Μεταβολή των στάσεων και πεποιθήσεων των μαθητών ως προς τη Φυσική, μετά από την εφαρμογή καινοτόμων δραστηριοτήτων διερευνητικής φύσης

Abstract

This doctoral dissertation examines the changes in students' attitudes toward science and their epistemological beliefs about science through the implementation of innovative inquiry-based activities. The research was conducted over three consecutive instructional periods: preliminary (2020–2021), pilot (2021–2022), and main research (2022–2023), covering a total of three academic years. Its primary goal was to investigate the effectiveness of inquiry-based activities in cultivating scientific skills, shaping attitudes, and altering students' beliefs about the nature of science and scientific inquiry. The dissertation is grounded in an extensive literature review on the Nature of Science (NOS) and the Nature of Scientific Inquiry (NOSI), the Control of Variables Strategy (CVS), as well as the theoretical frameworks of Inquiry-Based Learning (IBL), focusing on secondary education. Emphasis was also placed on developing attitudes toward science and fostering skills that enhance scientific thinking and understanding. DESCRIPTION OF THE RESEARCH: Preliminary Research (2020–2021): This phase focused on developing, adapting, and evaluating research tools (attitude and epistemological belief questionnaires) and piloting inquiry-based activities on a small sample of students. The analysis and interpretation of results contributed to the optimization of the subsequent research design. Pilot Research (2021–2022): This phase involved the implementation of improved activities, skill assessments, and research questionnaires on a larger student sample (N=20). Findings revealed significant improvements in control of variables strategy skills and positive changes in students' attitudes and epistemological beliefs about physics. Main Research (2022–2023): Conducted with a slightly larger sample of students (N=22), this phase systematically assessed changes in students’ attitudes, scientific skills, and epistemological beliefs about the nature of science and scientific inquiry. In all research phases (preliminary, pilot, main), the inquiry-based activities were applied in three different types: confirmation, structured, and guided inquiry. FINDINGS: Preliminary Research: Measurement tools and teaching approaches in the worksheets were found unsuitable for investigating students' attitudes and beliefs. However, they highlighted important design improvements for the activities and the selection of appropriate research tools. Pilot Research: Design improvements led to positive results, with students showing progress in inquiry skills and recording positive changes in their attitudes toward science and epistemological beliefs. Main Research: The results showed that students who participated in the inquiry-based activities demonstrated statistically significant improvements in advanced inquiry skills (identifying investigable questions, control of variables strategy), their attitudes toward science, and their epistemological beliefs. CONCLUSION: The dissertation indicates that the inquiry-based approach is a powerful tool for fostering positive attitudes toward science and developing inquiry skills. It also provides fertile ground for cultivating epistemological beliefs about the nature of science and scientific inquiry. The research findings offer valuable recommendations for improving educational practice in physics teaching, and science education more broadly, encouraging the gradual autonomy of students through inquiry-based activities.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει τη μεταβολή των στάσεων απέναντι στην επιστήμη και των επιστημολογικών πεποιθήσεων μαθητών/τριών της α & β λυκείου για στην επιστήμη, μέσω της εφαρμογής καινοτόμων δραστηριοτήτων διερευνητικής φύσης. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο τριών διαδοχικών διδακτικών περιόδων προκαταρκτική (2020–2021), πιλοτική (2021–2022) και κύρια έρευνα (2022–2023) καλύπτοντας συνολικά τρία σχολικά έτη. Βασικός της στόχος ήταν η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας μιας σειράς δραστηριοτήτων οι οποίες στηρίζονταν στη διερευνητική μάθηση, στην καλλιέργεια διερευνητικών δεξιοτήτων, στάσεων αλλά και στην αλλαγή των επιστημολογικών πεποιθήσεων των μαθητών σχετικά με τη φύση της επιστήμης και τη φύση της επιστημονικής διερεύνησης. Η διατριβή βασίστηκε σε εκτενή βιβλιογραφική ανασκόπηση αναφορικά με τη φύση της επιστήμης (Nature of Science – NOS) και της επιστημονικής διερεύνησης (Nature of Scientific Inquiry – NOSI), τη στρατηγική ελέγχου μεταβλητών (Control of Variables Strategy – CVS), καθώς και τα θεωρητικά πλαίσια της διερευνητικής μάθησης (Inquiry-Based Learning – IBL), εστιάζοντας στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Επίσης δόθηκε έμφαση στην ανάπτυξη στάσεων απέναντι στην επιστήμη αλλά και δεξιοτήτων που ενισχύουν την επιστημονική σκέψη και την κατανόηση. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ: Προκαταρκτική Έρευνα (2020–2021): Σκοπός της προκαταρκτικής φάσης ήταν η δημιουργία, προσαρμογή και η αξιολόγηση ερευνητικών εργαλείων μέτρησης (ερωτηματολόγια στάσεων και επιστημολογικών πεποιθήσεων), καθώς και η πιλοτική εφαρμογή διερευνητικών δραστηριοτήτων, σε μικρό δείγμα μαθητών/τριών. Η ανάλυση και ερμηνεία των αποτελεσμάτων βοήθησε στη βελτιστοποίηση του μετέπειτα σχεδιασμού της έρευνας. Πιλοτική Έρευνα (2021–2022): Η φάση αυτή περιλάμβανε την εφαρμογή βελτιωμένων δραστηριοτήτων, δοκιμασίες δεξιοτήτων, και ερευνητικών ερωτηματολογίων σε μεγαλύτερο δείγμα μαθητών/τριών (Ν=20). Τα ευρήματα έδειξαν σημαντική βελτίωση στις δεξιότητες στρατηγικής ελέγχου μεταβλητών, και θετική μεταβολή στις στάσεις και επιστημολογικές πεποιθήσεις των μαθητών απέναντι στη Φυσική. Κύρια Έρευνα (2022–2023): Η κύρια φάση της έρευνας διεξήχθη σε λίγο μεγαλύτερο δείγμα μαθητών/τριών (Ν=22) και περιέλαβε τη συστηματική αξιολόγηση της μεταβολής στις στάσεις, στις επιστημονικές δεξιότητες και στις επιστημολογικές πεποιθήσεις των μαθητών για τη φύση της επιστήμης και τη φύση της επιστημονικής διερεύνησης. Σε όλες τις φάσεις της έρευνας (προκαταρκτική, πιλοτική, κύρια) οι δραστηριότητες διερεύνησης εφαρμόστηκαν με τρεις διαφορετικούς τύπους: επιβεβαιωτική, δομημένη και καθοδηγούμενη διερεύνηση. ΕΥΡΗΜΑΤΑ: Προκαταρκτική Έρευνα: Τα εργαλεία μέτρησης και η διδακτική προσέγγιση στα φύλλα εργασίας βρέθηκαν ακατάλληλα για τη διερεύνηση των στάσεων και πεποιθήσεων των μαθητών. Ωστόσο συνεισέφεραν στο να επισημανθούν σημαντικές σχεδιαστικές βελτιώσεις τόσο στις δραστηριότητες όσο και στην επιλογή κατάλληλων ερευνητικών εργαλείων. Πιλοτική Έρευνα: Οι σχεδιαστικές βελτιώσεις έφεραν θετικά αποτελέσματα καθώς οι μαθητές/τριες εμφάνισαν βελτίωση στις διερευνητικές τους δεξιότητες, ενώ καταγράφηκε θετική μεταβολή στις στάσεις τους απέναντι στην επιστήμη και στις επιστημολογικές τους πεποιθήσεις. Κύρια Έρευνα: Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μαθητές/τριες που συμμετείχαν στις δραστηριότητες διερεύνησης παρουσίασαν στατιστικά σημαντικές βελτιώσεις στις προχωρημένες διερευνητικές τους δεξιότητες (αναγνώριση διερευνήσιμων ερωτημάτων, στρατηγική ελέγχου μεταβλητών), στις στάσεις τους απέναντι στην επιστήμη και στις επιστημολογικές τους πεποιθήσεις. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η διατριβή υποδεικνύει ότι η διερευνητική προσέγγιση αποτελεί ισχυρό εργαλείο για την καλλιέργεια θετικών στάσεων απέναντι στην επιστήμη, και την ανάπτυξη διερευνητικών δεξιοτήτων. Επίσης αποτελεί εύφορο έδαφος για την καλλιέργεια επιστημολογικών πεποιθήσεων σχετικά με τη φύση της επιστήμης και τη φύση της επιστημονικής διερεύνησης. Τα αποτελέσματα της έρευνας παρέχουν πολύτιμες προτάσεις για τη βελτίωση της εκπαιδευτικής πρακτικής στη διδασκαλία της φυσικής ειδικότερα, και των φυσικών επιστημών γενικότερα, ενθαρρύνοντας τη σταδιακή αυτονομία των μαθητών μέσω δραστηριοτήτων διερεύνησης.