A Computer Approach to Mathematics Curriculum Developments Debugging

Background:Sequencing contents is of great importance for instructional design within the teaching planning processes. We believe that it is key for a meaningful learning.Material and methods:Therefore, we propose to formally establish a partial order relation among the contents: the relation: “to be a prerequisite”. We have applied this approach to the mathematical contents of the compulsory Secondary Education of the Spanish educational system. This information has been modeled as a graph. The amount of contents considered (814) and the number of ordered pairs in the order relation considered (17,782) has produced a big graph. In order to work effectively with that amount of data, we have used software specialized in network analysis. More precisely, we have used the software packages Pajek and Gephi.Results:This software, together with the use of techniques borrowed from graph theory, has allowed providing a tool for debugging curriculum developments (similar to rule based expert systems verification).Conclusions:This is a contribution to the processes of sequencing contents and, therefore, to the processes of planning teaching and instructional design.

[1]  León S. Gold Aprendiendo a aprender , 1979 .

[2]  Julia Osca-Lluch,et al.  La revista Anales de Psicología desde una perspectiva de redes sociales , 2009 .

[3]  Eduardo Martín Novo,et al.  Aplicaciones de la teoría de grafos a algunos juegos de estrategia , 2004 .

[4]  Sebastien Heymann,et al.  Visual Analysis of Complex Networks for Business Intelligence with Gephi , 2013, 2013 17th International Conference on Information Visualisation.

[5]  Loet Leydesdorff,et al.  Visualization of the citation impact environments of scientific journals: An online mapping exercise , 2009, J. Assoc. Inf. Sci. Technol..

[6]  D. Ausubel The psychology of meaningful verbal learning. , 1963 .

[7]  C. June Maker,et al.  Teaching models in education of the gifted , 1982 .

[8]  María Isabel Suero López,et al.  Mapas de experto tridimensionales. Aplicaciones al diseño de secuencias instruccionales de física, basadas en la teoría de la elaboración , 1999 .

[9]  Charles M. Reigeluth,et al.  Lesson Blueprints Based on the Elaboration Theory of Instruction , 2018, Instructional Theories in Action.

[10]  Ken Cherven,et al.  Network Graph Analysis and Visualization with Gephi , 2013 .

[11]  María José Rochera,et al.  Estructuración y organización de la enseñanza: las secuencias de aprendizaje , 1990 .

[12]  Jerome S. Bruner Actos de significado: más allá de la revolución cognitiva , 1991 .

[13]  Ricardo Luengo González,et al.  Representación del conocimiento y aprendizaje. Teoría de los conceptos nucleares , 2004 .

[14]  Charles M. Reigeluth,et al.  Instructional-design Theories and Models : A New Paradigm of Instructional Theory, Volume II , 1999 .

[15]  astrid. brinkmann,et al.  KNOWLEDGE MAPS – TOOLS FOR BUILDING STRUCTURE IN MATHEMATICS , 2005 .

[16]  Robin J. Wilson Introducción a la teoría de grafos , 1983 .

[17]  Robin J. Wilson Four Colors Suffice: How the Map Problem Was Solved , 2002 .

[18]  Robin Wilson,et al.  Graphs and Applications_ An Introductory Approach , 2001 .

[19]  Javier Yáñez,et al.  Clasificación no supervisada y jerárquica basada en coloración en grafos: una aplicación a imágenes astronómicas , 2012 .

[20]  Preston R Aldrich,et al.  The curriculum prerequisite network: Modeling the curriculum as a complex system , 2015, Biochemistry and molecular biology education : a bimonthly publication of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology.

[21]  J. G. Sacristán,et al.  La enseñanza: su teoría y su práctica , 1989 .

[22]  Agripina Sanz Garcia,et al.  Grafos y diseño arquitectónico , 2012 .

[23]  José Luis Rodríguez Diéguez La estructura del mensaje en el acto didáctico: revisión del problema y propuesta metodológica , 2009 .

[24]  Leslie J. Briggs,et al.  Principles of Instructional Design , 1974 .

[25]  David P. Ausubel,et al.  Adquisición y retención del conocimiento: una perspectiva cognitiva , 2002 .

[26]  Angélica Martínez Zarzuelo Selección, organización y secuenciación del conocimiento matemático mediante teoría de grafos , 2015 .

[27]  E. Roanes-Lozano,et al.  A computer algebra approach to verification and deduction in many-valued knowledge systems , 1999, Soft Comput..

[28]  Charles M. Reigeluth,et al.  The elaboration theory: Guidance for scope and sequence decisions. , 1999 .

[29]  Paul Drijvers,et al.  Algebra Education: Exploring Topics and Themes , 2011 .

[30]  astrid. brinkmann,et al.  Investigating the Use of Concept Mapping as Tools in Mathematics Education , 2009 .

[31]  Charles M. Reigeluth,et al.  Instructional Design Theories and Models : An Overview of Their Current Status , 1983 .

[32]  María Luz Rodríguez Palmero La teoría del aprendizaje significativo en la perspectiva de la psicología cognitiva , 2008 .

[33]  León González-Sotos,et al.  Precedencia Difusa y Generación de Itinerarios Docentes en Sistemas LCMS , 2007, SPDECE.

[34]  Suphi Önder Bütüner,et al.  Astrid Brinkmann, Graphical Knowledge Display- Mind Mapping and Concept Mapping as Efficient Tools in Mathematics Education , 2007 .

[35]  Jon Rokne,et al.  Encyclopedia of Social Network Analysis and Mining , 2014, Springer New York.

[36]  Arnold Kaufmann,et al.  Puntos y flechas: teoría de los grafos , 1976 .

[37]  Manuel Abellanas Oar,et al.  Análisis de algoritmos y teoría de grafos , 1990 .

[38]  Rafael Bailón-Moreno,et al.  Evaluación de redes tecnocientíficas: la red española sobre Áreas Protegidas, según la Web of Science , 2011 .

[39]  Charles M. Reigeluth Instructional theories in action : lessons illustrating selected theories and models , 2009 .

[40]  Gert Schubring,et al.  On the Methodology of Analysing Historical Textbooks: Lacroix as Textbook Author. , 1987 .

[41]  R. Balakrishnan,et al.  A textbook of graph theory , 1999 .

[42]  Angel Luis Pérez Rodríguez,et al.  Los fenómenos físicos como contenido organizador : los mapas de experto tridimensionales , 1999 .

[43]  Tony Sherborne Mapping the Curriculum: How Concept Maps can Improve the Effectiveness of Course Development , 2014 .

[44]  Charles M. Reigeluth,et al.  The elaboration theory of instruction , 1983 .

[45]  Kathryn Fraughnaugh,et al.  Introduction to graph theory , 1973, Mathematical Gazette.

[46]  Tim S. Evans,et al.  Transitive Reduction of Citation Networks , 2013, J. Complex Networks.

[47]  Charles M. Reigeluth In search of a better way to organize instruction: The elaboration theory , 1979 .

[48]  Marco Antonio Moreira,et al.  Aprendizaje significativo: teoría y práctica , 2000 .

[49]  Hasan Karal,et al.  Application of Graph Theory in an Intelligent Tutoring System for Solving Mathematical Word Problems , 2016 .

[50]  O. Cardozo,et al.  Teoría de Grafos y Sistemas de Información Geográfica aplicados al Transporte Público de Pasajeros en Resistencia (Argentina) , 2009 .

[51]  G. Winskel What Is Discrete Mathematics , 2007 .

[52]  Roger W. Schvaneveldt,et al.  Pathfinder associative networks: studies in knowledge organization , 1990 .

[53]  Alejandro Rodríguez Villalobos,et al.  Aplicación de la Teoría de Grafos para mejorar la planificación de rutas de trabajo de una empresa del sector de la distribución automática , 2008 .

[54]  Mariana Falco,et al.  Gephi: Análisis de interacciones en un foro, a través de ARS en el aula , 2013 .

[55]  Willy Mwakapenda,et al.  Using concept mapping to explore student understanding and experiences of school mathematics , 2003 .

[56]  Timo Leuders,et al.  Outcome standards and core curricula: a new orientation for mathematics teachers in Germany , 2005 .

[57]  Sylvia Sastre i Riba,et al.  Desarrollo cognitivo y educación , 2001 .