Διδασκαλία και μάθηση με τη χρήση μοντέλων φυσικών επιστημών και τεχνολογίας: εφαρμογή στα φαινόμενα της πλεύσης και της βύθισης

Abstract

Η παρούσα εργασία διαπραγματεύεται α) την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας μιας ΔΜΣ που αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε στο πλαίσιο του ευρωπαϊκού προγράμματος Materials Science, και β) την ανάδειξη και ερμηνεία της κυκλικής εξελικτικής διαδικασίας βελτίωσής της. Ειδικότερα, όσον αφορά την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας διερευνάται ο βαθμός στον οποίο η κατανόηση της επιστημολογικής γνώσης (στοιχεία της φύσης των μοντέλων και του συλλογισμού της στρατηγικής ελέγχου μεταβλητών) μπορεί να επηρεάσει την εννοιολογική κατανόηση της πυκνότητας καθώς και τις ερμηνείες των μαθητών στα φαινόμενα της πλεύσης και της βύθισης. Επίσης, σχετικά με την ανάδειξη και ερμηνεία της διαδικασίας βελτίωσης της ΔΜΣ, στόχος είναι να περιγραφούν οι βελτιωτικές αλλαγές που πραγματοποιήθηκαν από την πιλοτική στην κανονική εφαρμογή της ΔΜΣ, καθώς και να διερευνηθούν οι παράγοντες που τις καθόρισαν. Η ΔΜΣ υιοθέτησε μια διδακτική μέθοδο βασισμένη στη Διερεύνηση (IBSE) στο πλαίσιο του κοινωνικού εποικοδομητισμού, με την έννοια ότι έδωσε έμφαση στη μάθηση η οποία πραγματοποιείται καθώς οι μαθητές εργάζονται και οικοδομούν τη νέα γνώση στο περιβάλλον μιας ομάδας και στο σύνολο μιας τάξης. Κύριο ερευνητικό εργαλείο για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της ΔΜΣ ήταν το γραπτό ερωτηματολόγιο. Οι απαντήσεις των μαθητών στα έργα του γραπτού ερωτηματολογίου, ομαδοποιήθηκαν με τη μέθοδο της συνεχούς σύγκρισης της Θεμελιωμένης θεωρίας λαμβάνοντας ταυτόχρονα υπόψη τις κατηγορίες που βρέθηκαν στη σχετική βιβλιογραφία. Τα αποτελέσματα αυτής της ποιοτικής ανάλυσης χρησιμοποιήθηκαν για την ποσοτική ανάλυση των μαθησιακών αποτελεσμάτων με στόχο από τη μία τη σύγκριση της τελικής γνωστικής κατάστασης των μαθητών με την αρχική, και από την άλλη τη διερεύνηση των σχέσεων μεταξύ της εννοιολογικής κατανόησης και της κατανόησης της επιστημολογικής γνώσης. Η ερευνητική μέθοδος που ακολουθήσαμε για την ανάλυση της διαδικασίας βελτίωσης της ΔΜΣ από την πιλοτική στην κανονική εφαρμογή βασίστηκε στο θεωρητικό πλαίσιο του Pickering (1995) όπως αυτό προσαρμόστηκε και εξειδικεύτηκε στο χώρο της ΔΦΕ. Το μοντέλο του Pickering περιγράφει τη διαδικασία με την οποία μια ερευνητική ομάδα της ΔΦΕ, σχεδιάζει και αναπτύσσει μια ΔΜΣ μέσα από το σχήμα στόχος-αντίσταση-προσαρμογή. Στόχο αποτελεί κάθε διδακτικός στόχος ή / και κάθε αναμενόμενο μαθησιακό αποτέλεσμα. Αντίσταση αποτελεί κάθε δυσκολία στην διαδικασία σχεδιασμού, ανάπτυξης και εφαρμογής της ΔΜΣ. Προσαρμογή αποτελεί κάθε βελτιωτική αλλαγή που έχει σκοπό να ξεπεραστεί μια αντίσταση. Σχετικά με την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της ΔΜΣ προέκυψαν τα εξής αποτελέσματα. Υπήρξε στατιστικά σημαντική βελτίωση σε όλες τις περιοχές μάθησης, αμέσως μετά την παρέμβαση. Η βελτίωση δε αυτή, διατηρήθηκε και επτά μήνες μετά την παρέμβαση. Επιπλέον, από τον συνδυασμό των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με τη στατιστική τεχνική Ανάλυσης Διαδρομών (Path Analysis) και με την ποιοτική ανάλυση ανάδειξης μαθησιακών μονοπατιών αναδείχθηκε η σημασία της διδασκαλίας και της κατανόησης της επιστημολογικής γνώσης (ΣΕΜ και Μ) στην εννοιολογική κατανόηση της πυκνότητας και του φαινομένου της Π/Β. Τέλος, φάνηκε ότι η αλλαγή οντολογικής κατηγορίας της έννοιας της πυκνότητας παίζει καθοριστικό ρόλο στη βελτίωση του εξηγητικού πλαισίου των φαινομένων Π/Β. Σχετικά με τη διαδικασία βελτίωσης της ΔΜΣ προέκυψαν τα εξής. Οι περισσότερες βελτιωτικές αλλαγές που πραγματοποιήθηκαν στη ΔΜΣ, από την πιλοτική στην κανονική εφαρμογή, σχετίζονταν με την επιστημολογική γνώση δηλαδή τη μέθοδο ΣΕΜ και τη φύση και το ρόλο των μοντέλων, ενώ λίγες ήταν οι αλλαγές σχετικά με την Π/Β ή την πυκνότητα. Οι ερευνητές είχαν τον κύριο ρόλο στον σχεδιασμό και την ανάπτυξη της ΔΜΣ και μάλιστα κυρίως στις καινοτομίες που εισάγονται με αυτήν, όπως είναι η διερεύνηση και η μοντελοποίηση. Από την άλλη, οι δάσκαλοι ενώ συμμετέχουν στις διαδικασίες, στοιχείο που από μόνο του είναι σημαντικό, η συμμετοχή τους είναι δευτερεύουσα, κυρίως λόγω έλλειψης εμπειριών σχετικά με τα καινοτομικά στοιχεία της σειράς και κατάλληλου υπόβαθρου. Ο παράγοντας που καθόρισε την πλειοψηφία των βελτιωτικών αλλαγών ήταν ο εκπαιδευτικός. Στις περιπτώσεις αυτές οι αλλαγές χαρακτηρίζονται ως τοπικές – καθοδηγητικές. Αντίθετα, οι λίγες αλλαγές, οι οποίες είτε εν μέρει είτε πλήρως καθοδηγήθηκαν από τον επιστημονικό παράγοντα, χαρακτηρίζονται ως ολιστικές – ανοιχτές.