Integrative Analysis Using Big Ideas: Energy Transfer and Cellular Respiration
Integrative Analysis Using Big Ideas: Energy Transfer and Cellular Respiration
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使用大思想进行综合分析：能量转移和细胞呼吸
DOI：
10.1007/s10956-023-10040-5
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发表时间：
2023
影响因子：
4.4
通讯作者：
Coogler, Carlson H.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shemwell, Jonathan T.;Capps, Daniel K.;Fackler, Ayca K.;Coogler, Carlson H.
科学教育中的伟大思想旨在成为增强学生学习能力的解释框架。不幸的是，除了科学评估的广泛概念之外，很少有关于这种情况如何发生的理论解释。因此，我们提出了一种这样的解释，一种称为综合分析的教学概念，其中学生使用一个大想法将孤立的场景联系起来并丰富其含义。我们通过对九年级生物学学生学习的实证研究来说明综合分析的特征和价值。该研究的重点是利用能量转移作为细胞呼吸教学的重要理念。五十九名学生被随机分配到两种教学条件之一。在“分析”条件下，学生处理一组代表细胞呼吸分子的三个操作；然后，他们将这些操纵装置的深层能量转移结构抽象为一个大想法。在“识别”条件下，学生们处理相同的分子操作，但没有能量解释。相反，他们使用新颖的材料构建了额外的操纵装置。然后，两种情况下的学生都接受了相同的课程，他们利用自己的操作知识来了解一种细胞呼吸过程，即糖酵解。具体来说，学生处理了描述糖酵解的三篇文本序列，用其深层能量转移结构（分析条件）或他们的操作知识（识别条件）对文本进行注释。事后测试表明，在分析条件下，这一过程具有显着的整合性，这一点可以从分析学生在将糖酵解与新现象联系起来以及生成有关糖酵解的因果解释方面比识别学生的优势得到证明。
Big ideas in science education are meant to be interpretive frameworks that empower student learning. Unfortunately, outside of the broad conception of scientific evaluation, there are few theoretical explanations of how this might happen. Therefore, we contribute one such explanation, an instructional concept called integrative analysis wherein students use a big idea to interconnect isolated scenarios and enrich their meanings. We illustrate the characteristics and value of integrative analysis within an empirical study of student learning in 9th-grade biology. The study focused on using energy transfer as a big idea for teaching cellular respiration. Fifty-nine students were randomly assigned to one of two instructional conditions. In the “analysis” condition, students processed a set of three manipulatives representing cellular respiration molecules; then, they abstracted the deep energy transfer structure of these manipulatives as a big idea. In the “recognition” condition, students processed the same molecule-manipulatives, but without energy interpretations. Instead, they constructed additional manipulatives using novel materials. Then, students in both conditions received an identical lesson where they used their knowledge of the manipulatives to learn about one cellular respiration process, glycolysis. Specifically, students processed a sequence of three texts describing glycolysis, annotating the texts with either their deep energy transfer structure (analysis condition) or their contextualized knowledge of the manipulatives (recognition condition). A posttest showed that in the analysis condition, this process was significantly integrative as evidenced by analysis students’ advantage over recognition students in connecting glycolysis to novel phenomena and generating causal explanations about glycolysis.
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