The progression of students’ conceptions of energy: A cross‐grade, cross‐cultural study

Abstract

In this study, a cross‐sectional survey of students’ conceptions of energy was administered to two classes in each of Grades 4, 8, and 12, in both China and Canada. Students’ written responses to questions on the meaning of energy were coded and 11 response categories for the use of the term were identified. A frequency distribution of responses, using the different conceptions of energy, shows a multi‐faceted pattern of progression. Alternative conceptions and scientific conceptions co‐existed, and alternative conceptions were stable from Grade 4 to Grade 12. The study showed that conceptual progression may take place only with respect to some energy concepts and that views differ as between Chinese and Canadian students. Despite school science instruction, in both countries, on the nature of energy (i.e., energy is the ability to do work and energy is conserved), the percentage of students demonstrating these conceptions was low for all grades (< 30%), and there was no significant increase in percentage from Grade 4 to Grade 12, in either China or Canada. Possible reasons for the progression patterns are discussed in light of students’ increasing personal experiences with energy both outside of school and within formal school science settings. The difference in the progression pattern between the two countries is also discussed, in light of differences between the two school science curricula.

Sommaire exécutif

Dans cette étude transversale, nous avons analysé la façon dont les étudiants provenant deux classes de 4^e, de 8^e et de 12^e années, au Canada et en Chine, conçoivent l'énergie. Les réponses écrites des élèves sur la signification de l'énergie ont ensuite été codifiées, et 11 catégories de réponses ont été identifiées à partir de ces écrits. La distribution fréquentielle des réponses met en évidence un modèle de progression à plusieurs facettes. En effet, les conceptions alternatives et scientifiques coexistent en parallèle et les conceptions alternatives restent stables de la 4^e à la 12^e année. L'étude montre également que la progression conceptuelle ne se réalise souvent que pour certains aspects de la‐notion d'énergie, et qu'il y a des différences entre les points de vue chinois et canadiens. Malgré la présence d'une formation scientifique à l'école dans les deux pays, formation qui enseigne par exemple que l'énergie est la capacité de travailler ou que l'énergie se conserve, la proportion des étudiants qui expriment ces conceptions demeure peu élevée à tous les niveaux scolaires (< 30%), et cette proportion ne subit aucune augmentation significative de la 4^e à la 12^e année, ni en Chine, ni au Canada. De possibles explications sont proposées, en tenant compte de l'expérience personnelle des élèves, qui sont de plus en plus confrontés à l'énergie aussi bien en dehors de la classe que dans le cadre de leur formation scolaire. Les différences entre les modèles de progression des deux pays sont ensuite analysées en fonction des différences qui caractérisent le curriculum scientifique scolaire de chaque pays.