pre-service biology teachers

This study aims to analyze the integration between the cognitive process dimensions of Revised Bloom's Taxonomy and the structural complexity of the SOLO Taxonomy in questions constructed by pre-service biology teachers, as well as its correlation with students' cognitive learning outcomes. A descriptive-quantitative approach with co-relational analysis was employed, evaluating a total sample of 420 question sentences generated by students during their field teaching program (PPL). Data collection was conducted using double-coding observation rubrics and statistically processed via Spearman’s rho non-parametric correlation test. The results indicated a stark gradation phenomenon, with question distribution heavily accumulating within lower-order thinking skills (LOTS), predominantly spanning the Remembering (C1) and Understanding (C2) levels with Unistructural and Multistructural reasoning profiles. Conversely, higher-order thinking skills (HOTS) were strictly concentrated at the Analyzing (C4) and Evaluating (C5) levels, aligning with Relational and Extended Abstract structures. Statistical analysis revealed a positive and significant correlation coefficient (p = 0.707, p < 0.001), indicating a very strong linear relationship where higher cognitive demands inherently correspond to greater structural reasoning maturity. In conclusion, while pre-service teachers possess a solid foundation in factual knowledge, their capacity to formulate higher-order questions remains limited. Therefore, transforming classroom communication through constructivist learning strategies and gradual conceptual scaffolding is highly recommended to foster integrative thinking and bridge the cognitive transition toward deep conceptual understanding.

Attitudes towards socioscientific issues (SSIs) represent crucial learning dispositions, as they can influence the students’ willingness to engage with SSIs. Animal experimentation is a particularly contentious SSI, with attitudes ranging from rejection to acceptance. They are influenced by external factors (e.g., research context, test animal) and internal factors (e.g., knowledge, ethical aspects). Understanding these attitudes is essential for fostering reflective engagement with SSIs in higher education. This study ( N = 503) examines self-reported attitudes of pre-service teacher biology students and non-pre-service teacher biology students towards three contexts: animal experimentation with nonhuman primates, animal experimentation with other test animals, and behavioural research with nonhuman primates. It also explores the internal factors underlying these attitudes. Students’ attitudes differed across contexts: animal experimentation with nonhuman primates was viewed most critically, while behavioural research was perceived most favourably. Pre-service teacher students expressed more ambivalent and negative attitudes than non-pre-service teacher students. Regarding internal factors, a clear explanatory pattern emerged: “pro” attitudes were mainly explained by knowledge, “ambivalent” attitudes by conditions (e.g., the necessity of the research), and “contra” attitudes by ethical aspects. Pre-service teacher students consistently explained their attitudes with more references to knowledge than non-pre-service teacher students. These findings highlight the need for evidence-based integration of learning dispositions into science (teacher) higher education that explicitly addresses the SSI animal experimentation.

نگرش‌ها نسبت به مسائل اجتماعی-علمی (SSIها) به‌عنوان گرایش‌های یادگیری حیاتی تلقی می‌شوند، چرا که می‌توانند بر تمایل دانشجویان برای درگیر شدن با SSIها تأثیر بگذارند. آزمایش بر روی حیوانات یک SSI به‌ویژه بحث‌برانگیز است که نگرش‌ها نسبت به آن از رد تا پذیرش متغیر است. این نگرش‌ها تحت تأثیر عوامل بیرونی (مانند زمینه پژوهش، حیوان مورد آزمایش) و عوامل درونی (مانند دانش، جنبه‌های اخلاقی) قرار دارند. درک این نگرش‌ها برای تقویت مشارکت تأملی با SSIها در آموزش عالی ضروری است. این مطالعه (N = 503) نگرش‌های خودگزارش‌شده دانشجویان زیست‌شناسی معلم‌آموز و غیرمعلم‌آموز را نسبت به سه زمینه بررسی می‌کند: آزمایش بر روی حیوانات با نخستی‌های غیرانسانی، آزمایش بر روی حیوانات با سایر حیوانات آزمایشی، و پژوهش رفتاری با نخستی‌های غیرانسانی. همچنین عوامل درونی زیربنایی این نگرش‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهد. نگرش دانشجویان در زمینه‌های مختلف متفاوت بود: آزمایش بر روی حیوانات با نخستی‌های غیرانسانی بیشترین انتقاد را برانگیخت، در حالی که پژوهش رفتاری مطلوب‌ترین تلقی شد. دانشجویان معلم‌آموز نگرش‌های مبهم‌تر و منفی‌تری نسبت به دانشجویان غیرمعلم‌آموز ابراز کردند. در خصوص عوامل درونی، الگوی تبیینی روشنی مشاهده شد: نگرش‌های «موافق» عمدتاً با دانش توضیح داده شد، نگرش‌های «مبهم» با شرایط (مانند ضرورت پژوهش)، و نگرش‌های «مخالف» با جنبه‌های اخلاقی تبیین شدند. دانشجویان معلم‌آموز به طور مداوم نگرش‌های خود را با ارجاع بیشتری به دانش نسبت به دانشجویان غیرمعلم‌آموز توضیح دادند. این یافته‌ها بر ضرورت ادغام مبتنی بر شواهد گرایش‌های یادگیری در آموزش عالی علوم (و تربیت معلم علوم) که به طور صریح به SSI آزمایش بر روی حیوانات می‌پردازد، تأکید می‌کند.

Despite scientific argumentation being a fundamental competency of the PISA assessment framework, prospective biology teachers often demonstrate insufficient development in evidence-based reasoning and rebuttal construction skills. Considering the limitations of large-scale implementation of individualized approaches in higher education, this study evaluates the effectiveness of Generative Artificial Intelligence (ChatGPT-4) configured as a “Socratic tutor” in developing argumentation skills among future educators. An 8-week quasi-experimental study involving 124 students from a pedagogical university employed traditional peer discussion methods in the control group ( n = 62), while the experimental group ( n = 62) utilized an AI agent that induced cognitive dissonance regarding socio-scientific issues. Analysis of Covariance (ANCOVA) of data obtained through Toulmin's Argument Pattern (TAP) and PISA rubrics confirmed that the experimental group achieved statistically significantly higher overall argumentation quality compared to the control group (F (1,121) = 14.23, p < .001, η 2 = .105). Particularly, participants who received AI-assisted instruction showed marked improvement in forming rebuttals and evaluating counterevidence, which are considered among the most cognitively demanding components within the PISA scientific literacy framework (OECD). These findings suggest that a Generative AI-mediated Socratic instructional package can be an effective and scalable approach for developing epistemic cognition, and they propose a pedagogical model for integrating structured AI-based tutoring into teacher preparation systems aligned with international assessment standards. These findings should be interpreted as evidence for the effectiveness of the structured, AI-mediated Socratic instructional package as a whole, rather than as evidence of AI's inherent superiority over other methods; the relative contribution of the AI medium versus the structured pedagogical protocol it delivers was not directly tested in this design.

با وجود اینکه استدلال علمی یکی از شایستگی‌های اساسی چارچوب ارزیابی PISA است، معلمان آینده زیست‌شناسی اغلب در توسعه مهارت‌های استدلال مبتنی بر شواهد و ساختاردهی ابطال‌ها، پیشرفت کافی نشان نمی‌دهند. با توجه به محدودیت‌های اجرای گسترده رویکردهای فردمحور در آموزش عالی، این مطالعه اثربخشی هوش مصنوعی مولد (ChatGPT-4) را که به عنوان «مربی سقراطی» پیکربندی شده است، در توسعه مهارت‌های استدلال در میان معلمان آینده مورد ارزیابی قرار می‌دهد. یک مطالعه شبه‌آزمایشی هشت‌هفته‌ای با مشارکت ۱۲۴ دانشجو از یک دانشگاه تربیت معلم انجام شد؛ در گروه کنترل (n = 62) از روش‌های سنتی بحث همتایان استفاده شد و گروه آزمایش (n = 62) از یک عامل هوش مصنوعی بهره برد که ناهماهنگی شناختی را در خصوص مسائل اجتماعی-علمی ایجاد می‌کرد. تحلیل کوواریانس (ANCOVA) داده‌های به‌دست‌آمده از طریق الگوی استدلال تولمین (TAP) و روبریک‌های PISA تأیید کرد که گروه آزمایش به طور معناداری از نظر کیفیت کلی استدلال نسبت به گروه کنترل عملکرد بهتری داشت (F (1,121) = 14.23, p < .001, η 2 = .105). به ویژه، شرکت‌کنندگانی که آموزش مبتنی بر هوش مصنوعی دریافت کردند، در شکل‌دهی ابطال‌ها و ارزیابی شواهد مخالف که از دشوارترین مؤلفه‌های شناختی در چارچوب سواد علمی PISA (OECD) محسوب می‌شوند، بهبود چشمگیری نشان دادند. این یافته‌ها نشان می‌دهد که بسته آموزشی سقراطی مبتنی بر هوش مصنوعی مولد می‌تواند رویکردی مؤثر و مقیاس‌پذیر برای توسعه شناخت معرفتی باشد و مدل آموزشی برای ادغام آموزش ساختاریافته مبتنی بر هوش مصنوعی در نظام‌های تربیت معلم همسو با استانداردهای ارزیابی بین‌المللی ارائه می‌کند. این یافته‌ها باید به عنوان شواهدی برای اثربخشی بسته آموزشی ساختاریافته و میانجی‌گری‌شده توسط هوش مصنوعی سقراطی به طور کلی تفسیر شود، نه به عنوان شواهدی از برتری ذاتی هوش مصنوعی نسبت به سایر روش‌ها؛ سهم نسبی رسانه هوش مصنوعی در مقابل پروتکل آموزشی ساختاریافته ارائه‌شده توسط آن، مستقیماً در این طرح مورد آزمون قرار نگرفته است.

The study determined the effect of edutainment on pre-service teachers’ higher-order thinking skills and scientific literacy in Genetics in North-Central, Nigeria. The study employed a non-randomized, non-equivalent, control group quasi-experimental design. The study aimed to determine the effect of edutainment on higher-order thinking skills and scientific literacy, and their interaction among male and female pre-service Biology teachers in Colleges of Education in North-Central Nigeria. The sample size of the study was 372 level III Colleges of Education pre-service teachers selected using multi-stage sampling techniques. Three validated research instruments comprising of treatment Instrument (Edutainment Package) and test instrument (Biology higher-order thinking ability test and Biology scientific literacy ability test) were used for data collection. The reliability of the instruments was established. The ANCOVA result revealed a significant difference (F(1,324) = 343.615, p = 0.000) in the scientific literacy skills of College of education pre-service Biology teachers taught using edutainment and those taught using conventional strategy and a significant difference (F(1,324) = 268.443, p = 0.000) in the higher-order thinking of College of Education pre-service Biology teachers taught using edutainment and those taught using conventional strategy. Also, the ANCOVA result revealed no significant difference (F(1,193) = 2.898, p = 0.090) in the scientific literacy skills of male and female College of Education pre-service Biology teachers taught using edutainment and no significant difference (F(1,193) = 0.121, p = 0.728) in the higher-order thinking of male and female College of Education pre-service Biology teachers taught using edutainment. The study concludes that Edutainment is an effective strategy for enhancing higher-order thinking skills and scientific literacy among pre-service Biology teachers. The study recommended among others that Edutainment should be used to augment teaching and learning of Biology in Colleges of Education.

این پژوهش تأثیر آموزش سرگرم‌کننده را بر مهارت‌های تفکر سطوح بالاتر و سواد علمی معلمان پیش‌خدمت در ژنتیک در منطقه شمال‌مرکزی نیجریه بررسی کرد. این پژوهش از طرح شبه‌آزمایشی گروه کنترل غیرتصادفی و غیرمعادل استفاده نمود. هدف پژوهش تعیین تأثیر آموزش سرگرم‌کننده بر مهارت‌های تفکر سطوح بالاتر و سواد علمی و همچنین تعامل آن‌ها در میان معلمان پیش‌خدمت زیست‌شناسی زن و مرد در دانشکده‌های تربیت معلم منطقه شمال‌مرکزی نیجریه بود. حجم نمونه پژوهش ۳۷۲ نفر از معلمان پیش‌خدمت سطح سوم دانشکده‌های تربیت معلم بود که با استفاده از روش‌های نمونه‌گیری چندمرحله‌ای انتخاب شدند. سه ابزار پژوهشی معتبر شامل ابزار مداخله (بسته آموزش سرگرم‌کننده) و ابزار آزمون (آزمون توانایی تفکر سطوح بالاتر زیست‌شناسی و آزمون توانایی سواد علمی زیست‌شناسی) برای گردآوری داده‌ها به کار رفت. پایایی ابزارها تأیید شد. نتایج ANCOVA تفاوت معناداری (F(1,324) = 343.615, p = 0.000) در مهارت‌های سواد علمی معلمان پیش‌خدمت زیست‌شناسی دانشکده تربیت معلم که با آموزش سرگرم‌کننده آموزش دیدند و کسانی که با روش سنتی آموزش دیدند نشان داد و همچنین تفاوت معناداری (F(1,324) = 268.443, p = 0.000) در تفکر سطوح بالاتر این دو گروه مشاهده شد. همچنین، نتایج ANCOVA نشان داد که تفاوت معناداری (F(1,193) = 2.898, p = 0.090) در مهارت‌های سواد علمی معلمان پیش‌خدمت زیست‌شناسی زن و مرد دانشکده تربیت معلم که با آموزش سرگرم‌کننده آموزش دیدند وجود ندارد و همچنین تفاوت معناداری (F(1,193) = 0.121, p = 0.728) در تفکر سطوح بالاتر این دو گروه مشاهده نشد. پژوهش نتیجه می‌گیرد که آموزش سرگرم‌کننده راهبرد مؤثری برای ارتقای مهارت‌های تفکر سطوح بالاتر و سواد علمی در میان معلمان پیش‌خدمت زیست‌شناسی است. پژوهش توصیه می‌کند که آموزش سرگرم‌کننده برای تقویت آموزش و یادگیری زیست‌شناسی در دانشکده‌های تربیت معلم به کار گرفته شود.