Μελέτη της επίδρασης της εκπαίδευσης STEM στην ανάπτυξη δεξιοτήτων υπολογιστικού τρόπου σκέψης και κριτικού στοχασμού σε ομάδες εκπαιδευομένων που συμμετέχουν σε προγράμματα τυπικής εκπαίδευσης ενηλίκων

Abstract

Critical reflection constitutes a learning process that supports transformative learning and involves the critical examination of assumptions and the formation of new ways of thinking. Similarly, computational way of thinking, as a cognitive process of systematizing thought, represents a core analytical competence that enhances problem-solving across disciplines and is associated with broader cognitive skills and modes of reasoning. Computational Thinking (CT) is closely linked to the transdisciplinary approach of STEM education (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) and is considered equally important for adults, although there is a notable lack of research focusing on this population group. The present doctoral dissertation contributes to understanding the significance of CT in adult learners by investigating, through a mixed action research design, the interactions between adults’ computational thinking, STEM education, critical reflection, and transformative learning.For the purposes of this research, a specially designed STEM educational intervention was developed and implemented, based on the principles of adult education. The intervention comprised eight complementary and interconnected educational scenarios combining various activities, such as micro-constructions, experiments, and educational robotics. Additionally, learners engaged in inquiry STEM-based educational games for problem-solving that incorporated elements of drama. The intervention was applied in four classes across two Second Chance Schools (SCS) in the Attica region, involving a total of 48 adult learners aged 26–75. To assess CT through an experimental method, pre- and post-tests were employed. To examine the perspective transformation of meaning points of view, data were collected from questionnaires and interviews, using the Learning Activities Survey (LAS; King, 2009). Furthermore, questionnaires designed to explore critical reflection were administered, informed by preliminary discussions and field notes from the intervention, alongside focus group discussions, aiming to investigate participants’ critical reflection on emerging issues throughout the learning process. The researcher, acting as a volunteer educator, was able to observe the entire process. Quantitative data were analyzed using descriptive and inferential statistics, while qualitative data were examined through thematic analysis supported by open-source software. The findings indicate a significant improvement in participants’ CT performance compared to their initial performance. This improvement was evident across all levels of difficulty and in every CT dimension (evaluation, abstraction, generalization, decomposition, algorithmic thinking). The STEM educational intervention facilitated participants’ development of critical reflection on issues related to their personal, educational, and social lives, with particular emphasis on the connection between science, technology, and everyday experience. More than half of the participants reported that, on average, they reflected “a lot” or “very much” on their views, perceptions, and assumptions regarding the topics addressed. Indicatively, they noted reflections on issues of complexity and broader perspectives, such as the existence of multiple viewpoints and the pursuit of objective truth. For the vast majority of participants, the STEM intervention functioned as a form of cognitive dissonance (a disorienting dilemma), while approximately six in ten reported experiencing a transformative experience that led to changes in their values, beliefs, perspectives, or expectations. Statistical analysis revealed that experiencing a greater number of Mezirow’s transformation stages is associated with a higher likelihood of recognizing personal change. Overall, participants identified ten distinct categories of change, illustrating the uniqueness and diversity of how each individual experienced the STEM intervention. The study also revealed that greater improvement in CT was positively associated with the number of transformation stages (Mezirow, 2022) successfully traversed by learners. The proposed model for integrating STEM education into adult learning, developed through this study, is defined as STEAM-CT-CR — that is, STEM + A (All) — with core pillars being Computational Thinking (CT) and Critical Reflection (CR), aiming to foster transformative learning through a holistic and integrative approach.

Ο κριτικός στοχασμός αποτελεί μια μαθησιακή διεργασία που υποστηρίζει τη μετασχηματίζουσα μάθηση και περιλαμβάνει την κριτική εξέταση παραδοχών, καθώς και την διαμόρφωση νέων τρόπων σκέψης. Αντίστοιχα, ο υπολογιστικός τρόπος σκέψης, ως γνωστική διεργασία συστηματοποίησης της σκέψης, συνιστά μια βασική αναλυτική ικανότητα που ενισχύει την επίλυση προβλημάτων σε όλες τις επιστήμες και σχετίζεται με γενικότερες δεξιότητες και τρόπους σκέψης. Η Υπολογιστική Σκέψη (στο εξής ΥΣ) συνδέεται στενά με τη δια-επιστημονική προσέγγιση της εκπαίδευσης STEM (Φυσικές Επιστήμες, Τεχνολογία, Μηχανική και Μαθηματικά) και θεωρείται σημαντική και για τους ενήλικες, μολονότι διαπιστώνεται έλλειμμα ερευνών σε αυτή την πληθυσμιακή ομάδα. Η παρούσα διατριβή συμβάλλει στην κατανόησης της σημασίας της ΥΣ στους ενήλικες, διερευνώντας, μέσω μεικτής έρευνας δράσης, τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της ΥΣ ενηλίκων εκπαιδευομένων, της STEM εκπαίδευσης, του κριτικού στοχασμού και της μετασχηματίζουσας μάθησης. Για τις ανάγκες της έρευνας σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε μια ειδική διδακτική παρέμβαση STEM, βασισμένη στις αρχές της εκπαίδευσης ενηλίκων. Η παρέμβαση περιλαμβάνει οκτώ συμπληρωματικά και διασυνδεδεμένα εκπαιδευτικά σενάρια, τα οποία συνδυάζουν ποικίλες δραστηριότητες, όπως μικρο κατασκευές, πειράματα και εκπαιδευτική ρομποτική. Παράλληλα, οι εκπαιδευόμενοι συμμετείχαν σε διερευνητικά εκπαιδευτικά παιχνίδια STEM, επίλυσης προβλημάτων με στοιχεία δράματος. Η παρέμβαση εφαρμόστηκε σε τέσσερα τμήματα δύο διαφορετικών Σχολείων Δεύτερης Ευκαιρίας (ΣΔΕ) στην Αττική. Στην έρευνα συμμετείχαν 48 εκπαιδευόμενοι ηλικίας 26 - 75 ετών. Για την αξιολόγηση της ΥΣ με πειραματική μέθοδο χρησιμοποιήθηκαν προ- και μετα-δοκιμασίες (pre-post tests). Για την μελέτη της δυνατότητας μετασχηματισμού νοηματικών απόψεων συλλέχθηκαν δεδομένα από ερωτηματολόγια και συνεντεύξεις, με αξιοποίηση του ερευνητικού εργαλείου Learning Activities Survey (LAS) (King, 2009). Επιπρόσθετα, αξιοποιήθηκαν ερωτηματολόγια διερεύνησης κριτικού στοχασμού τα οποία διαμορφώθηκαν βάσει αρχικών συζητήσεων και σημειώσεων από τις παρεμβάσεις, καθώς και ομαδικές συζητήσεις, με στόχο τη διερεύνηση του κριτικού στοχασμού των συμμετεχόντων επί θεμάτων που ανέκυψαν κατά την εκπαιδευτική διαδικασία. Όπως είναι κατανοητό, η ερευνήτρια, ως εθελόντρια εκπαιδευτικός, είχε την δυνατότητα να παρατηρεί το σύνολο της διαδικασίας. Η ανάλυση των ποσοτικών δεδομένων έγινε με περιγραφική και επαγωγική στατιστική, ενώ τα ποιοτικά δεδομένα αναλύθηκαν μέσω θεματικής ανάλυσης, με τη χρήση λογισμικού ανοικτού κώδικα. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν σημαντική βελτίωση στις επιδόσεις ΥΣ των συμμετεχόντων σε σχέση με τις αρχικές. Η βελτίωση αυτή καταγράφεται σε όλα τα επίπεδα δυσκολίας και σε όλες τις διαστάσεις της ΥΣ (αξιολόγηση, αφαιρετική σκέψη, γενίκευση, αποσύνθεση, αλγοριθμική σκέψη). Η STEM εκπαιδευτική παρέμβαση βοήθησε τους συμμετέχοντες να αναπτύξουν δεξιότητες κριτικού στοχασμού σχετικά με θέματα προσωπικής, εκπαιδευτικής και κοινωνικής ζωής, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στη σύνδεση των επιστημών και της τεχνολογίας με την καθημερινότητα. Πάνω από τους μισούς από τους συμμετέχοντες ανέφεραν ότι σκέφτηκαν «πολύ» ή «πάρα πολύ» πάνω στις απόψεις, αντιλήψεις και παραδοχές τους σχετικά με τα θέματα που τέθηκαν. Ενδεικτικά, δήλωσαν ότι στοχάστηκαν γύρω από ζητήματα πολυπλοκότητας και ευρύτερης θεώρησης, όπως η ύπαρξη πολλαπλών οπτικών σε κάθε ζήτημα και η αναζήτηση αντικειμενικής αλήθειας. Για τη συντριπτική πλειοψηφία των συμμετεχόντων, η STEM παρέμβαση λειτούργησε ως ένα είδος γνωστικής δυσαρμονίας (ένα αποπροσανατολιστικό βίωμα), ενώ περίπου έξι στους δέκα ανέφεραν ότι βίωσαν μια μετασχηματιστική εμπειρία που οδήγησε σε αλλαγές στις αξίες, τα πιστεύω, τις απόψεις ή τις προσδοκίες τους. Η στατιστική ανάλυση κατέδειξε ότι η βίωση περισσότερων σταδίων μετασχηματισμού του Mezirow συνδέεται με μεγαλύτερη πιθανότητα συνειδητοποίησης των αλλαγών. Συνολικά, οι συμμετέχοντες ανέφεραν δέκα διαφορετικές κατηγορίες αλλαγών, αποτυπώνοντας τη μοναδικότητα και την ποικιλομορφία με την οποία κάθε άτομο βίωσε την εμπειρία της STEM παρέμβασης. Η έρευνα έδειξε επίσης ότι, όσο μεγαλύτερη είναι η βελτίωση στην επίδοση ΥΣ, τόσο αυξάνεται ο αριθμός των σταδίων του δυνητικού μετασχηματισμού (Mezirow, 2022) που διανύουν με επιτυχία οι εκπαιδευόμενοι. Η πρόταση της εργασίας για την ενσωμάτωση της STEM εκπαίδευσης στην εκπαίδευση ενηλίκων αφορά στο προτεινόμενο μοντέλο STEAM-CT-CR, δηλαδή STEM + A (All), με κύριους πυλώνες την υπολογιστική σκέψη (Computational Thinking) και τον κριτικό στοχασμό (Critical Reflection), με στόχο την ενίσχυση προοπτικής μετασχηματίζουσας μάθησης στο πλαίσιο μιας ολιστικής και ενοποιητικής εκπαιδευτικής προσέγγισης.