Children’s Identification and Filling of Knowledge Gaps in Digital Learning Environments

by Martina de Eccher
Doctoral thesis
Date of Examination:2024-10-01
Date of issue:2025-08-11
Advisor:Prof. Dr. Nivedita Mani
Referee:Prof. Dr. Nivedita Mani
Referee:Prof. Dr. Mila Dimitrova Vulchanova
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11431

 

 

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Abstract

English

Children face uncertainty during learning, which can indicate they have a gap in their knowledge. Identifying and addressing knowledge gaps is fundamental for effective learning. Metacognition and external feedback play a crucial role in this process. Children can independently evaluate their knowledge state and recognise their knowledge gaps through metacognitive monitoring, and can adjust their behaviour to fill those gaps through metacognitive control. These metacognitive processes enable children to focus on what they do not yet know while avoiding wasting time on information they already know. However, young children´s metacognitive abilities are developing, and they often overestimate their knowledge. Here, external feedback plays a crucial role, as it can both assist them in improving their metacognitive abilities and directly help them identify and address knowledge gaps. These processes are particularly relevant in digital learning environments, where children typically interact without adult guidance. With their interactive features, digital devices can offer unique support for children´s independent learning. This thesis aims to clarify how children engage in metacognitive processes to recognise and fill their knowledge gaps during word learning in interaction with digital devices and how external feedback can guide them in this process. Across three studies using tablets and social robots, this thesis investigated the development of metacognitive monitoring abilities of preschool- to school-aged children, their information-seeking behaviour aimed at reducing uncertainty, and the role of feedback in facilitating these processes and filling knowledge gaps. We found that children are able to discriminate between what they know and what they do not know during a word learning task. Moreover, they are able to use their uncertainty to guide their information-seeking behaviour strategically. However, the findings suggest that these abilities are not always reliable, and young children may, in some cases, struggle to effectively engage in metacognitive processes. Importantly, we found that external feedback can facilitate these processes, helping children recognise their knowledge gaps and adopt strategies to fill them. The findings suggest that feedback can also directly help children improve their knowledge. This thesis suggests that children can, to some extent, independently recognise their knowledge gaps and seek information to fill them when interacting with digital devices. At the same time, it emphasises the role of digital feedback in supporting them in this process.
Keywords: metacognition; digital learning environments; word learning; child development; information-seeking; feedback; child-robot interaction

German

Kinder stehen beim Lernen oft vor Unsicherheiten, die darauf hindeuten können, dass sie Wissenslücken haben. Das Erkennen und Schließen dieser Wissenslücken sind grundlegend für effektives Lernen. Metakognition und externes Feedback spielen in diesem Prozess eine entscheidende Rolle. Kinder können ihren Wissensstand selbstständig bewerten und Wissenslücken durch metakognitive Überwachung erkennen. Durch metakognitive Kontrolle können sie ihr Verhalten anpassen, um diese Lücken zu schließen. Diese metakognitiven Prozesse ermöglichen es den Kindern, sich auf das zu konzentrieren, was sie noch nicht wissen, und gleichzeitig zu vermeiden, Zeit mit Informationen zu verschwenden, die sie bereits beherrschen. Allerdings entwickeln sich die metakognitiven Fähigkeiten junger Kinder noch, und sie neigen oft dazu, ihr Wissen zu überschätzen. Hier spielt externes Feedback eine entscheidende Rolle, da es ihnen sowohl dabei helfen kann, ihre metakognitiven Fähigkeiten zu verbessern, als auch direkt dabei unterstützt, Wissenslücken zu identifizieren und zu schließen. Diese Prozesse sind besonders in digitalen Lernumgebungen relevant, in denen Kinder typischerweise ohne die Aufsicht von Erwachsenen interagieren. Digitale Geräte mit ihren interaktiven Funktionen können einzigartige Unterstützung für das selbstständige Lernen von Kindern bieten. Diese Arbeit zielt darauf ab, zu klären, wie Kinder metakognitive Prozesse nutzen, um Wissenslücken während des Wortlernens in der Interaktion mit digitalen Geräten zu erkennen und zu schließen, und wie externes Feedback sie in diesem Prozess unterstützen kann. In drei Studien, die Tablets und soziale Roboter verwendeten, wurde die Entwicklung der metakognitiven Überwachungsfähigkeiten von Vorschul- bis Grundschulkindern, ihr informationssuchendes Verhalten zur Reduzierung von Unsicherheit sowie die Rolle von Feedback bei der Unterstützung dieser Prozesse und dem Schließen von Wissenslücken untersucht. Wir fanden heraus, dass Kinder in der Lage sind, zwischen dem, was sie wissen, und dem, was sie nicht wissen, während einer Wortlernaufgabe zu unterscheiden. Darüber hinaus sind sie in der Lage, ihre Unsicherheit strategisch zu nutzen, um ihr informationssuchendes Verhalten zu lenken. Die Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass diese Fähigkeiten nicht immer zuverlässig sind und junge Kinder in einigen Fällen Schwierigkeiten haben können, sich effektiv auf metakognitive Prozesse einzulassen. Wichtig ist, dass wir herausgefunden haben, dass externes Feedback diese Prozesse erleichtern kann, indem es den Kindern hilft, ihre Wissenslücken zu erkennen und Strategien zu entwickeln, um diese zu schließen. Die Ergebnisse legen nahe, dass Feedback auch direkt dazu beitragen kann, das Wissen der Kinder zu verbessern. Diese Arbeit zeigt, dass Kinder bis zu einem gewissen Grad in der Lage sind, ihre Wissenslücken selbstständig zu erkennen und Informationen zu suchen, um diese zu füllen, wenn sie mit digitalen Geräten interagieren. Gleichzeitig wird die Bedeutung von digitalem Feedback hervorgehoben, dass sie in diesem Prozess unterstützt.
 
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