Συνδυασμένη ανάπτυξη κατανόησης ενεργειακών μηχανισμών και δεξιοτήτων λήψης απόφασης και η σύνδεση τους με τη φύση της επιστήμης

Abstract

Η εργασία απευθύνθηκε σε δύο βασικές επιδιώξεις. Η πρώτη εστιάζει στην ανάπτυξη διδακτικού υλικού για την προώθηση (α) εννοιολογικής κατανόησης και επιστημολογικής ενημερότητας για την ενέργεια, (β) επάρκειας για βασικές πτυχές της φύσης της επιστήμης και (γ) της συλλογιστικής στρατηγικής της βελτιστοποίησης σε καταστάσεις λήψης απόφασης. Η δεύτερη αφορά στη διαχείριση συγκεκριμένων ερευνητικών ερωτημάτων τα οποία συνδέονται άμεσα με την ανάπτυξη και την αξιολόγηση του διδακτικού υλικού και αποσκοπούν στην ενίσχυση του διαθέσιμου ερευνητικού υποβάθρου για (α) τις αρχικές ιδέες των μαθητών αναφορικά με τις βασικές μαθησιακές επιδιώξεις του διδακτικού υλικού και τις σχετικές δυσκολίες που αντιμετωπίζουν και (β) το βαθμό στον οποίο είναι εφικτή η επίδραση στις αρχικές ιδέες των μαθητών, μέσα από ειδικά σχεδιασμένες διδακτικές επινοήσεις.Η πορεία υλοποίησης της εργασίας περιέλαβε πέντε στάδια. Στο πρώτο στάδιο αναπτύχθηκε μια πρώτη εκδοχή του διδακτικού υλικού λαμβάνοντας υπόψη (α) την υφιστάμενη τεχνογνωσία που καταγράφεται στη σχετική ερευνητική βιβλιογραφία, (β) την ανάλυση του περιεχομένου και της δομής των τριών μαθησιακών επιδιώξεων, και (γ) τις αρχικές ιδέες των μαθητών και τις δυσκολίες που συναντούν αναφορικά με τις τρεις μαθησιακές επιδιώξεις. Το διδακτικό υλικό αποτελείται από δύο ενότητες. Η πρώτη εστιάζει στην επεξεργασία της ενέργειας και επικεντρώνεται στην προώθηση (α) επιστημολογικής επάρκειας για συγκεκριμένα χαρακτηριστικά της φύσης της επιστήμης και (β) εννοιολογικής κατανόησης για την ενέργεια και την εφαρμογή της στην ανάλυση μεταβολών σε φυσικά συστήματα. Η δεύτερη ενότητα αποσκοπεί στην καλλιέργεια της συλλογιστικής στρατηγικής της βελτιστοποίησης. Η ακολουθία που έχει αναπτυχθεί αξιοποιεί ως συγκείμενο κοινωνικο-επιστημονικά ζητήματα ενεργειακού χαρακτήρα. Συνεπώς, η σύνδεση ανάμεσα στις δύο ενότητες προκύπτει από την αξιοποίηση του θεματικού πλαισίου της ενέργειας. Το δεύτερο στάδιο περιέλαβε την εφαρμογή του διδακτικού υλικού στο πλαίσιο ενός απογευματινού μαθητικού ομίλου στον οποίο συμμετείχαν 28 μαθητές ηλικίας 11 ως 14 ετών. Παράλληλα με την υλοποίηση του διδακτικού υλικού εφαρμόστηκαν διαδικασίες συλλογής εμπειρικών δεδομένων αναφορικά με την εξέλιξη της κατανόησης των μαθητών σε σχέση με τις μαθησιακές επιδιώξεις. Τα δεδομένα που προέκυψαν παρείχαν ενθαρρυντικές ενδείξεις σχετικά με την προώθηση των υπό έμφαση μαθησιακών επιδιώξεων. Επίσης, προέκυψαν ενδείξεις για πτυχές της ακολουθίας δραστηριοτήτων που δεν λειτούργησαν ιδιαίτερα αποτελεσματικά. Αυτές οι ενδείξεις αποτέλεσαν βασική πηγή αναφοράς στο τρίτο στάδιο, το οποίο επικεντρώθηκε στην αναθεώρηση του διδακτικού υλικού. Στο τέταρτο στάδιο εφαρμόστηκε η αναθεωρημένη ακολουθία δραστηριοτήτων σε πραγματικά περιβάλλοντα τάξης. Οι δύο ενότητες εφαρμόστηκαν ανεξάρτητα. Η πρώτη υλοποιήθηκε σε τρεις έκτες τάξεις ενός δημοτικού σχολείου (Ν=64) και η δεύτερη σε δύο έκτες τάξεις ενός άλλου σχολείου (Ν=48). Η επεξεργασία των εμπειρικών δεδομένων που είχαν συλλεγεί κατά την εφαρμογή των δύο ενοτήτων κατέδειξε αξιόλογη εξέλιξη στο σκεπτικό των μαθητών σε σχέση με το σύνολο των μαθησιακών επιδιώξεων. Ωστόσο, παρείχε επίσης ενδείξεις για πτυχές του διδακτικού υλικού οι οποίες δεν λειτούργησαν σε ικανοποιητικό βαθμό. Αυτές οι ενδείξεις καθοδήγησαν τη διαδικασία αναθεώρησής του στο πέμπτο στάδιο της πορείας υλοποίησης της εργασίας. Η συνεισφορά της εργασίας στο ερευνητικό πεδίο της μάθησης και της διδασκαλίας στις φυσικές επιστήμες αναλύεται σε δύο συνιστώσες. Η πρώτη αφορά στο διδακτικό υλικό που προέκυψε ως προϊόν της εργασίας. Αυτή η συνεισφορά καθίσταται προφανής από το γεγονός ότι η διδακτική διαχείριση της καθεμιάς από τις μαθησιακές επιδιώξεις στις οποίες απευθύνεται αποτελεί μια πρόκληση που αντιμετωπίζει η διδακτική των φυσικών επιστημών. Η δεύτερη αφορά στην ενίσχυση των βασικών πτυχών του θεωρητικού πλαισίου στο οποίο εντάσσεται η εργασία.

The study is targeted at the development of teaching and learning materials to help students develop (a) conceptual understanding about energy and its properties as a framework for analyzing changes in physical systems, (b) epistemological awareness with respect to certain aspects of the Nature of Science (NOS) and (c) optimization as a reasoning strategy for dealing with decision-making situations. In addition to this, it has set out to address certain research question intended to contribute to the enrichment of the available research-based knowledge about (a) students’ initial ideas in regard of the targeted learning objectives and the various reasoning, conceptual, epistemological, or other difficulties they encounter in this respect and (b) the extent to which it is possible to impact on students’ understanding, in this respect. The study evolved through five stages. The first stage involved the design and development of an initial version of the activity sequence. This has relied on (a) the review of the relevant research literature (b) the analysis of the content of each of the learning objectives and (c) students’ initial ideas and their difficulties with respect to the learning objectives. The activity sequence consists of two units. The first focuses on the construct of energy and it seeks to help students develop (a) epistemological awareness with respect to certain aspects of NOS and (b) the ability to employ energy and its properties in analyzing changes observed in physical systems. The second section is targeted at the development of a certain reasoning strategy for dealing with decision making situations and the comparison of rival solutions, in particular. The second stage involved the implementation of the teaching/learning materials in an after school science club (28 students aged between 11 and 14). Data were collected prior to and after the completion of each of the sections so as to assess for students’ possible learning gains. Data analysis provided encouraging indications with respect to the attainment of the learning objectives and it revealed aspects of the teaching/learning materials that did not function quite effectively. These indications informed and guided the refinement of the activity sequence (third stage). The fourth stage involved the implementation of the revised version of the activity sequence in real classroom environments. The first unit was implemented in three intact sixth grade classes of an urban elementary school (Ν=64) whereas the second unit was implemented in two intact sixth grade classes of a different urban elementary school (Ν=48). During the implementation of the learning materials we collected empirical data on students’ learning gains. Data analysis suggested a significant improvement in students’ competence with respect to each of the learning objectives addressed by the learning materials. It also indicated aspects that did not function as effectively as we would like them to. The fifth stage included the refinement of the activity sequence, for the second time, so as to further enhance its effectiveness. This study can contribute to the research field of science education in two main ways. The first relates to the teaching and learning materials that have emerged as a result of the study. This contribution becomes more apparent given the fact that each of the learning objectives is directly linked to widely recognized challenges in the science education research literature. The second way relates to the enrichment of certain areas of its theoretical framework.