Διερεύνηση της επίδρασης των χωρικών τροποποιήσεων και εναλλαγών του εκπαιδευτικού υλικού στις αντιλήψεις και επιδόσεις μαθητών στην χημεία

Abstract

In the present study, the effect of the spatial modifications and variations of the Chemistry educational material on the perceptions and performance of undergraduate and postgraduate students of the Department of Chemistry of AUTh was investigated. 60 students of the Department of Chemistry, undergraduate and postgraduate, participated in the research process, while they belonged to five different Specialization Sectors (first-year students, third-year students, students of Chemical Education, students of Biochemistry, students of Inorganic Chemistry). In particular, the research part was classified into three phases. In the first phase, the level of participating students was studied in various cognitive factors such as logical thinking (Logical Thinking), field dependence / independence (Field Dependence / Independence), prior knowledge (Prior Knowledge). This was done with written evaluations for each of these cognitive factors. In the second research phase, participants were individually given a Chemistry passage on Chemical Kinetics and Catalysis. Using the Eye Tracker, the passage was read and processed while quantitative data (focus times, focus mumbers) and qualitative data (heatmaps, gaze plots) were obtained for the various points of the extract. After the reading, the Think Aloud Protocol method was applied, in which the participating students had to describe aloud the way in which the passage was given to them. They then completed the final evaluation with open-ended questions related to the passage. In the third and last phase, the participants were given the same passage having applied spatial modifications and variations in the place of chemical representations. The procedure was the same as that applied in the second phase. After the collection of the quantitative data, an analysis was performed with the statistical program R. The results showed that the participants with high performance in the evaluations of the cognitive factors had statistically higher performance in the final evaluations. They also recorded both lower focus times and number of focal points. This is due to the fact that they have the ability to process chemical representations and easily locate the information they need from Chemistry passages. At the same time, it was found that postgraduate students performed better in written assessments of cognitive factors as well as in final assessments, compared to undergraduate students. Also, focus times and focus numbers were shorter for graduate students. However, undergraduate students made fewer correlations between text and representations and between representations. In addition, based on the Specialization Department, the students of Inorganic Chemistry, compared to the students of the other Departments, performed better in the written assessments of the cognitive factors as well as in the final assessments. Also, focus times and focus numbers were shorter for Inorganic Chemistry students. However, first-year students and third-year students made fewer connections between text and representations but also between representations. When editing the layout where there was a separation of text and representations, participants recorded statistically significantly shorter focus times and focus numbers. Also, their performance in the final evaluation of the second layout was significantly higher, thus showing a preference for this structure and layout.

Στη παρούσα μελέτη διερευνήθηκε η επίδραση των χωρικών τροποποιήσεων και εναλλαγών του εκπαιδευτικού υλικού Χημείας στις αντιλήψεις και επιδόσεις προπτυχιακών και μεταπτυχιακών φοιτητών του Τμήματος Χημείας ΑΠΘ. Στην ερευνητική διαδικασία συμμετείχαν 60 φοιτητές του Τμήματος Χημείας, προπτυχιακοί και μεταπτυχιακοί, ενώ ανήκαν σε πέντε διαφορετικούς Τομείς Ειδίκευσης (πρωτοετείς φοιτητές, τριτοετείς φοιτητές, φοιτητές Χημικής Εκπαίδευσης, φοιτητές Βιοχημείας, φοιτητές Ανόργανης Χημείας). Ειδικότερα, το ερευνητικό μέρος ταξινομήθηκε σε τρεις φάσεις. Στην πρώτη φάση, μελετήθηκε το επίπεδο των συμμετεχόντων φοιτητών σε διάφορους γνωστικούς παράγοντες όπως η λογική σκέψη (Logical Thinking), η εξάρτηση/ ανεξαρτησία από το πεδίο (Field Dependence/ Independence), η προϋπάρχουσα γνώση (Prior Knowledge). Αυτό πραγματοποιήθηκε με γραπτές αξιολογήσεις για κάθε έναν από αυτούς τους γνωστικούς παράγοντες. Στη δεύτερη ερευνητική φάση, δόθηκε στους συμμετέχοντες ατομικά ένα απόσπασμα Χημείας με αντικείμενο τη Χημική Κινητική και Κατάλυση. Με τη χρήση του οφθαλμικού καταγραφέα Eye Tracker, έγινε η ανάγνωση και επεξεργασία του αποσπάσματος ενώ ελήφθησαν ποσοτικά δεδομένα (χρόνοι εστίασης, αριθμός εστιάσεων) και ποιοτικά δεδομένα (θερμικοί χάρτες, διαδρομές βλέμματος) για τα διάφορα σημεία του αποσπάσματος. Μετά την ανάγνωση, εφαρμόστηκε η μέθοδος ομιλούντων υποκειμένων (Think Aloud Protocol) κατά την οποία οι συμμετέχοντες φοιτητές χρειάστηκε να περιγράψουν μεγαλόφωνα τον τρόπο με τον οποίο επεξεργάστηκαν το απόσπασμα που τους δόθηκε. Στη συνέχεια, συμπλήρωσαν την τελική αξιολόγηση με ερωτήματα ανοιχτού τύπου που αφορούσαν το απόσπασμα. Στην τρίτη και τελευταία φάση, δόθηκε στους συμμετέχοντες το ίδιο απόσπασμα έχοντας εφαρμόσει χωρικές τροποποιήσεις και εναλλαγές στη θέση των χημικών αναπαραστάσεων. Η διαδικασία ήταν η ίδια με αυτή που εφαρμόστηκε και στη δεύτερη φάση. Μετά από τη συλλογή των ποσοτικών δεδομένων, έγινε ανάλυση με το στατιστικό πρόγραμμα R. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως οι συμμετέχοντες με υψηλές επιδόσεις στις αξιολογήσεις των γνωστικών παραγόντων είχαν στατιστικά υψηλότερες επιδόσεις στις τελικές αξιολογήσεις. Επίσης, κατέγραψαν τόσο χαμηλότερους χρόνους εστίασης όσο και αριθμό εστιάσεων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός της ευχέρειας που έχουν να επεξεργάζονται τις χημικές αναπαραστάσεις και να εντοπίζουν με ευκολία τις πληροφορίες που χρειάζονται από τα αποσπάσματα Χημείας. Παράλληλα, διαπιστώθηκε πως οι μεταπτυχιακοί φοιτητές είχαν καλύτερες επιδόσεις στις γραπτές αξιολογήσεις των γνωστικών παραγόντων όσο και στις τελικές αξιολογήσεις, συγκριτικά με τους προπτυχιακούς φοιτητές. Επίσης, οι χρόνοι εστίασης και οι αριθμοί εστίασης ήταν μικρότεροι στους μεταπτυχιακούς φοιτητές. Ωστόσο, οι προπτυχιακοί φοιτητές πραγματοποίησαν μικρότερο αριθμό συσχετίσεων μεταξύ κειμένου και αναπαραστάσεων αλλά και μεταξύ των αναπαραστάσεων. Επιπρόσθετα, με βάση τον Τομέα Ειδίκευσης, οι φοιτητές της Ανόργανης Χημείας συγκριτικά με τους φοιτητές των υπόλοιπων Τομέων, είχαν καλύτερες επιδόσεις στις γραπτές αξιολογήσεις των γνωστικών παραγόντων όσο και στις τελικές αξιολογήσεις. Επίσης, οι χρόνοι εστίασης και οι αριθμοί εστίασης ήταν μικρότεροι στους φοιτητές της Ανόργανης Χημείας. Ωστόσο, οι πρωτοετείς και τριτοετείς φοιτητές πραγματοποίησαν μικρότερο αριθμό συσχετίσεων μεταξύ κειμένου και αναπαραστάσεων αλλά και μεταξύ των αναπαραστάσεων. Κατά την επεξεργασία της διάταξης όπου υπήρχε διαχωρισμός κειμένου και αναπαραστάσεων, οι συμμετέχοντες κατέγραψαν στατιστικά σημαντικά μικρότερους χρόνους εστίασης και αριθμούς εστιάσεων. Επίσης, οι επιδόσεις τους στην τελική αξιολόγηση της δεύτερης διάταξης ήταν σημαντικά υψηλότερες, δείχνοντας έτσι την προτίμηση σε αυτή τη δομή και διάταξη.