, que cobria probabilidades condicionais simples, e dois haviam coberto probabilidades conjuntas e condicionais de tabelas bidirecionais no 12º ano. Portanto, esses alunos tinham compreensão limitada de probabilidade condicional ou conjunta. RESULTADOS A segunda parte da tarefa principal encontrou muitos problemas relacionados aos alunos que exploram os dados por conta própria usando o eikosograma. Quando o pesquisador fez a pergunta e os orientou a olhar para a representação correta, os alunos pareciam ser capazes de interpretar e verbalizar as histórias nos dados. No entanto, sem orientação, ficaram evidentes lacunas em sua compreensão, que incluíam fazer perguntas investigativas, identificar as representações e valores corretos do eikosograma para responder às perguntas e usar o raciocínio proporcional. Para que o leitor entenda essas três questões vivenciadas por todos os alunos, focamos em duas duplas de alunos, Dan e Poe, e Sid e Kat. - 2 - Artigo Convidado ICOTS10 (2018) - Arbitrado Puloka, panqueca Machine Translated by Google (a) Condicionado na cor dos olhos (b) Condicionado a Tatuado (c) Proporções conjuntas - 3 - Puloka, panquecaArtigo Convidado ICOTS10 (2018) - Arbitrado eles". Ele estava associando pessoas de olhos castanhos à etnia polinésia e à prática cultural. Ele então previu: “Acho que a cor de olhos castanhos terá mais tatuagens”. No entanto, Poe previu que mais pessoas de olhos azuis seriam tatuadas. A Figura 2a mostra a primeira representação do eikosograma que eles exibiram. A primeira reação de Poe foi: “Veja, eu disse a você [apontando para a coluna dos olhos azuis]. Pessoas de olhos azuis. Ele notou que de todas as colunas de cor dos olhos a barra 'Sim' para olhos azuis tinha a maior proporção (0,12), portanto ele acreditava que daqueles que têm tatuagens a maioria tem olhos azuis. Dan imediatamente respondeu: “Eu não entendo assim”, e ele rapidamente clicou em 'Trocar fatores' para mudar a condição para 'Tatuado' (Fig. 2b). Assim que Poe viu a frequência de nove olhos azuis em comparação com 16 olhos castanhos, ele disse: “Nah, piadas, deixa pra lá”. Sua resposta à sua previsão agora mudou e olhos azuis não eram mais sua resposta. Sid respondeu à Figura 3b dizendo: “Sim, mais homens compram mais álcool do que mulheres” e Kat concordou. Ambos ficaram satisfeitos com o raciocínio de frequências para responder à sua pergunta e comparando as frequências dos dois retângulos, 'Sim para comprar álcool dado ao homem' e 'Sim para comprar álcool dado ao sexo feminino'. Kat confirmou essa interpretação dizendo: “a pesquisa diz que da população masculina há 102 que compraram álcool e das mulheres há apenas 93”, mas ela não percebeu que isso não estava respondendo à pergunta investigativa. O pesquisador sugeriu que eles exibissem as proporções, então eles clicaram no botão de proporções da coluna (Fig. 3a). Novamente, com as proporções condicionadas ao 'Sexo', eles estavam convencidos de que mais homens compram álcool do que mulheres. Eles então trocaram as variáveis para que 'Comprar álcool' fosse a condição (Fig. 3c). O pesquisador perguntou se esta era uma representação melhor para sua pergunta. Kat e Sid responderam que essa representação mostrava o mesmo resultado, mas eles preferiam a Figura 3b porque era mais fácil de ler. Semelhante ao exemplo anterior, ficou evidente que Kat e Sid estavam confusos sobre a pergunta real feita e sobre qual representação escolher para responder à pergunta. Figura 2. Representações do Eikosograma usadas por Dan e Poe Sid e Kat escolheram explorar as variáveis 'Sexo' e 'Comprar Álcool'. A pergunta de Kat era: “Por exemplo, mais homens compram álcool do que mulheres?” e a previsão de Sid foi: “Sim, mais machos”. A partir da discussão posterior de Sid e Kat sobre essa questão, ficamos convencidos de que a pergunta real deles era: “Daqueles que compram álcool, há mais homens ou mulheres”. Eles escolheram responder a sua pergunta com a Figura 3b. De acordo com nossa interpretação da pergunta deles, essa é uma representação incorreta porque está condicionada a 'Sexo' em vez de 'Comprar álcool'. Dan não estava satisfeito com as proporções de área de 'Sim-Tatuado' para 'Não-Tatuado' e começou a discutir sobre o número desigual de olhos castanhos na categoria Sim/Não. Porém, ao ver que a proporção de 'Olhos Castanhos/Não' para 'Olhos Castanhos/Sim' era de 58% para 48% ele parou. Parecia que ele não sabia o que fazer com esses valores. Dan e Poe novamente mudaram a representação para a da Figura 2a. Poe apontou novamente que a proporção de 0,12 era o motivo pelo qual ele achava que os olhos azuis eram maiores. Dan então removeu todas as proporções na Figura 2a para mostrar as contagens apenas porque ele não parecia confiar nos valores proporcionais. Por último, Dan mostrou as proporções conjuntas (Fig. 2c). Dessa vez ele concluiu: “2% a 4%, sim. Eu disse olhos castanhos”, enquanto comparava as barras 'Sim' de olhos castanhos com olhos azuis para confirmar sua previsão original de que mais pessoas de olhos castanhos seriam tatuadas. Portanto, fica evidente a confusão sobre a pergunta real feita e sobre qual representação escolher para responder à pergunta. Machine Translated by Google - 4 - Puloka, panquecaArtigo Convidado ICOTS10 (2018) - Arbitrado (c) Condicionado na Compra de Álcool(a) Controles (b) Condicionado ao sexo Escolher os valores corretos para raciocinar e usar o raciocínio proporcional foi difícil para os alunos. Eles pareciam não saber de quais valores (frequência, proporção condicional ou conjunta) raciocinar e quais poderiam dar-lhes a resposta às suas perguntas. Na primeira parte da tarefa principal, notou-se que os alunos careciam de habilidades de raciocínio proporcional. Alguns alunos pareciam preferir raciocinar com frequências em vez de proporções, como mostra o trecho a seguir. Três questões principais identificadas quando os alunos exploraram os dados Os alunos tiveram problemas em identificar a representação correta do eikosograma para responder às suas perguntas. Para responder às suas perguntas, eles precisavam fazer três escolhas (i) qual variável colocar no eixo horizontal; (ii) qual representação do eikosograma usar (coluna/total); e (iii) com que valor(es) raciocinar na representação (frequência/proporção). Ao responder às questões propostas, os alunosdispuseram as variáveis nos eixos da forma que, segundo eles, fosse “mais fácil de ler”. Alguns alunos preferiram o arranjo com menos colunas no eixo horizontal e outros com menos linhas no eixo vertical. Houve também alguns alunos que preferiram colocar sempre a variável sexo no eixo horizontal por ser, segundo eles, mais fácil de ver as coisas com clareza. Como resultado, os alunos exibiram uma representação que consideraram mais fácil de ler, mas não necessariamente a correta para responder à sua pergunta. No eikosograma a variável condicionante está sempre no eixo horizontal, então quando os alunos trocam os eixos a variável condicionante muda, resultando em valores alterados para as proporções da coluna, um aspecto que os alunos parecem não entender. Com disposição incorreta das variáveis nos eixos e escolha de valores de acordo com suas questões colocadas, interpretações incorretas ficaram evidentes. Pesquisadora: Então qual você procuraria, para comparar? Você olha para os números, você olha para as proporções? Figura 3. Representações do Eikosograma usadas por Sid e Kat Os alunos faziam principalmente perguntas investigativas e previsões que eram comparativas e condicionadas a um subgrupo. Eles estavam interessados em comparar duas ou mais subcategorias de uma variável categórica em termos das subcategorias de outra variável categórica. Por exemplo, comparando cada cor de olho para ver quem é 'mais/menos' tatuado. Uma previsão típica foi, por exemplo, a previsão de Dan: “Eu prevejo que o homem está à frente da mulher”. O que faltava nessas previsões era a condição sob a qual elas estavam comparando. Da mesma forma, as perguntas feitas usaram o mesmo tipo de redação e verbalizações incompletas, por exemplo, “mais homens compram álcool do que mulheres?” Esse tipo de pergunta não deixava claro a qual relação eles se referiam: a uma categoria específica ou a toda a amostra. Somente quando os alunos começaram a discutir os dados, ficou claro que suas perguntas eram condicionais. Ou seja, eles queriam comparar subcategorias sob uma determinada condição. Eles estavam mais interessados no grupo proeminente sob uma variável condicionante. Como as verbalizações das perguntas eram incompletas, era difícil determinar se suas perguntas ou previsões eram condicionais ou conjuntas. Os alunos também fizeram previsões com base nas frequências da amostra de dados. Por exemplo, Poe previu que haveria mais mulheres do que homens entre aqueles que compravam álcool porque “é só porque há mais mulheres lá dentro” referindo-se ao número de mulheres nos dados. Machine Translated by Google Heraldo Realce Artigo Convidado ICOTS10 (2018) - Arbitrado Puloka, panqueca - 5 - Os próximos três componentes são baseados no trabalho de Friel et al. (2001). Portanto, o terceiro componente é a decodificação visual , que se refere a como as pessoas entendem o que estão vendo ao ver exibições visuais. O comportamento do aluno que demonstra evidências de decodificação visual é Poe: Eu olho para os números como a primeira coisa que leio, da esquerda para a direita. Tabela 1: Estrutura abreviada para gráficos de eikosograma (cf. Friel et al., 2001) Dan: Não, eu vou mais proporção. Dois componentes-chave de compreensão e comportamentos do aluno para permitir a exploração dos dados foram adicionados ao início da estrutura (Tabela 1). Posteriormente, deve-se selecionar a representação correta: proporções/frequências das colunas, se a questão for condicional; e proporções/frequências totais, se a questão for conjunta ou simples. Poe: O número. O primeiro componente de compreensão é colocar questões investigativas de três tipos: simples, condicional e conjunta. O segundo componente de compreensão é a seleção de representações apropriadas para as questões colocadas. Dependendo do tipo de questão colocada, primeiro as variáveis para eikosogramas bidimensionais precisam ser selecionadas no arranjo correto. A estrutura gráfica do eikosograma A consequência dessas descobertas foi redefinir a grafia do eikosograma como “a capacidade de derivar significado das representações do eikosograma, bem como construir representações apropriadas do eikosograma para questões colocadas e extrair significado dos dados que são explorados”. E: Proporções. Enquanto exploravam os dados por conta própria, continuaram a raciocinar com frequências e proporções. Aqueles que raciocinavam com proporções muitas vezes voltavam às frequências quando as interpretações ficavam complicadas, como a interpretação de proporções condicionais. Eles pareciam estar mais à vontade com números inteiros e não pareciam perceber que o raciocínio com números inteiros levava a um raciocínio incorreto quando as comparações estavam envolvidas. Como resultado, foram feitos raciocínios e conclusões incorretas e algumas questões ficaram sem solução. Decodificar visualmente (VD) as variáveis em: uma dimensão, duas dimensões Tipos de valores (V): Frequências, Proporções Representações de vínculo entre (RB) e dentro Descritores do Eikosograma com código principal Interprete as informações em quatro níveis de interrogação 4. Tarefas de julgamento Comparando evidências de dados com crenças 5. Contexto Reconhecer que existem diferentes tipos de perguntas Níveis de Interpretação (I): Extrair informações, Encontrar relacionamentos, inferir relacionamentos, sugerir fatores contextuais Tipos de perguntas (Q): Simples, Condicional, Conjunta Reconhecer os componentes e suas inter-relações Tipos de representações (R): Arranjo de variáveis, proporções/frequências de colunas, proporções/frequências totais Esteja ciente de seu relacionamento com o contexto e entenda as restrições do contexto ao fazer uma interpretação Componentes de compreensão 1. Fazer perguntas investigativas 2. Selecionar a representação apropriada para as perguntas 3. Decodificação visual Comportamentos dos alunos Identifique as representações que responderão às perguntas feitas Selecione valores apropriados para raciocinar sobre as questões colocadas Probabilidade condicional, probabilidade conjunta Entenda as relações entre e dentro dos monitores (RW) eicosograma(s) Conhecimento contextual e estatístico (CS) usados juntos para interpretações sensatas: Alguma ou pouca evidência de conhecimento contextual, mas falta de detalhes, Verbalize o idioma específico da tela ao raciocinar sobre as informações Verbalize Language (VL) para: Probabilidade simples, Machine Translated by Google Artigo Convidado ICOTS10 (2018) - Arbitrado Puloka, panqueca - 6 - Gigerenzer, G. (2014). Perspicácia em riscos: como tomar boas decisões. Nova York: Viking. Esses alunos mostraram confusão do inverso, um equívoco bem documentado (por exemplo, Gigerenzer, 2014) e dificuldades em diferenciar entre proporções condicionais e conjuntas. Também havia evidências de que eles não haviam feito uma transição importante em seu raciocínio estatístico para entender que proporções em vez de frequências deveriamser usadas para comparar grupos. A partir deste pequeno estudo exploratório testando o eikosograma em alunos iniciantes, percebemos que uma trajetória de aprendizado muito mais longa precisa ser criada para desenvolver o raciocínio dos alunos com dados categóricos exibidos em formatos de tabela de duas vias. Central para a trajetória de aprendizagem será colocar questões inequívocas. Mais modificações estão sendo feitas no eikosograma, como a capacidade de dividi-lo em gráficos de barras e mostrar visualmente proporções com uma variável se transformando em proporções com duas variáveis. Apesar das dificuldades desses alunos com o eikosograma, ainda pensamos que ele tem o potencial de melhorar o aprendizado do aluno. Mais pesquisas, no entanto, são necessárias sobre como os alunos interagem com dados categóricos exibidos em eikosogramas e gráficos em mosaico. International Journal of Undergraduate Mathematics Education, 3(2), 283–310. Estatísticas Gráficas, 11(1), 89–107. Pfannkuch, M., & Budgett, S. (2016). Raciocinando a partir de um eikosograma: um estudo exploratório. CONCLUSÃO A questão de pesquisa abordada neste artigo foi sobre como esses alunos raciocinaram a partir de um eikosograma ao explorar dados por conta própria. O que descobrimos foi a importância central de propor questões investigativas adequadas e produtivas, uma descoberta semelhante a Arnold (2013) e Gould, Bargagliotti e Johnson (2017). Normalmente, os alunos recebem uma tabela de dados bidirecional e fazem perguntas feitas por um professor ou avaliador, como “Suponha que uma pessoa seja sorteada aleatoriamente, qual é a probabilidade de A, dado que B ocorreu?” Frequentemente, os alunos não são solicitados a articular e verbalizar todas as possíveis perguntas investigativas que poderiam fazer quando confrontados com uma mesa dupla ou solicitados a escrever explicitamente perguntas claras e inequívocas. Além disso, nossas descobertas confirmam o apelo de Arnold e Gould et al. para que mais atenção seja dada ao desenvolvimento das habilidades dos professores e alunos em fazer perguntas. Perguntas explícitas podem então contribuir para facilitar a capacidade dos alunos de desenhar e construir conclusões estatisticamente sólidas. Os alunos deste estudo tiveram dificuldade em verbalizar completamente suas conclusões, assim como os alunos do estudo de Pfannkuch e Budgett, que concluíram um curso introdutório de probabilidade. Amigável, M. (2002). Uma breve história da exibição em mosaico. Revista de Computação e Portanto, espera-se que os alunos usem linguagem específica e vocabulário apropriado associado à tarefa e à ferramenta de visualização. O quinto componente é o contexto, que exige que os alunos estejam cientes e questionem questões de dados (por exemplo, qualidade de dados, perguntas de pesquisa e para qual população uma inferência pode ser feita) e sua interpretação dos dados no contexto e suas crenças sobre o contexto. Conforme declarado na estrutura, o conhecimento contextual e estatístico deve ser usado em conjunto para um argumento sensato e significativo, pois pode fornecer evidências contra as crenças. Oldford, RW, & Cherry, WH (2006). Retratando a probabilidade: a pobreza dos diagramas de Venn, a riqueza dos eikosogramas. Obtido em http://www.stats.uwaterloo.ca/~rwoldfor/papers/venn/eikosograms/paperpdf.pdf Friel, S., Curcio, FR, & Bright, G. (2001). Dando sentido aos gráficos: Fatores críticos que influenciam a compreensão e as implicações instrucionais. Journal for Research in Mathematics Education, 32(2), 124–158. a capacidade de reconhecer os componentes e suas inter-relações em eikosogramas unidimensionais e bidimensionais. O quarto componente são as tarefas de julgamento que exigem que os alunos se envolvam com o eikosograma para buscar informações e envolvem quatro comportamentos do aluno (consulte a Tabela 1). Gould, R., Bargagliotti, A., & Johnson, T. (2017). Uma análise do raciocínio de professores secundários com dados de sensoriamento participativo. Jornal de Pesquisa em Educação Estatística, 16(2). REFERÊNCIAS Arnold, P. (2013). Questões investigativas estatísticas: uma investigação sobre como formular e responder perguntas investigativas a partir de dados existentes. (Tese de doutorado). Obtido em https:// researchspace.auckland.ac.nz/handle/2292/21305 Machine Translated by Google Heraldo Realce Heraldo Realce
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