Concepts and Concept Learning in Physics : The systemic view

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2782-2
Title: Concepts and Concept Learning in Physics : The systemic view
Author: Kokkonen, Tommi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Physics
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Research in science education has long been concerned with a problem that students acquire conceptions which are unsatisfactory from the scientific point of view. These conceptions are also often robust and slow to change. The learning process whereby the students’ conceptions undergo a change is often viewed from the point of view of conceptual change. In this thesis, this traditional problem of conceptual change is approached as a problem of concept learning, where concepts are complex structures and parts of a conceptual system. The approach is thus termed here the systemic view. It is influenced by recent cognitive science research on relational concepts, which are concepts characterized by their relational structure and/or the relations they bear to other concepts. Because scientific models can also be conceptualized as relational structures, relational structures are central from the viewpoint of scientific knowledge. The systemic view thus bridges the cognitive aspects of learning (students’ initial knowledge) and the target knowledge, thereby illuminating the learning process that leads from initial conceptions to advanced scientific knowledge. The articles presented in this thesis consist of two empirical studies (I and II), in which students’ conceptions about DC circuits are examined from the systemic view perspective. These studies develop and apply the directed graph model, which is a graphical representation of the different conceptual elements. It allows examining students’ conceptions and their change in detail. Such graphs also act as templates for computational modelling of the learning process reported in two other articles (IV and V). The computational models allow examining structural aspects of concepts and their context-dependent dynamics. Article III examines the role of models and modelling in concept learning and suggests how seeing models as relational categories clarifies the cognitive aspects related to model-based learning. The results of the thesis show that in learning advanced scientific knowledge, students’ ability to modify and revise relational knowledge is vital to the learning and acquisition of correct conceptions. A result of practical significance is the strong context and task dependence of these processes of modifications and revisions.Eräs luonnontieteiden opetuksen ja oppimisen keskeisimpiä ongelmia on, että oppijoiden käsitykset eroavat merkittävällä tavalla tieteellisistä tiedosta ja niiden muuttaminen on vaikeaa ja hidasta. Oppijoiden käsitysten muuttumista tarkastellaan usein käsitteellisen muutoksen näkökulmasta. Tässä työssä käsitteellistä muutosta tarkastellaan käsitteiden oppimisena, jossa käsitteet ymmärretään monimutkaisina rakenteina, jotka ovat laajemman käsitejärjestelmän osia. Tätä lähestymistapaa kutsutaan tässä systeemiseksi näkökulmaksi. Systeeminen näkökulma perustuu yhtäältä viimeaikaiseen niin kutsuttuihin relationaalisiin käsitteisiin keskittyneeseen kognitiotieteen tutkimukseen. Relationaaliset käsitteet ovat käsitteitä, joiden merkitys perustuu niiden sisältämiin riippuvuussuhteisiin (so. relaatioihin) tai siihen, mikä niiden suhde toisiin käsitteisiin on. Toisaalta, tieteessä käsitteiden väliset riippuvuudet esiintyvät lakien ja mallien muodossa, jotka voidaan myös nähdä relaatiorakenteina. Niinpä relaatiot ovat keskeisiä paitsi kognition, myös tieteellisten käsitteiden näkökulmasta. Tämä työ yhdistää nämä kaksi näkökulmaa sekä kuvailee ja selvittämään niitä prosesseja, jotka johtavat tieteellisten käsitteiden oppimiseen. Väitöskirja koostuu viidestä artikkelista, joista kaksi ensimmäistä ovat empiirisiä tutkimuksia, joissa selvitetään yliopisto-opiskelijoiden käsityksiä tasavirtapiireihin liittyvistä käsitteistä. Käsitykset ja niiden muuttuminen esitetään graafein, jotka kuvaavat eri käsitteellisiä elementtejä ja niiden välisiä yhteyksiä. Nämä graafit toimivat myös lähtökohtana käsitteiden oppimisen laskennalliselle malleille, joita esitellään neljännessä ja viidennessä artikkelissa. Nämä laskennalliset mallit selventävät käsiterakenteen kehittymistä ja sen tilannesidonnaista dynamiikkaa. Kolmas artikkeli käsittelee tieteellisiä malleja ja niiden roolia käsitteiden oppimisessa. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että relaatiot sekä oppijoiden kyky omaksua ja muokata niitä ovat keskeisiä tieteellisten käsitteiden oppimisessa. Myös tieteellisten mallien tarkastelu relationaalisina rakenteina valottaa mallien ja niihin liittyvien käsitteiden oppimiseen liittyviä kognitiivisia prosesseja. Laskennalliset mallit puolestaan implikoivat, että käsitteiden oppiminen on vahvasti konteksti- ja tehtäväsidonnaista.
URI: URN:ISBN:978-951-51-2782-2
http://hdl.handle.net/10138/228478
Date: 2017-11-22
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
CONCEPTS.pdf 1.095Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record