Ανάπτυξη, εφαρμογή και αξιολόγηση λογισμικού διαδραστικών προσομοιώσεων για την εκπαίδευση στις φυσικές επιστήμες

Abstract

This thesis is about the development and evaluation of an educational interactive software that presents non-observable physical phenomena (in a microscopic level). The software aimed to act as a useful educational tool about teaching those phenomena. The subject ot those phenomena are: the structure of matter, atomic models, the structure of atoms as well as molecules, states of matter (Solid - Liquid - Gas), evaporation, correlation between temperature and kinetic energy of particles, microscopic interpretation of gas pressure, water molecule structure in its three states and interpretation of the phenomenon of expansion, evaporation and factors affecting it, the propagation of sound waves, movements of free electrons in the presence (or not) of potential difference, individual stimulation, light production and mixing of two liquids. The presentation of the software is accompanied by the results of its use in the classroom, where it is reflected that it has helped to cope with cognitive difficulties that are widely reported in the bibliography. Prior the developing of software it was conducted a research aimed at selecting the "appropriate" atomic model that would later be used to represent efficiently the individual phenomena. The results of the two quantitative surveys (including observation data), as well as the way the educational software functions are presented in this thesis

Η παρούσα διατριβή έχει θέμα την ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός εκπαιδευτικού διαδραστικού λογισμικού που παρουσιάζει μη παρατηρήσιμα φυσικά φαινόμενα (σε μικροσκοπικό επίπεδο). Το λογισμικό στόχευε να λειτουργεί ως χρήσιμο εκπαιδευτικό εργαλείο για τη διδασκαλία αυτών των φαινομένων. Στο λογισμικό που αναπτύχθηκε για της ανάγκες της διατριβής παρουσιάζονται οι εξής θεματικές: η δομή της ύλης, τα ατομικά πρότυπα και η δομή των ατόμων καθώς και των μορίων, οι καταστάσεις της ύλης (Στερεό – Υγρό – Αέριο), η εξάτμιση, η σύνδεση θερμοκρασίας και κινητικής ενέργειας των σωματιδίων, η μικροσκοπική ερμηνεία της πίεσης των αερίων, η δομή του νερού στις τρείς φυσικές καταστάσεις του και η ερμηνεία του φαινομένου της διαστολής, η εξάτμιση και οι παράγοντες που την επηρεάζουν, η διάδοση ηχητικών κυμάτων, η κινήσεις των ελευθέρων ηλεκτρονίων παρουσία ή μη διαφοράς δυναμικού, η διέγερση ενός ατόμου, η παραγωγή φωτός και η ανάμιξη δύο υγρών. Η παρουσίαση του λογισμικού συνοδεύεται από τα αποτελέσματα της χρήσης του στην τάξη, όπου προκύπτει το συμπέρασμα ότι έχει συμβάλει στην αντιμετώπιση των γνωστικών δυσκολιών που αναφέρονται ευρέως στη βιβλιογραφία. Πριν από την ανάπτυξη του λογισμικού διεξήχθη μια έρευνα με στόχο την επιλογή του "κατάλληλου" ατομικού μοντέλου που αργότερα θα αποτελούσε το δομικό στοιχείο για τις οπτικοποιήσεις των πιο πάνω φαινομένων. Τέλος τα αποτελέσματα των δύο ποσοτικών ερευνών (συμπεριλαμβανομένων των δεδομένων παρατήρησης) συμπληρώνουν τη διατριβή, καθώς και ένας οδηγός λειτουργίας του εκπαιδευτικού λογισμικού, όπου παρουσιάζεται το περιεχόμενο του.