Ανάπτυξη, εφαρμογή και αξιολόγηση ενός μαθησιακού περιβάλλοντος οικολογίας για φοιτητές των επιστημών της εκπαίδευσης

Abstract

This PhD dissertation aims at exploring the possibility of designing a learning environment that could support educational sciences’ students in (a) challenging the idea of the ‘balance of nature’ and building an up-to-date, meaningful understanding of ecosystems’ function through the idea of the ‘resilient nature’, and (b) using this understanding to enhance ideas that underlie systems thinking (i.e. ‘interdependent’ and ‘reciprocal causality’) in everyday contexts. The study follows the ‘developmental research’ or ‘educational design research’ method. During the ‘exploratory phase’, we designed the first version of the learning environment, informed by (a) ‘social constructivism’, (b) ‘computer-supported collaborative learning’, and (c) ‘problem posing’ approach. Within the learning environment, students were engaged in exploring simulations of ecosystems we developed within NetLogo software: they had to fill in worksheets that required predictions about the ecosystem’s behaviour before the simulation use and explanations after it. The ‘exploratory phase’ was followed by three ‘research cycles’ (N= 41, 34, 44 students respectively) that included: (a) implementation of a version of the learning environment, (b) data collection and data analysis (e.g. responses to a pre/post-test), (c) reflection about the implemented version in the light of the results, and (d) design of a new version of the learning environment. The qualitative and quantitative analysis of the pre/post-test responses of the 44 students who participated in the third ‘research cycle’ showed a significant progress: most students moved from the idea of the ‘balanced nature’ to the idea of the ‘resilient nature’, although they seemed to have some difficulties with certain aspects of the latter. Moreover, it seems that the learning environment helped students incorporate the notions of ‘interdependent’ and ‘reciprocal causality’ in their reasoning about social systems familiar to them from everyday life. Finally, the design of the learning environment guided the development of the ‘domain-specific didactical structure’ or ‘design theory’ we named ‘Bifurcated Domino Path’. This theory may also inform the design of learning environments for different subjects with similar features like this one.

Η παρούσα διατριβή έχει ως στόχο τη διερεύνηση της δυνατότητας σχεδιασμού ενός μαθησιακού περιβάλλοντος που θα μπορούσε να υποστηρίξει αποτελεσματικά φοιτητές επιστημών της εκπαίδευσης (α) στην αποσταθεροποίηση της ιδέας της «ισορροπίας της φύσης» και την αντικατάστασή της από τη σύγχρονη ιδέα της «ελαστικής φύσης», και (β) στην αξιοποίηση πτυχών αυτής της αντίληψης για μία παράλληλη ενίσχυση «δεξιοτήτων συστημικής σκέψης» στην καθημερινή ζωή (βλ. «αλληλεξάρτηση» και «κυκλική αιτιότητα»). Η μελέτη εντάσσεται μεθοδολογικά στην «αναπτυξιακή έρευνα». Κατά τη «διερευνητική φάση» σχεδιάστηκε η πρώτη εκδοχή του μαθησιακού περιβάλλοντος στο θεωρητικό πλαίσιο του «κοινωνικού εποικοδομισμού», αντλώντας ειδικότερα στοιχεία (α) από την προσέγγιση της «υποστηριζόμενης από υπολογιστές συνεργατικής μάθησης», και (β) από τη διδακτική στρατηγική της «προσέγγισης με βάση ένα κεντρικό ερώτημα». Το μαθησιακό περιβάλλον περιλαμβάνει τη συνεργατική ενασχόληση των φοιτητών με προσομοιώσεις οικοσυστημάτων που αναπτύχθηκαν για τους σκοπούς της έρευνας στο λογισμικό NetLogo, ακολουθώντας τις οδηγίες φύλλων εργασίας. Η «διερευνητική φάση» ακολουθήθηκε από τρεις «κύκλους έρευνας» (Ν= 41, 34, 44 φοιτητές αντίστοιχα) κατά τους οποίους πραγματοποιήθηκαν τα εξής: (α) εφαρμογή της αντίστοιχης εκδοχής του μαθησιακού περιβάλλοντος, (β) συλλογή και ανάλυση δεδομένων διαφορετικών τύπων (π.χ. απαντήσεις σε προ/μετα-τεστ), (γ) αναστοχασμός με βάση τα αποτελέσματα της ανάλυσης, και (δ) επανασχεδιασμός του μαθησιακού περιβάλλοντος σε μια επόμενη εκδοχή. Η ποιοτική και ποσοτική ανάλυση των απαντήσεων των 44 φοιτητών στο προ/μετα-τεστ του τρίτου «κύκλου έρευνας» έδειξε πως οι περισσότεροι φοιτητές μετακινήθηκαν από το μοντέλο της «φύσης σε ισορροπία» στο μοντέλο της «ελαστικής φύσης», αν και παρατηρούνται συγκεκριμένες δυσκολίες σε επιμέρους παραδοχές του. Ακόμα, φαίνεται πως το μαθησιακό περιβάλλον είχε θετική επίδραση στην ικανότητα των φοιτητών να αναγνωρίζουν αλληλεξαρτώμενες και κυκλικές σχέσεις μεταξύ παραγόντων που αφορούν σε κοινωνικά συστήματα οικεία από την καθημερινή ζωή. Τέλος, ο σχεδιασμός του μαθησιακού περιβάλλοντος οδήγησε στην ανάπτυξη της «ειδικής θεωρίας διδασκαλίας και μάθησης» «Διχαλωτό Μονοπάτι Ντόμινο», η οποία είναι αξιοποιήσιμη στον σχεδιασμό μαθησιακών περιβαλλόντων και για άλλα γνωστικά αντικείμενα με παρόμοια χαρακτηριστικά.