Constructing causal mechanistic explanations of observable phenomena is a key science practice that is often challenging for students as most mechanisms involve interactions of unobservable entities and activities. In this study, we examined how gesturing with a computer simulation that depicts the molecular mechanism of thermal conduction supported middle-school students in constructing causal mechanistic explanations. We designed a gesture-augmented computer simulation in which students were cued to use hand gestures to control the simulation. These cued gestures represent core causal interactions of conduction and they prompt students to physically engage with the simulation in conceptually meaningful ways. In this study, we examined how 21 students used the simulation and explained thermal conduction in a semi-structured interview, followed by a mixed-methods analysis. Quantitative analysis shows that students moved toward articulating the canonical causal mechanistic explanation of thermal conduction using the simulation. Three representative cases were identified to explore how students' explanations were facilitated by cued gestures. The analysis shows two main ways the cued gestures supported all students in the study: (a) by helping them attribute causal agency to molecules rather than an entity called Heat, and (b) by reifying the core mechanism of molecular collisions in conduction. Furthermore, the case studies show how each student's unique ways of sensemaking impacted their gesture use. Implications for instruction with gestures and design of augmented environments are discussed.

中文翻译：

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“我必须看到，我必须参与其中”：提示手势如何促进中学生对热传导的解释性建模

构建可观察现象的因果机制解释是一项关键的科学实践，通常对学生来说具有挑战性，因为大多数机制涉及不可观察的实体和活动的相互作用。在这项研究中，我们研究了用描绘热传导分子机制的计算机模拟手势如何支持中学生构建因果机制解释。我们设计了一个手势增强的计算机模拟，其中学生被提示使用手势来控制模拟。这些提示手势代表了传导的核心因果相互作用，它们促使学生以概念上有意义的方式实际参与模拟。在这项研究中，我们检查了 21 名学生如何在半结构化访谈中使用模拟并解释热传导，其次是混合方法分析。定量分析表明，学生们开始使用模拟来阐明热传导的典型因果机制解释。确定了三个具有代表性的案例，以探索提示手势如何促进学生的解释。分析显示了提示手势支持研究中所有学生的两种主要方式：（a）帮助他们将因果关系归因于分子而不是称为热量的实体，以及（b）通过具体化传导中分子碰撞的核心机制。此外，案例研究显示了每个学生独特的意义建构方式如何影响他们的手势使用。讨论了手势指令和增强环境设计的含义。定量分析表明，学生们开始使用模拟来阐明热传导的典型因果机制解释。确定了三个具有代表性的案例，以探索提示手势如何促进学生的解释。分析显示了提示手势支持研究中所有学生的两种主要方式：（a）帮助他们将因果关系归因于分子而不是称为热量的实体，以及（b）通过具体化传导中分子碰撞的核心机制。此外，案例研究显示了每个学生独特的意义建构方式如何影响他们的手势使用。讨论了手势指令和增强环境设计的含义。定量分析表明，学生们开始使用模拟来阐明热传导的典型因果机制解释。确定了三个具有代表性的案例，以探索提示手势如何促进学生的解释。分析显示了提示手势支持研究中所有学生的两种主要方式：（a）帮助他们将因果关系归因于分子而不是称为热量的实体，以及（b）通过具体化传导中分子碰撞的核心机制。此外，案例研究显示了每个学生独特的意义建构方式如何影响他们的手势使用。讨论了手势指令和增强环境设计的含义。确定了三个具有代表性的案例，以探索提示手势如何促进学生的解释。分析显示了提示手势支持研究中所有学生的两种主要方式：（a）帮助他们将因果关系归因于分子而不是称为热量的实体，以及（b）通过具体化传导中分子碰撞的核心机制。此外，案例研究显示了每个学生独特的意义建构方式如何影响他们的手势使用。讨论了手势指令和增强环境设计的含义。确定了三个具有代表性的案例，以探索提示手势如何促进学生的解释。分析显示了提示手势支持研究中所有学生的两种主要方式：（a）帮助他们将因果关系归因于分子而不是称为热量的实体，以及（b）通过具体化传导中分子碰撞的核心机制。此外，案例研究显示了每个学生独特的意义建构方式如何影响他们的手势使用。讨论了手势指令和增强环境设计的含义。(a) 通过帮助他们将因果关系归因于分子而不是称为热量的实体，以及 (b) 通过具体化传导中分子碰撞的核心机制。此外，案例研究显示了每个学生独特的意义建构方式如何影响他们的手势使用。讨论了手势指令和增强环境设计的含义。(a) 通过帮助他们将因果关系归因于分子而不是称为热量的实体，以及 (b) 通过具体化传导中分子碰撞的核心机制。此外，案例研究显示了每个学生独特的意义建构方式如何影响他们的手势使用。讨论了手势指令和增强环境设计的含义。