Η χρήση των οπτικοποιήσεων στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών σε θέματα αστρονομίας σε μικρές ηλικίες

Abstract

Οι απεικονίσεις και γενικότερα κάθε μορφή οπτικοποίησης αποτελούν πλέον αναπόσπαστα στοιχεία της καθημερινότητας μέσα από τις οποίες καλούμαστε να αντλήσουμε πληροφορίες αλλά και να αντιληφθούμε τη λειτουργία της κοινωνίας, των γεγονότων και γενικότερα του κόσμου. Οι οπτικοποιήσεις είναι πλέον άρρηκτα συνδεδεμένες με τις επιστήμες, αφού αποτελούν εργαλεία κατανόησης και επεξήγησης διαφόρων λειτουργιών και φαινομένων. Τόσο εκπαιδευτικοί όσο και η ερευνητική βιβλιογραφία, έχουν αναδείξει ότι οι οπτικοποιήσεις είναι ιδιαίτερα χρήσιμες και συνυφασμένες με την εκπαίδευση των φυσικών επιστημών και ποικίλουν ως προς το είδος, τη λειτουργία τους αλλά και τον σκοπό που εξυπηρετούν. Η παρούσα έρευνα επικεντρώνεται στη χρήση των οπτικοποιήσεων στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση και επιδιώκει να εντοπίσει κατά πόσο η χρήση των οπτικοποιήσεων κατά τη διδασκαλία των φυσικών επιστημών σε παιδιά μικρότερων ηλικιών, βοηθά στην εννοιολογική κατανόηση διαφόρων εννοιών. Επίσης επιχειρεί να διασαφηνίσει τα κύρια χαρακτηριστικά μεταξύ στατικών και κινούμενων, ρεαλιστικών και σκιτσογραφημένων οπτικοποιήσεων που ενισχύουν την κατανόηση εννοιών σε μαθητές της πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης. Στα πλαίσια της παρούσας έρευνας λοιπόν καθορίζονται οι οπτικοποιήσεις και τα χαρακτηριστικά τους όπως επίσης και η χρήση τους σε διάφορες βαθμίδες της εκπαίδευση, ενώ πραγματοποιείται και μια εκτενής αναφορά στις αντιλήψεις των παιδιών σε θέματα αστρονομίας που αποτελούν τη θεματική ενότητα της εργασίας. Συνεπώς από τη μελέτη της διεθνούς βιβλιογραφίας προκύπτει ένα κενό όσον αφορά τα είδη των οπτικοποιήσεων και τα χαρακτηριστικά τους που είναι πιο ωφέλιμα για την εννοιολογική κατανόηση στα πλαίσια των φυσικών επιστημών σε παιδιά πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης. Στην έρευνα συμμετέχουν 150 μαθητές πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης από τα δημόσια σχολεία της Κύπρου, 75 μαθητές προδημοτικής, ηλικίας 5 και 6 χρόνων και 75 μαθητές της τετάρτης τάξης του δημοτικού σχολείου, παιδιά ηλικίας 9 και 10 χρόνων, σε ατομικές ημιδομημένες συνεντεύξεις. Τα παιδιά και των δυο ηλικιακών ομάδων χωρίστηκαν ισάριθμα σε πέντε ομάδες, όσα και τα είδη οπτικοποιήσεων που μελετήθηκαν, ολογράμματα, ρεαλιστικά βίντεο, ρεαλιστικές εικόνες, σκιτσογραφημένα βίντεο και σκιτσογραφημένες εικόνες. Κατά τη διάρκεια της συνέντευξης τα παιδιά παρακολουθούσαν οπτικοποιήσεις, ανάλογα με την ομάδα στην οποία ανήκαν, στις οποίες εμφανίζονταν τα υπό μελέτη φαινόμενα, σχήμα γης, ήλιου, εναλλαγή ημέρας νύχτας και κινήσεων της γης, περιστροφή και περιφορά. Οι μαθητές καλούνταν να δημιουργήσουν μοντέλα για τα υπό μελέτη φαινόμενα πριν τις προβολές και να τα αναθεωρήσουν μετά τις παρεμβάσεις. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν φαίνεται ότι όλα τα είδη των υπό μελέτη οπτικοποιήσεων είτε είναι τρισδιάστατα, είτε κινούμενα, είτε στατικά, εξυπηρετούν τον ίδιο σκοπό κατά τη δημιουργία αντικειμένων στη μοντελοποίηση. Αυτό που φαίνεται να επηρεάζει θετικά την κατανόηση των παιδιών και των δυο ηλικιών που έχουν μελετηθεί, είναι τα ρεαλιστικά χαρακτηριστικά που εντοπίζονται στις οπτικοποιήσεις. Όταν όμως τα παιδιά καλούνται να αναπαραστήσουν κίνηση ή τροχιά φαίνεται ότι οι κινούμενες οπτικοποιήσεις εξυπηρετούν καλύτερα τον σκοπό αυτό. Συνεπώς, όσον αφορά τις δυο ηλικιακές ομάδες ξεχωριστά, οι οπτικοποιήσεις που ωφέλησαν τη μεγαλύτερη ηλικιακή ομάδα της Δ δημοτικού ήταν οι κινούμενες, ενώ για την ηλικία της προδημοτικής τα ρεαλιστικά στοιχεία των οπτικοποιήσεων αποτέλεσαν σημαντικό παράγοντα για την εννοιολογική κατανόηση. Και στις δυο ηλικιακές ομάδες οι οπτικοποιήσεις που είχαν τη μικρότερη προσθετική επίδραση ήταν οι σκιτσογραφημένες εικόνες, στατικές ουσιαστικά οπτικοποιήσεις με σκιτσογραφημένα χαρακτηριστικά.

Visualisations have recently become an integral part of our everyday life, helping us not only to obtain information, but also to comprehend the operational functioning of society, its actions and the world as a whole. They are inextricably linked to the study of sciences, as they provide tools for understanding and explaining numerous functions and phenomena, and they can come in various sorts exploiting different roles and purposes. This study aims to elucidate the use of visualisation in primary education and seeks to deduce whether utilising visuals in the natural sciences can benefit young students into conceptualising various notions more efficiently and effectively. In addition, it also attempts to exemplify the main distinctions between static, moving, realistic and sketched visualisations, and how these can help in developing the perception of primary school students, without further burdening their cognitive load. The study protocol involves 150 primary school students attending public schools in Cyprus; 75 of which are between the ages of 5 and 6 years old and attending preschool education, and another 75 students attending the 4th grade in primary school, aged between 9 and 10 years old. The research examination was conducted through individual semi-structured interviews. Students were equally divided into five groups and then exposed to one of the five types of visuals of interest; holograms, realistic videos, realistic images, animated videos and sketched images. Through these visuals, the concepts of the shape of the Earth, the shape of the sun, the alternation between day and night as well as the Earth’s rotation and orbit were thoroughly examined. Finally, the impact of visualisations was analysed through models derived by the students before and after they were exposed to the different visuals under the concepts characterised previously. Ergo, our results show that all types of visualisations, whether holographic, animated or static, were beneficial to the students, and resulted in a similar outcome when the students were asked to model an object. Nevertheless, when the students were asked to simulate movements or trajectory, it seems that moving visuals proved to be more useful in creating accurate models. Consequently, looking at the two groups separately, the visuals that benefited the students in the 4th grade of the primary school were the moving visualisations, whereas the preschool students were better aided through the realistic images that evidently helped them to develop a deeper understanding of the concepts introduced to them. Lastly, indicated in both groups was the fact that the sketched static images were the least impactful when it came to a greater understanding of conceptual thinking.