Ο ρόλος των αναπαραστάσεων στην κατανόηση των μαθηματικών εννοιών που εμφανίζονται σε φαινόμενα του φυσικού κόσμου μέσα από περιβάλλοντα ΤΠΕ

Abstract

This thesis investigates the understanding of the mathematical concepts of slope and area which are applied in the context of representations of physical magnitudes in kinematics. Data is recorded during a didactic intervention by using Microcomputer Based Laboratories (MBL).The key points of this intervention are:a)the correlation of mathematical concepts with the equivalent physical magnitudesb)the prediction and justification of the change of the parameters of the experimental process which is the structural element of the work sheets which are applied during the teaching processc)problem solving.The sample was consisted of 92 first year university students of the Department of Primary Education. Fifty six (60.87%) of them have come from a theoretical background, 20 (21.73%) a technological and 16 (17.39%) a science background.Data recording was accomplished with the use of open questionnaires. The students’ answers were evaluated and categorized at hierarchical cognitive levels according to SOLO taxonomy.The results after the intervention show: •a transition to higher cognitive (SOLO) levels •improvement of the understanding of the context of representations that depict the kinematics phenomena•improvement of the skills of applying the mathematical concepts of slope and area•interrelation of the levels of understanding for the representations and the application of mathematical concepts•no statistically significant difference between the experimental groups who used the different way of changing the representations, both as regards the context of understanding the representations and the context of applying the mathematical concepts.This study highlights the important role of MBL for the understanding of mathematical concepts in the context of physical concepts teaching through their holistic approach during the study of physical phenomena.

Η παρούσα εργασία διερευνά την κατανόηση των μαθηματικών εννοιών της κλίσης και του εμβαδού που εφαρμόζονται στο πλαίσιο των αναπαραστάσεων φυσικών μεγεθών σε κινηματικά φαινόμενα. Τα δεδομένα καταγράφονται κατά τη διδακτική παρέμβαση με την αξιοποίηση συστήματος συγχρονικής λήψης και απεικόνισης (Microcomputer Based Laboratory, MBL). Κομβικά σημεία της παρέμβασης αποτελούν:•η συσχέτιση μαθηματικών εννοιών με αντίστοιχα φυσικά μεγέθη•η πρόβλεψη – αιτιολόγηση της αλλαγής των παραμέτρων της πειραματικής διαδικασίας που αποτελεί και δομικό συστατικό των φύλλων εργασίας που εφαρμόζονται κατά τη διδακτική παρέμβαση και•η επίλυση προβλημάτων.Το δείγμα της εμπειρικής μελέτης ήταν 92 πρωτοετείς φοιτητές και φοιτήτριες Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης, εκ των οποίων 56 (60.87%) προέρχονται από τη θεωρητική κατεύθυνση, 20 (21.73%) από την τεχνολογική και 16 (17.39%) από τη θετική κατεύθυνση.Η καταγραφή των δεδομένων της έρευνας πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ερωτηματολογίων ανοιχτού τύπου. Οι απαντήσεις των φοιτητών αξιολογήθηκαν και κατατάχθηκαν κατά ιεραρχικό γνωστικό επίπεδο με την ταξινομία SOLO.Από τη μελέτη των αποτελεσμάτων, μετά τη διδακτική παρέμβαση διαπιστώθηκε:•μετάβαση σε υψηλότερα γνωστικά επίπεδα (κατά SOLO) •βελτίωση της κατανόησης του πλαισίου των αναπαραστάσεων που απεικονίζουν τα κινηματικά φαινόμενα •βελτίωση της δεξιότητας εφαρμογής των μαθηματικών εννοιών κλίσης και εμβαδού•συσχέτιση των επιπέδων κατανόησης των αναπαραστάσεων και εφαρμογής των μαθηματικών εννοιών•ότι δεν υπάρχει στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των πειραματικών ομάδων που χρησιμοποίησαν το διαφορετικό τρόπο αλλαγής των αναπαραστάσεων, τόσο στο πλαίσιο κατανόησης των αναπαραστάσεων όσο και στο πλαίσιο εφαρμογής των μαθηματικών εννοιών.Η εργασία αναδεικνύει το σημαντικό ρόλο των συστημάτων συγχρονικής λήψης και απεικόνισης στην κατανόηση μαθηματικών εννοιών στο πλαίσιο της διδασκαλίας φυσικών εννοιών μέσω της συνολικής θεώρησης τους κατά τη μελέτη φυσικών φαινομένων.