Εντοπισμός και αντιμετώπιση εννοιολογικών και συλλογιστικών εμποδίων στην Ηλεκτρονική

Abstract

Understanding students of Electricity laws and their application to basic electrical circuits of direct current because of its importance, it has received much attention from the educational and research community internationally. To study the function of these circuits, researches show that students create and use a variety of conceptual models, which often create misconceptions, and alternative ideas that are found to be extremely strong and persistent and often remain intact in students' thoughts. In this work, is presented a research on 221 high school students’ (16-17 years old) understanding into the study of basic DC circuits. Students’ conceptual and reasoning difficulties are presented using appropriate questionnaires and interviews. These evaluation tools were created for the purpose of this study. At the same time, there has been an attempt to identify the causes that lead to these specific difficulties, aiming the development of methodologies and teaching approaches, accompanied by instructional material to resolve them. The difficulties experienced by these students indicate a significant discrepancy between their conceptions and the scientific view. The main reason seems to be an inadequate understanding of the basic concepts of voltage (potential difference), current, resistance and of the Ohm’s and Kirchhoff’s laws. To address these difficulties, was chosen the design and the development of two types of programs. The first is based on educational models in the laboratory and the second consists of auxiliary courses and educational material for its simultaneous use in classroom teachings. The conclusion is that the existing literature is confirmed and is enriched with new findings, while a different teaching approach accompanied by appropriate educational material seems to help the address of the conceptual and reasoning difficulties.

Η κατανόηση από τους μαθητές και φοιτητές των νόμων του Ηλεκτρισμού αλλά και της εφαρμογής τους σε βασικά ηλεκτρικά κυκλώματα, λόγω της σημαντικότητας της, έχει λάβει μεγάλης προσοχής από την εκπαιδευτική και ερευνητική κοινότητα διεθνώς. Για τη μελέτη της λειτουργίας των κυκλωμάτων αυτών, έρευνες δείχνουν, ότι οι μαθητές δημιουργούν και χρησιμοποιούν μια ποικιλία από εννοιολογικά μοντέλα, που πολλές φορές δημιουργούν παρερμηνείες, προκαταλήψεις, και εναλλακτικές ιδέες, οι οποίες διαπιστώνεται ότι είναι εξαιρετικά ισχυρές και επίμονες και συχνά παραμένουν άθικτες στις σκέψεις των μαθητών. Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζονται και κατηγοριοποιούνται τα εννοιολογικά και συλλογιστικά εμπόδια των μαθητών σχετικά με τα βασικά ηλεκτρικά κυκλώματα συνεχούς ρεύματος και τους νόμους που τα διέπουν. Τα αποτελέσματα προέκυψαν από έρευνα με τη συμμετοχή 221 μαθητών της Β’ τάξης του γενικού λυκείου από την Ελλάδα, που διενεργήθηκε για το σκοπό αυτό. Οι εννοιολογικές και οι συλλογιστικές δυσκολίες των σπουδαστών παρουσιάζονται με τη χρήση κατάλληλων ερωτηματολογίων και συνεντεύξεων. Αυτά τα εργαλεία αξιολόγησης δημιουργήθηκαν για τους σκοπούς της παρούσας μελέτης. Ταυτόχρονα, έγινε προσπάθεια να προσδιοριστούν τα αίτια που οδηγούν σε αυτές τις συγκεκριμένες δυσκολίες, με στόχο την ανάπτυξη μεθοδολογιών και διδακτικών προσεγγίσεων, συνοδευόμενων από εκπαιδευτικό υλικό για την επίλυσή τους. Οι δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι μαθητές δείχνουν μια σημαντική διαφορά μεταξύ των αντιλήψεών τους και της επιστημονικής άποψης. Ο κύριος λόγος φαίνεται να είναι η ανεπαρκής κατανόηση βασικών εννοιών όπως η τάση (διαφορά δυναμικού), η ένταση του ρεύματος και η αντίσταση, καθώς και οι βασικοί νόμοι του Ohm και οι κανόνες του Kirchhoff .Για την αντιμετώπιση αυτών των δυσκολιών, επιλέχθηκε ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη δύο ειδών προγραμμάτων. Το πρώτο βασίζεται σε εκπαιδευτικά μοντέλα στο εργαστήριο και το δεύτερο αποτελείται από βοηθητικά μαθήματα και εκπαιδευτικό υλικό για την ταυτόχρονη χρήση του σε διδασκαλίες στην τάξη. Το συμπέρασμα είναι ότι η υπάρχουσα βιβλιογραφία επιβεβαιώνεται και εμπλουτίζεται με νέα ευρήματα, ενώ μια διαφορετική διδακτική προσέγγιση που συνοδεύεται από κατάλληλο εκπαιδευτικό υλικό φαίνεται να συμβάλλει στην αντιμετώπιση των εννοιολογικών και συλλογιστικών δυσκολιών.