Εννοιολογική αλλαγή στις φυσικές επιστήμες

Abstract

ΤHE AIM OF THIS THESIS WAS TO EXPLORE THE IDEAS OF STUDENTS OF PRIMARY, SECONDARY AND TERTIARY EDUCATION ABOUT SCIENTIFIC CONCEPTS AND PHYSICAL PHENOMENA EXAMINING THE RELATIONSHIP THAT MAY EXIST BETWEEN CATEGORIZATIONS OF CONCEPTS AND CONCEPTUAL CHANGE AND TO EXPLORE THE KINDS OF CONCEPTUAL CHANGES THAT OCCUR DURING THE LEARNING PROCESS, WHERE CHILDREN ARE TAUGHT COUNTER-INTUITIVE SCIENTIFIC CONCEPTS. OUR GOAL WAS TO DESIGN, IMPLEMENT AND PROPOSE A TEACHING INTERVENTION THAT CAN PROMOTE THE PROCESS OF CONCEPTUAL CHANGE, I.E. TO HELP STUDENTS MOVE FROM THEIR BASED-ON-SENSES CONCEPTS THAT CHARACTERIZE THEIR NAIVE THEORY ABOUT MATTER TO THE MORE ABSTRACT CONCEPTS OF THE SCIENTIFIC THEORY. INITIALLY A THEORETICAL APPROACH OF CONCEPTUAL CHANGE IS PRESENTED AND THEN WE ANALYZE A SERIES OF EXPERIMENTS DESIGNED TO INVESTIGATE THE ABOVE MENTIONED QUESTIONS. AT THE FIRST TWO EXPERIMENTS WE EXAMINED WHETHER THERE ARE RECATEGORIZATIONS OF THE CONCEPT OF MATTER DURING DEVELOPMENT AND LEARNING, THAT IS WHETHER STUDENTS DURING COGNITIVE DEVELOPMENT RECATEGORIZE THE CONCEPT OF MATTER AND IF THIS RECATEGORIZATION RELATES TO THEIR EXPLANATIONS OF PHYSICAL PHENOMENA. OUR RESULTS SUPPORT OUR INITIAL HYPOTHESIS THAT RECATEGORIZATION OF CONCEPTS CORRELATES WITH THE PROCESS OF CONCEPTUAL CHANGE. IN THE BEGINNING, STUDENTS’ CATEGORIZATIONS ARE BASED ON OBJECTS’ SIMILARITY AND LATER, AS THEY ARE FAMILIARIZED WITH THE SCIENTIFIC IDEAS, THEY USE AS CRITERION FOR THEIR CATEGORIZATIONS THE PHYSICAL STATE OF MATTER (SOLID, LIQUID, GAS), AND THEN, AS THEY BECOME MORE KNOWLEDGEABLE ABOUT THE STRUCTURE OF MATTER AND THE PARTICLES OF THE MICROCOSM THEY RECATEGORIZE SUBSTANCES BASED ON THEIR MOLECULAR STRUCTURE. WE ALSO FOUND HIGH CORRELATION BETWEEN STUDENTS’ CATEGORIZATIONS OF SUBSTANCES AND THEIR EXPLANATIONS ABOUT PHYSICAL PHENOMENA, SUPPORTING OUR HYPOTHESIS THAT RECATEGORIZATION RELATES TO THE UNDERSTANDING OF SCIENTIFIC EXPLANATIONS. AT THE THIRD EXPERIMENT WAS DESIGNED AND IMPLEMENTED A TEACHING INTERVENTION IN PRIMARY SCHOOL STUDENTS AIMING AT PROMOTING THE PROCESS OF CONCEPTUAL CHANGE. THE INNOVATIVE ELEMENT WAS THAT WE TOOK INTO CONSIDERATION ALL THE PARAMETERS THAT APPEAR TO PLAY A ROLE IN THE LEARNING PROCESS IN ORDER TO ACHIEVE THE BEST POSSIBLE RESULT: STUDENTS’ PERCEPTIONS ABOUT MATTER, STUDENTS’ EPISTEMIC BELIEFS AND THE OBSTACLES POSED BY THEIR LIMITATIONS, THE SEQUENCE OF CONCEPTS’ ACQUISITION AND THE INTERMEDIATE STAGES OF UNDERSTANDING, THE MACROSCOPIC APPROACH OF THE CONCEPTS THAT ARE CONSIDERED PREREQUISITES FOR THE ADEQUATE UNDERSTANDING OF THE MICROSCOPIC CONCEPTS AND THE INTRODUCTION OF THE MODEL OF MICROCOSM FOR THE EXPLANATION OF MACROSCOPIC PHENOMENA. THE RESULTS SHOW THAT THE TEACHING INTERVENTION PROMOTED THE PROCESS OF CONCEPTUAL CHANGE, SINCE IT HELPED STUDENTS MOVE FROM AN INITIAL THEORY OF MATTER PERCEIVED WITH THE SENSES TO A THEORY OF MATTER CLOSER TO THE SCIENTIFIC PARTICULATE THEORY OF MATTER.

ΣΤΟΧΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΕΙΝΑΙ ΝΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΕΙ ΤΙΣ ΙΔΕΕΣ ΜΑΘΗΤΩΝ ΤΗΣ ΠΡΩΤΟΒΑΘΜΙΑΣ, ΔΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΑΣ ΚΑΙ ΤΡΙΤΟΒΑΘΜΙΑΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΓΙΑ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΜΕΛΕΤΩΝΤΑΣ ΤΗ ΣΧΕΣΗ ΠΟΥ ΕΝΔΕΧΟΜΕΝΩΣ ΥΠΑΡΧΕΙ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΝΝΟΙΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ ΚΑΙ ΝΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΕΙ ΤΑ ΕΙΔΗ ΤΩΝ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΠΟΥ ΛΑΜΒΑΝΟΥΝ ΧΩΡΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΜΑΘΗΣΗΣ, ΟΤΑΝ ΤΑ ΠΑΙΔΙΑ ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΑΙ ΑΝΤΙΔΙΑΙΣΘΗΤΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ. ΑΠΩΤΕΡΟΣ ΣΤΟΧΟΣ ΕΙΝΑΙ ΝΑ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙ, ΝΑ ΕΦΑΡΜΟΣΕΙ ΚΑΙ ΝΑ ΠΡΟΤΕΙΝΕΙ ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΑΡΕΜΒΑΣΗ ΠΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΠΡΟΩΘΗΣΕΙ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ, ΝΑ ΒΟΗΘΗΣΕΙ ΔΗΛΑΔΗ ΤΟΥΣ ΜΑΘΗΤΕΣ ΝΑ ΜΕΤΑΒΟΥΝ ΑΠΟ ΤΙΣ ΒΑΣΙΖΟΜΕΝΕΣ ΣΤΙΣ ΑΙΣΘΗΣΕΙΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΠΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΦΕΛΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ ΣΤΙΣ ΠΙΟ ΑΦΗΡΗΜΕΝΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ. ΑΡΧΙΚΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΕΤΑΙ ΜΙΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ ΖΗΤΗΜΑΤΟΣ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ ΚΑΙ ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΕΤΑΙ ΜΙΑ ΣΕΙΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΠΟΥ ΣΚΟΠΟ ΕΧΟΥΝ ΤΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΕΡΩΤΗΜΑΤΩΝ. ΣΤΑ ΔΥΟ ΠΡΩΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΖΕΤΑΙ ΑΝ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΑΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΤΗ ΜΑΘΗΣΗ, ΑΝ ΔΗΛΑΔΗ ΟΙ ΜΑΘΗΤΕΣ ΣΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΓΝΩΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΟΥΝ ΤΗΝ ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΕΑΝ ΑΥΤΗ Η ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΧΕΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΤΙΣ ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ ΤΟΥΣ ΓΙΑ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ. ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΡΧΙΚΗ ΜΑΣ ΥΠΟΘΕΣΗ ΓΙΑ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΕΝΝΟΙΩΝ ΠΟΥ ΣΥΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ. ΣΤΗΝ ΑΡΧΗ ΟΙ ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ ΒΑΣΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΟΜΟΙΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ, ΣΤΗΝ ΠΟΡΕΙΑ, ΚΑΘΩΣ ΕΡΧΟΝΤΑΙ ΣΕ ΕΠΑΦΗ ΜΕ ΤΙΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΙΔΕΕΣ, ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝ ΚΥΡΙΩΣ ΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ (ΣΤΕΡΕΑ, ΥΓΡΑ, ΑΕΡΙΑ) ΩΣ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ, ΕΝΩ ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ, ΚΑΘΩΣ ΑΠΟΚΤΟΥΝ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΤΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΥ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΟΥΝ ΤΑ ΣΩΜΑΤΑ ΒΑΣΕΙ ΤΗΣ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΤΟΥΣ ΔΟΜΗΣ. ΠΑΡΑΤΗΡΗΘΗΚΕ, ΕΠΙΣΗΣ, ΥΨΗΛΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΑΝΑΜΕΣΑ ΣΤΙΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΤΙΣ ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ ΓΙΑ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ, ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΥΠΟΘΕΣΗ ΜΑΣ ΟΤΙ Η ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΧΕΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΩΝ ΕΞΗΓΗΣΕΩΝ. ΣΤΟ ΤΡΙΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΧΕΔΙΑΖΕΤΑΙ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΖΕΤΑΙ ΣΕ ΜΑΘΗΤΕΣ ΤΟΥ ΔΗΜΟΤΙΚΟΥ ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΑΡΕΜΒΑΣΗ ΠΟΥ ΕΠΙΧΕΙΡΕΙ ΝΑ ΠΡΟΩΘΗΣΕΙ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ. ΤΟ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ ΕΙΝΑΙ ΟΤΙ ΛΑΜΒΑΝΟΥΜΕ ΥΠΟΨΗ ΜΑΣ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥΣ ΠΟΥ ΦΑΙΝΕΤΑΙ ΝΑ ΠΑΙΖΟΥΝ ΡΟΛΟ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΜΑΘΗΣΗΣ, ΠΡΟΚΕΙΜΕΝΟΥ ΝΑ ΠΕΤΥΧΟΥΜΕ ΤΟ ΒΕΛΤΙΣΤΟ ΔΥΝΑΤΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ: ΤΙΣ ΑΝΤΙΛΗΨΕΙΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ, ΤΙΣ ΕΠΙΣΤΗΜΙΚΕΣ ΠΕΠΟΙΘΗΣΕΙΣ ΤΟΥΣ ΚΑΙ ΤΑ ΕΜΠΟΔΙΑ ΠΟΥ ΑΥΤΕΣ ΘΕΤΟΥΝ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ, ΤΗ ΣΕΙΡΑ ΑΠΟΚΤΗΣΗΣ ΤΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΚΑΙ ΤΑ ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΣΤΑΔΙΑ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ, ΤΗ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΠΟΥ ΘΕΩΡΟΥΝΤΑΙ ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΑΡΚΗ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΚΑΙ ΤΗΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΩΝ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ, Η ΟΠΟΙΑ ΓΙΝΕΤΑΙ ΣΕ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟ ΜΕ ΤΗΝ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ. ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΕΙΧΝΟΥΝ ΟΤΙ Η ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΑΡΕΜΒΑΣΗ ΠΡΟΩΘΗΣΕ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ, ΑΦΟΥ ΒΟΗΘΗΣΕ ΤΟΥΣ ΜΑΘΗΤΕΣ ΝΑ ΜΕΤΑΒΟΥΝ ΑΠΟ ΜΙΑ ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ ΠΟΥ ΓΙΝΕΤΑΙ ΑΝΤΙΛΗΠΤΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΙΣΘΗΣΕΙΣ ΣΕ ΜΙΑ ΘΕΩΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ ΠΟΥ ΠΡΟΣΕΓΓΙΖΕΙ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ ΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΑΤΟΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ.