Promoting education for sustainability in science education: the role of actor-network theory-informed projects in enhancing students' critical sustainability consciousness

Abstract

Science Education has been shaped in relation to the evolution of technoscientific fields and their dynamic interconnections with social, economic, and environmental factors. This development has historically taken the form of an interaction between two poles: the first focuses exclusively on the teaching of scientific concepts and theories (Vision I), while the second seeks to connect Science Education with everyday life (Vision II). In the present historical moment—one in which the advancement of Science and Technology entails profound challenges for humanity—the dominant practice in the teaching of Science remains the adoption of the first pole’s perspective, thereby excluding meaningful engagement with sustainability issues. On the other hand, alternative pedagogical frameworks that adopt the perspective of the second pole often incorporate depoliticised approaches, which obscure the influence of power relations on the shaping of technoscience, and, more specifically, the influence of socio-economically powerful groups. By doing so, they contribute to the creation of beautified images of technological products, services and related careers, obscuring problematic elements they might entail. Nonetheless, there is a third pole encompassing critical/transformative frameworks in Science Education (Vision III). These frameworks have been historically influenced by Environmental Education and have the potential to promote the vision of Education for Sustainability. The aim of this doctoral thesis is to explore how sustainability can be promoted in secondary Science Education. To achieve this, the research focused on pedagogical approaches aligned with Vision III, and, more specifically, on those that employ Actor-Network Theory. Actor-Network Theory was developed in the 1980s to analyse the complex relationships among actors that constitute technoscientific products and services, by approaching them as networks of actors with tangible effects. The application of Actor–Network Theory in Science Education offers significant benefits, facilitating a deeper understanding of scientific concepts while contributing to the achievement of the goals of Education for Sustainability. It illuminates the relationships between biotic and abiotic elements, giving voice to all actors; it renders visible perspectives within technoscience that are typically managed exclusively by experts; and it frames technoscience as the outcome of multiple power relations rather than as neutral, uncontextualised entities. More specifically, within the context of the doctoral dissertation, the STEPWISE framework (Science and Technology Education Promoting Wellbeing for Individuals, Societies and Environments) was implemented. STEPWISE incorporates principles of Actor-Network Theory as part of conducting projects that focus on socioscientific issues. STEPWISE was adapted in the frame of sustainability through the modification of one of its core strategies: the construction of Actor-Network maps. In particular, the triple sustainability Venn diagram was utilised as the background for contructing these maps, because it highlights how actors function within the dimensions of sustainability. To assess the impact of the teaching approach, the concept of Sustainability Consciousness was employed, referring to an individual’s knowingness, attitudes, and behaviours in relation to sustainable development across its social, economic, and environmental dimensions. Given that Sustainability Consciousness has been measured in the relevant literature primarily through quantitative models, this study introduces the concept of Critical Sustainability Consciousness. This concept constitutes a qualitative perspective, aligned with the theoretical framework of critical theory and Actor–Network Theory, and enriched with the elements of critical thinking, systems thinking, and action competence. The main research question is: how does participation in Research-informed Action projects, drawing on Actor-Network Theory, contribute to the development of critical sustainability consciousness of lower secondary science students in the context of socioscientific issues? The research question was investigated using critical practitioner research with elements of action research. The research was conducted during the 2020-2021 school year in a secondary science class of a British school in Athens, consisting of 13–14-year-old students – eight boys and nine girls. During the research, qualitative data were collected, including interviews and Actor–Network maps. These data were analysed, respectively, through thematic analysis and through the use of newly developed criteria drawing from concept maps analysis. More specifically, an evaluation rubric was developed and is proposed as an analytical tool, tailored to the structure of Actor-Network maps. Overall, there is evidence to suggest that students’ critical sustainability consciousness was developed with reference to sustainable knowingness, attitudes and behaviours, as well as critical thinking, systems thinking, and action competence. Some aspects of this evolution include: holistic understanding of scientific concepts within the context of socioscientific issues; improved analysis of actors through the lens of sustainability dimensions; the recognition of socio-scientific issues as embedded within broader socio-economic inequalities; the expression of attitudes that go beyond a narrow anthropocentric perspective; empowerment; and encouragement of student-led awareness-raising actions. At the same time, the research highlights the persistence of individualistic thinking when students considered solutions to problematic situations. In addition, the study draws conclusions regarding the use of Actor-Network maps as a strategy capable of contributing to the promotion of critical sustainability consciousness. Through the use of the evaluation rubric, comparisons were made between the maps created by students over the course of the school year, revealing both strengths and areas for improvement of the teaching strategy. In particular, there is evidence suggesting improved use of Actor–Network maps, such as more holistic representations of socio-scientific issues, enrichment of map content through a more balanced reference to biotic and abiotic actors, and a more multidimensional representation of relationships among actors on the basis of the three circles of the Venn diagram. In addition, ways were identified in which the process of creating Actor–Network maps contributed to a better understanding of sustainability. At the same time, limitations of the strategy were identified, such as the difficulties students encountered in adequately describing alliances among actors. Finally, the research offers recommendations for supporting the implementation of classroom projects that integrate Actor-Network Theory. These consist of strategies for rendering key concepts—such as depunctualisation—more accessible, as well as providing scaffolding across the different phases of projects on socio-scientific issues.

Η Εκπαίδευση των Φυσικών Επιστημών έχει διαμορφωθεί σε συνάρτηση με την εξέλιξη των τεχνοεπιστημών και τη δυναμική διασύνδεσή τους με κοινωνικούς, οικονομικούς και περιβαλλοντικούς παράγοντες. Αυτή η εξέλιξη έχει ιστορικά πάρει τη μορφή της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο πόλων: o πρώτος επικεντρώνει αποκλειστικά στη διδασκαλία επιστημονικών εννοιών και θεωριών (Vision I) και ο δεύτερος επιχειρεί τη σύνδεση της Εκπαίδευσης των Φυσικών Eπιστημών με την καθημερινότητα (Vision II). Σε μία ιστορική συγκυρία, όπου η εξέλιξη της Eπιστήμης και της Τεχνολογίας εμπεριέχει τεράστιες προκλήσεις για την ανθρωπότητα, αυτό το οποίο αποτελεί κυρίαρχη πρακτική στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών είναι η υιοθέτηση της οπτικής του πρώτου πόλου, αποκλείοντας την ενασχόληση με αειφορικά ζητήματα. Από την άλλη μεριά, εναλλακτικά παιδαγωγικά πλαίσια που υιοθετούν την οπτική του δεύτερου πόλου, εμπεριέχουν αποπολιτικοποιημένες θεωρήσεις, οι οποίες αποκρύπτουν την επίδραση των σχέσεων εξουσίας στη διαμόρφωση της τεχνοεπιστήμης και πιο συγκεκριμένα την επιρροή που έχουν κοινωνικο-οικονομικά ισχυρές ομάδες. Με αυτό τον τρόπο συμβάλλουν στη δημιουργία ωραιοποιημένων εικόνων για τεχνολογικά προϊόντα, υπηρεσίες και σχετικές καριέρες, αποκρύπτοντας τα προβληματικά στοιχεία που εμπεριέχουν. Παρόλα αυτά, υπάρχει ένας τρίτος πόλος που περιλαμβάνει κριτικά/μετασχηματιστικά πλαίσια της Εκπαίδευσης των Φυσικών Επιστημών (Vision III). Αυτά έχουν ιστορικά επηρεαστεί από την Περιβαλλοντική Εκπαίδευση και έχουν τη δυνατότητα να συνεισφέρουν στην προώθηση του οράματος της Εκπαίδευσης για την Αειφορία. Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο μπορεί να προωθηθεί η αειφορία στη δευτεροβάθμια Εκπαίδευση των Φυσικών Επιστημών. Για να επιτευχθεί αυτό, επιλέχθηκε η εστίαση σε παιδαγωγικά πλαίσια αναφοράς του τρίτου πόλου και πιο συγκεκριμένα αυτών που χρησιμοποιούν τη θεωρία Δραστών-Δικτύου. Η θεωρία Δραστών-Δικτύου δημιουργήθηκε τη δεκαετία του 80’ με σκοπό την ανάλυση των πολύπλοκων σχέσεων μεταξύ παραγόντων που συνθέτουν προϊόντα/υπηρεσίες της τεχνοεπιστήμης, μέσα από την προσέγγισή τους ως δίκτυα παραγόντων που έχουν μία απτή επίδραση. Η εφαρμογή της θεωρίας Δραστών-Δικτύου στην Εκπαίδευση των Φυσικών Επιστημών έχει σημαντικά οφέλη καθώς βοηθάει από την μία να εμβαθύνουμε σε έννοιες των Φυσικών Επιστημών, ενώ από την άλλη συντελεί στην επίτευξη των στόχων της Εκπαίδευσης για την Αειφορία. Για παράδειγμα, η θεωρία Δραστών-Δικτύου διαφωτίζει τις σχέσεις μεταξύ βιοτικών και αβιοτικών στοιχείων δίνοντας φωνή σε όλους τους δρώντες, καθιστά ορατές οπτικές των τεχνοεπιστημών που κατά κανόνα είναι αντικείμενο διαχείρισης μόνο από ειδικούς και επικεντρώνει στις τεχνοεπιστημες ως αποτέλεσμα πολλαπλών σχέσεων εξουσίας παρά ως ουδέτερες - και μη ενταγμένες σε ένα πλαίσιο - οντότητες. Πιο συγκεκριμένα, στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής εφαρμόστηκε το παιδαγωγικό πλαίσιο STEPWISE (Science and Technology Education Promoting Wellbeing for Individuals, Societies and Environments), το οποίο ενσωματώνει αρχές της θεωρίας Δραστών-Δικτύου ως μέρος της διεξαγωγής πρότζεκτ που εστιάζουν σε κοινωνικο-επιστημονικά ζητήματα. Το STEPWISE προσαρμόστηκε στην αειφορία μέσα από την τροποποίηση μίας βασικής στρατηγικής του, τον σχεδιασμό χαρτών Δραστών-Δικτύου. Ειδικότερα, ως υπόβαθρο για τον σχεδιασμό χαρτών Δραστών-Δικτύου χρησιμοποιήθηκε το τριπλό διάγραμμα Βεν της αειφορίας, το οποίο αναδεικνύει τη λειτουργία των δραστών στο πλαίσιο των διαστάσεών της. Για την αποτύπωση του αντίκτυπου της διδακτικής προσέγγισης χρησιμοποιήθηκε η έννοια της Αειφορικής Συνείδησης, η οποία αναφέρεται στις γνώσεις, τις στάσεις και τις συμπεριφορές ενός ατόμου σε σχέση με τη βιώσιμη ανάπτυξη, στο πλαίσιο των κοινωνικών, οικονομικών και περιβαλλοντικών της διαστάσεων. Δεδομένου ότι η Αειφορική Συνείδηση έχει αποτυπωθεί στη σχετική βιβλιογραφία κυρίως μέσω ποσοτικών μοντέλων, στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας εισάγεται η έννοια της Κριτικής Αειφορικής Συνείδησης. Η έννοια αυτή συνιστά μια ποιοτική οπτική, προσαρμοσμένη στο θεωρητικό πλαίσιο της κριτικής θεωρίας και της Θεωρίας Δραστών-Δικτύου, και εμπλουτισμένη με τα στοιχεία της κριτικής σκέψης, της συστημικής σκέψης και της ικανότητας δράσης. Το βασικό ερευνητικό ερώτημα είναι: με πιό τρόπο συνεισφέρει η διεξαγωγή πρότζεκτ που ενσωματώνουν τη θεωρία Δραστών-Δικτύου στην ανάπτυξη της κριτική αειφορική συνείδηση των μαθητών γυμνασίου στο πλαίσιο της διδασκαλίας φυσικών επιστημών μέσα από κοινωνικο-επιστημονικά ζήτήματα; Το ερευνητικό ερώτημα διερευνήθηκε χρησιμοποιώντας κριτική έρευνα παρέμβασης με στοιχεία έρευνας δράσης. Η έρευνα έλαβε χώρα το σχολικό έτος 2020-2021 σε μία τάξη φυσικών επιστημών μαθητών/τριών 13-14 χρονών - αποτελούμενη από οχτώ αγόρια και εννιά κορίτσια – σε ένα Βρετανικό σχολείο της Αθήνας. Κατά τη διάρκειά της, συλλέχθηκαν ποιοτικά δεδομένα, όπως συνεντεύξεις και χάρτες Δραστών-Δικτύου, τα οποία αναλύθηκαν αντίστοιχα με θεματική ανάλυση και μέσα από χρήση νέων κριτηρίων εμπνευσμένων από την ανάλυση εννοιολογικών χαρτών. Πιο συγκεκριμένα, για να αναλυθούν οι χάρτες κατασκευάστηκε και προτείνεται ως αναλυτικό εργαλείο μία ρούμπρικα αξιολόγησης προσαρμοσμένη στη δομή και το θεωρητικό πλαίσιο των χαρτών Δραστών-Δικτύου. Όσον αφορά τα αποτελέσματα, η εργασία παρουσιάζει δεδομένα που δείχνουν εξέλιξη της κριτικής αειφορικής συνείδησης των μαθητευόμενων ατόμων με αναφορές στο αειφορικό γνωρίζειν, στις στάσεις και συμπεριφορές καθώς και στην κριτική σκέψη, τη συστημική σκέψη και την ικανότητα δράσης. Κάποια στοιχεία αυτής της εξέλιξης είναι: η ολιστική κατανόηση επιστημονικών εννοιών στα πλαίσια κοινωνικο-επιστημονικών ζητημάτων, η βελτιωμένη ανάλυση δρώντων μέσα από τις διαστάσεις της αειφορίας, η αντίληψη κοινωνικο-επιστημονικών ζητημάτων ως μέρος κοινωνικο-οικονομικών αντιθέσεων, η προώθηση στάσεων που ξεπερνούν μία τυπική ανθρωποκεντρικότητα, η ενδυνάμωση και η προώθηση μαθητικών δράσεων ευαισθητοποίησης. Παράλληλα όμως αναδείχθηκε και η ανθεκτικότητα που φαίνεται να έχουν ατομικιστικές λογικές όσον αφορά στην επίλυση προβληματικών καταστάσεων. Επιπλέον, εξάγονται συμπεράσματα για τη χρήση των χαρτών Δραστών-Δικτύου ως στρατηγική που μπορεί να συμβάλει στην προώθηση της Κριτικής Αειφορικής Συνείδησης. Μέσα από τη χρήση της ρούμπρικας αξιολόγησης έγινε σύγκριση των χαρτών που δημιούργησαν οι μαθητές/μαθήτριες κατά τη διάρκεια της χρονιάς και αναδείχθηκαν δυνατότητες και περιθώρια βελτίωσης της στρατηγικής. Ειδικότερα, υπάρχουν δεδομένα που δείχνουν βελτιωμένη χρήση των χαρτών Δραστών-Δικτύου, όπως η περισσότερο ολιστική απεικόνιση κοινωνικο-επιστημονικών ζητημάτων, ο εμπλουτισμός του περιεχομένου των χαρτών με περισσότερη ισoρροπημένη αναφορά σε βιοτικούς και αβιοτικούς δράστες, και μια πιο πολυδιάστατη αναπαράσταση σχέσεων μεταξύ δραστών με βάση τους τρεις κύκλους του διαγράμματος Βεν. Επίσης, αναδείχθηκαν τρόποι με τους οποίους η διαδικασία της στρατηγικής συνείσφερε στην καλύτερη κατανόηση της αειφορίας. Ταυτόχρονα, εντοπίστηκαν περιορισμοί της εφαρμογής χαρτών Δραστών-Δικτύου, όπως οι δυσκολίες που αντιμετώπισαν οι μαθητές/μαθήτριες ως προς την επαρκή περιγραφή συμμαχιών δραστών κοινωνικο-επιστημονικών ζητημάτων. Τέλος, στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής γίνονται προτάσεις για τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να διευκολυνθεί η διαδικασία διεξαγωγής πρότζεκτ που ενσωματώνουν τη θεωρία Δραστών-Δικτύου. Αυτές εμπεριέχουν στρατηγικές απλοποίησης σχετικών εννοιών όπως για παράδειγμα της αποσταθεροποίσης (depunctualisation), καθώς και τη δημιουργία εργαλείων που λειτουργούν ως διανοητικές σκαλωσιές, προσαρμοσμένα στις διαφορετικές φάσεις των πρότζεκτ σε σχέση με κοινωνικο-επιστημονικά ζητήματα.