Using two experiments, the authors examined the extent to which the scientific thinking circle can be used as heuristics to support scientific thinking in a classroom of children between the ages of 3 and 9 years old. To do this, the authors asked the children to build a bridge, raft, or electrical circuit using the material available to them. They checked the extent to which these children acted according to a number of physical laws. The results show that, compared with controls, 6-year-old children displayed significantly more operations in accordance with physical laws and significantly fewer operations which were counter to these physical laws after they have been instructed in the scientific thinking circle. The authors found no such effects in the other age groups.
In deze studie werd een effect gevonden van metacognitieve ondersteuning door middel van de wetenschappelijke denkcirkel op onderzoeksvaardigheden bij jonge kinderen (4-9j). Er werd gewerkt met een pre- en posttestdesign, waarbij een interventiegroep de wetenschappelijke denkcirkel aangeleerd kreeg en een controlegroep de wetenschappelijke denkcirkel niet aangeleerd kreeg. De interventiegroep kreeg de wetenschappelijke denkcirkel aangeleerd aan de hand van algemene probleemstellingen zoals een klas opruimen, een huisje bouwen of een brug bouwen met behulp van papier. De verschillende denkstappen werden met behulp van prenten gevisualiseerd en herhaald. Aan de hand van deze sessies werden de verschillende stappen van het denkproces aan de interventiegroep eigen gemaakt, terwijl aan de controlegroep de denkcirkel niet werd aangeleerd. Na de interventie werden de onderzoeksvaardigheden van beide groepen getest. De jongste kinderen werd gevraagd een constructie te bouwen om een wagentje over water van A naar B te verplaatsen en dit zo snel mogelijk. De oudere kinderen werden probleemstellingen gepresenteerd die aansloten bij het denken over fysische kennis zoals drijven en zinken (zes en zeven jaar) en elektrische schakelingen (negen jaar). In de eerste test werd gevraagd zo snel mogelijk een vlot te bouwen dat een metalen voorwerp kan dragen op het water. In de proef met de schakelingen werden de kinderen verwacht zo snel als mogelijk een of meerdere lampen te laten branden in een specifiek elektrisch circuit.
Bij de jongste kinderen (vier en vijf jaar) hadden de sessies rond de wetenschappelijke denkcirkel geen effect op hun onderzoeksvaardigheden. Dit resultaat valt samen met eerder onderzoek (Cook, Goodman, & Schulz, 2011) waaruit blijkt dat het aanleren van metacognitieve vaardigheden voor kinderen jonger dan zes jaar moeilijk is. Bij zesjarige kinderen werd echter wel een effect gevonden van de metacognitieve ondersteuning. Bij quasi alle leeftijdsgroepen zag men dat de kinderen enerzijds méér compatibele handelingen en anderzijds minder niet-compatibele handelingen met betrekking tot wetenschappelijke concepten gaan vertonen tijdens het oplossen van wetenschappelijke vraagstukken. Dit houdt in dat bijvoorbeeld tijdens een onderzoek in verband met drijven en zinken kinderen minder geneigd zijn om lukraak voorwerpen in het water te plaatsen om te zien of ze drijven of zinken, maar systematischer te werk gaan en aandacht hebben voor de kenmerken van de voorwerpen, zoals gewicht en vorm. Opmerkelijk is dat in deze studie ook een effect op het tijdsmanagement van de kinderen in de experimentele groepen aangetoond wordt. De kinderen die de wetenschappelijke denkcirkel aangeleerd kregen, werden betere onderzoekers, maar deden er ook langer over om de problemen op te lossen. Wanneer we kijken hoe wetenschappers te werk gaan bij het oplossen van wetenschappelijke problemen, dan is het zo dat ook zij veel tijd spenderen aan het afbakenen van een onderzoeksvraag en het opstellen van een onderzoeksplan. Van jonge kinderen zou men verwachten dat zij in veel gevallen starten met experimenteren zonder te plannen. Het aanleren van de wetenschappelijke denkcirkel blijkt dus een manier te zijn om de impulsiviteit van kinderen op verschillende niveaus af te remmen en hen te stimuleren om systematisch en planmatig te werk te gaan. Kinderen worden expliciet bewust gemaakt van een oplossingsstrategie. Ze worden gestimuleerd om elke stap binnen het denkproces te verwoorden en worden tevens aangezet om na te denken over de oplossingen voor een probleem. Ten slotte worden kinderen gestimuleerd om expliciet aandacht te besteden aan de uitkomst van hun experiment en dit te vergelijken met de probleemstelling uit de eerste stap van de wetenschappelijke denkcirkel. De onderzoekers in deze studie menen dat op die manier op de lange termijn ook conceptuele veranderingen mogelijk zijn.