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
When metaphors come to life: at the interface of external representations, molecular processes and student learning
Linköping University, Department of Science and Technology. Linköping University, The Institute of Technology.
Linköping University, Department of Social and Welfare Studies. Linköping University, Faculty of Arts and Sciences.
Linköping University, Department of Culture and Communication. Linköping University, Faculty of Arts and Sciences.
2012 (English)In: International Journal of Environmental and Science Education, ISSN 1306-3065, Vol. 7, no 4, 563-580 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

When studying the molecular aspect of the life sciences, learners must be introduced to somewhat inaccessible phenomena that occur at the sub-micro scale. Despite the difficulties, students need to be familiar with and understand the highly dynamic nature of molecular processes. Thus, external representations1 (ERs) can be considered unavoidable and essential tools for student learning. Besides meeting the challenge of interpreting external representations, learners also encounter a large array of abstract concepts2, which are challenging to understand (Orgill & Bodner, 2004). Both teachers and learners use metaphorical language as a way to relate these abstract phenomena to more familiar ones from everyday life. Scientific papers, as well as textbooks and popular science articles, are packed with metaphors, analogies and intentional expressions. Like ERs, the use of metaphors and analogies is inevitable and necessary when communicating knowledge concerning molecular phenomena. Therefore, a large body of published research related to metaphors concerns science teachers’ and textbook writers’ interpretation and use of metaphors (Harrison & Treagust, 2006). In this paper we present a theoretical framework for examining metaphorical language use in relation to abstract phenomena and external representations. The framework was verified by using it to analyse students’ meaning-making in relation to an animation representing the sub-microscopic and abstract process of ATP-synthesis in Oxidative Phosphorylation. We seek to discover the animator’s intentions while designing the animation and to identify the metaphors that students use while interacting with the animation. Two of these metaphors serve as examples of a metaphor analysis, in which the characteristics of metaphors are outlined. To our knowledge,  no strategies to identify and understand the characteristics, benefits, and potential pitfalls of particular metaphors have, to date, been presented in science education research. Our aspiration is to contribute valuable insights into metaphorical language use at the interface between external representations, molecular processes, and student learning.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. Vol. 7, no 4, 563-580 p.
Keyword [en]
Affordance, Design of external representations, Higher education, Metaphors, Molecular phenomena
National Category
Social Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-76140OAI: oai:DiVA.org:liu-76140DiVA: diva2:512680
Available from: 2012-03-28 Created: 2012-03-28 Last updated: 2017-12-07Bibliographically approved
In thesis
1. Att hantera cellmetabolismens komplexitet: Meningsskapande genom visualisering och metaforer
Open this publication in new window or tab >>Att hantera cellmetabolismens komplexitet: Meningsskapande genom visualisering och metaforer
2012 (Swedish)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [sv]

Den molekylära livsvetenskapen är ett av de mest snabbväxande fälten inom naturvetenskap. Biokemi är en aktör inom detta tvärvetenskapliga fält, tillsammans med bland annat cellbiologi och genetik. En konsekvens är att läroböckerna ständigt sväller i omfång. Ett exempel är den välkända läroboken ”Molecular biology of the cell” av Bruce Alberts och medarbetare, som sedan sin första upplaga 1983 till den senaste reviderade femte upplagan ökat från cirka 1000 till 1600 sidor, en ökning på cirka 60%. Samtidigt har olika typer av representationer av de molekylära livsprocesserna ökat i betydelse såväl för forskning som för undervisning, och både den ökade kunskapen och utvecklingen inom visualiseringstekniken har gett nya möjligheter till att illustrera detta komplexa område.

Cellmetabolismen utgör en central del av den molekylära livsvetenskapen och består av ett närmast ofattbart antal reaktioner som sker samtidigt i cellen. Representationer (både interna och externa) spelar en central roll i kommunikationen av detta komplexa område och valet av symboler och metaforer påverkar tolkningen av dessa. De kan underlätta förståelsen men även misstolkas och därigenom skapa fallgropar för studenter. ”Makrofiering” av processen påverkar därmed studenters meningsskapande. Denna ämnesdidaktiska avhandling avser att bidra till en ökad medvetenhet bland lärare om; 1) vilka lärandemål som kräver särskild omsorg i undervisning av cellmetabolismen samt 2) betydelsen av det visuella språket i exempelvis animationer för hur metabola processer tolkas och förstås.

Man kan beskriva min avhandling som ett strategiskt arbete som startade med att jag ringade in vilka lärandemål som undervisande universitetslärare anser vara viktiga inom ett av cellbiologins och biokemins centrala områden, cellmetabolismen. Därefter fortsatte arbetet med en insnävning mot en speciell metabolisk process (ATP-syntes i den oxidativa forsforyleringen), och därefter till att kartlägga tolkningar av en specifik animation av ATP-syntas. Det som genomgående jämförs är lärarnas respektive animatörens intentioner och studenternas förståelse och tolkningar. Både konceptuell förståelse och hur ett metaforiskt/symboliskt språk kan skapa olika tolkningar av en molekylär process. Vilka meddelanden når studenterna? Hur förstår de lärarnas mål med undervisningen och animatörens sätt att förmedla processen i animationen? Vad underlättar respektive försvårar kommunikationen?

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2012. 103 p.
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 1430
National Category
Social Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-76141 (URN)978-91-7519-954-2 (ISBN)
Public defence
2012-03-23, K2, Kåkenhus, Campus Norrköping, Linköpings univeristet, Linköping, 13:15 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2012-03-28 Created: 2012-03-28 Last updated: 2016-05-04Bibliographically approved
2. Experiencing Molecular Processes: The Role of Representations for Students' Conceptual Understanding
Open this publication in new window or tab >>Experiencing Molecular Processes: The Role of Representations for Students' Conceptual Understanding
2013 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Knowledge of molecular processes is crucial for fundamental understanding of the world and diverse technological applications. However, they cannot be clearly related to any directly experienced phenomena and may be very different from our intuitive expectations. Thus, representations are essential conceptual tools for making molecular processes understandable, but to be truly useful educational tools it is essential to ensure that students grasp the connections between what they represent and the represented phenomena. This challenge and associated personal and social aspects of learning were key themes of my doctoral research.

This thesis evaluates whether (and if so how) representations can support students’ conceptual understanding of molecular processes and thus successfully substitute the missing experience of these processes. The subject matter used to explore these issues included two crucial molecular processes in biochemical systems: self-assembly and adenosine triphosphate synthesis. The discussion is based on results presented in four appended papers. Both qualitative and quantitative research strategies have been applied, using instruments such as pre- and post-tests, group discussions and interviews. The samples consisted of Swedish and South African university students, who in the group discussions interacted with peers and external representations, including an image, a tangible model and an animation.

The findings indicate that students’ ability to discern relevant model features is critical for their ability to transfer prior conceptual knowledge from related situations. They also show that students’ use of metaphors and conceptual understanding depend on how an external representation conveys relevant aspects of the learning content (its design). Thus, students must manage two complex interpretation processes (interpreting the external representations and metaphors used), which may create challenges for their learning. Furthermore, the self-assembly process was shown to incorporate counter-intuitive aspects, and both group discussion and the tangible model proved to be important facilitators for changing students’ conceptual understanding of the process. Providing students with experiences of phenomena associated with molecular concepts that incorporate counter-intuitive aspects through representations is a key factor for their understanding of the concepts. In addition, providing students with a conflict-based task, problem or representation is not enough, they also have to be willing (emotionally motivated) to solve the conflict.

The challenge for educators lies in choosing representations that convey aspects of the learning content they are intended to teach and assist students in their meaning-making of the representations by remaining informed of students’ background knowledge and interpretations. Results presented in this thesis show that it could be advantageous to interpret learning in a broader sense.

Abstract [sv]

Kunskap om molekylära processer är avgörande för att skapa en grundläggande förståelse av världen och olika tekniska tillämpningar. Däremot kan molekylära processer inte alltid relateras till direkt erfarna fenomen och de kan skilja sig mycket från våra intuitiva förväntningar. Således blir representationer viktiga konceptuella verktyg för att göra molekylära processer begripliga. För att representationer skall vara användbara pedagogiska verktyg är det viktigt att eleverna förstår sambanden mellan vad de representerar och de representerade fenomenen. Denna utmaning och tillhörande personliga och sociala aspekter av lärande var centrala teman i mitt doktorsarbete.

Denna avhandling undersöker om (och i så fall hur) representationer kan stödja elevernas konceptuella förståelse av molekylära processer och därmed utgöra deras erfarenhet av dessa processer. Det ämnesinnehåll som används för att utforska dessa frågor är två viktiga molekylära processer i biokemiska system: självorganisering (self-assembly) och adenosintrifosfat syntes. Diskussionen bygger på resultat som presenteras i fyra bifogade artiklar. Både kvalitativa och kvantitativa forskningsstrategier har tillämpats, med instrument som före- och efter-tester, gruppdiskussioner och intervjuer. Urvalet bestod av svenska och sydafrikanska universitetsstudenter som i gruppdiskussioner interagerat med varandra och med olika externa representationer, såsom en bild, en konkret modell och en animation.

Resultaten tyder på att studenternas förmåga att urskilja relevanta aspekter hos en representation är avgörande för deras förmåga att överföra tidigare kunskaper från likartade situationer. Resultaten visar också att studenterna metaforiska språk och konceptuella förståelse beror på hur den externa representationen förmedlar relevanta aspekter av lärandeinnehållet (dess design). Därmed måste studenterna hantera två komplexa tolkningsprocesser (tolka de externa representationer och de metaforer som används), vilket kan skapa utmaningar för lärandet. Dessutom innehöll den molekylära processen self-assembly kontra-intuitiva aspekter och både gruppdiskussionerna och den konkreta modellen visade sig spela en viktig roll för att förändra elevernas konceptuella förståelse av processen. Att erbjuda studenter en direkt upplevelse av kontraintuitiva molekylära processer genom externa representationer är en avgörande faktor för deras förståelse av dessa fenomen. Att ge studenter en konflikt-baserad uppgift och en representation räcker dock inte, de måste också vara villiga (känslomässigt motiverad) att lösa konflikten.

Utmaningen för lärare ligger i att välja representationer som förmedlar delar av ämnesinnehållet som de är avser att undervisa och hjälpa elevernas meningsskapande av representationerna genom att hålla sig uppdaterade kring elevernas förkunskaper och tolkningar. Det resultat som presenteras i den här avhandlingen visar att det kan vara fördelaktigt att tolka lärande i naturvetenskap i en vidare bemärkelse.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2013. 137 p.
Series
Studies in Science and Technology Education, ISSN 1652-5051 ; 66
National Category
Didactics
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-91371 (URN)978-91-7519-607-7 (ISBN)
Public defence
2013-06-05, K2, Kåkenhus, Campus Norrköping, Linköpings universitet, Norrköping, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2013-04-30 Created: 2013-04-23 Last updated: 2016-05-04Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(483 kB)303 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 483 kBChecksum SHA-512
9898306cc8677b4ace7075877710c888056c86e23b32336e3b7b24c7a4f4f7e642703e8b5f734dd94f7bfc6f67bffc73e1068f06e3d0bbcf8917f396b5fa6494
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Link to Article

Authority records BETA

Stadig Degerman, MariLarsson, CarolineAnward, Jan

Search in DiVA

By author/editor
Stadig Degerman, MariLarsson, CarolineAnward, Jan
By organisation
Department of Science and TechnologyThe Institute of TechnologyDepartment of Social and Welfare StudiesFaculty of Arts and SciencesDepartment of Culture and Communication
In the same journal
International Journal of Environmental and Science Education
Social Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 312 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

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 204 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