Η κατανόηση της χημικής αλλαγής και η σχέση της με γνωστικούς παράγοντες: μια αναπτυξιακή προσέγγιση

Abstract

In this study, students’ understanding of chemical changes was investigated in relation to four individual differences, related to logical thinking, field dependence/independence, convergence and divergence thinking. The study took place in Greece with the participation of students (n=374) from three grades (8th, 10th and 12th grades) of secondary education. A stepwise multiple regression analysis revealed that the above cognitive variables were statistically significant predictors of the students’ achievement, with logical thinking to be the most dominant. Unexpectedly, no statistically important effect was found across ages. Moreover, students' partial achievement scores on understanding the structure of substances and their changes, along with the cognitive variables, appeared to have an effect on their competence in interpretation of chemical changes. Path analyses were implemented to depict these effects. A theoretical analysis that associates the role of cognitive variables with the nature of mental tasks involved when learning chemistry is also presented. Implications for science education are discussed.

Η παρούσα διατριβή αποτελεί μία ερευνητική μελέτη για την επίδραση τεσσάρων γνωστικών χαρακτηριστικών στην κατανόηση της χημικής αλλαγής. Τα τέσσερα αυτά γνωστικά χαρακτηριστικά είναι: η τυπική συλλογιστική (LTh), η εξάρτηση/ανεξαρτησία από το πεδίο (FDI), η αποκλίνουσα σκέψη (DIV) και η συγκλίνουσα σκέψη (CONV). Το τέταρτο γνωστικό στυλ, αποτέλεσε εργαλείο έρευνας για πρώτη φορά σε Έλληνες μαθητές. Το δείγμα αποτελείτο από 374 συνολικά μαθητές, διαφορετικών ομάδων με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά όπως η ηλικία (13, 15 και 17 ετών), η τάξη (Β’ Γυμνασίου, Α’ Λυκείου και Γ’ Λυκείου) και η κατεύθυνση σπουδών (θετική και τεχνολογική κατεύθυνση της Γ’ Λυκείου) που φοιτούσαν σε γυμνάσια και λύκεια του Νομού Καβάλας. Είχε προηγηθεί πιλοτική εφαρμογή του κύριου ερωτηματολογίου σε 91 μαθητές, οι οποίοι εξαιρέθηκαν από το κύριο δείγμα.Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν υποβλήθηκαν σε στατιστική επεξεργασία. Σε πρώτη φάση, διερευνήθηκε η επίδραση μεταβλητών σε μεταβλητές. Οι τέσσερις γνωστικές μεταβλητές χρησιμοποιήθηκαν ως ανεξάρτητες, ενώ οι μεταβλητές του ερωτηματολογίου της χημικής αλλαγής, ως εξαρτημένες. Οι επιδράσεις αυτές ελέγχθηκαν με τις ακόλουθες στατιστικές μεθόδους: εύρεση των συντελεστών συσχέτισης Pearson, πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση και ANOVA. Οι δύο τελευταίες, παρουσίασαν σχεδόν ταυτόσημα αποτελέσματα. Ένα από τα ευρήματα της έρευνας ήταν ότι υπάρχει σημαντική επίδραση των τεσσάρων γνωστικών μεταβλητών στην κατανόηση της χημικής αλλαγής. Μεταξύ αυτών, ισχυρότερη επίδραση εμφανίζει η τυπική συλλογιστική και ασθενέστερη η εξάρτηση/ανεξαρτησία από το πεδίο. Επιπροσθέτως, η κατανόηση της σωματιδιακής δομής της ύλης έχει επίδραση στην κατανόηση της χημικής αλλαγής. Οι επιδράσεις των γνωστικών μεταβλητών στις εξαρτημένες, βρέθηκαν να είναι είτε άμεσες, είτε έμμεσες. Για το λόγο αυτό, έγιναν δύο αναλύσεις διαδρομών, με σκοπό να απεικονιστούν οι επιδράσεις αυτές.Επιπροσθέτως, όσον αφορά στην επίδραση των γνωστικών χαρακτηριστικών σε συγκεκριμένες απαντήσεις των μαθητών, έγινε διερεύνηση με μεθόδους διωνυμικής και πολυωνυμικής λογιστικής παλινδρόμησης. Με τον τρόπο αυτό ελέγχθηκαν οι επιδράσεις των γνωστικών μεταβλητών στην πιθανότητα να ληφθεί κάθε μία απάντηση. Σε γενικές γραμμές, δύο ήταν οι γνωστικές μεταβλητές που ευνοούν τις συμβατές με την επιστημονική άποψη ιδέες των μαθητών: η τυπική συλλογιστική και η αποκλίνουσα σκέψη. Το γεγονός αυτό ενισχύει την υπεροχή της τυπικής συλλογιστικής ως προβλεπτική μεταβλητή. Μία ακόμη στατιστική μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε ήταν η μοντελοποίηση δομικών εξισώσεων, ως επιβεβαιωτική μέθοδος πάνω στην ανάλυση παραγόντων. Με τη μέθοδο αυτή, επιβεβαιώθηκε η ανάλυση του ερωτηματολογίου της χημικής αλλαγής σε τρεις βασικές συνιστώσες, όπως αυτές προέκυπταν από τη βιβλιογραφία. Οι συνιστώσες αυτές είναι: η κατανόηση της σωματιδιακής δομής της ύλης, η αναγνώριση της χημικής αλλαγής και η ερμηνεία της χημικής αλλαγής.Στο τελευταίο κεφάλαιο, γίνεται μια ανάλυση της συσχέτισης των τεσσάρων γνωστικών χαρακτηριστικών με τη φύση των νοητικών διεργασιών που διενεργούνται όταν πραγματοποιείται η μάθηση των μαθητών της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης σχετικά με τα χημικά φαινόμενα. Τέλος, καταγράφονται τα συμπεράσματα και ακολουθεί συζήτηση για την επιρροή των αποτελεσμάτων της έρευνας στη εκπαιδευτική πραγματικότητα.