Μελέτη της επίδρασης γνωστικών μεταβλητών στην κατανόηση της δομής της ύλης και των αλλαγών της από μαθητές γυμνασίου

Abstract

This is a research study investigating the effect of three cognitive variables on students’ understanding of the particulate nature of matter and its changes of state. The three cognitive variables are the following: formal reasoning (FR), field dependence/independence (FDI) and convergent/divergent thinking (CD). The study was conducted with the participation of 329 ninth-grade junior high school Greek pupils in the prefecture of Fthiotida, in central Greece. In the first part of the study, the three cognitive variables as well as other variables assessing understanding of the particulate nature of matter were used as independent variables, while variables assessing understanding of the particulate nature of matter and understanding of the changes of state were used as dependent ones. Pearson correlation coefficients were calculated and a number of stepwise linear regression analyses, ANOVA and ANCOVA were performed to investigate the effects. By means of the above, the following were found: a) the three cognitive variables are significant predictors of students’ understanding the particulate nature of matter and its changes of state. Among the three predictors, FR was by far the best. b) Students’ understanding of the particulate nature of matter along with the three cognitive variables has a significant effect on understanding the changes of state. Since the effects of the cognitive variables were direct on the dependent variables assessing understanding the changes of state or indirect through the variables assessing understanding of the particulate nature of matter, path analyses were implemented to depict such relationships. In the second part of the study the effect of the three cognitive variables on the odds of getting specific students’ ideas concerning the particulate nature of matter and its changes of state was investigated by means of logistic regression analysis. The results showed that, in general, formal reasoning, divergent thinking and field independence favor the compatible with the scientific views students’ ideas while they have an unfavorable effect on their misconceptions. Among the three cognitive variables, FR was found to be the dominating one. Moreover, a principal components analysis (PCA) was performed on the instrument implemented in this study and the extracted components were discussed and compared with the variables determined on a conceptual basis

Η παρούσα διατριβή αποτελεί μια ερευνητική μελέτη για την επίδραση τριών γνωστικών μεταβλητών στην κατανόηση της Σωματιδιακής Δομής και των Αλλαγών Κατάστασης της Ύλης (ΣΔΑΚΥ). Οι τρείς γνωστικές μεταβλητές είναι: η τυπική συλλογιστική (FR), η εξάρτηση/ανεξαρτησία από το πεδίο (FDI) και η συγκλίνουσα/ αποκλίνουσα σκέψη (CD). Η έρευνα πραγματοποιήθηκε με τη συμμετοχή 329 μαθητών Γ΄ γυμνασίου του νομού Φθιώτιδας, στη Στερεά Ελλάδα. Γενικά, η διατριβή έχει δύο βασικά μέρη. Στο πρώτο μέρος της, ως ανεξάρτητες μεταβλητές χρησιμοποιήθηκαν οι τρείς γνωστικές μεταβλητές καθώς και άλλες που αντιστοιχούν στην κατανόηση της σωματιδιακής δομής της ύλης. Ως εξαρτημένες χρησιμοποιήθηκαν μεταβλητές που αντιστοιχούν είτε στην κατανόηση της σωματιδιακής δομής της ύλης, είτε στην κατανόηση των αλλαγών κατάστασης, είτε στη συνολική κατανόηση της ΣΔΑΚΥ. Για τον έλεγχο των επιδράσεων εφαρμόστηκαν στατιστικές μέθοδοι όπως: εύρεση των συντελεστών συσχέτισης Pearson, βηματική γραμμική πολλαπλή παλινδρόμηση, ANOVA και ANCOVA. Έτσι, βρέθηκε ότι: α) Οι τρείς γνωστικές μεταβλητές έχουν σημαντική επίδραση στην κατανόηση της ΣΔΑΚΥ. Μεταξύ των τριών γνωστικών μεταβλητών, η FR είναι αυτή που έχει την πιο ισχυρή επίδραση. β) Η κατανόηση της σωματιδιακής δομής της ύλης από τους μαθητές μαζί με τις τρείς γνωστικές μεταβλητές έχουν επίδραση στην κατανόηση των αλλαγών κατάστασης. Από τη στιγμή που οι επιδράσεις των γνωστικών μεταβλητών στις μεταβλητές που αντιστοιχούν στην κατανόηση των αλλαγών κατάστασης βρέθηκαν να είναι είτε άμεσες είτε έμμεσες μέσω μεταβλητών για την κατανόηση της σωματιδιακής δομής, χρησιμοποιήθηκαν δύο αναλύσεις διαδρομών για να απεικονίσουν αυτές τις άμεσες και έμμεσες επιδράσεις. Στο δεύτερο μέρος της διατριβής διερευνάται η επίδραση των τριών γνωστικών μεταβλητών στη σχετική πιθανότητα λήψης των συγκεκριμένων απαντήσεων των μαθητών σχετικά με την ΣΔΑΚΥ. Η μέθοδος που εφαρμόστηκε ήταν η λογιστική παλινδρόμηση. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, γενικά, οι αυξημένες: τυπική συλλογιστική, αποκλίνουσα σκέψη και ανεξαρτησία από το πεδίο, ευνοούν τις συμβατές με την επιστημονική άποψη ιδέες των μαθητών ενώ αντίθετα έχουν δυσμενή επίδραση στις παρανοήσεις τους. Από τις τρείς γνωστικές μεταβλητές, η FR είχε τις περισσότερες επιδράσεις. Εκτός από τα παραπάνω, η διατριβή περιλαμβάνει επίσης και μια ανάλυση κυρίων συνιστωσών. Οι κύριες συνιστώσες της κατανόησης της ΣΔΑΚΥ που αναδεικνύονται συζητούνται και συγκρίνονται με τις μεταβλητές που καθορίστηκαν σε μια εννοιολογική βάση