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
Young children's analogical reasoning in science domains
Linköping University, Department of Social and Welfare Studies, Learning, Aesthetics, Natural science. Linköping University, Faculty of Educational Sciences.
Linköping University, Faculty of Educational Sciences. Linköping University, Department of Social and Welfare Studies, Learning, Aesthetics, Natural science.
Linköping University, Department of Social and Welfare Studies, Learning, Aesthetics, Natural science. Linköping University, Faculty of Educational Sciences.
2012 (English)In: Science Education, ISSN 0036-8326, E-ISSN 1098-237X, Vol. 96, no 4, p. 725-756Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

This exploratory study in a classroom setting investigates first graders (age 78 years, N = 25) ability to perform analogical reasoning and create their own analogies for two irreversible natural phenomena: mixing and heat transfer. We found that the children who contributed actively to a full-class discussion were consistently successful at making analogical comparisons between known objects provided by a researcher and that some of the children could come up with their own analogies for the abstract natural phenomena with which they interacted. The use of full-class and small-group settings, shared laboratory experiences of the phenomena and childrens drawings as different kinds of scaffolding was found to be helpful for the childrens analogical reasoning. As an implication for science education, self-generated analogies are put forward as a potential learning tool within a constructivist approach to education.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. Vol. 96, no 4, p. 725-756
National Category
Didactics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-79916DOI: 10.1002/sce.21009ISI: 000305122800008OAI: oai:DiVA.org:liu-79916DiVA, id: diva2:544633
Available from: 2012-08-15 Created: 2012-08-15 Last updated: 2019-05-13
In thesis
1. Analogical reasoning in science education: - connections to semantics and scientific modelling in thermodynamics
Open this publication in new window or tab >>Analogical reasoning in science education: - connections to semantics and scientific modelling in thermodynamics
2012 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [sv]

Analogiskt tänkande är en central kognitiv förmåga som vi använder i vardagslivet, såväl som i mer formella sammanhang, såsom i forskning och undervisning. Föreliggande avhandling behandlar hur analogier och analogiskt tänkande, uppmärksamhet på semantik och förståelse för vetenskaplig modellering kan användas för att hantera utmaningar i naturvetenskapsundervisningen, särskilt inom området termodynamik. Dessutom presenteras ett teoretiskt ramverk över hur analogiskt tänkande förhåller sig till semantik och vetenskaplig modellering, tre ämnesområden som alla utgår ifrån att finna motsvarigheter mellan två olika domäner. Mot denna bakgrund fokuserar avhandlingen på följande forskningsfrågor: I vilken utsträckning används analogier för att koppla olika representationer av ett fenomen till varandra och till det representerade fenomenet? Hur relaterar självgenerade analogier till vetenskaplig modellering?

Avhandlingen består av fyra publicerade tidskriftsartiklar och en kappa. Den första artikeln är en semantisk utredning av ordet ’entropi’, den andra artikeln är en empirisk undersökning av synen på vetenskaplig modellering i olika kunskapstraditioner, och de tredje och fjärde artiklarna är empiriska undersökningar av fysiklärarstudenters respektive förstaklassares självgenererade analogier för termiska fenomen. Från ett metodperspektiv utfördes de empiriska studierna i en huvudsakligen kvalitativ tradition, där centrala resonemang exemplifieras genom analys av dialogutdrag. I de två studierna av självgenererade analogier fick deltagarna olika former av stöttning i form av social interaktion med varandra, gemensam erfarenhet av naturfenomen och diskussion kring deras representationer av fenomenen. I kappan utvecklas det teoretiska ramverket och mot den bakgrunden görs en omanalys av artiklarnas resultat.

En central ståndpunkt i avhandlingen är att varje fenomen kan representeras på många olika sätt, som alla kan vara lämpliga och användbara i olika sammanhang med tyngdpunkt på olika aspekter av fenomenet. Rörande analogiskt tänkande anförs att elever och studenter kan skapa flera egna analogier för att få en rikare, kompletterande bild av ett fenomen, snarare än att undervisas utifrån en enda förment bästa analogi. Med utgångspunkt från vetenskaplig modellering kan olika representationer eller modeller lyfta fram olika aspekter av ett fenomen, med olika grad av idealisering och inom olika kunskapstraditioner. Slutligen, från ett semantiskt perspektiv kan ett ord svara mot flera, distinkta, men relaterade betydelser – fenomenet polysemi. Dessa tre perspektiv kan erbjuda konstruktivistiska ansatser till begreppsförståelse inom naturvetenskapsundervisningen, genom att elever och studenter uppmuntras att i dialog knyta till sin vardagsföreställning av de begrepp och fenomen de möts av, snarare än att byta ut den mot ett enda, förmodat korrekt vetenskapligt begrepp.

Dessutom hävdas att den naturvetenskapsdidaktiska forskningen kan komma långt med ett strukturellt fokus på analogiskt tänkande och vetenskaplig modellering, där man försöker finna motsvarigheter mellan domäners beståndsdelar och deras relationer och helst isomorfism, en perfekt  överensstämmelse, men att beaktande av andra dimensioner, såsom en insikt i kognitionens förankring i kroppen och varseblivningen, de pragmatiska, kontextuella sammanhangen mot vilken bakgrund tänkande sker och språkets särskilda karaktär, krävs för en mer heltäckande bild.

Abstract [en]

Analogical reasoning is a central cognitive ability that is used in our everyday lives, as well as in formal settings, such as in research and teaching. This dissertation concerns how analogies and analogical reasoning, attention to semantics and insight into scientific modelling may be recruited in order to come to terms with challenges in science education, in particular within the field of thermodynamics. In addition, it provides a theoretical framework of how analogy relates to semantics and the practice of scientific modelling, three fields of study which all strive to map correspondences between two different domains. In particular, the dissertation addresses the following research questions: To what degree is analogy involved in connecting different representations of a phenomenon to each other and to the represented phenomenon? How do students’ selfgenerated analogies relate to the practice of scientific modelling?

The dissertation comprises four published journal articles and a cover story. The first article is a semantic investigation of the word ‘entropy’, the second article is an empirical study of the view on scientific modelling in different traditions of knowledge, and the third and fourth articles are empirical studies of self-generated analogies for thermal phenomena among preservice physics teachers and first-graders, respectively. From a methodological point of view, the empirical studies were conducted in a primarily qualitative tradition, where central lines of reasoning are exemplified by analysis of dialogue excerpts. The two studies on self-generated analogies provided the participants with extensive scaffolding in the form of social interaction among peers, interaction with physical phenomena and discussion of their representations of the phenomena. The theoretical framework is developed in the cover story, which provides a background to the individual studies and reanalyses of the findings.

A key claim of the dissertation is that any phenomenon can be represented in many different ways, all potentially adequate and useful in different contexts, emphasising different aspects of the phenomenon. Applied to the field of analogical reasoning, it is argued that students can generate several analogies themselves in order to get a richer, complementary view of a phenomenon, as opposed to be provided with a presumed best analogy. As for scientific models, many different representations or models may bring across different aspects of a phenomenon at varying degrees of idealisation and within different traditions of knowledge. Finally, in semantics, one word may correspond to several distinct, yet related, meanings: the phenomenon of polysemy. These three perspectives may provide constructivist approaches to conceptual development in science teaching, in which students are encouraged to connect to and enrich their everyday understanding of encountered concepts and phenomena in dialogue, rather than merely abandoning them for one single, supposedly correct, scientific concept.

In addition, science education research can come quite far with structural approaches to analysing analogical reasoning and scientific modelling, establishing correspondences between entities in different domains, ultimately striving for isomorphism, perfect matches, but other dimensions, such as the perceptual, embodied nature of our cognition, the pragmatic, contextual circumstances in which any act of reasoning is performed, and the specificities of language, should also be taken into account for a fuller view.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2012. p. 100
Series
Studies in Science and Technology Education, ISSN 1652-5051 ; 60
Keywords
science education, thermodynamics, analogical reasoning, semantics, scientific modelling, naturvetenskapsdidaktik, termodynamik, analogiskt tänkande, semantik, vetenskaplig modellering
National Category
Didactics
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-85514 (URN)978-91-7519-773-9 (ISBN)
Public defence
2012-11-23, Kåkenhus, K2, Campus Norrköping, Linköpings universitet, Norrköping, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2012-11-22 Created: 2012-11-21 Last updated: 2015-06-02Bibliographically approved
2. Barns teckningar som utgångspunkt i det naturvetenskapliga samtalet
Open this publication in new window or tab >>Barns teckningar som utgångspunkt i det naturvetenskapliga samtalet
2019 (Swedish)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Alternative title[en]
Children’s Drawings as Starting Point for Dialogues in Science
Abstract [sv]

Barns föreställningar utgör en viktig del i deras begreppsbildning inom naturvetenskap vilket betonas inom konstruktivismen. I denna avhandling utgör en socialkonstruktivistisk syn på lärande det teoretiska ramverket. Det övergripande syftet med avhandlingen är att i samtal med barn i åldrarna 4–13 år och med utgångspunkt i deras teckningar, utveckla kunskap om de föreställningar de ger uttryck för inom fyra naturvetenskapliga områden: värme, blandning, människokroppen och vad som är levande/inte levande. Två forskningsfrågor behandlas i avhandlingen: Vilka föreställningar ger barn uttryck för i teckningar och i samtal om naturvetenskapliga fenomen? Vilka metodologiska förutsättningar och utmaningar finns det när det gäller att använda teckningar som utgångspunkt och som meningsskapande redskap för att fånga barns föreställningar? En multimodal metod bestående av teckningar, samtal och barnens aktivitet användes vid datainsamlingen, vilket är i linje med ett socialsemiotiskt perspektiv.

Avhandlingen består av fyra studier. Resultatet i de två första studierna visar att barns föreställningar om blandningar var något mer utvecklade än vad som visats i tidigare studier, medan deras föreställningar gällande värme överensstämde med vad som tidigare rapporterats.Den tredje studien visar att barnen känner till fler organ i människokroppen och visar, till skillnad från vad som framkommit i tidigare forskning, förmåga att rita kopplingar mellan organen. I den fjärde studien talar en majoritet av barnen om död som en motsats till liv och några ritade att det som inte lever tidigare har levt. Barn som är medvetna om mikroskopiska objekt klassificerar dem som levande. Förklaringarna visar på en inkonsekvens i barnens resonemang om växter lever eller inte.

Metodologiskt framkom att barns föreställningar med fördel fångas genom deras egna teckningar tillsammans med deras förklaringar av dessa. Teckningarna fungerar även som hjälpmedel för att föra fram och delge olika resonemang. I avhandlingen diskuteras barns lösningar på rittekninska problem som de mötte vid sidan av den naturvetenskapliga uppgiften. I studien om människokroppen handlar dessa problem om svårigheten i att överföra den tredimensionella människokroppen till två dimensioner. En annan svårighet var att kroppens organ, skelett, muskler och vävnader ligger ovanpå varandra. Där använde barnen strategin att rita röntgenbilder för att visa det som ligger dolt. Barn i olika åldrar löste ofta dessa rittekniska problem på ett mycket kreativt sätt i kombination med deras muntliga/skriftliga kommentarer. Förutom teckningarnas betydelse diskuteras skillnaden mellan kontextualiserade och dekontextualiserade uppgifter. De olika områdena som studerats i avhandlingens artiklar befinner sig på olika abstraktionsnivåer vilket påverkar barnens föreställningar och hur detta uttrycks in bilder. Naturvetenskap innefattar olika dimensioner där det handlar om att både lära sig strukturell och processuell kunskap. Den multimodala metoden gav barnen hjälp med att samla, strukturera och uttrycka sina tankar

Abstract [en]

Children's conceptions are an important part of their conceptualisation in science, something that is emphasized in constructivism, in this thesis a social constructivist view of learning constitutes the theoretical framework. The overall purpose is to contribute to the knowledge development within science education. This was done by investigating 4-13-year-old children’s conceptions of phenomena in natural science within four areas: heat, mixing, the human body and what is living/non-living. The following two research questions are addressed: What conceptions do children express in drawings and in conversations about natural science phenomena? What methodological possibilities and challenges are there in using drawings as a starting point and as a meaning-making tool for capturing children's conceptions? A multimodal method including drawings, conversations and children's activities was used in the data collection, which is in line with a social semiotic perspective.

The thesis consists of four studies. The results of the first two studies show that children's conceptions about mixing were somewhat more developed than shown in previous studies, while their conceptions about heat were in line with what was previously reported.

The third study shows that the children know more organs in the human body and, unlike in previous research, show an ability to draw connections between the organs. In the fourth study, a majority of the children talk about death as the opposite to life and some draw that what does not live should have lived before, such as dinosaurs. Children who are aware of microscopic objects classify them as living. Additionally, the explanations show inconsistency in their reasoning about plants as living or no-living things.

Methodologically the results in the studies show that the children's drawings in combination with their explanations are valuable tools for capturing their conceptions. The drawings also serve as a tool for presenting and sharing different reasoning. Furthermore, children's drawing techniques are discussed in connection with problems that they faced alongside the scientific task. In the study of the human body, these problems deal with the difficulty of transferring the three-dimensional inside of the human body to two dimensions. Another difficulty was that the body's organs, skeleton, muscles and tissues are on top of each other. Here the children used X-ray drawing to show what is hidden. Children of different ages often solved these technical problems in a very creative way in combination with their oral/written comments. In addition to the significance of the drawings, the difference between contextualized and decontextualized tasks during data-collection is discussed. Further, different dimensions of science, such as structural and processual knowledge, are discussed. The four areas studied are also on different abstraction levels which affect the children's conceptions and representations in their drawings. In conclusion, learning in science involves different dimensions of both structural and processual knowledge. The multimodal method helped the children focus, structure and express their thoughts.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2019. p. 99
Series
Studies in Science and Technology Education, ISSN 1652-5051 ; 106
Keywords
children, drawings, conceptions, heat, mixning, human body, living/min-living, barn, teckningar, föreställningar, värme, blandning, människokroppen, levande/inte levande
National Category
Educational Sciences Other Natural Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-156715 (URN)10.3384/diss.diva-156715 (DOI)9789176850459 (ISBN)
Public defence
2019-06-14, K3, Kåkenhus, Campus Norrköping, Norrköping, 13:15 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2019-05-14 Created: 2019-05-13 Last updated: 2019-06-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(685 kB)973 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 685 kBChecksum SHA-512
4a8f0f83e95614fa59db1c65cee6f9c4c97469d8666188e1b8d6aeb3f9573237a73ebf561a004b65f1c2d5d0c592db741c42945df1819fdda9df2b0b1ee6fb3f
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full text

Authority records BETA

Haglund, JesperJeppsson, FredrikAndersson, Johanna

Search in DiVA

By author/editor
Haglund, JesperJeppsson, FredrikAndersson, Johanna
By organisation
Learning, Aesthetics, Natural scienceFaculty of Educational Sciences
In the same journal
Science Education
Didactics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 973 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
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 468 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