Reasoning Processes Underlying the Explanation of the Phases of the Moon.

Explaining why the phases of the moon occur is a difficult problem for students and adults even after undergoing relevant instruction and even though they have the correct mental model of the Sun ­ Earth ­ Moon system. This study explores how qualified young adults explain the moon's phases, how they change the explanation when faced with inconsistency, and the strategies that they use to arrive at a correct and complete explanation. This process is seen to involve visuospatial reasoning based on mental models. Through detailed individual interviews, we analysed the strategies adopted by subjects qualified in physics and students of a 'Master of Design' programme with prior qualification in architecture.  The architects, who were more familar with visualization techniques could solve the problem more quickly and accurately. The strategies used by these two groups were also found to be different. Making diagrams and reasoning using diagrams were found to be critical elements of a successful strategy. Objectives and significance of the study The study aims to characterize the reasoning process underlying the explanation of the moon’s phases and the change in explanation when confronted by inconsistency. From earlier literature it is clear that the explaining the moon’s phases is typically difficult for school and college students and that many of them propose alternative mechanisms to explain this phenomenon. Many students and adults (varying from 38% to 70% of the sample in different studies) think that the phases of the moon occur due to the shadow of the earth following on the moon. (We shall call this the ‘eclipse mechanism’ hereafter.) Other alternative explanations such as ‘cloud covers the moon’, ‘planet or the sun casts a shadow on the moon’ have also been found among school students. In one study, grade 3 students who underwent instruction developed the following alternative explanation: the phases of the moon are related to one’s position on the spherical earth (Stahly et al., 1999). Knowledge of elementary astronomy is a part of basic scientific literacy. Hence the widespread existence of misconceptions about a salient, everyday phenomenon is a cause of concern. The studies referred to indicate that producing a clear and correct explanation is difficult for students as well as adults in spite of this topic being taught in school science. Some reasons could be that it involves complex reasoning or that the culture of science learning does not foster links what is learnt and what is observed. Hence the need to study the kind of reasoning which is essential for such problems and to develop tools and instruction material that facilitates such reasoning.