Μελέτη όψεων της διδασκαλίας της θερμότητας με εφαρμογές τεχνολογιών πληροφορίας και επικοινωνίας στην υποχρεωτική εκπαίδευση

Abstract

This work is related to Physics Education and investigates the advantages of an ICT enriched teaching sequence concerning a laboratory based approach in the study of thermal phenomena in compulsory education. Although junior high school students have no particular difficulty in attending a laboratory based teaching approach of thermal phenomena they are usually incapable of evolving from a simple observation and description to deeper understanding and quantitative or qualitative interpretation since the complexity of thermal interactions per se raises several conceptual and empirical problems. Therefore, it seems necessary that content knowledge should be appropriately transformed and suitably combined with an effective teaching approach in an attempt to help students overcome these difficulties. The involvement of students in laboratory and experimental practices is widely supported both by researchers and teachers. These trends are in alignment with recent findings that laboratory approaches enhance content learning and familiarize students with basic methodological issues closely related to the nature of Science such as the development of experimental abilities. Information and Communication Technologies (ICT) supported learning is currently adopted in laboratory practices through the use of Virtual Laboratory environments. An Example of such an environment is called “Thermolab” where students can apply their laboratory practices adopting an inquiry type approach. This work refers to the implementation and the evaluation of the efficiency of a teaching sequence concerning a laboratory type approach of Thermal Phenomena which was designed on the basis of a didactical transformation of the content and on the choice of the ICT tools suitable for supporting active engagement in laboratory activities. This sequence was implemented at second year junior high school students in 2004-05 and was evaluated in relation to the effect in the conceptual understanding of the phenomena under study and the development of experimental abilities of the students after the instruction. Furthermore it was evaluated in relation to the connections accomplished by the students between theory and practice during their engagement in laboratory activities. Data were collected with pre-post questionnaires and semi structured personal interviews and analyzed with tools developed by the researcher. Students’ dialogues during their laboratory activities were also recorded and analyzed using the C.Β.A.V. methodology. Based on our research results we can claim that the teaching sequence developed and implemented as described above, enhanced the students’ conceptual understanding on the topic under study, developed their abilities to design experiments, and also supported the creation of links between theory and practice during their investigations in the virtual laboratory.

Η παρούσα εργασία σχετίζεται με τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστήμων και συγκεκριμένα με την εργαστηριακή μελέτη των Θερμικών φαινομένων, και τα πιθανά οφέλη που μπορεί να προκύψουν από μια διδακτική σειρά εμπλουτισμένη με ΤΠΕ. Παρότι η εργαστηριακή αντιμετώπιση των θερμικών φαινομένων στο σχολικό εργαστήριο δεν εμφανίζει ιδιαίτερες δυσκολίες, όταν οι μαθητές επιχειρούν να υπερβούν την απλή παρατήρηση & περιγραφή και να εμβαθύνουν στην ερμηνεία των φαινομένων, είτε ποσοτικά είτε ποιοτικά η ίδια η πολυπλοκότητα των θερμικών αλληλεπιδράσεων τους οδηγεί σε προβλήματα. Προκύπτει έτσι η αναγκαιότητα της εφαρμογής ενός κατάλληλου διδακτικού μετασχηματισμού του περιεχομένου, ο οποίος θα βοηθήσει τους μαθητές να ξεπεράσουν τις παραπάνω δυσκολίες, σε συνδυασμό με μια κατάλληλη διδακτική προσέγγιση. Η εμπλοκή των μαθητών σε εργαστηριακές & πειραματικές πρακτικές κατά τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστήμων, υποστηρίζεται από τους περισσοτέρους ερευνητές άλλα και εκπαιδευτικούς, ότι έχει πολύ μεγάλη άξια, καθώς θεωρείται πως μπορεί να συνεισφέρει τόσο στην εκμάθηση του περιεχομένου όσο και στην εξοικείωση με βασικά μεθοδολογικά ζητήματα που σχετίζονται με την ίδια τη φύση των Φυσικών Επιστημών. Ιδιαίτερη κατηγορία εργαστηριακών και πειραματικών προσεγγίσεων με ένταξη των Τεχνολογιών Πληροφορίας & Επικοινωνίας, προκύπτει από την χρήση εικονικών εργαστηριακών περιβαλλόντων. Στην εργασία αυτή, γίνεται προσπάθεια για τη διδακτική εκμετάλλευση, κυρίως ενός τέτοιου περιβάλλοντος, του εικονικού εργαστηρίου θερμότητας του «Σ.Ε.Π.», μέσα στο οποίο οι μαθητές μας ασκούνται εργαστηριακά και με διερευνητικό τρόπο προσεγγίζουν τα υπό μελέτη φαινόμενα. Έτσι η εργασία αυτή, αναφέρεται στην εφαρμογή και διερεύνηση της αποτελεσματικότητας μιας διδακτικής σειράς που αφορά την εργαστηριακή διδασκαλία των Θερμικών φαινομένων, η οποία σχεδιάστηκε με βάση έναν κατάλληλο διδακτικό μετασχηματισμό του σχετικού περιεχομένου και επιπλέον στην επιλογή των ΤΠΕ που θα μπορούσαν να εμπλουτίσουν και να υποστηρίξουν την εργαστηριακού τύπου διδασκαλία. Η σειρά εφαρμόστηκε σε ένα τμήμα της Β’ Γυμνάσιου κατά την περίοδο 2004-05 και η αποτελεσματικότητα της διερευνάται σε σχέση με τα γνωστικά οφέλη που προκύπτουν για τους μαθητές αναφορικά με το εννοιολογικό περιεχόμενο που μελετάται όπως και σε σχέση με την ικανότητα τους για πειραματισμό, μετά την ολοκλήρωση της σειράς. Επιπλέον διερευνάται η διασύνδεση που επιτυγχάνουν οι μαθητές κατά την ώρα του πειραματισμού μεταξύ της αντίστοιχης θεωρίας της Φυσικής και των πρακτικών δραστηριοτήτων στις οποίες εμπλέκονται. Η συλλογή των δεδομένων έγινε με τη βοήθεια ερωτηματολογίων που συμπληρώθηκαν από τους μαθητές πριν και μετά από την εφαρμογή, καθώς και ημι-δομημένων ατομικών συνεντεύξεων βασισμένων πάνω σε αυτά και αναλύθηκαν με εργαλεία που αναπτύχθηκαν από τον ερευνητή. Επίσης έγινε καταγραφή των διαλόγων των μαθητών μέσα στις ομάδες, κατά τη διάρκεια των πειραματικών τους διερευνήσεων, οι οποίοι αναλύθηκαν με την μεθοδολογία CBAV. Τα αποτελέσματα μας, επιτρέπουν να υποστηρίξουμε ότι η διδακτική σειρά που αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε με τον τρόπο που περιγράψαμε πιο πάνω, ενίσχυσε την εννοιολογική κατανόηση των μαθητών σχετικά με τα φαινόμενα που διαπραγματευτήκαμε, οδήγησε σε ανάπτυξη της ικανότητας τους για σχεδιασμού πειραμάτων και υποστήριξε τη δημιουργία διασυνδέσεων των μαθητών, μεταξύ της θεωρίας της Φυσικής και των πρακτικών δραστηριοτήτων, κατά διάρκεια χρήσης του εικονικού εργαστηρίου.