Συνεργασία και μοντελοποίηση σε μαθησιακά περιβάλλοντα

Abstract

Η μοντελοποίηση είναι μια θεμελιώδης επιστημονική διεργασία, διαμεσολαβητής ανάμεσα στη θεωρητική επεξεργασία και στα επιστημονικά δεδομένα. Τα μοντέλα είναι επιστημονικές κατασκευές οι οποίες χρησιμοποιούνται για την αξιολόγηση της εφαρμοσιμότητας υποθέσεων, τη διαμόρφωση προβλέψεων και την αναδίπλωση μηχανισμών λειτουργίας των φυσικών φαινομένων. Η ικανότητα της μοντελοποίησης έχει αποκτήσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον στη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών ως ένα μέσο υποστήριξης των μαθησιακών διεργασιών και εξέλιξης της κατανόησης των μανθανόντων. Εμπεριέχει δεξιότητες συλλογισμού, απαραίτητες για την ομαλή ανάπτυξη της επιστημονικής ενημερότητας του ατόμου. Σε αυτή τη διατριβή εξετάστηκε η διασύνδεση μεταξύ μηχανισμών συνεργατικής μάθησης και της ανάπτυξης και αξιοποίησης ενός θεωρητικού πλαισίου για τη διδακτική αξιοποίηση της μοντελοποίησης. Η μοντελοποίηση και η συνεργασία αποτελούν αναπόσπαστα στοιχεία στις καθημερινές πρακτικές των επιστημόνων. Η βιβλιογραφία παρουσιάζει, παρόλο που δεν το στηρίζει ερευνητικά, τη συνεργατική μάθηση ως ένα δυνητικά σημαντικό στοιχείο στην ανάπτυξη της ικανότητας της μοντελοποίησης. Η βασική επιδίωξη αυτής της έρευνας αφορά στη διερεύνηση των πτυχών της διδασκαλίας και του διδακτικού μετασχηματισμού της μοντελοποίησης μέσα από αξιοποίηση διαδικτυακών εργαλείων που υποστηρίζονται από ένα Εικονικό Περιβάλλον Μάθησης. Για την επίτευξη της επιδίωξης αυτής αναπτύχθηκε διδακτικό υλικό που αφορά στην ανάπτυξη της ικανότητας της μοντελοποίησης και των στρατηγικών διδασκαλίας της από προϋπηρεσιακούς εκπαιδευτικούς (ΠΕ) (Ν=21) σε μαθητές δημοτικού σχολείου, το οποίο υλοποιήθηκε πειραματικά στο πλαίσιο ενός μαθήματος που περιλαμβάνει δομημένη συνεργασία σε διαφορετικά επίπεδα, κατά το εαρινό εξάμηνο 2007, στο Πανεπιστήμιο Κύπρου. Η έρευνα στηρίχθηκε σε μία μικτή μεθοδολογική προσέγγιση που περιλάμβανε συλλογή δεδομένων μέσα από (α) διαγνωστικά δοκίμια αξιολόγησης της ικανότητας της μοντελοποίησης και της κατανόησης των Φάσεων της Σελήνης, (β) ημερολόγια αναστοχασμού των Π Ε, (γ) σύγχρονες και ασύγχρονες συζητήσεις στο εικονικό περιβάλλον μάθησης ή στην τάξη, (δ) μοντέλα που οικοδομήθηκαν για το φαινόμενο των Φάσεων της Σελήνης και (ε) εκθέσεις των ΠΕ από έρευνες δράσης σε σχέση με τη διδασκαλία της μοντελοποίησης σε παιδιά. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ότι η διδακτική παρέμβαση που σχεδιάστηκε ήταν επιτυχημένη, όχι μόνο γιατί προώθησε την ανάπτυξη της ικανότητας της μοντελοποίησης, αλλά και γιατί η εφαρμογή της επέφερε μαθησιακό όφελος σε σχέση και με το εννοιολογικό περιεχόμενο του μαθήματος. Παρόλα αυτά, η μαθησιακή και διδακτική προσπάθεια των ΠΕ φαίνεται να παρεμποδίζεται από συγκεκριμένες επιστημολογικές και παιδαγωγικές δυσκολίες, οι οποίες συσχετίζονται μεταξύ τους. Με βάση αυτή τη συσχέτιση, σκιαγραφήθηκαν τρεις διαφορετικοί άξονες θεωρητικών προσεγγίσεων για τη διδασκαλία της μοντελοποίησης (γραμμικοί, αντικειμενοστρεφείς και αισθητικά προσανατολισμένοι κατασκευαστές μοντέλων). Τέλος, καταγράφηκαν συγκεκριμένες παράμετροι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από εκπαιδευτές κατά την ανάπτυξη διδακτικών παρεμβάσεων, οι οποίες να αξιοποιούν τις δυνατότητες επικοινωνίας που προσφέρουν συγκεκριμένα διαδικτυακά εργαλεία και να στοχεύουν στην ανάπτυξη της ικανότητας της μοντελοποίησης. Εντοπίστηκαν, επίσης, παράμετροι, οι οποίες προωθούν τη δημιουργία συνθηκών αποτελεσματικής συνεργασίας. Αυτή η ερευνητική προσπάθεια αποτελεί μια εμπειρικά και θεωρητικά θεμελιωμένη πρόταση για τη διδακτική επεξεργασία των υπό έμφαση μαθησιακών επιδιώξεων. Η εργασία βοήθησε στην ενίσχυση του θεωρητικού πλαισίου μέσω (α) του εντοπισμού των μαθησιακών δυσκολιών που αντιμετωπίζουν οι ΠΕ, (β) της καταγραφής της σημασίας των μεταδεδομένων σε συνθήκες ετεροαξιολόγησης και (γ) της ερευνητικά τεκμηριωμένης διασύνδεσης μεταξύ της συνεργατικής μάθησης και της διδασκαλίας της ικανότητας της μοντελοποίησης.

Modeling ability is a basic scientific process that connects theories and scientific data. Models are scientific constructs used for assessing the applicability of hypotheses, forming hypotheses and developing the mechanisms supporting the functionality of the physical phenomena. In the Didactics of Natural Sciences the importance of the modeling ability lies in the fact that it could act as a medium for supporting the learning processes and the development of students' learning. Modeling is an ability that includes reasoning skills necessary for the development of the learners' epistemological awareness. This thesis evaluated the connection between collaboration mechanisms and the development of a theoretical framework for teaching the modeling ability. Both modeling and collaboration are part of the daily practices used by scientists. In the literature, collaboration is considered as an integral part of the modeling ability. However, there is not much research investigating this relationship. The main goal of the research study refers to the investigation of the basic aspects of teaching the modeling ability and its teaching transformation through the use of specific internet tools supported by a Virtual Leaning Environment (VLE). For achieving this goal, we developed teaching material which promoted the development of and strategies for teaching the modeling ability by pre-service teachers (PsTs) (N=21) to elementary students. This was implemented in the frame of a course including structured collaboration in different levels, during spring semester 2007 at the University of Cyprus. The study relied on a mixed method research methodology comprised of (a) pre- and post-tests of the modeling ability and the phenomenon of moon phases, (b) reflective journals kept by the PsTs, (c) synchronous and asynchronous discussions supported by the VLE or held in class, (d) successive group models of the moon phases and (e) PsTs' reports regarding action research studies aiming to the development of the modeling ability of elementary students. Results indicated that the teaching intervention was successful not only in promoting the development of the modeling ability, but also in helping PsTs gain understanding about the course content. However, their efforts seemed to be distracted by specific epistemological and pedagogical difficulties. These two types of difficulties are correlated. Based on the qualitative interpretation of this relationship, three theoretical didactical approaches regarding teaching of the modeling ability were sketched out: linear modelers, aesthetic modelers and object-oriented modelers. Specific parameters were identified, which can be used by educators for the development of teaching interventions that aim to the development of the modeling ability and take advantage of the communicative potential of certain tools. Moreover, parameters that promote successful collaboration were identified. This research study constitutes a theoretically grounded proposal for the didactical elaboration of the underlying goals, which can be used by the educational system. Additionally, the results of the study add to the theoretical framework through (a) the identification of the difficulties encountered by the PsTs, (b) the recording of the importance of the metadata used during peer reviewing, and (c) a research-validated connection between collaborative learning and teaching of the modeling skill.