Μελέτη της εφαρμογής καινοτόμου διδακτικού μοντέλου για τη διδασκαλία του γνωστικού αντικειμένου της οπτικής, διερευνητικών διαδικασιών και φύσης της διερεύνησης στην Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση

Abstract

This research studies the effect of a combined inquiry approach on primary school students’ understandings of conceptual and procedural knowledge as well as the epistemological awareness of primary school students. Two Teaching and Learning Sequences (TLS) were developed through a gradually developing research process in the field of Optics. The design of the TLS was based on the transition from guided to open inquiry. Initially, in the TLS1 (N = 7, 5th grade), An implicit inquiry approach was attempted, in the field of optics, in order to understand the linear propagation of light and the change of the size of the shadow, the improvement of the procedural knowledge and the students' ability to formulate inquiry questions and experimental design as well as to understand the non-linear nature of the inquiry and the recognition of the phases of the inquiry process. TLS 1 was based on the inquiry model “Inquiry Routes” (INRU) which is an inquiry teaching that was developed from us and which is consisted of 7 phases (1. Problem recognition, 2. Question, 3. Design, 4. Implementation, 5. Conclusion, 6 Communication, 7. Reflection).Then, after being evaluated, TLS 1 was redesigned and applied in two different groups (N = 14 and N = 16) of 5th grade students. In the improved version of TLS2 the research design is a semi-experimental (quasi experimental design) with a random selection of students of 2 classes 5th grade of an Elementary School. The revised version of TLS 2 was strengthened by adopting a combined inquiry process based on the progressive transition from explicit / implicit and guided inquiry process to open inquiry. INRU model was improved by connecting its phases with the levels of inquiry teaching. TLS 2a (Group 1 - N = 14) focused on the explicit teaching of procedural objectives and on the implicit teaching of epistemological objectives, while TLS 2b (Group 2 - N = 16) focused on the explicit teaching of procedural and epistemological objectives.The conceptual, procedural and epistemological understanding of the students was indicated through semi-structured interviews and through a written questionnaire before and after the implementation of the TLS. It includes evaluation before the start and after the completion of the TLS and comparison of the two teams of the TLS 2.For pre-post test 1 (conceptual understanding) three projects were selected (2 for the linear propagation of light and 1 for the phenomenon of shadow resizing). For pre-post 2 (testing the understanding of investigative practices) 4 projects were selected. The first two with the aim of checking the understanding of the procedural knowledge and the corresponding skills of the students for the formulation of scientifically oriented questions and the next two with the aim of checking the procedural knowledge and the corresponding skills for the experimental design. For pre-post 3 (evaluation of students' epistemological perceptions) 2 projects were selected, the first evaluated the type of phases of the exploratory process that students could identify and the second project evaluated the non-linear nature of the inquiry. Many studies recognize that aspects of the nature of inquiry have a deeper understanding through inquiry processes. However, there are limited empirical researches that examine the above relationship in 5th grade primary students for the non-linear nature of the investigation and the recognition of the phases. Understanding the aspect of the nature of inquiry "there is no specific type or set of phases in any research" is fundamental for students to be effectively involved in an inquiry process. It is also particularly important as the alternative view of a "the scientific method" is pervasive in school textbooks. The results of the present dissertation highlighted four dimensions of the non-linear nature of the inquiry (Frequency, organization, “scientific” and Accuracy of conclusions).In the present study the explicit and implicit teaching of inquiry practices (skill of formulating scientifically oriented questions and skill of experimental design) was based on two frameworks of description and evaluation of specific practices. The dimensions of the evaluation framework for the practice of questions’ formulation were developed in the context of the present study while the dimensions of the experimental design framework were adopted by the research of Lefkos et al, 2011. In the post tests it was found that the explicit teaching both of the skill of experimental design and the skill of formulating scientifically oriented questions managed to acquaint the students of both groups to a great extent; with these practices. The explicit group of TLS 2 showed a statistically significant improvement of the understanding of these practices. We believe that this is due to the combination of procedural knowledge comprehension activities and the corresponding questioning and experimental design skills with reflective activities to understand the concept of phase. Our results are in line with the findings of Vlorholzer, et al, 2020, who argue that a combination of investigative practices and epistemological understanding can reinforce each other.The present research additionally attempts through the presentation of the teaching learning sequences to help the teacher and the students to implement effective inquiry processes by providing the students with a progressive increase of their degree of autonomy. The progressive transition from explicit-guided-inquiry teaching to open inquiry teaching, that is, by explicitly teaching and reinforcing individually selected practices of inquiry in conjunction with the explicit teaching recognizing of the phases and non-linear nature of inquiry can help students and teachers engage in open inquiry processes by reducing the "fear of the unknown" and the "sense of failure" that research suggests students experience when engaging in open inquiry instructions.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή μελετά την επίδραση μιας συνδυασμένης διερευνητικής προσέγγισης στην κατανόηση της εννοιολογικής και διαδικαστικής γνώσης καθώς και της επιστημολογικής ενημερότητας μαθητών Δημοτικού Σχολείου. Διαμορφώθηκαν δύο Διερευνητικές Μαθησιακές Ακολουθίες (ΔΜΑ) μέσα από μία σταδιακά αναπτυσσόμενη ερευνητική αναπτυξιακή διαδικασία στην περιοχή της Οπτικής. Ο σχεδιασμός των ΔΜΑ στηρίχτηκε στη μετάβαση από την καθοδηγούμενη στην ανοιχτή διερευνητική διδασκαλία. Αρχικά στην έκδοση ΔΜΑ1 (Ν=7, Ε’ Δημοτικού) επιχειρείται μία υπόρρητη πλαισιωμένη διερευνητική προσέγγιση, στο γνωστικό αντικείμενο της οπτικής, με στόχο την κατανόηση της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός και της αλλαγής του μεγέθους της σκιάς, τη βελτίωση της διαδικαστικής γνώσης και της ικανότητας των μαθητών στη διαμόρφωση διερευνήσιμων ερωτήσεων και πειραματικού σχεδιασμού καθώς και την κατανόηση της μη γραμμικής φύσης της διερεύνησης και της αναγνώρισης των φάσεων της διερευνητικής διαδικασίας. Η ΔΜΑ 1 βασίσθηκε στο μοντέλο Διερευνητικές Διαδρομές (ΔΙΕΔΙΑ) που είναι ένα μοντέλο διερευνητικής διδασκαλίας που αναπτύξαμε και το οποίο αποτελείται από 7 φάσεις (1.Αναγνώριση του προβλήματος, 2. Ερώτηση, 3. Σχεδιασμός, 4. Εφαρμογή, 5. Συμπέρασμα, 6. Ανακοίνωση, 7. Αναστοχασμός).Στη συνέχεια αφού αξιολογήθηκε, η ΔΜΑ1 επανασχεδιάστηκε εκ νέου και εφαρμόστηκε σε δύο διαφορετικές ομάδες (Ν=14 κ Ν=16) μαθητών Ε’ Δημοτικού. Στη βελτιωμένη έκδοση ΔΜΑ2 ο ερευνητικός σχεδιασμός είναι ημι-πειραματικός (quasi experimental design) με τυχαία επιλογή μαθητών 2 τάξεων Ε’ Δημοτικού ενός Δημοτικού Σχολείου. Η αναθεωρημένη έκδοση ΔΜΑ 2 ενδυναμώθηκε υιοθετώντας μια συνδυασμένη διερευνητική διαδικασία η οποία στηρίχτηκε στην προοδευτική μετάβαση από τη ρητή / υπόρρητη και καθοδηγούμενη διερευνητική διαδικασία στην ανοιχτή διερεύνηση. Βελτιώθηκε το διερευνητικό μοντέλο ΔΙΕΔΙΑ μέσα από τη σύνδεση των φάσεων του με τα επίπεδα διερευνητικής διδασκαλίας. Η ΔΜΑ 2α (Ομάδα 1 - Ν=14) εστιάστηκε στη ρητή διδασκαλία διαδικαστικών στόχων και στη υπόρρητη διδασκαλία επιστημολογικών στόχων, ενώ η ΔΜΑ 2β (Ομάδα 2 – Ν=16) εστιάστηκε στη ρητή διδασκαλία διαδικαστικών και επιστημολογικών στόχων. Η εννοιολογική, διαδικαστική και επιστημολογική κατανόηση των μαθητών διαπιστώθηκαν μέσω ημιδομημένων συνεντεύξεων και μέσω ενός γραπτού ερωτηματολογίου πριν και μετά την εφαρμογή των ΔΜΑ. Περιλαμβάνονται έργα αξιολόγησης πριν την έναρξη και μετά την ολοκλήρωση των ΔΜΑ και σύγκριση των δύο ομάδων της ΔΜΑ 2. Για την Δοκιμασίας 1 (εννοιολογική κατανόηση) επιλέχθηκαν 3 έργα (2 για την ευθύγραμμη διάδοση του φωτός και 1 για το φαινόμενο της αλλαγής μεγέθους της σκιάς). Για τη Δοκιμασία 2 (τον έλεγχο της κατανόησης των πρακτικών της διερεύνησης) επιλέχτηκαν 4 έργα. Τα δύο πρώτα με στόχο τον έλεγχο της κατανόησης της διαδικαστικής γνώσης και των αντίστοιχων δεξιοτήτων των μαθητών για την διαμόρφωση επιστημονικά προσανατολισμένων ερωτημάτων και τα δύο επόμενα με στόχο τον έλεγχο της διαδικαστικής γνώσης και των αντίστοιχων δεξιοτήτων για τον πειραματικό σχεδιασμό. Για τη Δοκιμασία 3 (τον έλεγχο των επιστημολογικών αντιλήψεων των μαθητών) επιλέχτηκαν 2 έργα, το πρώτο αξιολόγησε το είδος των φάσεων της διερευνητικής διαδικασίας που μπορούν να αναγνωρίσουν οι μαθητές και το δεύτερο έργο αξιολόγησε τον μη γραμμικό χαρακτήρα της διερεύνησης. Πολλές έρευνες αναγνωρίζουν ότι οι όψεις της φύσης της διερεύνησης έχουν μεγαλύτερο βαθμό κατανόησης μέσα από διερευνητικές διαδικασίες. Υπάρχουν όμως περιορισμένες εμπειρικές έρευνες οι οποίες εξετάζουν την παραπάνω σχέση σε επίπεδο πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αναδεικνύουν ότι η ρητή –αναστοχαστική διερευνητική διαδικασία όψεων της διαδικαστικής και επιστημολογικής γνώσης συμβάλλει στη βελτιστοποίηση των πρακτικών της διερεύνησης και οδηγεί σε υψηλότερη και βαθύτερη επιστημολογική κατανόηση των μαθητών της Έ Δημοτικού για τη μη γραμμική φύση της διερεύνησης και την αναγνώριση των φάσεων. Η κατανόηση της όψης της φύσης της διερεύνησης “δεν υπάρχει συγκεκριμένο είδος ή μία συγκεκριμένη σειρά φάσεων σε κάθε έρευνα’’, είναι θεμελιώδης για να καταφέρουν οι μαθητές να εμπλακούν ουσιαστικά σε μία διερευνητική διαδικασία. Είναι επίσης ιδιαίτερα σημαντική καθώς στα σχολικά εγχειρίδια βρίσκεται διάχυτη η εναλλακτική άποψη της μιας «επιστημονικής μεθόδου». Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής ανέδειξαν τέσσερις διαστάσεις της μη γραμμικής φύσης της διερεύνησης (Συχνότητα, οργάνωση, επιστημονικότητα και ασφάλεια συμπερασμάτων).Στην παρούσα διατριβή η ρητή και υπόρρητη διδασκαλία των πρακτικών της διερεύνησης (δεξιότητα διατύπωσης επιστημονικά προσανατολισμένων ερωτημάτων και δεξιότητα πειραματικού σχεδιασμού) στηρίχτηκε σε δύο πλαίσια περιγραφής κι αξιολόγησης των συγκεκριμένων πρακτικών. Οι διαστάσεις του πλαισίου αξιολόγησης για την πρακτική της διατύπωσης ερωτήματος αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας έρευνας ενώ οι διαστάσεις του πλαισίου πειραματικού σχεδιασμού υιοθετήθηκαν από την έρευνα των Lefkos et al, 2011. Στα post test φάνηκε ότι η ρητή διδασκαλία τόσο της δεξιότητας του πειραματικού σχεδιασμού όσο και της δεξιότητας διατύπωσης επιστημονικά προσανατολισμένων ερωτημάτων κατάφερε να εξοικειώσει σε μεγάλο βαθμό τους μαθητές των δύο ομάδων? με τις πρακτικές αυτές. Η ομάδα 2 (explicit group) της ΔΜΑ 2 εμφάνισε στατιστικά σημαντικό βαθμό κατανόησης των πρακτικών αυτών. Θεωρούμε ότι αυτό οφείλεται στον συνδυασμό των δραστηριοτήτων κατανόησης της διαδικαστικής γνώσης και των αντίστοιχων δεξιοτήτων διατύπωσης ερωτήματος και πειραματικού σχεδιασμού με τις αναστοχαστικές δραστηριότητες για την κατανόηση της έννοιας της φάσης. Τα αποτελέσματά μας ευθυγραμμίζονται με τα ευρήματα των Vlorholzer, et al, 2020, οι οποίοι υποστηρίζουν ότι συνδυασμός πρακτικών της διερεύνησης και επιστημολογικής κατανόησης μπορεί να ενισχύει το ένα το άλλο. Η παρούσα έρευνα επιπρόσθετα επιχειρεί μέσα από την παρουσίαση της διδακτικής μαθησιακής σειράς να βοηθήσει τον εκπαιδευτικό και τους μαθητές να υλοποιήσουν αποτελεσματικές διερευνητικές διαδικασίες παρέχοντας στους μαθητές μία προοδευτική αύξηση του βαθμού αυτονομίας τους. Η προοδευτική μετάβαση από την ρητή-καθοδηγούμενη-πλαισιωμένη διερευνητικής διδασκαλία στην ανοιχτή διερευνητική διδασκαλία, δηλαδή διδάσκοντας ρητά και ενισχύοντας ξεχωριστά επιλεγμένες πρακτικές της διερεύνησης σε συνδυασμό με την ρητή διδασκαλία της αναγνώρισης των φάσεων και της μη γραμμικής φύσης της διερεύνησης μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές και τους εκπαιδευτικούς να εμπλακούν σε ανοιχτές διαδικασίες διερεύνησης περιορίζοντας τον «φόβο του άγνωστου» και το «αίσθημα αποτυχίας» το οποίο έρευνες υποστηρίζουν ότι βιώνουν οι μαθητές όταν εμπλέκονται σε ανοιχτές διερευνητικές διδασκαλίες.