Thesis advisor: John Wing / This paper is by no means an exhaustive review or ‘stand-in’ encyclopedia for all there is to know about thyroid disorders. Instead, as all science is a compilation and synthesis derived from a collaboration among disciplines, this paper will reflect this trend by analyzing thyroid disorders from biological, histological, medical, and pharmaceutical sources. / Thesis (BS) — Boston College, 2009. / Submitted to: Boston College. College of Arts and Sciences. / Discipline: College Honors Program. / Discipline: Biology.

@font-face { font-family: "Times New Roman"; }p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal { margin: 0cm 0cm 4pt; text-align: justify; font-size: 9pt; font-family: "Times New Roman"; }table.MsoNormalTable { font-size: 10pt; font-family: "Times New Roman"; }div.Section1 { page: Section1;Mechanics, first experienced by engineering students in introductory physics courses, encompasses an important set of foundational concepts for success in engineering. However, although it has been well known for some time that acquiring a conceptual understanding of mechanics is one of the most difficult challenges faced by students, very few successful attempts to engender conceptual learning have been described in the literature. On the contrary, research has shown that most students participating in university levelcourses had not acquired a Newtonian understanding of mechanics at the end of their respective course. Recently I have described more than 10 years of experiences of designing and using conceptual labs in engineering education that have successfully fostered insightful learning. In the framework of the larger project I have developed labs applying variation theory in the design of task structure and using sensor-computer-technology (“probe-ware”) for collecting and displaying experimental data in real-time. In previous studies, I have shown that these labs using probe-ware can be effective in learning mechanics with normalised gains in the g≈50-60% range and with effect sizes d≈1.1, but that this technology also can be implemented in ways that lead to low achievements. One necessary condition for learning is that students are able to focus on the object of learning and discern its critical features. A way to establish this, according to the theory of variation developed by Marton and co-workers, is through the experience of difference (variation), rather than through the recognition of similarity. In a lab, an experiential human–instrument–world relationship is established. The technology used places some aspects of reality in the foreground, others in the background, and makes certain aspects visible that would otherwise be invisible. In labs, this can be used to bring critical features of the object of learning into the focal awareness of students and to afford variation. In this study, I will account for how the design of task structure according to variation theory, as well as the probe-ware technology, make the laws of force and motion visible and learnable and, especially, in the lab studied make Newton’s third law visible and learnable. I will also, as a comparison, include data from a mechanics lab that use the same probe-ware technology and deal with the same topics in mechanics, but uses a differently designed task structure. I will argue that the lower achievements on the FMCE-test in this latter case can be attributed to these differences in task structure in the lab instructions. According to my analysis, the necessary pattern of variation is not included in the design. I will also present a microanalysis of 15 hours collected from engineering students’ activities in a lab about impulse and collisions based on video recordings of student’s activities in a lab about impulse and collisions. The important object of learning in this lab is the development of an understanding of Newton’s third law. The approach analysing students interaction using video data is inspired by ethnomethodology  and conversation analysis, i.e. I will focus on students practical, contingent and embodied inquiry in the setting of the lab. I argue that my result corroborates variation theory and show this theory can be used as a ‘tool’ for designing labs as well as for analysing labs and lab instructions.  Thus my results have implications outside the domain of this study and have implications for understanding critical features for student learning in labs.

La thèse vise à apprécier les effets de la mise en oeuvre d'un dispositif d'ExAO comparativement à d'autres modalités plus classiques de TP (laboratoire traditionnel et exposé d'expériences). L'apprentissage concerné est celui du concept de réaction chimique par des élèves de 5ème au Liban. Les élèves soumis aux trois modalités pédagogiques ont été confrontés à deux reprises à une épreuve commune de connaissances (prétest et post-test). Les données analysées portent de plus sur les comptes rendus d'expérience réalisés par les élèves des trois groupes. Les résultats attestent d'un effet positif plus important de la modalité de travail par ExAO. Du point de vue quantitatif les élèves de ce groupe ont nettement plus progressé que les autres eu égard à la plupart des dimensions de l'apprentissage concerné. D'un point de vue qualitatif, il s'avère en outre que ces élèves ont fait preuve d'un meilleur niveau de compréhension du contenu du TP réalisé. / The thesis aims at assessing the effects of the implementation of MBL compared with two other classic lab work methods (the presentation of lab work and lab work displaying). The course given to students in grade 7 in Lebanon focuses on the concept of chemical reaction. The students in all three groups sat for both a pre-test and a post-test of knowledge, created specifically for this study. The analyzed data cover also the reports made by students of all three groups.The results are consistent with a positive effect of the modality of MBL work. From a quantitative point of view, the students in this group are significantly more advanced than others in relation to the most relevant dimensions of learning. From a qualitative point of view, it also turns out that these students have demonstrated a greater level of understanding of the content of lab work achieved.

Taking an analytical perspective founded on ethnomethodology and conversation analysis, the four studies presented in this thesis provide detailed analyses of video recorded lab work in mechanics at secondary and university level. The investigated activities all build on educational design afforded by a technology called probeware. The aim of the thesis is to investigate how teachers, task formulations, and technology make mechanics visible and learnable, and how students and teachers witnessably orient towards the practical achievement of understanding in the setting. The first study investigates how students use the technology in the interpretation and production of graphs: how they produce increasingly precise interpretations, how they fluently switch between different modes of meaning, and how the interpretations are both prospectively and retrospectively oriented. With a starting point in the analysis, the relevance of technology and task structure for the students’ interaction and learning are discussed. In the second study, the use of probeware is contrasted with the use of a simulation software. The study shows that some important differences between the local enactment of the two technologies are to be found in the practical work of the students; more specifically, in the ways that students orient to the subject matter content. The third study demonstrates an intimate interplay between how students display their problems and understandings and how instructors try to make the subject matter content visible and learnable. The analyzed episodes are illuminating with regard to the analytical notion of disciplined perception as applied to graph interpretation, the cognitive and practical competencies involved in producing, recognizing, and understanding graphs in mechanics, and the interactive work by which these competencies are made into objects of learning and instruction. The fourth study investigates episodes where explicit references to students’ understanding are made through formulations such as, “I don’t understand” or “do you get it?” The analysis focuses on the use, reference, interactional significance, and positioning of these formulations, and is followed by a discussion on the relation between the many and varied ways references to understanding are used and the concrete conditions of lab work. In sum, all four studies contribute to a detailed understanding of lab work as an educational practice and how learning and instruction are practically achieved. / Avhandlingen baseras på fyra empiriska studier av laborationsarbete i mekanik. Den analytiska utgångspunkten hämtas från etnometodologi och angränsande ansatser. Materialet består av videoinspelad interaktion från en tematisk lärarutbildning, en teknisk gymnasieutbildning samt en högskoleingenjörsutbildning. I laborationerna använder studenterna en specifik teknologi kallad probeware, som består av kraft- och rörelsedetektorer kopplade till en dator. Gemensamt för laborationerna är också att uppgifterna bygger på ett likartat pedagogiskt upplägg, vilket i korthet innebär att studenterna först ska ställa upp en hypotes, sedan genomföra ett experiment och slutligen diskutera relationen mellan hypotes och resultat. Avhandlingens övergripande syfte är att undersöka lärandets konkreta villkor i laborationsarbetet: hur studenternas arbete, tillsammans med teknologi, uppgiftsformuleringar och lärarstöd, skapar vissa möjligheter för lärande och förståelse. Detta syfte specificeras i de fyra delstudierna. I den första studien undersöks hur två studenter, genom verbala tolkningar, gester och rörelser, gradvis får en större förståelse av en graf som representerar tid och hastighet. I artikeln diskuteras teknologins och uppgiftsformuleringens roll för sättet som studenterna interagerar och lär. Den andra studien jämför studenters användning av probeware med användningen av en simulering. Ett syfte med studien är att visa hur två aktiviteter som vid första anblick kan verka vara lika, samtidigt kan vara väldigt olika om man i detalj studerar vad studenterna gör och hur de angriper ämnesinnehållet. I den tredje studien analyseras interaktionen mellan två studenter och en lärare. Artikeln fokuserar på det täta samspelet mellan de sätt studenterna visar sina problem, i detta fall oförmågan att se något relevant i en graf, och de sätt som läraren försöker lösa dessa problem genom att visa vad och hur man kan se något i grafen. I den avslutande artikeln analyseras ett större antal sekvenser som innehåller explicita referenser till studenternas förståelse, såsom ”vi fattar inte”, ”förstår du?” och ”jag förstår den men inte den”. Analysen används sedan som utgångspunkt för en diskussion av relationen mellan de många och varierade sätt som förståelse refereras och laborationens praktiska villkor.

Laboratory work is considered important for student achievements in science education. This thesis will contribute with increased knowledge about lab work in science education in Swedish secondary school. The main purposes are to describe secondary school science teachers’ objectives for lab work and to describe how these objectives are implemented during laboratory exercises. The thesis shows and discusses, from a teacher perspective, the complexity involved in lab work.The thesis is comprised of four papers based on empirical analysis of teacher interviews, laboratory manuals and laboratory exercises. Two interview studies identified which objectives the teachers consider important and compared these to international studies. Two case studies identified how the teachers’ objectives are put forward during lab work and what factors are important for the implementation of objectives.The results from the interview studies show that Swedish secondary school science teachers express general objectives including the development of students’ understanding of concepts and phenomena, of their interest in science and ability to think and reflect upon labwork. This is to a large extent in accordance with objectives identified in international studies. However, when the teachers describe specific laboratory exercises they emphasize the activity and the laboratory skills. Some of the teachers describe lab work that includes scientific inquiry but not specifically, knowledge about the nature of science. Scientific inquiry was mostly used to develop interest in science and not to develop knowledge about how to systematically investigate phenomena in nature. The teachers express their objectives differently in different contexts. The laboratory manuals mostly put forward objectives to help students identify objects and phenomena and to learn facts, which is not always in accordance with the teachers objectives. Results from the case studies show that the teachers’ objectives do not always correspond to the students’ views of important things to learn. It is not obvious that lab work in itself make students understand a certain scientific content, they need help to “see what is intended to be seen”. Interactions between the teacher and the students are important to help students perceive the teacher’s objectives. Many interactions have a starting point in the laboratory manuals, and if the objectives in the manual correspond to the teacher’s objectives it makes it easier for both the students and the teacher to reach the intentions for the laboratory exercise. Implications for science teaching are discussed. / Att laborationer har en naturlig och central plats i naturvetenskaplig undervisning håller de flesta med om men hur stor vikt svenska grundskollärare lägger på det laborativa arbetet och dess betydelse för elevers lärande i naturvetenskap är inte klarlagt. Denna avhandling ska ge ytterligare kunskap om det laborativa arbetet i svensk grundskola. Avhandlingen har två huvudsyften. Det ena är att ge en beskrivning av de mål för laborativt arbete som lärare i den svenska grundskolans senare år anser viktiga. Det andra är att beskriva hur laborationer som genomförs i skolpraktiken förverkligar de uppsatta målen. Avhandlingen uppmärksammar och diskuterar det laborativa arbetets komplexitet utifrån ett lärarperspektiv.De fyra delstudierna bygger på empiriska undersökningar av intervjuer med lärare, deras laborationsinstruktioner och av det laborativa arbetets genomförande. I två intervjustudier analyseras vilka mål som anses viktiga och hur dessa förhåller sig till internationell forskning om mål med laborationer. I två fallstudier analyseras hur lärarens mål framträder under det laborativa arbetet och vilka faktorer som har betydelse för hur målen implementeras.Resultaten från intervjustudierna visar bland annat att lärare i den svenskagrundskolan uttrycker generella mål för laborativt arbete som att eleverna skautveckla sin förståelse av naturvetenskapliga begrepp och fenomen, sitt intresse för naturvetenskap, och sitt reflekterande över laborativt arbete. Detta överensstämmer i stor utsträckning med mål som framträder i internationella undersökningar. När lärarna talar om specifika laborationer betonar de istället själva aktiviteten och de laborativa färdigheterna. Lärarna uttrycker således sina mål olika i olika sammanhang. Lärarna erbjuder laborationer där undersökande arbete förekommer men de utnyttjar inte laborationerna till att skapa förståelse av naturvetenskapens karaktär. Det undersökande arbetet utnyttjas främst för att öka intresset för naturvetenskap och inte för att ge kunskap om metoder för naturvetenskapliga undersökningar. Laborationsinstruktionerna innehåller i stor utsträckning mål för att hjälpa elever att identifiera objekt och att lära sig fakta. Instruktionernas mål stämmer inte alltid överens med lärarnas mål med laborationerna. Resultaten från fallstudierna visar att lärarna ofta har fler mål med laborationerna än de som kommer fram under genomförandet och att lärarnas mål inte alltid överensstämmer med vad eleverna uppfattar som viktigt. Det är inte självklart att det laborativa arbetet i sig medför att eleverna förstår ett visst naturvetenskapligt innehåll, eleverna behöver hjälp att ”se vad som är avsett att se”. Interaktionerna mellan lärare och elever och mellan elever och elever är mycket viktiga för att eleverna ska uppfatta målen. Mycket av interaktionerna tar sin utgångspunkt i laborationsinstruktionen. Om målen i denna överensstämmer med de mål läraren vill eftersträva underlättar det både för läraren och för eleverna. I avhandlingen diskuteras konsekvenser för undervisningen.