Physics knowledge justification: an analysis framework to examine physics content knowledge

Abstract

Argumentation and knowledge justification have been noted as important skills to be learned in secondary
 and tertiary level of education. These skills are especially crucial in teaching and learning physics
 because physics knowledge is normative and has hierarchical structure. The purpose of this article is
 two-fold. First, we propose a framework to analyze pre-service physics teachers’ knowledge justification.
 Second, we show how this framework can be used to examine pre-service physics teachers’ knowledge
 justification in the context of quantum physics. The sample consists of 68 knowledge justification schemes
 on four quantum phenomena (N=17 participants who all produced four schemes). The proposed
 framework discusses conceptual, relational and strategic knowledge presented in knowledge justification
 schemes. The results show that analysis framework reveal significant differences between pre-service
 teachers’ knowledge justification. We conclude that there is need and room for such practical tools,
 which help future teachers to organize and consider their own knowledge.

Lower Primary School Students’ Scientific Arguments

“…Students usually proposed claims without justifying them (Jiménez-Aleixandre et al, 2000, Sadler, 2004 or they proposed insufficient and inappropriate evidence (Bell & Linn, 2000;Chinn & Brewer, 2001;Choi et al, 2010;Heng et al, 2015;Jiménez-Aleixandre et al, 2000;McNeill & Krajcik, 2012;Moje et al, 2004;Sadler, 2004;Sandoval & Millwood, 2005). Also, students rarely used reasonings in the arguments they constructed (Chen et al, 2019;Hogan & Maglienti, 2001;Konstantinidou & Macagno, 2013;McNeill & Krajcik, 2007Moje et al, 2004;Sadler, 2004;Sampson et al, 2013;Songer & Gotwals, 2012;Vuola & Nousiainen, 2020). Moreover, their ability to construct rebuttals was limited (Chen et al, 2016;McNeill & Krajcik, 2012;Sandoval & Cam, 2011).…”

Argumentointimallit fysiikan tiedon kuvaamisessa

“…Tutkimuskirjallisuus ei juurikaan tunne näkemystä, jossa luonnontieteille ominainen argumentointi olisi laajemman fysiikan opetuksen tutkimustyön lähtökohta, vaikka siihen selvästi sisältyy potentiaalia. Tieteellisen tiedon ymmärtäminen ja argumentointi ovat keskeisiä oppimistavoitteita myös opettajankoulutuksessa, sillä argumentoinnin on havaittu tukevan myös tiedon kokonaisvaltaista ymmärtämistä (Mäntylä & Nousiainen, 2014;Nousiainen, 2017;Vuola & Nousiainen, 2020). Argumentoinnin painottaminen opetuksessa on siis selkeästi keskeinen ja tärkeä päämäärä, mutta käytännössä siihen sisältyy monenlaisia haasteita.…”

“…Näin ollen esimerkiksi vääristä lähtökohdista rakennettu luonnontieteen tai fysiikan perustelu voi sisältää Toulminin analyysin näkökulmasta rakenteellisesti oikeat palaset, mutta olla silti fysiikan sisältötiedon kannalta ristiriitainen tai jopa väärin. Toulminin mallin tarkoituskin on toimia yleisenä argumentoinnin viitekehyksenä ja sen soveltaminen johonkin tiettyyn tieteenalaan vaatii lähes aina kriteerien tarkentamista joko episteemisestä (Sandoval & Millwood, 2005;Nousiainen, 2017;Vuola & Nousiainen, 2020) tai rakenteellisesta (ks. esim.…”