Promoting student understanding of the interaction between science and technology

Abstract

Η προώθηση της φύσης της επιστήμης (ΦτΕ) στη πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια εκπαίδευση αποτελεί ευρέως αναγνωρισμένο στόχο της μάθησης των Φυσικών Επιστημών, αλλά υποβαθμισμένο συγκριτικά με άλλους στόχους, όπως η εννοιολογική κατανόηση, η καλλιέργεια δεξιοτήτων, κ.ά. Η διατριβή ανταποκρίθηκε σε αυτό το πρόβλημα αποσκοπώντας να διευκρινίσει παραμέτρους σχετικές με τη διδασκαλία-μάθηση της ΦτΕ, όπως ο ρόλος της φιλοσοφίας της επιστήμης στο σχεδιασμό Διδακτικών-Μαθησιακών Ακολουθιών (ΔΜΑ), καθώς και η συνεισφορά της Ρητής Επιστημολογικής Διαλεκτικής (ΡΕΔ) στην βελτίωση της κατανόησης των μαθητών για τη ΦτΕ, αλλά και να αναπτύξει αντίστοιχες αποτελεσματικές διδακτικές καινοτομίες. Η επίτευξη του σκοπού της διατριβής εστιάστηκε σε συγκεκριμένη πτυχή της ΦτΕ, η οποία τυγχάνει ανεπαρκούς διερεύνησης και αφορά στο ρόλο της Επιστήμης και της Τεχνολογίας (Ε+Τ) στην κοινωνία. Η προώθηση κατανόησης για το πώς Ε+Τ διαφέρουν και πώς σχετίζονται συνεισφέρει στην κοινωνική προτεραιότητα για εκπαίδευση των μελλοντικών πολιτών στο να αξιοποιούν ερευνητικά αποτελέσματα με τον καλύτερο δυνατό τρόπο για την προώθηση καινοτομίας και επιχειρηματικότητας. Η διατριβή υλοποιήθηκε μέσα από τέσσερις ανεξάρτητες ερευνητικές εργασίες. Η πρώτη ανέπτυξε το σκεπτικό μιας καινοτόμου διδακτικής επινόησης για διδασκαλία της διασύνδεσης Ε+Τ και το περίγραμμα αντίστοιχης ακολουθίας δραστηριοτήτων που εφαρμόζει το σκεπτικό. Η προσπάθεια βασίστηκε σε τρεις πηγές: την ιστορία και φιλοσοφία Ε+Τ, την υφιστάμενη γνώση για το πώς διδάσκεται η ΦτΕ, τις αρχικές ιδέες μαθητών και δυσκολίες που αντιμετωπίζουν για τη διάκριση Ε+Τ. Η δεύτερη και η τρίτη εφάρμοσαν το σκεπτικό της πρώτης εργασίας σχεδιάζοντας και αξιολογώντας ΔΜΑ μέσα από διδακτικές εφαρμογές σε μαθησιακά περιβάλλοντα πρωτοβάθμιας και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, αντίστοιχα. Οι δύο αυτές εργασίες αξιολόγησαν την αποτελεσματικότητα της ΡΕΔ στην κατανόηση των μαθητών για τη διάκριση ανάμεσα στους κεντρικούς στόχους Ε+Τ μέσα από γραπτά έργα αξιολόγησης και συνεντεύξεις που διενεργήθηκαν στην αρχή και στο τέλος κάθε εφαρμογής. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν βελτίωση στην κατανόηση των μαθητών και υποστηρίζουν εμπειρικά το επιχείρημα ότι η κατανόηση των μαθητών για πτυχές της ΦτΕ προωθείται πιο αποτελεσματικά όταν οι ΔΜΑ ενσωματώνουν ΡΕΔ. Τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, αν και περιορίζονται μόνο σε ένα από τους διδακτικούς στόχους των ΔΜΑ ο οποίος θεωρείται προαπαιτούμενος για τους υπόλοιπους, ανατροφοδότησαν την αναθεώρηση των ΔΜΑ ώστε σε μελλοντικές εφαρμογές να προωθούν πιο αποτελεσματικά το συγκεκριμένο διδακτικό στόχο και να υποστηρίζουν καλύτερα τους μαθητές στην υπέρβαση των δυσκολιών τους. Επίσης, τα αποτελέσματα καθιστούν αναγκαία την ανάπτυξη ερευνητικά επικυρωμένων έργων αξιολόγησης για τους υπόλοιπους διδακτικούς στόχους. Η τέταρτη εργασία αντιπαρέβαλε πέντε φιλοσοφικές προοπτικές της σχέσης Ε+Τ, διατύπωσε αντίστοιχες συνέπειες από τη χωριστή εφαρμογή κάθε προοπτικής για το σχεδιασμό ΔΜΑ στη μάθηση των φυσικών επιστημών και συμπέρανε ότι μονόπλευρη υιοθέτηση κάθε προοπτικής κατά το σχεδιασμό ΔΜΑ οδηγεί σε παρανοήσεις στην κατανόηση των μαθητών. Αυτό το συμπέρασμα οδήγησε στην εισήγηση μιας συναινετικής προσέγγισης κατά το σχεδιασμό ΔΜΑ για την εξοικείωση των μαθητών με τη διασύνδεση Ε+Τ ή ακόμη και άλλων πτυχών της ΦτΕ, σύμφωνα με την οποία ο σχεδιασμός ΔΜΑ για εισαγωγή φιλοσοφικών πτυχών της επιστήμης οφείλει να δομείται σε φιλοσοφικά ενημερωμένες αποφάσεις, αλλά ταυτόχρονα να υπερβαίνει μεμονωμένες φιλοσοφικές προοπτικές και να βοηθά τους μαθητές να κατανοούν θεμελιώδεις ιδέες που εξαιρούνται από τις πολυπλοκότητες του φιλοσοφικού υποβάθρου.

Helping elementary and secondary school students understand aspects of the Nature of Science (NOS) is a widely recognized goal of science education that is underestimated comparatively to other goals, such as conceptual understanding, scientific skills, etc. I responded to this problem by intending to elucidate parameters related to NOS teaching-learning, such as the role of philosophy of science in the design of teaching-learning sequences (TLS), as well as the role of explicit epistemological discourse (EED) for improving students’ awareness about the NOS and simultaneously develop corresponding illustrations of effective teaching innovations. I pursued this purpose through four distinct studies that focused on a NOS aspect, which lacked adequate investigation thus far, the role of Science and Technology (S&T) in society. Promoting student understanding of how S&T differ and how they relate has a great potential in contributing to the societal priority of training future citizens in making optimum use of research results in innovation and entrepreneurship. The first study developed the rationale underlying a novel teaching proposal and an outline of the corresponding activity sequence that embodied this rationale for teaching innovations about the interrelationship between S&T. The effort relied on inputs from three sources: the history and philosophy of S&T, existing knowledge on NOS teaching-learning, empirical data on students’ initial ideas and the difficulties encountered while learning about this topic. The second and third studies designed TLSs that applied this rationale and evaluated them through teaching interventions. Both studies assessed the effectiveness of EED for raising students’ awareness of the distinction between the different overarching goals of S&T (producing reliable knowledge about natural phenomena vs developing solutions to respond to human problems and needs) through pre-post tests and interviews. The results demonstrated improvement in young learners’ ability to improve their understanding and provided empirical evidence regarding the argument that students’ awareness of NOS was more effectively promoted when integrating EED in science teaching-learning. The promising results, although concentrated to one of the learning objectives that was a prerequisite for exploring connections between S&T, provided feedback for the revision of the TLSs to further enhance their effectiveness by further scaffolding students overcome their difficulties and better achieve the learning objectives in future implementations. Also, the results necessitated the need to consider for enhancing the development of more validated instruments for the remaining learning objectives. The fourth study compared five perspectives of the relationship between S&T reported in philosophy, reflected on corresponding implications from separate applications of these perspectives for the design of TLSs in S&T education and concluded that exclusive adoptions of any of these five approaches when designing TLSs reported flaws and lacked validity in students’ awareness. This conclusion led to suggesting the coherence approach when designing TLSs for familiarizing students with the relationship between S&T or any other NOS aspect, according to which, the design of TLSs for introducing philosophical aspects of science should be structured on philosophically informed decisions but simultaneously transgress individual philosophical perspectives and help students develop fundamental ideas while excluding the intricacies of the underlying philosophical dialogue.