Ανάπτυξη και διερεύνηση μοντέλων για τη διδασκαλία του κύκλου του νερού στη φύση

Abstract

System’s thinking is a methodology for the visualization of relationships within complex systems, leading to the understanding of the behavior of the overall system. The systems are an important concept, describe the big picture of scientific concepts and can be used as a framework for learning of scientific concepts and principles. In accordance with provisions of the Interdisciplinary Curriculum Framework for primary education concepts like "interaction" and "system" are leading interdisciplinary concepts which must to be taught. Within the framework of this thesis firstly detected through a questionnaire and interview, the perceptions of student’s of the Department of Primary Education of the Aristotle University of Thessaloniki, on the concepts of the system, of scientific model and of the water cycle in nature. Then, an innovative teaching intervention was designed and implemented, for teaching the water cycle as system. Students engaged in transformation activities of a conceptual model (diagram) of the water cycle in nature in a chart highlighting causal relationships and interactive loops (Causal Loop Diagram/ CLD's). The perceptions of student’s, of fifth grade, were investigated through a questionnaire on the water cycle in nature, followed by the instruction of the water cycle in nature, as a system, with the exclusive use of diagrams CLD's, which was applied to a sample of students of sixth grade. In order to explore students ' perceptions, the same students were asked to represent, and then to describe, in text format, the water cycle. The CLD's is a qualitative diagrammatic language, representing systems specified by interactive loops The innovation of the research lies on how the students conceive the water cycle as a system and how they interpret a conceptual model of the water cycle and proposes a specific way of transformation of the classical charts of the hydrological system, used in teaching the water cycle in nature, in order to highlight the relationships grown into it, which could, alternatively, contribute in teaching the water cycle in primary education. From the results obtained after the application of teaching interventions, it seems that the diagrammatic rules of CLD's can also be applied by student teachers and by primary school pupils, without particular difficulties. The participation of the students in transformation activities of a conceptual model of the water cycle in nature in a CLD improved their perceptions on the concept of a system, on the meaning of a scientific model and on the hydrological cycle. It is proven that a water cycle diagram can be transformed into a CLD. The water cycle in nature can be taught to students of the sixth grade with exclusive use of CLD's to improve their perceptions of the hydrological system.

Η συστημική σκέψη είναι μια μεθοδολογία για την οπτικοποίηση σχέσεων μέσα σε σύνθετα συστήματα, που οδηγεί στην κατανόηση της συμπεριφοράς του συνολικού συστήματος. Τα συστήματα θεωρούνται μια σημαντική έννοια, περιγράφουν την μεγάλη εικόνα των επιστημονικών εννοιών και μπορούν να χρησιμοποιηθούν, ως ένα πλαίσιο, για την εκμάθηση επιστημονικών εννοιών και αρχών. Σύμφωνα με όσα προβλέπει το Διαθεματικό Ενιαίο Πλαίσιο Προγράμματος Σπουδών (Δ.Ε.Π.Π.Σ.) οι έννοιες “αλληλεπίδραση” και “σύστημα” αποτελούν κορυφαίες διαθεματικές έννοιες που πρέπει να διδαχθούν. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής καταρχήν ανιχνεύθηκαν, μέσω ερωτηματολογίου και συνέντευξης, οι αντιλήψεις φοιτητών/τριών του Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης του Α.Π.Θ. στις έννοιες του συστήματος, του επιστημονικού μοντέλου και του κύκλου του νερού στη φύση. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε και εφαρμόστηκε μία καινοτομική διδακτική παρέμβαση, εν είδη διδακτικής σειράς, για τη διδασκαλία του κύκλου του νερού ως σύστημα. Οι φοιτητές ενεπλάκησαν σε δραστηριότητες μετασχηματισμού ενός εννοιολογικού μοντέλου (διάγραμμα) του κύκλου του νερού στη φύση σε ένα διάγραμμα ανάδειξης αιτιολογικών σχέσεων και αλληλεπιδραστικών βρόγχων (Causal Loop Diagram (CLD’s). Κατόπιν διερευνήθηκαν, μέσω ερωτηματολογίου, οι αντιλήψεις μαθητών/τριών της Ε΄τάξης για τον κύκλο του νερού στη φύση. Ακολούθησε η διδασκαλία του κύκλου του νερού στη φύση, ως σύστημα, με την αποκλειστική χρήση διαγραμμάτων CLD’s, η οποία εφαρμόστηκε σε ένα δείγμα μαθητών/τριών της Στ΄τάξης. Για τη διερεύνηση των αντιλήψεων των συγκεκριμένων μαθητών τους ζητήθηκε αρχικά να απεικονίσουν και, στη συνέχεια, να περιγράψουν, με μορφή κειμένου, τον κύκλο του νερού. Τα CLD’s είναι μια ποιοτική διαγραμματική γλώσσα, που αναπαριστά συστήματα που καθορίζονται από αλληλεπιδραστικούς βρόγχους. Η καινοτομία της έρευνας έγκειται στο γεγονός ότι μελετά το πώς αντιλαμβάνονται οι φοιτητές/υποψήφιοι δάσκαλοι Α/θμιας Εκπαίδευσης τον κύκλο του νερού ως σύστημα, αλλά και το πώς ερμηνεύουν ένα εννοιολογικό μοντέλο του κύκλου του νερού. Προτείνει ένα συγκεκριμένο τρόπο μετασχηματισμού των κλασικών διαγραμμάτων του υδρολογικού συστήματος, που χρησιμοποιούνται στη διδασκαλία του κύκλου του νερού στη φύση, για να αναδείξει τις σχέσεις αλληλεπίδρασης που δημιουργούνται μέσα σε αυτό και που θα μπορούσαν, επικουρικά, να συνεισφέρουν στη διδασκαλία του κύκλου του νερού στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση. Από τα αποτελέσματα που προκύπτουν, μετά την εφαρμογή των διδακτικών παρεμβάσεων, φαίνεται ότι οι κανόνες διαγραμματικής απεικόνισης με CLD’s μπορούν να εφαρμοστούν και από τους μαθητές και από τους φοιτητές, χωρίς ιδιαίτερες δυσκολίες. Η εμπλοκή των φοιτητών, σε δραστηριότητες μετασχηματισμού ενός εννοιολογικού μοντέλου (διάγραμμα) του κύκλου του νερού στη φύση σε ένα διάγραμμα ανάδειξης αιτιολογικών σχέσεων και αλληλεπιδραστικών βρόγχων (CLD’s), βελτίωσε τις αντιλήψεις τους για την έννοια του συστήματος, για την έννοια του επιστημονικού μοντέλου και για τον υδρολογικό κύκλο. Ένα διάγραμμα του κύκλου του νερού μπορεί να μετασχηματιστεί σε ένα διάγραμμα CLD. Ο κύκλος του νερού στη φύση μπορεί να διδαχθεί σε μαθητές της Στ΄ τάξης με την αποκλειστική χρήση διαγραμμάτων CLD’s και να βελτιώσει τις αντιλήψεις τους για το υδρολογικό σύστημα.