liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Travelling through time: Students’ interpretation of evolutionary time in dynamic visualizations
Linköping University, Department of Science and Technology. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.
2019 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Evolutionary knowledge is important to understand and address contemporary challenges such as loss of biodiversity, climate change and antibiotic resistance. An important aspect that is considered to be a threshold concept in teaching and learning about evolution is the time it involves. The history of evolution comprises several scales of magnitude, some of which are far from direct human experience and therefore difficult to understand. One way of addressing this issue is to use dynamic visualizations that represent time, for example, to facilitate teaching and learning about evolution.

This thesis investigates how students’ comprehension of evolution and evolutionary time can be facilitated by visualizations in educational settings. Two different dynamic visualizations were investigated. In paper I different temporal versions of a spatio-temporal animation depicting hominin evolution were explored. The temporal information was expressed as one or several timelines along which an animated cursor moved, indicating the rate of time. Two variables, the number of timelines with different scales, and the mode of the default animated time rate (either constant throughout the animation or decreasing as the animation progressed), were combined to give four different time representations. The temporal aspects investigated were undergraduate students' ability to find events at specific times, comprehend order, comprehend concurrent events, comprehend the length of time intervals, and their ability to compare the lengths of time intervals.

In paper II, perceptions and comprehension of temporal aspects in an interactive, multi-touch tabletop application, DeepTree, were investigated. This application depicts the tree of life. The focus was on the interactive aspects, especially how the zooming feature was perceived, but also on any misinterpretations associated with the interaction. The same temporal aspects listed for paper I were also implicitly investigated.

The findings indicate that handling the problem of large differences in scale by altering the rate of time in the visualization can facilitate perception of certain temporal aspects while, at the same time, can hinder a correct comprehension of other temporal aspects. Findings concerning DeepTree indicate that the level of interactions varies among users, and that the zooming feature is perceived in two ways, either as a movement in time or as a movement in the metaphorical tree. Several misinterpretations were observed, for example the assumption that the zooming time in the tree corresponds to real time, that there is an implicit coherent timeline along the y-axis of the tree, and that more nodes along a branch corresponds to a longer time.

The research reported in this thesis supports the claim that careful choice, and informed use of visualizations matters, and that different visualizations are best suited for different educational purposes

Abstract [sv]

För att kunna förstå och ta ställning till utmaningar i form av exempelvis klimatförändringar, förlust av biodiversitet och antibiotikaresistens krävs kunskap om evolution. För att förstå evolution är det i sin tur viktigt att inse betydelsen av de tidsskalor som evolutionära processer omfattar. Detta utgör inte sällan ett problem vid undervisning om evolution eftersom det rör sig om tidsskalor som sträcker sig långt bortom vad vi själva kan erfara. Tidsskalor ingår i en grupp av begrepp som kallas tröskelbegrepp. Tröskelbegrepp utmärks av att de är svåra att ta till sig, men när väl förståelse uppnås så innebär det en radikal och permanent förändring av hur ett ämnesinnehåll, exempelvis evolution, betraktas. Av den anledningen är de också ”enkelriktade” i meningen att den nya förståelsen är bestående

Ett sätt att bemöta problemen med att förstå tidsskalor av varierande storlekar är att använda dynamiska visualiseringar. Denna avhandling handlar just om hur elevers förståelse av evolution med avseende på tiden kan underlättas genom visualiseringar i undervisning.

Avhandlingen baseras på två studier som var och en belyser evolutionär

tid på olika sätt beträffande såväl innehåll som form.

I den första studien undersöktes hur olika varianter av en tidsrepresentation i form av animerade tidslinjer påverkade 144 studenters förståelse av olika tidsaspekter. Representationen av tid hade två variabler, nämligen antal tidslinjer (en tidslinje respektive 3 tidslinjer med olika skalor) och hastighet för animationen av tidsförloppet (konstant hastighet respektive avtagande hastighet när animationen närmade sig nutid). De två variablerna kombinerades för att ge fyra olika varianter av tidsrepresentation. I studien jämfördes varianterna genom att undersöka studenters förmåga kring olika tidsaspekter; hitta händelser vid specifika tider, uppfatta ordning på händelser, uppfatta samtidiga händelser, uppfatta längden på ett tidsintervall och jämföra längden av två tidsintervall.

I den andra studien undersöktes uppfattningar och förståelse av tidsmässiga aspekter hos 10 gymnasieelever med utgångspunkt från det interaktiva multi-touch-bordet ”DeepTree”. Det är en interaktiv visualisering av livets träd, det vill säga de fylogenetiska sambanden mellan organismer på jorden. I denna studie fokuserades de interaktiva aspekterna av visualiseringen, särskilt kring hur zoomfunktionen uppfattades av elever men också vilka missuppfattningar som var kopplade till interaktioner. Även tidsaspekterna från den första studien undersöktes.

Resultaten från den första studien visar att det under vissa omständigheter kan vara en fördel att variera det animerade tidsflödet, till exempel genom att hastigheten på tidsflödet i animationen avtar under en speciellt händelserik period som behöver granskas noggrannare. Under andra omständigheter kan det däremot vara olämpligt att variera hastigheten för den animerade tiden eftersom det försvårar bedömningen av storleken på, och jämförelsen av, tidsintervall. Det är alltså viktigt att lärare är medvetna om vilken, eller vilka, tidsaspekter som är centrala i den specifika lärandesituationen.

Resultaten från den andra studien visar två olika sätt att uppfatta zoomfunktionen när den används i applikationen DeepTree; antingen som en rörelse i tid eller som en rörelse i det metaforiska trädet. Flera missuppfattningar av interaktionen observerades hos eleverna. Till exempel tolkade en del elever den tid det tog att zooma i trädet som att det motsvarade hur lång tid som förflöt mellan olika evolutionära händelser. Ett antal elever verkade anta att det finns en implicit linjär tidslinje längs y-axeln på trädet, och att ju fler grendelningar som fanns längs en gren desto längre tid motsvarade grenen. Generellt är de flesta tidsaspekter svåra att uppfatta för användare av DeepTree. Evolutionära träd av denna typ är dock främst gjorda för att illustrera släktskapsförhållanden, men de tidsmässiga aspekterna skulle kunna förbättras. Applikationer av den typ som DeepTree utgör har potential att erbjuda goda möjligheter till lärande även beträffande evolutionär tid men hänsyn behöver då tas just till hur tidsaspekter beskrivs.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2019. , p. 89
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Licentiate Thesis, ISSN 0280-7971 ; 1833
National Category
Computer Sciences Human Computer Interaction Media and Communication Technology Human Aspects of ICT Interaction Technologies
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-154619DOI: 10.3384/lic.diva-154619ISBN: 9789176851210 (print)OAI: oai:DiVA.org:liu-154619DiVA, id: diva2:1291000
Presentation
2019-03-05, Domen, Visualiseringscenter C, Kungsgatan 54, Norrköping, 13:15 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2019-02-22 Created: 2019-02-22 Last updated: 2019-03-04Bibliographically approved
List of papers
1. Visualizing macroevolutionary timescales: students’ comprehension of different temporal representations in an animation
Open this publication in new window or tab >>Visualizing macroevolutionary timescales: students’ comprehension of different temporal representations in an animation
2019 (English)In: Evolution: Education and Outreach, ISSN 1936-6426, E-ISSN 1936-6434, Vol. 12, no 1, p. 1-15Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Background: Macroevolutionary time is a difficult idea to grasp and is considered to be a threshold concept in teaching and learning evolution. One way of addressing this subject is to use animations that represent evolutionary time. The aim of this descriptive and exploratory study was to investigate how various representations of time in an animation affect the way undergraduate students comprehend different temporal aspects of hominin evolution. Two factors, namely differences in timelines (the number of timelines with different scales) and the mode of the default animated time rate (either constant throughout the animation or decreasing as the animation progressed) were combined to give four different time representations. The temporal aspects were investigated using undergraduate students’ ability to find events at specific times, to comprehend relative order, to comprehend concurrent events, to estimate the duration of time intervals and their ability to compare the lengths of time intervals.

Results: The results revealed that “finding events at specific times” near to the end of the animation (closer to present time), where the sequence of events appeared very quickly, was more difficult for groups working with animations with only one timeline. We also found that the ability to comprehend concurrent events can be impaired if several timelines are displayed and the animation speed is relatively high. The ability to estimate the duration of a time interval was more difficult for groups working with animations with only one timeline, especially at the end of the animation where the sequence of events occurred quickly. Making correct comparisons of time intervals was relatively independent of which animation was used with one notable exception: groups working with an animation featuring several timelines and a decreasing default animated time rate performed worst at comparing events with intervals that spanned parts of the timeline with different scales.

Conclusions: Our results indicate that the choice of animation should depend on the teaching intention. However, a visualization with several timelines, and an animated time which slowed down toward present time, generated the best results for the majority of items tested. Temporal scale shift may interfere with the perception of time in cases where durations are compared.

Place, publisher, year, edition, pages
SpringerNature, 2019
Keywords
Evolution, Visualization, Threshold concept, Deep time
National Category
Learning Media and Communication Technology Human Aspects of ICT
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-154881 (URN)10.1186/s12052-019-0099-9 (DOI)
Available from: 2019-03-04 Created: 2019-03-04 Last updated: 2019-03-04Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Travelling through time: Students’ interpretation of evolutionary time in dynamic visualizations(8577 kB)30 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 8577 kBChecksum SHA-512
6858f29d6a83a6d3c1f3f470092e6d0725c60673ddd0d49053fcef7fe624cfec6f8fabe8b49d5584d3d2e5cd8e273615138816f6a0eb5ba5e55d8ad594814541
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full text

Search in DiVA

By author/editor
Stenlund, Jörgen
By organisation
Department of Science and TechnologyFaculty of Science & Engineering
Computer SciencesHuman Computer InteractionMedia and Communication TechnologyHuman Aspects of ICTInteraction Technologies

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 34 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

doi
isbn
urn-nbn

Altmetric score

doi
isbn
urn-nbn
Total: 378 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf