Διδασκαλία οπτικής με πειράματα και χρήση τεχνολογίας πληροφορικής και επικοινωνιών ICT

Abstract

The present thesis has been submitted in part-fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (PhD) at the Department of Education and Social Work (ex Department of Primary Education), University of Patras, Greece. A novel educational approach has been designed, developed and evaluated for the teaching of Optics and Vision to primary school children. This was done in full agreement to the principles of Constructivism, while previous international research results on Optics education have been taken into account. Full use has been made of modern ICT in this novel approach, by also incorporating especially designed and produced streaming video clips, and using them through web pages reflecting the sequence of the novel teaching scenarios. These promote the use of experimental investigation, hands-on learning, inquiry learning and cooperative peer learning (working in small groups) and many such. This novel learning and teaching approach has been evaluated using students of the 5th form of primary school (10 year old) in two experimental groups with the first group incorporating all ICT techniques and the second group without any ICT use, albeit following the same educational approach and teaching sequence. The detailed comparison among these two experimental groups (pre-test and post-test) allowed the investigation of the exact points during teaching where the use of ICT made a quantifiable contribution. Far from this study being merely a “with and without ICT” comparison, an additional third (reference) group of students was utilized in this exhaustive comparison. This control group, consisting of students to whom optics had already been taught, but altogether deprived of the benefit of the new teaching approach, provided a point of reference as to the knowledge achieved by the common and accepted educational practice. This allowed a three-way comparison, painstakingly expanded herein, with the aim to distinguish the evaluation of purely the new learning and teaching approach, from that of the use of novel ICT techniques in conjunction to the novel teaching approach. Detailed and numerous educational questions concerning the teaching of Optics and Vision have been posed and investigated, sometimes with the use of specially produced Systemic Networks, and exhaustive answers have been given to those, while overall conclusions have been reached concerning education of this field. The results of the research showed that the novel teaching approach, either incorporating streaming video with ICT or not, is more effective than the teaching approaches applied in official school classrooms (mostly traditional teaching practices). Also, the implementation of the novel teaching approach with ICT proved to have the same effectiveness with its implementation without ICT. Nevertheless, the implementation of the novel teaching approach with streaming videos utilizing ICT can be superior for reasons of teaching practice, because it can be utilized by the mean teacher with minimum or inadequate expertise on teaching optics, while simultaneously it provides the flexibility of personalized teaching allowing the educational satisfaction of a wider range of students’ and learning interests.

Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής σχεδιάστηκε, αναπτύχθηκε και ελέγχθηκε πειραματικά μια πρωτότυπη διδακτική πρόταση για τη διδασκαλία φαινομένων της Οπτικής στο Δημοτικό σχολείο. Ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη της νέας διδακτικής πρότασης έγιναν στη βάση των αρχών του εποικοδομητισμού (constructivism) αξιοποιώντας τόσο τα αποτελέσματα της διεθνούς έρευνας πάνω στις ιδέες των μαθητών σε θέματα της Οπτικής, όσο και τις δυνατότητες της σύγχρονης Τεχνολογίας Πληροφορικής και Επικοινωνιών (ICT) ενσωματώνοντας ροές στοχευμένων βίντεο μικρής διάρκειας (streaming video clips) σε ιστοσελίδες που ακολουθούν τη ροή του σεναρίου υλοποίησης, το οποίο με τη σειρά του εφαρμόζει σειρά διδακτικών πρακτικών όπως ο πειραματισμός (real experiments), η ενεργητική μάθηση (hands on learning) η διερευνητική μάθηση (inquiry learning), η ομαδοσυνεργατική μάθηση (cooperative peer learning) κ.α. Η πρωτότυπη διδακτική πρόταση με τεχνολογίες ICT υλοποιήθηκε σε μία ομάδα μαθητών τάξεων πέμπτης δημοτικού (πειραματική ομάδα με υπολογιστές) ενώ η ίδια πρόταση χωρίς ICT εφαρμόστηκε σε μια δεύτερη ομάδα μαθητών επίσης πέμπτης τάξης Δημοτικού (πειραματική ομάδα χωρίς υπολογιστές). Η σύγκριση της αποτελεσματικότητας της νέας διδακτικής πρότασης μεταξύ των δύο πειραματικών ομάδων επέτρεψε την εξαγωγή συμπερασμάτων για την επίδραση και την αποτελεσματικότητα της ενσωμάτωσης των τεχνολογιών ICT με ροές βίντεο στη νέα διδακτική πρόταση. Μια τρίτη ομάδα μαθητών έκτης τάξης Δημοτικού οι οποίοι είχαν διδαχθεί τις έννοιες της Οπτικής σύμφωνα το σχολικό πρόγραμμα, αποτέλεσαν την ομάδα ελέγχου. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των δύο πειραματικών ομάδων με αυτά της ομάδας ελέγχου επέτρεψε την εξαγωγή συμπερασμάτων για την αποτελεσματικότητα των δύο τρόπων υλοποίησης της νέας διδακτικής πρότασης έναντι της διδασκαλίας με το σχολικό πρόγραμμα. Συνολικά, διερευνήθηκε λεπτομερώς πολύ μεγάλος αριθμός επιμέρους ερευνητικών-εκπαιδευτικών ερωτημάτων και παρήχθησαν αρκετά Συστημικά Δίκτυα. Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι η πρωτότυπη διδακτική πρόταση είτε υλοποιείται με ροές βίντεο (με τεχνολογίες ICT) είτε χωρίς αυτές είναι πιο αποτελεσματική από τις μορφές διδασκαλίας που εφαρμόζονται στη σχολική τάξη. Επίσης, η υλοποίηση της πρωτότυπης διδακτικής πρότασης με ICT και ροές βίντεο ήταν το ίδιο αποτελεσματική με την υλοποίησή χωρίς ICT. Ωστόσο, η υλοποίηση της πρωτότυπης διδακτικής πρότασης με ροές βίντεο και ICT μπορεί να υπερέχει για λόγους εκπαιδευτικής πρακτικής διότι μπορεί να εφαρμόζεται από το μέσο δάσκαλο (με ελάχιστη ή ανύπαρκτη εξειδίκευση στη διδασκαλία της Οπτικής) ενώ παράλληλα προσφέρει τη δυνατότητα εξατομικευμένης διδασκαλίας επιτρέποντας να ικανοποιηθεί εκπαιδευτικά ένα μεγαλύτερο εύρος μαθητών και μαθησιακών ενδιαφερόντων.