Αξιολόγηση της παρουσίας υποστηρικτικών εργαλείων σε τεχνολογικά υποστηριζόμενα μαθησιακά περιβάλλοντα διερώτησης στις φυσικές επιστήμες

Abstract

Η βασική επιδίωξη της διατριβής ήταν η αξιολόγηση της υποστήριξης που παρέχεται σε τεχνολογικά υποστηριζόμενα μαθησιακά περιβάλλοντα διερώτησης στις Φυσικές Επιστήμες μέσω υποστηρικτικών εργαλείων. Για την επίτευξη του στόχου αυτού πραγματοποιήθηκαν τέσσερις εμπειρικές μελέτες και αξιοποιήθηκαν τρία υποστηρικτικά εργαλεία. Τα υποστηρικτικά εργαλεία σχεδιάστηκαν και αναπτύχθηκαν πρόσφατα προκειμένου να υποστηρίζουν τους μαθητές κατά τη διεκπεραίωση των απαιτητικών επιστημονικών πρακτικών της διερώτησης. Ειδικότερα, οι υποστηριζόμενες πρακτικές ήταν η διατύπωση υποθέσεων, ο σχεδιασμός έγκυρων πειραμάτων και η δημιουργία γραφικών παραστάσεων. Τα ερευνητικά ερωτήματα της κάθε μελέτης εστίασαν στον εντοπισμό διαφορών ως προς τα μαθησιακά οφέλη και τις ενέργειες των μαθητών καθώς ολοκληρώνουν μια σειρά δραστηριοτήτων σε ψηφιακό μαθησιακό περιβάλλον, όταν διαφοροποιείται ο βαθμός υποστήριξης που λαμβάνουν από τα υπό εξέταση υποστηρικτικά εργαλεία. Οι συμμετέχοντες σε κάθε μελέτη ολοκλήρωσαν τις δραστηριότητες ενός ψηφιακού μαθησιακού περιβάλλοντος, στο οποίο περιλαμβανόταν ένα εικονικό εργαστήριο. Οι δραστηριότητες του κάθε μαθησιακού περιβάλλοντος οργανώθηκαν σύμφωνα με το πλαίσιο μάθησης του κύκλου διερώτησης. Κατά για τις τέσσερις ερευνητικές προσπάθειες πραγματοποιήθηκε συλλογή δεδομένων μέσα από ειδικά σχεδιασμένα δοκίμια αξιολόγησης γνώσεων περιεχομένου και δεξιοτήτων διερώτησης. Τα δοκίμια αυτά χορηγήθηκαν πριν και μετά την ολοκλήρωση της κάθε διδακτικής παρέμβασης. Ωστόσο, η κυριότερη πηγή δεδομένων ήταν τα βίντεο που προέκυψαν από την καταγραφή του τρόπου εργασίας του κάθε μαθητή στον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Η αξιοποίηση αυτών των δεδομένων επέτρεψε τη διερεύνηση των βασικών ενεργειών των μαθητών μέχρι να ολοκληρώσουν όλες τις δραστηριότητες του μαθησιακού περιβάλλοντος και την αξιολόγηση των μαθησιακών τους προϊόντων. Επιπλέον, σε όλες τις μελέτες, εκτός από την πρώτη, οι μαθητές ολοκλήρωσαν δραστηριότητες σε νέα μαθησιακά συγκείμενα, αξιοποιώντας τα ίδια εργαλεία με τα οποία εργάστηκαν κατά τις διδακτικές παρεμβάσεις. Το γεγονός αυτό επέτρεψε τη διερεύνηση της μεταφοράς των μαθησιακών επιτευγμάτων από ένα γνωστικό αντικείμενο σε ένα καινούριο. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την κάθε μελέτη ενισχύουν το επιχείρημα ότι η υποστηριζόμενη μάθηση μέσω διερώτησης είναι επωφελής για τους μαθητές σε επίπεδο ανάπτυξης δεξιοτήτων επιστημονικής μεθόδου και απόκτησης γνώσεων περιεχομένου. Επιπλέον φάνηκε ότι, ο βαθμός δομής και προβληματισμού που διέπει ένα υποστηρικτικό εργαλείο είναι ένα σημαντικό στοιχείο που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον σχεδιασμό, ανάπτυξη και αξιοποίηση υποστηρικτικών εργαλείων. Συγκεκριμένα, η αμοιβαία συνεισφορά της δομής που παρέχεται από ένα υποστηρικτικό εργαλείο και του προβληματισμού που προκαλείται στους μαθητές, ώστε να το χρησιμοποιήσουν για να ολοκληρώσουν τη διαδικασία που υποστηρίζεται, αποτέλεσε καθοριστικό παράγοντα για την επιτυχία των μαθητών και τη μεταφορά των επιτευγμάτων τους σε νέα μαθησιακά συγκείμενα. Τα αποτελέσματα και συμπεράσματα της διατριβής προσφέρουν σημαντική πληροφόρηση για τα ανοικτά ζητήματα που απασχολούν την εκπαιδευτική έρευνα για την τεχνολογικά υποστηριζόμενη μάθηση με διερώτηση. Επιπλέον, ενισχύουν την ανάγκη για περαιτέρω διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των υποστηρικτικών εργαλείων που ενσωματώνονται σε τεχνολογικά υποστηριζόμενα μαθησιακά περιβάλλοντα.

The main goal of the thesis was to evaluate the support provided in computer-supported inquiry learning environments through software scaffolds. For this purpose, four empirical studies were carried out and three software scaffolds were used. The software scaffolds have been recently designed and developed to support students when addressing complex scientific practices of the inquiry process. Specifically, the scientific practices that were supported are hypotheses formulation, experiment design and graph creation. The research questions of each study focused on identifying differences in students’ learning outcomes and actions during the completion of the learning activities, in a computer-supported learning environment, when the amount of the offered support from the software scaffolds under study was differed. Participants in each study completed a learning activity sequence in a computer-supported learning environment, which included a virtual lab. The activities in each learning environment were organized according to the inquiry cycle framework. For each empirical study data were collected through knowledge and inquiry skills tests, which had been designed appropriately. The tests were completed by the students before and after the intervention. However, the main source of data was the videos produced for each student from the computer screen recording. These data allowed the elaborate investigation of the students’ main actions, from the beginning until the end of the intervention and the evaluation of their learning products. In addition, in all studies besides the first, the students completed activities in a new learning context, using the same software scaffolds as in the intervention. This allowed the investigation of transfer effects between different contexts. The results of each study confirm that the supported inquiry learning is beneficial for students at the level of the development of scientific practices and acquisition of content knowledge. Moreover, the mechanism of structuring and problematizing students’ work is an important aspect to be considered when designing, developing and using software scaffolds. Specifically, the simultaneously contribution of the structure provided by a software scaffold and problematization caused for the completion of the task that is supported are crucial for students’ success and transfer effects. The results and conclusions of the thesis provide valuable information for the research area of computer-supported inquiry learning. Moreover, they imply the need for further investigations of the effectiveness of software scaffolds, that embedded in computer-supported learning environments.