Σωτηριάδου Κωνσταντίνα Πανεπιστήμιο Κύπρου. Ολυμπίου Γιώργος. Ζαχαρία Ζαχαρίας

Διερεύνηση των διαδικασιών οικοδόμησης εννοιολογικής κατανόησης προϋπηρεσιακών εκπαιδευτικών στο συγκείμενο Φως και Χρώμα μέσα από τη χρήση εικονικών και πραγματικών εργαστηρίων. Σωτηριάδου Κωνσταντίνα Πανεπιστήμιο Κύπρου Ολυμπίου Γιώργος Πανεπιστήμιο Κύπρου Ζαχαρία Ζαχαρίας Πανεπιστήμιο Κύπρου Περίληψη Κύριος σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν η συγκριτική περιγραφή των εργασιών τριών ομάδων προπτυχιακών εκπαιδευτικών του Τμήματος Επιστημών της Αγωγής του Πανεπιστημίου Κύπρου, κατά την εφαρμογή του Πειραματισμού σε Πραγματικό Εργαστήριο (ΠΠΕ), του Πειραματισμού σε Εικονικό Εργαστήριο (ΠΕΕ) και του ΠΕΕ σε συνδυασμό με Πολλαπλές Εικονικές Δυναμικά συσχετιζόμενες Αναπαραστάσεις (ΠΕΔΑ). Η παρούσα προσπάθεια αποσκοπούσε στη χαρτογράφηση και περιγραφή των διαδικασιών οικοδόμησης εννοιολογικής κατανόησης και διαπραγμάτευσης (νέας) γνώσης για φυσικά φαινόμενα στο συγκείμενο Φως και Χρώμα μέσα από τη χρήση εικονικών και πραγματικών εργαστηρίων και εικονικών εργαλείων όπως είναι οι ΠΕΔΑ. Το δείγμα της έρευνας αποτέλεσαν 12 προπτυχιακοί φοιτητές/φοιτήτριες του Παιδαγωγικού τμήματος του Πανεπιστημίου Κύπρου οι οποίοι επιλέχθηκαν τυχαία. Οι φοιτητές χωρίστηκαν σε 3 ομάδες των τριών ή των τεσσάρων ατόμων σύμφωνα με τη διδακτική προσέγγιση της διερώτησης. Το διδακτικό υλικό που εφαρμόστηκε ήταν η ενότητα Φως και Χρώμα από το διδακτικό υλικό Φυσική με Διερώτηση (McDermott and the Physics Education Group, 1996). Η πρώτη ομάδα πειραματίστηκε με τη χρήση πραγματικού εργαστηρίου (Ομάδα Ελέγχου), η δεύτερη ομάδα με τη χρήση εικονικού εργαστηρίου (Πειραματική Ομάδα 1) και η τρίτη ομάδα χρησιμοποίησε τον ΠΕΕ σε συνδυασμό με ΠΕΔΑ (Πειραματική Ομάδα 2). Η συλλογή δεδομένων έγινε μέσα από τη οπτικογράφηση της ομαδικής εργασίας των ομάδων και τη συμπλήρωση αναστοχαστικού ημερολογίου από την ερευνήτρια. Εισαγωγή Ο συνηθισμένος τρόπος μάθησης στις Φυσικές Επιστήμες αφορά στην παράδοση του μαθήματος από τον εκπαιδευτικό (δασκαλοκεντρικός) ή μέσω ερωτοαπαντήσεων, τις οποίες θέτει ο εκπαιδευτικός και οι μανθάνοντες καλούνται να απαντήσουν. Με άλλες διδακτικές προσεγγίσεις, όμως, τα αποτελέσματα φαίνεται να είναι πιο θετικά, αφού οι μανθάνοντες μπορούν να εφαρμόσουν την γνώση που αποκτούν και στην καθημερινή ζωή. Μια μαθησιακή προσέγγιση που συχνά χρησιμοποιείται και που φαίνεται να υποστηρίζει την μάθηση στις ΦΕ είναι η διερώτηση. Η επιστημονική διερώτηση ορίζεται ως «οι διαφορετικοί τρόποι με τους οποίους οι επιστήμονες μελετούν το φυσικό κόσμο και προτείνουν εξηγήσεις βασισμένες σε στοιχεία που προκύπτουν από την εργασία τους» (NRC, 1996, σελ. 23). Η διερώτηση έχει αποδειχθεί ότι είναι ουσιώδης στην επιστημονική μάθηση. Οι μανθάνοντες περιγράφουν αντικείμενα, γεγονότα, υποβάλλουν ερωτήσεις, οικοδομούν εξηγήσεις, εξετάζουν τις εξηγήσεις τους και διαβιβάζουν τις ιδέες τους στους άλλους. Παράλληλα, προσδιορίζουν τις υποθέσεις τους, χρησιμοποιούν κριτική και λογική σκέψη και εξετάζουν εναλλακτικές εξηγήσεις. Κατ' αυτό τον τρόπο, αναπτύσσουν ενεργά την κατανόηση τους για την επιστήμη με συνδυασμό επιστημονικής γνώσης, δεξιοτήτων συλλογισμού και σκέψης. 69

Πολλοί ερευνητές έχουν ερευνήσει τη δυνατότητα της τεχνολογίας να υπερνικήσει τα εμπόδια στην εφαρμογή της διερώτησης μέσα στην τάξη. Η εφεύρεση και η διανομή των τεχνολογιών αυτών έχουν βοηθήσει τους μανθάνοντες να συλλέξουν στοιχεία (π.χ., θερμοκρασία), καθώς επίσης να εισαγάγουν και να χειριστούν αυτά τα στοιχεία άμεσα (Norris and Soloway, 2003 στο Kim et al., 2007). Η διερώτηση με εικονικά μέσα (προσομοιώσεις κλπ) είναι μια δύσκολη, αλλά υποσχόμενη μαθησιακή προσέγγιση, αφού μπορεί να οδηγήσει σε πιο βαθιά και διαισθητική γνώση. Μια μέθοδος στήριξης της διαδικασίας της διερώτησης είναι η χρήση μοντέλων (εικονικά εργαστήρια), τα οποία λειτουργούν ως υποστηρίγματα στους μανθάνοντες και τους δίνουν την δυνατότητα να εμπλακούν σε διαδικασίες, όπως είναι ο προσανατολισμός, η υπόθεση, ο πειραματισμός, ο σχεδιασμός, η πρόβλεψη, η συλλογή δεδομένων, το συμπέρασμα, και η αξιολόγηση (de Jong, 2004). Τα εικονικά εργαστήρια παρέχουν τη δυνατότητα άμεσης ανατροφοδότησης σε σύντομο χρονικό διάστημα, έχουν την δυνατότητα παρουσίασης γραφικών απεικονίσεων, animations (κινούμενες εικόνες), προσομοιώσεων και εκπαιδευτικών παιχνιδιών. Γενικά, προσφέρουν τρισδιάστατες και πιο ρεαλιστικές καινοτομίες και διευκολύνσεις στους μανθάνοντες. Στις μέρες μας η πλειονότητα των εργαστηρίων αυτών, περιλαμβάνει μαθήματα παράδοσης, ασκήσεις και πρακτική, σχεδιασμό και εκτέλεση πειραμάτων (Yilmaz and Yesilyurt, 2007). Από την άλλη, ο πειραματισμός με πραγματικά εργαστήρια (ΠΠΕ) αποτελεί μια μαθησιακή εμπειρία η οποία επιτρέπει στα άτομα να αλληλεπιδρούν με πραγματικά υλικά και φυσικά μοντέλα στο εργαστήριο, με σκοπό την άμεση παρατήρηση και κατανόηση φαινομένων. Αντίστοιχα, ο πειραματισμός με εικονικά εργαστήρια (ΠΕΕ) αποτελεί μια μαθησιακή εμπειρία η οποία επιτρέπει στα άτομα να αλληλεπιδρούν με εικονικά υλικά και μοντέλα στον υπολογιστή με σκοπό τη γρήγορη συλλογή στοιχείων και την κατανόηση φαινομένων (Zacharia, Olympiou and Papaevripidou, 2008). Τα 2 αυτά περιβάλλοντα παρέχουν την δυνατότητα στα πρόσωπα α) να διερευνήσουν το φαινόμενο που τους παρουσιάζεται, μεταβάλλοντας πραγματικά ή εικονικά τις τιμές των παραμέτρων, β) να ενεργοποιήσουν και να εφαρμόσουν διαδικασίες, γ) να παρατηρήσουν τα αποτελέσματα των δράσεων τους (Hofstein and Lunetta, 2004; Tao and Gunstone, 1999). Σύμφωνα με άλλους ερευνητές (Steinberg, 2000), οι μανθάνοντες στερούνται χειροπιαστές εμπειρίες που περιλαμβάνουν άμεσες εμπειρίες με φυσικά και πραγματικά υλικά και φαινόμενα, οι οποίες θεωρούνται ουσιαστικές για τη μάθηση. Επίσης, επικρατεί η διαδεδομένη θεώρηση πως η χρήση του ΠΕΕ θεωρείται ως μια τελείως διαφορετική μέθοδος πειραματισμού από τον τρόπο που εργάστηκαν οι επιστήμονες (Zacharia et al., 2008). Συχνά, ο εικονικός πειραματισμός συνδυάζεται με εξωτερικές αναπαραστάσεις (external representations). Σύμφωνα με τον Bruner (1966), οι εικονικές αναπαραστάσεις αντιστοιχούν στις δομές του χώρου και είναι σχετικά ανεξάρτητες της δράσης. Οι αναπαραστάσεις αυτές σχετίζονται με την οπτική αντίληψη και αποτελούν εσωτερικές νοητικές εικόνες ή νοερά μοντέλα. Τα άτομα κατασκευάζουν νοερές εικόνες για τα πράγματα και χειρίζονται τις νοερές εικόνες δίχως να δρουν πάνω στα πράγματα. Η διαχείριση εξωτερικών αναπαραστάσεων αποτελεί μια κρίσιμη δραστηριότητα στη μάθηση και διδασκαλία σε μαθήματα, όπως η φυσική και τα μαθηματικά, όπως επίσης 70

και στην εξάσκηση μέσα στην τάξη. Μέσα σε μαθησιακά περιβάλλοντα υποστηριγμένα με προσομοιώσεις, οι μανθάνοντες μπορούν να ερμηνεύσουν η και να κατασκευάσουν εξωτερικές αναπαραστάσεις είτε ξεχωριστά, είτε ομαδικά, ή ακόμα και από απόσταση μέσω του διαδικτύου. Έρευνες σχετικά με τη μάθηση έδειξαν ότι όταν οι μανθάνοντες έχουν τη δυνατότητα να αλληλεπιδράσουν με κατάλληλες αναπαραστάσεις η επίδοση τους ενισχύεται (Αinsworth, 2006). Η συγκεκριμένη έρευνα επικεντρώνεται στο συγκείμενο Φως και Χρώμα. Οι μανθάνοντες παρουσιάζουν αρκετές εναλλακτικές ιδέες για το Φως οι οποίες όπως φάνηκε από έρευνες δεν είναι επιστημονικά αποδεκτές, είναι βαθιά ριζωμένες και σε ορισμένες περιπτώσεις είναι επίμονες και αντιστέκονται στην αλλαγή (Vosniadou, 1994; Driver, 1989). Στην έρευνα αυτή οι μανθάνοντες εργάζονται σε ομάδες προάγοντας την συνεργατική μάθηση στα πλαίσια του εργαστηριακού πειραματισμού με την προσέγγιση της διερώτησης. Σύμφωνα με τους Johnson, Johnson and Holubec (1990), η συνεργατική μάθηση (ΣΜ) είναι η οργάνωση της τάξης σε μικρές ομάδες με σκοπό τη δημιουργική συνεργασία των μαθητών για μεγιστοποίηση της δικής τους μάθησης, αλλά και της μάθησης των άλλων μελών της ομάδας. Μέσω των συνεργατικών δραστηριοτήτων που τους ανατίθενται από τον εκπαιδευτικό, τα μέλη της ομάδας επιδιώκουν αποτελέσματα τα οποία είναι επωφελή για τους ίδιους, αλλά και για τα άλλα μέλη της ομάδας. Μελετώντας και αναλύοντας τη ΣΜ αντιλαμβάνεται κανείς πόσο πολύ ταιριάζει σε αυτήν η εφαρμογή των εικονικών περιβαλλόντων πειραματισμού. Μέχρι τώρα έχει διεξαχθεί αρκετή έρευνα σχετικά με τη χρήση εικονικών και πραγματικών εργαστηρίων. Παρόλα αυτά, στη διεθνή βιβλιογραφία παρουσιάζονται αντιφατικά δεδομένα ως προς την αποτελεσματικότητα των εικονικών εργαστηρίων όταν ενσωματώνονται στον εργαστηριακό πειραματισμό. Συγκεκριμένα, κάποιες έρευνες υποστηρίζουν τη χρήση εικονικών (Zacharia et al. 2008; Hofstein and Lunetta, 2004; Tao and Gunstone, 1999) και άλλοι πραγματικών εργαστηρίων (Steinberg, 2000; Forinash and Wisman, 2005). Οι περισσότερες έρευνες που διεξάγονται στη συγκεκριμένη κατεύθυνση έρευνας σχετίζονται με την αξιολόγηση των μαθησιακών αποτελεσμάτων. Δεν υπάρχουν έρευνες στη διεθνή βιβλιογραφία που να διερευνούν τις διαφορετικές διαδικασίες που ακολουθούν οι μανθάνοντες κατά τη διάρκεια του πειραματισμού ώστε να διαφανούν οι ενδεχόμενες διαφοροποιήσεις της εφαρμογής των δύο πειραματικών μέσων που οδηγούν στα αναφερόμενα αντιφατικά αποτελέσματα. Σκοπός Έρευνας Η παρούσα έρευνα ακολουθεί την προσέγγιση της μελέτης περίπτωσης στοχεύοντας στη συγκριτική περιγραφή της εργασίας τριών ομάδων προπτυχιακών εκπαιδευτικών του Τμήματος Επιστημών της Αγωγής του Πανεπιστημίου Κύπρου, αποσκοπώντας στη χαρτογράφηση και περιγραφή των διαδικασιών οικοδόμησης εννοιολογικής κατανόησης και διαπραγμάτευσης (νέας) γνώσης για φυσικά φαινόμενα. Η διερεύνηση αυτή έγινε μέσα από την ποιοτική ανάλυση της οπτικογραφημένης εργασίας των προπτυχιακών εκπαιδευτικών κατά τη διάρκεια του πειραματισμού τους στο εργαστήριο των Φυσικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο Κύπρου. 71

Μεθοδολογία Δείγμα Το δείγμα της έρευνας αποτέλεσαν 12 προπτυχιακοί φοιτητές/φοιτήτριες του Παιδαγωγικού τμήματος του Πανεπιστημίου Κύπρου οι οποίοι επιλέχθηκαν τυχαία. Οι φοιτητές χωρίστηκαν σε 3 ομάδες των 4 ατόμων, αφού το διδακτικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε υλοποιώντας την προσέγγιση της διερώτησης, βασίζεται στην συνεργατική μάθηση και την εκτέλεση πειραματισμού σε ομάδες. Η πρώτη ομάδα πειραματίστηκε με τη χρήση πραγματικού εργαστηρίου (Ομάδα Ελέγχου), η δεύτερη ομάδα με τη χρήση εικονικού εργαστηρίου (Πειραματική Ομάδα 1-ΠΟ1) και η τρίτη ομάδα χρησιμοποίησε εικονικά εργαστήρια σε συνδυασμό με μια επιπρόσθετη εξωτερική αναπαράσταση-τον μοντελοχώρο (Πειραματική Ομάδα 2-ΠΟ2). Ερευνητικός Σχεδιασμός Στα πλαίσια της Φυσικής με διερώτηση, οι φοιτητές χωρίστηκαν σε 3 ομάδες των τεσσάρων ατόμων (Ομάδα ελέγχου, ΠΟ1 και ΠΟ2). Η έρευνα διεκπεραιώθηκε στο ίδιο χρονικό διάστημα και για τις 3 ομάδες. Ο αριθμός των συναντήσεων στο εργαστήριο για την κάθε ομάδα ήταν οκτώ. Συγκεκριμένα, ολόκληρη η διδακτική παρέμβαση διήρκησε 8 εβδομάδες. Το κάθε εργαστήριο είχε διάρκεια ενάμιση ώρα, μια φορά την εβδομάδα. Για τη συλλογή δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν εγκυροποιημένα πειραματικά φύλλα εργασίας από το πρόγραμμα Physics by Inquiry (McDermott et al., 1996) στο συγκείμενο Φως και Χρώμα. Στην α φάση προηγήθηκαν δύο εισαγωγικά κεφάλαια για τη διάδοση του φωτός και τις ιδιότητες του. Αυτά τα κεφάλαια είχαν σαν στόχο να έρθουν στην επιφάνεια οι εναλλακτικές ιδέες των μανθανόντων για το φως και να τους οδηγήσουν σε γνωστική σύγκρουση, ώστε να ενισχυθεί η εννοιολογική τους κατανόηση για το συγκεκριμένο θέμα. Επίσης, περιείχαν απλά εικονικά και πραγματικά πειράματα και περιελάμβαναν στην πρώτη περίπτωση τη χρήση του εικονικού εργαστηρίου «Σκιές και Χρώματα», ενώ στην δεύτερη πραγματικά υλικά όπως κλεφτοφάναρα, πετάσματα που λειτουργούσαν ως οθόνες και λαμπτήρες. Η ΠΟ2 ομάδα χρησιμοποίησε ακριβώς τα ίδια εικονικά εργαστήρια με την διαφορά ότι στα πλαίσια των αναπαραστάσεων μπορούσαν να βλέπουν και τον μοντελοχώρο από ένα 2 ο παράθυρο που ήταν ανοιχτό στο πάνω μέρος του υπολογιστή. Πειραματικά Μέσα Πειραματισμός σε Πραγματικό Εργαστήριο (ΠΠΕ) Ο Πειραματισμός σε Πραγματικό Εργαστήριο (ΠΠΕ) περιλάμβανε τη χρήση πραγματικών οργάνων και αντικείμενων, όπως βαφές διαφορετικών χρωμάτων, έγχρωμες διαφάνειες, πηγές φωτός (ανακλαστικά διασκόπια), κύβοι κλπ. Αρχικά, πριν από την έναρξη των πειραμάτων, οι φοιτητές κλήθηκαν να αναγνωρίσουν και να εξοικειωθούν με όλα τα αντικείμενα τα οποία θα χρησιμοποιούσαν. Πειραματισμός σε Εικονικό Εργαστήριο (ΠΕΕ και ΠΕΕ σε συνδυασμό με ΠΕΔΑ) Ο Πειραματισμός σε Εικονικό Εργαστήριο (ΠΕΕ) περιλάμβανε τη χρήση εικονικών οργάνων και αντικειμένων, όπως έγχρωμες φωτεινές πηγές (φανάρια), χρωματικά φίλτρα, αντικείμενα (π.χ. κύβοι) και πετάσματα που λειτουργούσαν σαν οθόνες (α φάση). Το εικονικό εργαστήριο που χρησιμοποιήθηκε ήταν μια προσομοίωση, το «Σκιές 72

και Χρώματα» και μία άλλη προσομοίωση που παρείχε τη δυνατότητα διαφορετικών αναμείξεων ανάμεσα στα χρώματα σε σχέση με 2 παραμέτρους: α) το είδος των βαφών που αναμιγνύονται και β) την ποσότητα των βαφών που αναμιγνύονται. Στην 2 η φάση που αφορά στο έγχρωμο φως χρησιμοποιήθηκε και πάλι το εικονικό εργαστήρι «Σκιές και Χρώματα» το οποίο παρέχει την δυνατότητα χρησιμοποίησης έγχρωμων διαφανειών που λειτουργούν ως φίλτρα. Χρησιμοποιώντας τα ίδια εικονικά εργαστήρια εργάστηκε και η ΠΟ2 με την διαφορά ότι είχαν στην διάθεση τους τον μοντελοχώρο. Συλλογή και Ανάλυση δεδομένων Για τη συλλογή δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν εγκυροποιημένα πειραματικά φύλλα εργασίας από το πρόγραμμα Physics by Inquiry (McDermott et al., 1996) στο συγκείμενο Φως και Χρώμα. Η κάθε ομάδα οπτικογραφήθηκε κατά τη διάρκεια ολόκληρου του εργαστηρίου δηλαδή για ενάμιση ώρα την εβδομάδα, ενώ στην περίπτωση της ΠΟ1 και ΠΟ2 οπτικογραφήθηκαν παράλληλα οι εργασίες των ατόμων στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Οι μανθάνοντες αφού έκαναν την πρόβλεψη τους, προέβαιναν σε εκτέλεση του πειράματος και κατέγραφαν τις παρατηρήσεις τους στα φύλλα εργασίας. Κατόπιν, καλούνταν από το διδακτικό υλικό να προβούν σε επεξήγηση των παρατηρήσεων, με αποτέλεσμα να προκαλείται συζήτηση από όλα τα μέλη της ομάδας. Τηρήθηκε, παράλληλα, αναστοχαστικό ημερολόγιο από τον ερευνητή. Η ανάλυση των δεδομένων περιλάμβανε απομαγνητοφώνηση των οπτικογραφήσεων και κωδικοποίηση των εργασιών των ομάδων με βάση ειδικό έντυπο κωδικοποίησης που αναπτύχθηκε για την ταξινόμηση ολόκληρων των διαλόγων των φοιτητών από 2 ερευνητές σε συνεργασία με άλλους 3 έμπειρους ερευνητές. Οι Scherr και Hammer (2009), και Scherr (2008), ανέπτυξαν σχήματα κωδικοποίησης για να μελετήσουν τις διαδικασίες που ακολουθούσαν οι μανθάνοντες κατά τη διάρκεια του πειραματισμού τους. Πάνω σε αυτή την βάση στηρίχτηκε το έντυπο κωδικοποίησης που χρησιμοποιήθηκε στην έρευνα αυτή και μέσα από την παρακολούθηση και απομαγνητοφώνηση των οπτικογραφήσεων, προστέθηκαν οι νέες διαδικασίες που προέκυψαν. Η κωδικοποίηση των εργασιών των ατόμων πραγματοποιήθηκε με βάση το έντυπο κωδικοποίησης που αναπτύχθηκε 1. Μέσα από την ανάλυση των δεδομένων, φάνηκε η αποτελεσματικότητα των 3 πειραματικών μέσων, καθώς και η συνεισφορά του εργαστηριακού πειραματισμού κατά τη διερεύνηση αντίστοιχων φαινομένων στις Φυσικές Επιστήμες. Επιπρόσθετα, διενεργήθηκε ποσοτική ανάλυση μέσω του στατιστικού προγράμματος SPSS και συγκεκριμένα έγινε ο στατιστικός έλεγχος Chi-Square, μέσα από τον οποίο έγινε μια προσπάθεια διερεύνησης κατά πόσο ο τρόπος με τον οποίο κατανέμονται οι συζητήσεις των τριών ομάδων φοιτητών διαφοροποιούνται σε στατιστικά σημαντικό βαθμό ανάλογα με το πειραματικό μέσο με το οποίο πειραματίστηκαν κατά τη διεξαγωγή της διδακτικής παρέμβασης στο Φως και Χρώμα. Για περισσότερη αξιοπιστία ένας δεύτερος ερευνητής κωδικοποίησε το 33% των διαλόγων της ΠΟ2 (κοινή ομάδα) σύμφωνα με τον κώδικα που καθορίστηκε. Να σημειωθεί ότι οι μετρήσεις αξιοπιστίας 1 Οι 5 κατηγορίες κωδικοποίησης: Είδος Διαλόγου, Δραστηριότητα, Ποιος μιλά, Πού είναι στραμμένη η προσοχή, Τεκμηρίωση 73

(Cohen s Kappa) κατέδειξαν συντελεστή πάνω από 0.8 σε όλες τις κατηγορίες κωδικοποίησης. Αποτελέσματα Μέσα από τον στατιστικό έλεγχο Chi-Square φάνηκε ότι ανάμεσα στις ομάδες υπάρχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε όλες τις κατηγορίες σύμφωνα με τις οποίες έγινε η ταξινόμηση των διαλόγων των φοιτητών. Πιό συγκεκριμένα η ΠΟ2 και η ΠΟ1 δεν παρουσίασαν ιδιαίτερες διαφορές σε ότι αφορά στο Είδος Διαλόγου, αλλά η Ομάδα Ελέχγου φαίνεται να διαφοροποιείται τόσο στις δηλώσεις στις οποίες προέβηκε κατά την διάρκεια του πειραματισμού, όσο και στην στην οργάνωση του πειράματος, αφιερώνοντας περισσότερο χρόνο σε σχέση με τις ομάδες που χρησιμοποίησαν εικονικά περιβάλλοντα πειραματισμού. Αυτό φάνηκε και στην κατηγορία Ποιός Μιλά αφού η Ομάδα Ελέγχου χρειάστηκε να προβεί σε εντονότερο προβληματισμό, συνομιλώντας με το διδακτικό προσωπικό πολύ περισσότερο σε σχέση με τις άλλες ομάδες. Στην κατηγορία της Δραστηριότητας η ΠΟ2 προέβηκε σε λιγότερες προβλέψεις από το αναμενόμενο. Αυτό πιθανόν να οφείλεται στην παρουσία του μοντελοχώρου αφού σαν επιπλέον εργαλείο έδινε άμεσα την αναπαράσταση του χώρου. Το συγκεκριμένο εύρημα συνδέεται με το γεγονός πως με το πάτημα ενός κουμπιού οι μανθάνοντες έβλεπαν αμέσως το αποτέλεσμα. Η ΠΟ1 προέβηκε σε περισσότερες προβλέψεις από το αναμενόμενο, αλλά σε λιγότερη συζήτηση για την πειραματική διαδικασία. Μια πιθανή ερμηνεία είναι ότι δεν είχαν τον μοντελοχώρο σαν επιπρόσθετο εργαλείο, με αποτέλεσμα να δίνουν περισσότερη σημασία στη διαδικασία της πρόβλεψης. Η Ομάδα Ελέγχου παρουσίασε περισσότερες προβλέψεις από το αναμενόμενο. Παρατηρείται, λοιπόν, ότι η διαδικασία της πρόβλεψης στα πραγματικά εργαστήρια αποτελεί διακριτό βήμα. Σε ότι αφορά την κατηγορία Πού είναι στραμμένη η προσοχή των μανθανόντων κατά την διάρκεια του πειραματισμού, φάνηκε ότι η ΠΟ2 αφιερώθηκε λιγότερο από το αναμενόμενο στη διαδικασία της Συμπλήρωσης του φύλλου εργασίας και είχε στραμμένη την προσοχή της περισσότερο στη Συζήτηση και τη Χρήση του εικονικού εργαστηρίου. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την ΠΟ1 η οποία είχε περισσότερο στραμμένη την προσοχή της στη Συμπλήρωση του φύλλου εργασίας αλλά λιγότερο στη Συζήτηση. Η Ομάδα Ελέγχου είχε περισσότερο από το αναμενόμενο στραμμένη την προσοχή της στην Συμπλήρωση του φύλλου εργασίας. Αυτό αποτελεί στοιχείο του εργαστηριακού πειραματισμού και ειδικά όταν πρόκειται για πραγματικά εργαστήρια. Επίσης, προκύπτει ότι είχαν περισσότερο από το αναμενόμενο στραμμένη την προσοχή τους στη Χρήση του πραγματικού εργαστηρίου. Αυτό ίσως να είναι και αναμενόμενο, αφού δεν είχαν την ευκολία που είχαν οι άλλες ομάδες, όπου με τη χρήση των εικονικών μέσων είχαν περισσότερη ευελιξία τόσο στην προετοιμασία, όσο και στην εκτέλεση των πειραμάτων. Τέλος, στην κατηγορία της Τεκμηρίωσης, δηλαδή από πού άντλησαν δεδομένα οι φοιτητές κατά τη διάρκεια του πειραματισμού τους για να επεξηγήσουν τις παρατηρήσεις τους, η ΠΟ2 φαίνεται να αντλεί δεδομένα από την διαδικασία του Υφιστάμενου Πειράματος σε περισσότερο βαθμό από το αναμενόμενο. Αυτό πιθανόν να ερμηνεύεται από την παρουσία του μοντελοχώρου, την οποία οι μανθάνοντες προσπάθησαν να επεξηγήσουν. Η ΠΟ1 λειτούργησε αντίθετα, αφού προκύπτει ότι χρησιμοποίησαν περισσότερο την άντληση δεδομένων από Προηγούμενο Πείραμα και λιγότερο από το υφιστάμενο. Πιθανόν, η ομάδα αυτή μη έχοντας το μοντελοχώρο να έπρεπε να στηρίξει τις επεξηγήσεις της και σε γνώση από τα προηγούμενα πειράματα. Η 74

Ομάδα Ελέγχου άντλησε περισσότερα δεδομένα από Προηγούμενα Πειράματα, διότι πιθανόν να είχαν περισσότερη ανάγκη στήριξης από αυτά σε σχέση με τις άλλες ομάδες, αφού δεν ήταν εύκολο να επαναλάβουν τα πειράματα. Επομένως, στηρίζονταν αρκετά στο τι είχαν παρατηρήσει και σε τι συμπεράσματα είχαν καταλήξει σε προηγούμενα πειράματα. Συμπεράσματα Μέσα από την ανάλυση των αποτελεσμάτων διαφάνηκε η επίδραση του εργαστηριακού πειραματισμού στην ανάπτυξη των διαδικασιών εκείνων που απαιτούνται για την κατανόηση φαινομένων στις Φυσικές Επιστήμες. Αρκετά σημαντική φάνηκε να είναι η παρουσία του μοντελοχώρου, αφού έδωσε στους μανθάνοντες την δυνατότητα να είναι πιο ευέλικτοι σε αντίθεση με την Ομάδα Ελέγχου που χρειάστηκε να προβεί σε εντονότερο προβληματισμό. Σύμφωνα με τους Kelly and Crawford (1998), η αναπαράσταση αντιμετωπίζεται από τους μανθάνοντες ως μια έκφραση που έχει ανάγκη από απάντηση. Οι μανθάνοντες βρίσκουν τις πληροφορίες στην οθόνη του υπολογιστή η οποία κωδικοποιείται ως ανάγνωση και ανταποκρίνονται ανάλογα. Παράλληλα, αναγνωρίζουν τις λανθασμένες ερμηνείες τους είτε στις αρχικές συλλήψεις τους, είτε στο αναμενόμενο αποτέλεσμα ενός πειράματος, οι οποίες συγκρούονται με τις προσδοκίες τους, πράγμα που μπορεί να οδηγήσει σε εννοιολογική αλλαγή. Επίσης, ο μοντελοχώρος διευκόλυνε την οργάνωση της ομάδας και τα διαδικαστικά, αφού έδινε άμεσα συμβολική αναπαράσταση του φαινομένου. Αντίθετα, η χρήση πραγματικών υλικών οδήγησε τους μανθάνοντες σε εντονότερο προβληματισμό για την οργάνωση της εργασίας και σε αρκετές περιπτώσεις χρειάστηκε η επανάληψη, αφού η διαδικασία ήταν πιο περίπλοκη. Σύμφωνα με τους Κομπούγια, Νανάκο, Φίλιππα, και Τατάκη (2006), με τον ολοένα αυξανόμενο αριθμό των φοιτητών οι απαιτήσεις σε διδακτικό προσωπικό είναι μεγαλύτερες και μερικές φορές είναι δύσκολο να βρεθεί ο απαραίτητος χρόνος και χώρος για τη διεξαγωγή των εργαστηρίων, με αποτέλεσμα να παρατηρείται σημαντική ανάλωση χρόνου από τους φοιτητές για καταγραφή των μετρήσεων. Επίσης, η Ομάδα Ελέγχου σε αντίθεση με τις άλλες δύο ομάδες, χρειάστηκε την στήριξη του διδακτικού προσωπικού αφού η διαδικασία της χρήσης των πραγματικών υλικών ήταν πιο χρονοβόρα και περίπλοκη. Αυτό συνάδει με μελέτες που δείχνουν ότι συχνά το βάρος των δραστηριοτήτων των μαθητών, κατά τη διάρκεια της παραδοσιακής εργαστηριακής εργασίας, επικεντρώνεται στο χειρισμό των οργάνων και των διατάξεων (Niedderer et al., 2003). Παρόλα, αυτά ο μοντελοχώρος παρουσιάζει και κάποια μειονεκτήματα που φαίνονται έντονα μέσα από την έρευνα. Συγκεκριμένα, αφορά στην διαδικασία του POEπρόβλεψη-παρατήρηση-επεξήγηση, αφού η συγκεκριμένη αλυσίδα σε αρκετές περιπτώσεις φαίνεται να μην ακολουθείται από την ΠΟ2. Το επιπρόσθετο αυτό εργαλείο δίνοντας άμεσα την αναπαράσταση του χώρου ώθησε τους μανθάνοντες να παραλείψουν την διαδικασία της πρόβλεψης σε συγκεκριμένες περιπτώσεις και να προβούν κατευθείαν σε παρατήρηση και επεξήγηση. Όπως υποστηρίζει η Linn (2003), στο εικονικό εργαστήριο οι μαθητές έχουν δυνατότητες ευκολότερης συλλογής και καταγραφής 75

δεδομένων ή εκτέλεσης άλλων μηχανιστικών διαδικασιών. Το βάρος, επομένως, της διδακτικής διαδικασίας μετατοπίζεται, εν δυνάμει, προς την πλευρά της παρατήρησης, της ερμηνείας και της συζήτησης μεταξύ των μαθητών. Έντονη διαφοροποίηση παρουσίασε η Ομάδα Ελέγχου, όπου θέτει την πρόβλεψη σαν διακριτό βήμα. Μέσα από τη χρήση πραγματικών υλικών φαίνεται ότι τα βήματα της διαδικασίας πρόβλεψηπαρατήρηση-επεξήγηση είναι πιο ευδιάκριτα και ακολουθούνται από τους μανθάνοντες. Κρίνεται λοιπόν αναγκαίο να υπάρξει ένα πλαίσιο στο πώς μπορούν να συνδυαστούν τα πραγματικά με τα εικονικά εργαστήρια, ώστε να υπάρχει η καλύτερη δυνατή στήριξη των μανθανόντων στην προσπάθεια τους να οικοδομήσουν εννοιολογική κατανόηση στα διάφορα συγκείμενα των φυσικών επιστημών. Ίσως με τον συνδυασμό τους να επιτευχθεί η καλύτερη δυνατή χρήση τους και να ελαχιστοποιηθούν οι περιορισμοί που αναφέρθηκαν προηγουμένως. Όπως υποστηρίζουν οι Ζacharia and Constantinou (2008), και Zacharia et al. (2008), πρέπει να καθοριστεί ένα πλαίσιο στο πως θα συνδυαστούν. Αναφορές Ελληνικές Κομπούγιας, Ι. K., Νανάκος, Α. Χ., Φίλιππας, Ν. Π., και Τατάκης, Ε. K. (2006). Διαδικτυακή πλατφόρμα για τη διεξαγωγή εργαστηριακών ασκήσεων Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος. Ηλεκτρονικά Ισχύος, συστήματα ηλεκτρικής κίνησης και βιομηχανικές εφαρμογές, ΤΕΕ, Αθήνα, 5-6 Απριλίου. Αγγλικές Ainsworth, S. (2006). Deft: A conceptual framework for considering learning with multiple representations. Learning and Instruction, 16(3):183-198. Bruner, J. (1966). Towards a theory of instruction. New York: W.W. Norwood & Company. De Jong, T. (2004). Scaffolds for Computer Simulation Based Scientific Discovery Learning. Enschede, NL: University of Twente. De Vries, E. (2006). Student s construction of external representations in design-based learning situations. Learning and Instruction, 16(3): 213-227 Driver, R. (1989). Students conceptions and the learning of science. International Journal of Science Education, 11(5): 481-490. Forinash, K., and Wisman, R. (2005). Building real laboratories on the internet. Int. J. Cont. Engineering Education and Lifelong Learning, 15, Nos. 1/2. Hofstein, A., and Lunetta, V. N. (2004). The laboratory in science education: Foundations for the Twenty-First Century, Science Education, 88(1): 28-54. 76

Johnson, D.W., Johnson, R.T. and Holubec, EJ. (1990). Circles of Learning. Cooperation in the Classroom. Edina, Minn.: Interaction Book Company. Kelly, Τ., and Crawford, T. (1998). Students Interaction with Computer Representations: Analysis of Discourse in Laboratory Groups. Journal of Research in Science Teaching, 33(7): 693-707 Kim, P., Hannafin, M. J., & Bryan, L. A, (2007). Technology enhanced inquiry tools in science education: An emerging pedagogical framework for classroom practice. Science Education, 91(6): 1010-1030. Klahr, L., Triona, M., and Williams, C. (2007). Hands on What? The Relative Effectiveness of Physical Versus Virtual Materials in an Engineering Design Project by Middle School Children. Journal of Research in Science Teaching, 44(1):183-203 Kocijancic, S., and O Sullivan, C. (2004). Real or virtual laboratories in science education: Is it really a dilemma? Informatics in Education 3(2): 239-250. Linn M., C. (2003). Technology and science education: Starting points, research programs, and trends. International Journal of Science Education, 25(6): 727-758. McDermott and the Physics Education Group at the University of Washington, (1996). Physics by Inquiry, Vol. I. Wiley : New York. Niedderer, H., Sander, F., Goldberg, F., Otero, V., Jorde, D., Slotta, J., Stroemme, A., Fisher, H.E., Hucke, L., Tiberghien, A., and Vince, J. (2003). Research about the use of information technology in science education. In: Psillos, D., Kariotoglou, P., Tselfes, V., Hatzikraniotis, E., Fassoulopoulos, G., and Kallery, M. (eds.), Science Education Research in the Knowledge Based Society. Dordrecht Kluwer Academic Publishers, pp. 300-312 Scherr, R.E., (2008). Gesture analysis for physics education researchers. Physical Review Special Topics - Physics Education Research, 4(1): 010101 Scherr, R.E., and Hammer, D. (2009). Student Behaviour and Epistemological Framing: Examples from Collaborative Active-Learning Activities in Physics. Cognition and Instruction, 27(2): 147 174. Steinberg, R. N. (2000). Computers in teaching science: To simulate or not to simulate; Physics Education Research, American Journal of Physics Supplement, 68(1): 16-24. Tao, P.K., and Gunstone, R.F. (1999). The Process of Conceptual Change in Force and Motion during Computer-Supported Physics Instruction. Journal of Research in Science Teaching, 36 (7): 859-882 77

Vosniadou, S. (1994). Capturing and modeling the process of conceptual change. Learning and Instruction, 4(1): 45 69 Yilmaz, K., and Yesilyurt, S. (2007). Comparing the impacts of tutorial and edutainment software programs on student s achievements, misconceptions and attitudes towards biology. Journal of Science Education & Technology, 17(1): 32-41 Zacharia, Z.C., and Constantinou, C.P. (2008). Comparing the Influence of Physical and Virtual Manipulatives in the Context of the Physics by Inquiry Curriculum: The Case of Undergraduate Students Conceptual Understanding of Heat and Temperature. American Journal of Physics, 76(4): 425-430 Zacharia, C.Z., Olympiou, G.,and Papaevripidou, M. (2008). Effects of Experimenting with Physical and Virtual Manipulatives on Students Conceptual Understanding in Heat and Temperature. Journal of Research in Science Teaching, 45(9): 1021-1035 78