Analogical reasoning in science education: Connections to semantics and scientific modelling in thermodynamics

Analogiskt tänkande i naturvetenskapsutbildning – kopplingar till semantik och vetenskaplig modellering i termodynamik

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.

Analogical reasoning in science education: Connections to semantics and scientific modelling in thermodynamics