«Πρόδρομα μοντέλα για το απλό ηλεκτρικό κύκλωμα στη σκέψη των παιδιών προσχολικής ηλικίας» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Πάτρα 2015

Πάτρα 2015 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΑΝΘΡΩΠΙΣΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΧΟΛΙΚΗ ΗΛΙΚΙΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ: «ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΩΝ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ: ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ, ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΤΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ» «Πρόδρομα μοντέλα για το απλό ηλεκτρικό κύκλωμα στη σκέψη των παιδιών προσχολικής ηλικίας» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Μεταπτυχιακή Φοιτήτρια: Καδά Βασιλική Α.Μ.: 404 Επιβλέπων καθηγητής: Ραβάνης Κωνσταντίνος

Ευχαριστίες Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια των μεταπτυχιακών μου σπουδών στο Τμήμα Επιστημών της Εκπαίδευσης και της Αγωγής στην Προσχολική Ηλικία, στον τομέα της διδακτικής των θετικών επιστήμων: εκπαιδευτικά προγράμματα, αξιολόγηση και τεχνολογίες της πληροφορίας και της επικοινωνίας στην εκπαίδευση, και είναι αποτέλεσμα προσπάθειας πολλών ανθρώπων και οφείλω να τους ευχαριστήσω θερμά που συνέβαλλαν στην ολοκλήρωσή της. Πρώτα απ όλους θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή μου κ. Κωνσταντίνο Ραβάνη, καθηγητή στο Τ.Ε.Ε.Α.Π.Η για την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα τόσο ενδιαφέρον αντικείμενο που ανταποκρίνεται απολύτως στα επιστημονικά μου ενδιαφέροντα και για την εμπιστοσύνη και το ενδιαφέρον που έδειξε κατά την ανάθεση της εργασίας. Ακόμη, για τη δημιουργική συνεργασία μας, τις πολύτιμες συμβουλές, την καθοδήγηση και την υποστήριξη που μου παρείχε κατά τη διάρκεια της εκπόνησής της. Ήταν πάντα διαθέσιμος να μου προσφέρει τις γνώσεις και την εμπειρία του. Ιδιαίτερες ευχαριστίες θα ήθελα να εκφράσω στις νηπιαγωγούς του 4 ου Νηπιαγωγείου Τρίπολης που δέχτηκαν να πραγματοποιήσω την έρευνα μου στο νηπιαγωγείο τους, αλλά και στους μαθητές που αποτέλεσαν τα υποκείμενα της ερευνητικής διαδικασίας, και πραγματοποιήθηκε η παρούσα εργασία. Αισθάνομαι επίσης ευγνώμων για την πολύτιμη βοήθεια που µου προσέφερε ο κ. Κωνσταντίνου Κωνσταντίνος αναλαμβάνοντας τη δημιουργία των κατασκευών που χρησιμοποιήθηκαν στην έρευνα. Ιδιαίτερες ευχαριστίες θέλω να απευθύνω στον Κωσταντίνου Βασίλη για την καθοριστική του βοήθεια, ο οποίος στάθηκε σημαντικός ηθικός αρωγός στην προσπάθειά μου και με υποστήριξε σε κάθε φάση της πορείας μου. Τις ευχαριστίες μου εκφράζω και στους αξιόλογους καθηγητές, Κολιόπουλο Δημήτριο και Καμπεζά Μαρία που δέχτηκαν να είναι μέλη της τριμελούς επιτροπής αξιολόγησης της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τέλος, ξεχωριστές ευχαριστίες οφείλω στους γονείς μου, Γιώργο και Κατερίνα των οποίων η πίστη στις δυνατότητες μου αποτέλεσε αρωγό σε όλους τους στόχους και τα όνειρά μου, και οι οποίοι με ανέθρεψαν σε ένα ειδυλλιακό περιβάλλον χωρίς καμία στέρηση, αλλά και στα αδέρφια μου Γιάννη και Μαρία Ελένη που είναι πάντα δίπλα μου και με στηρίζουν σε ότι και αν κάνω. 1

Εισαγωγικό Σημείωμα Σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι να προσεγγίσουμε και να αποτυπώσουμε βιωματικές νοητικές παραστάσεις παιδιών προσχολικής ηλικίας για ζητήματα σχετικά με στοιχειώδη ηλεκτρικά φαινόμενα. Ακόμη, να περιγράψει τη δυνατότητα οικοδόμησης από μαθητές προσχολικής ηλικίας ενός ποιοτικού προτύπου για την έννοια «ενέργεια» με το οποίο είναι δυνατόν να περιγράφουν. Η έρευνα που πραγματοποιήσαμε στόχευε σε τέσσερα επιμέρους ερευνητικά ερωτήματα: 1. Να ανιχνεύσουμε τις ιδέες των παιδιών σχετικά με τη δημιουργία και τη λειτουργία ενός απλού ηλεκτρικού κυκλώματος με λαμπάκι 2. Να μελετήσουμε τις ιδέες τους σχετικά με τη δημιουργία και τη λειτουργία ενός απλού ηλεκτρικού κυκλώματος με μπαταρία και ανεμιστηράκι 3. Να ανιχνεύσουμε τις ιδέες τους σχετικά με τη λειτουργία ενός παιδικού παιχνιδιού αυτοκινητάκι το οποίο λειτουργεί με μπαταρίες και τέλος, 4. Μετά τη δημιουργία και παρατήρηση των τριών παραπάνω καταστάσεων, να ανιχνεύσουμε τις ιδέες τους σχετικά με την οικοδόμηση ενός ποιοτικού ενεργειακού πρόδρομου μοντέλου (α) αναγνωρίζει ομοιότητες στις τρεις προηγούμενες καταστάσεις και (β) ενεργοποιεί το γραμμικό αιτιακό συλλογισμό. Η εργασία είναι διαρθρωμένη σε πέντε βασικά μέρη. Το 1ο Μέρος αποτελείται από το θεωρητικό πλαίσιο στο οποίο στηρίζεται η έρευνα. Εκεί γίνεται αναφορά στις νοητικές παραστάσεις των παιδιών προσχολικής ηλικίας τόσο σε γενικό επίπεδο όσο και στο επίπεδο των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Επίσης παρουσιάζεται βιβλιογραφική ανασκόπηση αναφορικά με τα ηλεκτρικά κυκλώματα και τις προϋπάρχουσες έρευνες που έχουν γίνει σε παιδιά κυρίως προσχολικής ηλικίας, αλλά και σε μεγαλύτερα. Στο 2ο Μέρος παρουσιάζονται τα μεθοδολογικά στοιχεία της έρευνας. Αναλύεται ο σκοπός και τα ερευνητικά ερωτήματα, παρουσιάζεται η μέθοδος της έρευνας που διεξήγαμε καθώς και η τεχνική συλλογής δεδομένων που χρησιμοποιήσαμε. Ακόμη, παρουσιάζεται το δείγμα αλλά και τα υλικά που είχαμε στη διάθεσή μας για την υλοποίηση της έρευνας. Στο τρίτο μέρος της παρούσας έρευνας παρουσιάζονται τα αποτελέσματα όπως αυτά προέκυψαν από την απομαγνητοφώνηση των συνεντεύξεων που πήραμε από τα παιδιά. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται χωρισμένα ανά ερευνητικό ερώτημα. 2

Στο τέταρτο μέρος παρουσιάζουμε τα συμπεράσματα αρχικά χωρισμένα ανά ερευνητικό ερώτημα και έπειτα παραθέτουμε τα γενικά συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε. Τέλος, στο πέμπτο και τελευταίο μέρος της εργασίας μας παραθέτουμε τις παιδαγωγικές προεκτάσεις της έρευνας, και κάποιες προτάσεις για μελλοντικές έρευνες. 3

Πίνακας Περιεχομένων Μέρος Α : Θεωρητικό Πλαίσιο... 6 Κεφάλαιο 1:... 6 1.1.Ο σχηματισμός των πρώτων εννοιών... 6 1.2.Η αναπαράσταση της γνώσης... 7 1.3. Τα νοητικά μοντέλα... 10 1.4. Οι ιδέες των παιδιών για φαινόμενα των Φυσικών Επιστημών... 11 1.5. Οι ιδέες των παιδιών προσχολικής ηλικίας για φαινόμενα των Φυσικών Επιστημών... 14 1.6. Η εννοιολογική αλλαγή της γνώσης... 15 Κεφάλαιο 2: Οι νοητικές παραστάσεις των παιδιών από την περιοχή του ηλεκτρισμού... 16 2.1. Οι ιδέες των παιδιών για τα ηλεκτρικά κυκλώματα... 16 2.2.Τα εννοιολογικά μοντέλα των μαθητών για ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα... 18 2.3. Η έννοια «ενέργεια» σε παιδιά... 20 2.4. Το μοντέλο των ενεργειακών αλυσίδων... 22 2.5.Οι ιδέες των παιδιών προσχολικής ηλικίας για τα ηλεκτρικά κυκλώματα... 22 Μέρος Β : Μεθοδολογικά Στοιχεία... 31 3.1 Σκοπός και ερωτήματα της έρευνας... 31 3.2 Η μέθοδος της έρευνας... 32 3.3 Δείγμα... 36 3.4 Υλικά... 36 Μέρος Γ : Αποτελέσματα... 38 1ο Ερευνητικό Ερώτημα: Μπαταρία-Λαμπάκι... 38 2ο Ερευνητικό ερώτημα: Μπαταρία-Ανεμιστηράκι... 44 4

3 ο Ερευνητικό ερώτημα: Παιχνίδι αυτοκινητάκι... 48 Σύγκριση καταστάσεων... 52 4.1 Συζήτηση ανά ερώτημα... 55 4.2 Γενικά Συμπεράσματα... 58 Μέρος Ε : Παιδαγωγικές προεκτάσεις... 62 Βιβλιογραφία... 63 5

1.1.Ο σχηματισμός των πρώτων εννοιών Μέρος Α : Θεωρητικό Πλαίσιο Κεφάλαιο 1: Από τις πρώτες εμπειρίες του νηπίου με τον κόσμο μέχρι και την ανάπτυξη των αφηρημένων επιστημονικών εννοιών, φαίνεται να υπάρχει μια συνεχής διαδικασία ανάπτυξης και εξέλιξης των εννοιών (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.142). Σύμφωνα με τον Piaget (1970) η διαδικασία ανάπτυξης της γνώσης ξεκινά από την αφομοίωση της πραγματικότητας στα «σχήματα γνώσης», τα οποία όρισε ως σκόπιμες δράσεις του ατόμου που μπορούν να γενικευτούν με την επανάληψη (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.142). Στη συνέχεια, κατά το τρίτο και τέταρτο έτος της ηλικίας των παιδιών δημιουργούνται οι προέννοιες (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.143). Η προέννοια παριστάνει κάτι ανάμεσα στην έννοια και την εικόνα. Σύμφωνα με τον Παρασκευόπουλο (1985, σ.34), «οι προέννοιες είναι οι πρώτες προσπάθειες του παιδιού για κατηγοριοποίηση και γενίκευση». Κατά το δεύτερο μισό του προσυλλογιστικού σταδίου, στις ηλικίες πέντε και έξι ετών, αρχίζουν οι πρώτες ενοράσεις (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.149). Σε αυτό το στάδιο αρχίζει και η διαδικασία σχηματισμού των εννοιών. Οι διάφορες έννοιες που αναπτύσσουν τα παιδιά από τις πρώτες τους εμπειρίες με τον κόσμο θα αποτελέσουν τη βάση πάνω στην οποία θα γίνει η εννοιολογική αλλαγή (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.150). Η Driver (1985), υποστήριξε ότι «οι καθημερινές εμπειρίες είναι η αιτία δημιουργίας ιδεών, οι οποίες ιδέες έρχονται σε αντίθεση με τις αντίστοιχες επιστημονικές». Η πιο σημαντική διαφορά είναι ότι η γνώση που προέρχεται από καθημερινές εμπειρίες διατηρείται μαζί με το πλαίσιο στο οποίο αποκτήθηκε χωρίς ωστόσο να υπάρχει καμία συνεκτικότητα και ολοκλήρωση, γεγονός το οποίο δεν συμβαίνει στην επιστημονική γνώση (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.150). Ωστόσο, παρά τη διαφορά μεταξύ καθημερινών και επιστημονικών γνώσεων, η αναγκαιότητα και η σημασία των πρώτων δεν μπορεί να παραγνωριστεί. 6

1.2.Η αναπαράσταση της γνώσης Η αναπαράσταση της γνώσης είναι μια νοητική κατασκευή του ατόμου, η οποία χρησιμοποιείται για την κατανόηση των εμπειριών του και την επίλυση προβλημάτων. Σύμφωνα με τον Bruner (1966), η αναπαράσταση της γνώσης μπορεί να γίνει με τρείς τρόπους. Ο πρώτος τρόπος είναι οι πραξιακές αναπαραστάσεις, η οποία προέρχεται από τις διάφορες κινητικές ενέργειες του ατόμου. Με αυτού του είδους τις αναπαραστάσεις τα παιδιά προσχολικής ηλικίας κατανοούν τις διάφορες εμπειρίες τους μέσα από τη δοκιμή και το λάθος (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.158). Ο δεύτερος τρόπος και αντίθετος από τον πρώτο, που αφορά άμεση επαφή και χειρισμό των αντικειμένων, είναι οι εικονικές αναπαραστάσεις, οι οποίες προέρχονται από τις εσωτερικευμένες εικόνες των αντικειμένων και των γεγονότων (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.158). Ο τρίτος και τελευταίος τρόπος είναι οι συμβολικές αναπαραστάσεις οι οποίες βασίζονται στη χρήση της γλώσσας, των μαθηματικών συμβόλων, κ.τ.λ. (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.158). Στο προσυλλογιστικό στάδιο, στο οποίο βρίσκονται τα παιδιά προσχολικής και πρώτης σχολικής ηλικίας χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο τα δύο πρώτα είδη αναπαράστασης της γνώσης. Τα παιδιά αναπτυσσόμενα στο φυσικό και κοινωνικό τους περιβάλλον, αναπτύσσουν μια σειρά διαμορφωμένων σχημάτων σκέψης για τις ιδιότητες των αντικειμένων, τα φαινόμενα του φυσικού κόσμου και τις έννοιες των φυσικών επιστημών, δημιουργώντας στη νόησή τους πλαίσια κατανόησης του κόσμου, τα οποία απέχουν συνήθως από τα πλαίσια που είναι συμβατά με την επιστήμη (Ραβάνης, 2005, σ.81). Σύμφωνα με τον Sanner (1983, σ.170-173), όπως αναφέρει ο Ραβάνης (2005, σ.82) «η νοητική παράσταση είναι ο πρωταρχικός δεσμός που μπορεί να έχει το παιδί με τη νέα γνώση, είναι το προσωπικό μοντέλο για του οποίου την εξέλιξη πρέπει να φροντίσουμε». Οι αναπαραστάσεις των παιδιών που βρίσκονται στην ίδια ηλικία και μεγαλώνουν σε παρόμοια περιβάλλοντα μοιάζουν σε μεγάλο βαθμό. Αν και είναι προσωπικές κατασκευές έχουν θέση συλλογικών αληθειών και δεν εγκαταλείπονται εύκολα από τα παιδιά. Ακόμη και αν τα παιδιά δεχτούν την άποψη ενός ενήλικα, 7

γρήγορα την εγκαταλείπουν και επιστρέφουν στο δικό τους προσωπικό μοντέλο (Ραβάνης, 2005, σ.82). Στη σκέψη του ατόμου «συγκροτούνται επεξηγηματικά πρότυπα τα οποία παρέχουν συνεχώς κάποιες «προφανείς» εξηγήσεις και απαντήσεις για διάφορα φαινόμενα» (Ραβάνης, 1999, σελ. 92). «Η διαδικασία αυτή, είτε συμβαίνει πριν το άτομο ενταχθεί σε οργανωμένες εκπαιδευτικές κοινότητες, είτε κατά τη διάρκεια της σχολικής φοίτησης, οδηγεί σε εκτιμήσεις», (Ραβάνης, 1999, σελ. 92), οι οποίες πολύ συχνά έρχονται σε αντιπαράθεση με ότι είναι αποδεκτό από την επιστημολογική κοινότητα. Έτσι λοιπόν πριν από κάθε διδακτική παρέμβαση καλό θα ήταν να γνωρίζουμε τις ιδέες που έχουν τα άτομα τα οποία θα διδάξουμε πάνω στο θέμα με το οποίο θα ασχοληθούμε. Γενικότερα δηλαδή τις νοητικές παραστάσεις που έχουν οι μαθητές για τις υπό διδαχή έννοιες. Όπως αναφέρει ο Κολιόπουλος (2004) «οι νοητικές παραστάσεις είναι κατά βάση βιωματικές. Αυτό σημαίνει ότι όταν οι μαθητές καλούνται να περιγράψουν, να ερμηνεύσουν ή να προβλέψουν φυσικά φαινόμενα, διατυπώνουν ιδέες στις οποίες κυριαρχούν η αισθητηριακή αντίληψη και οι προσωπικές εμπειρίες» (Κολιόπουλος, 2004, σελ. 126). «Οι ιδέες αυτές εξαρτώνται άμεσα από το συγκεκριμένο φαινομενολογικό πλαίσιο των ερωτημάτων που τίθενται σε αυτούς αλλά και από τη φυσική καθημερινή γλώσσα» (Κολιόπουλος, 2004, σελ. 126). Το χαρακτηριστικό λοιπόν των νοητικών παραστάσεων είναι ότι πολλές φορές δημιουργούν εμπόδια στην υιοθέτηση της επιστημονικής γνώσης. Από αυτό επομένως καταλαβαίνουμε ότι είναι πολύ σημαντικός ο τρόπος με τον οποίο σχεδιάζουμε πειραματικές δραστηριότητες. «Οι νοητικές παραστάσεις μπορεί να εμφανιστούν ως συνεκτικές ιδέες» (Κολιόπουλος, 2004, σελ. 127). Με αυτό εννοούμε ότι μπορεί να εμφανιστούν ως εξηγήσεις, οι οποίες ακριβώς επειδή εξηγούν ικανοποιητικά την πραγματικότητα οι μαθητές δεν βρίσκουν κανένα λόγο να τις αφήσουν. Οι μαθητές πολλές φορές χρησιμοποιούν έναν εμπειρικό συλλογισμό του τύπου «όσο περισσότερο έχω τόσο περισσότερο δίνω» (Κολιόπουλος, 2004, σελ. 128). Χαρακτηριστικό παράδειγμα το οποίο συνδέεται και με το θέμα μας είναι ότι σε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα, οι μαθητές προβλέπουν ότι «πολλές μπαταρίες αυξάνουν τη φωτεινότητα των λαμπτήρων έστω και εάν αυτές είναι συνδεδεμένες παράλληλα» (Κολιόπουλος, 2004, σελ. 128). Το χαρακτηριστικό αυτό των νοητικών παραστάσεων εξηγεί την αντοχή τους και μετά τη διδασκαλία. 8

Οι νοητικές παραστάσεις συνεχίζει ο Κολιόπουλος (2004) «παρουσιάζουν ποιοτικές διαφορές από τα διάφορα εννοιολογικά πλαίσια της επιστημονικής γνώσης, ανεξάρτητα εάν βοηθούν ή εμφανίζονται σαν εμπόδια στην εκμάθηση της επιστημονικής γνώσης» (Κολιόπουλος, 2004, σελ. 130). «Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτής της κατηγορίας είναι ότι οι μαθητές αποδίδουν χαρακτηριστικά σε ένα αντικείμενο με απόλυτο τρόπο χωρίς να σκέφτονται τις τυχόν αλληλεπιδράσεις με άλλα αντικείμενα» (Κολιόπουλος, 2004, σελ. 131). Οι νοητικές παραστάσεις χρησιμεύουν ακόμη και στο σχεδιασμό και την οργάνωση δραστηριοτήτων για το νηπιαγωγείο, είτε σε επίπεδο μιας μεγάλης ενότητας, η οποία προέρχεται από το αναλυτικό πρόγραμμα, είτε στο επίπεδο μιας ημερήσιας διδακτικής ενότητας. Πιο συγκεκριμένα μπορεί να χρησιμεύουν στην οργάνωση διδακτικών ενοτήτων οι οποίες θα οδηγήσουν σε μια ουσιώδη συζήτηση μεταξύ των παιδιών και της νηπιαγωγού αλλά και των παιδιών μεταξύ τους. Επιπλέον οι νοητικές παραστάσεις μπορούν να οδηγήσουν στο σχεδιασμό διδακτικών ενοτήτων στις οποίες θα ληφθούν υπόψη οι ιδιαιτερότητες των μαθητών. Τέλος, μέσω των νοητικών παραστάσεων μπορούν να αποσαφηνιστούν τα εμπόδια που αντιμετωπίζουν οι μαθητές με μία διδακτική ενότητα, ώστε αυτή να σχεδιαστεί με σκοπό να ξεπεραστούν αυτά τα εμπόδια (Κολιόπουλος, 2004, σελ. 132). Επομένως, γίνεται σαφές ότι για να οργανώσουμε μία διδακτική παρέμβαση πρέπει πρώτα να έχουμε ανακαλύψει τις νοητικές παραστάσεις τις οποίες έχουν οι μαθητές στους οποίους απευθύνεται η διδακτική μας ενότητα. Με αυτό τον τρόπο γίνεται ορθότερη και πιο αποτελεσματική η διδακτική ενότητα την οποία έχουμε σχεδιάσει. Οι μαθητές από τις εμπειρίες τους αναφέρει ο Παπασταματίου (2011) δημιουργούν τις δικές τους «ιδέες» για το φυσικό κόσμο που δεν είναι απλές παρανοήσεις που οφείλονται στην κακή πληροφόρηση, αλλά δημιουργούνται από δικά τους ερμηνευτικά σχήματα (νοητικές παραστάσεις) για ότι συμβαίνει γύρω τους. «Τα τελευταία χρόνια μεγάλος αριθμός ερευνητικών δεδομένων υποστηρίζει ότι τα παιδιά έρχονται στο σχολείο έχοντας δικές τους ιδέες ή εναλλακτικές αντιλήψεις για τα φαινόμενα και τις έννοιες των φυσικών επιστημών που πρόκειται να διδαχτούν» (Παπασταματίου, 2011). Οι ιδέες όπως αναφέρθηκε είναι κυρίως βιωματικές και αναπτύσσονται στην προσπάθειά τους να δώσουν νόημα στον κόσμο μέσα στον οποίο ζουν, δηλαδή εξαρτώνται από τις εμπειρίες τους, τις τρέχουσες γνώσεις και τη γλώσσα που 9

χρησιμοποιούν. «Διαμορφώνονται με την επίδραση των αντιλήψεων των ενηλίκων, με τη συναναστροφή με άλλα παιδιά, από την τηλεόραση, τον κινηματογράφο αλλά και από ότι παρουσιάζουν τα σχολικά και εξωσχολικά βιβλία, τα περιοδικά και το διαδίκτυο» (Παπασταματίου, 2011). Οι ιδέες όπως αναφέρει και ο Παπασταματίου (2011) πολλές φορές δεν αλλάζουν με τη διδασκαλία. «Το τι είναι ικανοί να μάθουν οι μαθητές εξαρτάται τουλάχιστον εν μέρει από το τι έχουν στο μυαλό τους και από το μαθησιακό πλαίσιο στο οποίο βρίσκονται» (Παπασταματίου, 2011). Οι έννοιες παριστούν τρόπους οργάνωσης και κατανόησης των εμπειριών μας (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.156). Δύο άμεσες συνέπειες αυτού είναι, πρώτον, ότι η κατανόηση μιας εμπειρίας εμπεριέχει πάντα ένα υποκειμενικό στοιχείο, και δεύτερον, ότι η κατανόηση μιας εμπειρίας περιπλέκει συσχετισμούς ανάμεσα σε διάφορες έννοιες (Χατζηγεωργίου, 2010, σ.156). 1.3. Τα νοητικά μοντέλα Τα νοητικά μοντέλα αποτελούν μια μορφή αναπαράστασης της γνώσης. Η κατασκευή των νοητικών μοντέλων είναι απαραίτητη και αναπόφευκτη για την αναπαράσταση της εξωτερικής πραγματικότητας. Ο Χατζηγεωργίου (2010, σ.164) αναφέρει ότι από εμπειρικές έρευνες βρέθηκε ότι, τα νοητικά μοντέλα παίζουν τον πρώτο ρόλο στη διαδικασία της σκέψης των παιδιών και των ενηλίκων και ότι στη διαδικασία της εννοιολογικής ανάπτυξης εμπλέκεται η κατασκευή και ανακατασκευή νοητικών μοντέλων (Johnson-Laird, 1983. Κουλαϊδής, 1994. Viennot, 1979. Vosniadou & Brewer, 1992) Οι Borges & Gilbert (1999) υποστηρίζουν ότι τα νοητικά μοντέλα είναι, οι εσωτερικές αναπαραστάσεις αντικειμένων και καταστάσεων, σε μια ακολουθία γεγονότων ή διαδικασιών, για το πώς είναι ο κόσμος. Δίνουν τη δυνατότητα στα άτομα να κάνουν προβλέψεις και να βγάζουν συμπεράσματα, να κατανοήσουν τα φαινόμενα και τα γεγονότα, να πάρουν αποφάσεις και να ελέγχουν την εκτέλεσή τους. Για να καταλάβουμε ένα φαινόμενο ή μια κατάσταση θα πρέπει να έχουμε ένα «μοντέλο εργασίας» του φαινομένου (Borges & Gilbert, 1999). Για ορισμένους ερευνητές ένα νοητικό μοντέλο είναι απλά μια αναπαράσταση ορισμένων πτυχών του κόσμου, ενώ για άλλους είναι μια αναλογία των αντικειμένων 10

στον κόσμο. Μπορούμε να μιλήσουμε για το μοντέλο που έχει κάποιος για ένα συγκεκριμένο θέμα, χωρίς να ανησυχήσουμε για την προέλευση του μοντέλου ή για το πώς η κατοχή ενός τέτοιου μοντέλου επηρεάζει το πως σκεφτόμαστε γι αυτό το θέμα. Η ανησυχία είναι κυρίως με το περιεχόμενο του νοητικού μοντέλου (Borges & Gilbert, 1999). Από την άλλη πλευρά, η δεύτερη έννοια είναι ισχυρότερη και συνεπάγεται ότι τα νοητικά μοντέλα αποτελούν πτυχές μιας εξωτερικής πραγματικότητας. Τα νοητικά μοντέλα χρησιμεύουν ως μέσα με τα οποία εξηγούμε τη σχέση μεταξύ μιας γνωστικής δραστηριότητας και του κόσμου (Borges & Gilbert, 1999). Κατά την άποψη αυτή, τα νοητικά μοντέλα είναι ασταθή, φυσικά εξελισσόμενα και ελλιπή (Norman, 1983). Ακόμη, οι Hatano και Inagaki (1992) βρήκαν ότι οι μαθητές κατασκευάζουν εννοιολογικά μοντέλα, όταν οι δράσεις τους έχουν ως αποτέλεσμα παρατηρήσιμα δεδομένα σχετικά με τα φαινόμενα. Ωστόσο, εάν το μοντέλο δεν μπορεί να κατασκευαστεί από την άμεση παρατήρηση των φαινομένων, πρέπει να φτιαχτεί ένα «μοντέλο εργασίας» για την ερμηνεία ή την εξήγηση του φαινόμενου. Οι Vosniadou & Brewer (1987) πρότειναν ότι η κατασκευή της γνώσης περιλαμβάνει ή μια αδύναμη ή μια ριζική αναδιάρθρωση των υπαρχόντων γνωστικών δομών. Η αδύναμη αναδιάρθρωση ορίζεται ως η συσσώρευση νέων πληροφοριών και διαμόρφωση των νέων σχέσεων μεταξύ των ήδη υπαρχόντων ιδεών. Αντίθετα, η ριζική αναδιάρθρωση αποτελείται από αλλαγή των βασικών εννοιών και της δομής των συστημάτων γνώσης. 1.4. Οι ιδέες των παιδιών για φαινόμενα των Φυσικών Επιστημών Οι ιδέες των παιδιών για τα φαινόμενα των Φυσικών Επιστημών παρουσιάζουν κοινά χαρακτηριστικά ανεξάρτητα από εθνικότητα, κοινωνική τάξη, πολιτισμικό επίπεδο και κάποιες φορές ακόμα και από ηλικιακό επίπεδο. Τα κοινά αυτά χαρακτηριστικά είναι: Βασίζουν τη σκέψη τους στην αισθητηριακή αντίληψη. Οι μαθητές είναι σε θέση να κατανοήσουν φαινόμενα τα οποία είναι σε αυτούς αντιληπτά μέσω των αισθήσεων. Το ηλεκτρικό ρεύμα για παράδειγμα είναι 11

μια έννοια την οποία δεν μπορούν να αντιληφθούν μέσω των αισθήσεων επομένως πρέπει να δημιουργήσουν νοητικά μοντέλα για να την αντιληφθούν. ευδιάκριτα Επικεντρώνουν την προσοχή τους σε χαρακτηριστικά που είναι πιο Οι μαθητές επικεντρώνουν την προσοχή τους σε κάποια από τα χαρακτηριστικά των φαινομένων που μελετούν και είναι πιο ευδιάκριτα σε σχέση με άλλα, και είναι αυτά τα οποία κυριαρχούν στο φαινόμενο. Εστιάζουν την προσοχή τους σε αλλαγές που συμβαίνουν σε κινούμενες παρά σε σταθερές καταστάσεις Οι μαθητές αντιλαμβάνονται πιο εύκολα αλλαγές που υφίστανται κινούμενα αντικείμενα, όπως το βάρος που επιδρά σε ένα σώμα και αυτό πέφτει στο έδαφος, παρά σε αντικείμενα που είναι ακίνητα. Εκεί η ύπαρξη δυνάμεων τους φαίνεται απίθανη. Χρησιμοποιούν την ίδια έννοια για να περιγράψουν περισσότερα από ένα πράγματα. Οι μαθητές τείνουν να χρησιμοποιούν την ίδια έννοια θέλοντας να περιγράψουν κάτι, σε περισσότερα από ένα πράγματα με αποτέλεσμα να συγχέουν τις έννοιες και να μην κάνουν τη σωστή χρήση και διαφοροποίηση. Θεωρούν ότι για κάθε αποτέλεσμα πρέπει να υπάρχει ένα αίτιο Οι μαθητές τείνουν να συνδέουν πάντα το αποτέλεσμα που βλέπουν με την ύπαρξη μια αιτίας πίσω από αυτό. Αυτό ονομάζεται γραμμικός αιτιακός συλλογισμός όμως δεν είναι συμβατός με τους συλλογισμούς που χρησιμοποιούνται στις Φυσικές Επιστήμες. Αντιλήψεις ανθεκτικές στην αλλαγή Οι αντιλήψεις των μαθητών χαρακτηρίζονται από σταθερότητα, ανθεκτικότητα και αντίσταση στην αλλαγή (Κόκκοτας, 2004). Οι Osborne & Bell (1983) υποδεικνύουν έντονα ότι, πριν λάβει χώρα οποιαδήποτε διδασκαλία της επιστήμης, τα παιδιά έχουν ήδη αποκτήσει σημαντικές γνώσεις σχετικά με το φυσικό και τεχνολογικό κόσμο. Αυτές οι γνώσεις έχουν έναν αριθμό χαρακτηριστικών που τις διαφοροποιούν από τις έννοιες που βρέθηκαν στην επιστημονική γνώση και, πιο σημαντικό είναι, ότι μπορεί να είναι ανθεκτικές και 12

στην αλλαγή. Είναι, συνεπώς, απαραίτητο να εξερευνήσουμε τις ιδέες των παιδιών, να μελετήσουμε την επίδραση της διδασκαλίας των φυσικών επιστημών πάνω σε αυτές τις ιδέες, και να λάβουμε υπόψη τις συνέπειες που θα έχει αυτό για τη διδασκαλία της επιστήμης (Osborne & Bell, 1983) Οι Osborne & Bell (1983) αναφέρουν τρεις σημαντικές πτυχές των ιδεών των παιδιών: 1. Αν οι ιδέες των παιδιών τείνουν να βασίζονται σε συγκεκριμένες παρατηρήσεις που προκύπτουν άμεσα από την καθημερινή εμπειρία, και αν υπάρχει μια τάση για τα παιδιά να βλέπουν τα πράγματα από μια ανθρωποκεντρική άποψη, πρέπει να σχεδιάζονται τα αναλυτικά προγράμματα λαμβάνοντάς το υπόψη. Για παράδειγμα, ίσως πρέπει να αποδοθεί μεγαλύτερη έμφαση στη σταδιακή επέκταση των αντιλήψεων των παιδιών προς την μη ανθρωποκεντρική και πιο αφηρημένη επιστημονική άποψη. Πρέπει να δοθεί έμφαση στη διδασκαλία σχετικά με τις αισθήσεις, με το να επεκτείνουν τις αισθήσεις τους, και σχετικά με το τι μαθαίνουμε κάνοντάς το. 2. Εάν τα παιδιά επιμένουν στις δικές τους εξηγήσεις, ενδιαφέρονται για απλές και ρεαλιστικές εξηγήσεις για το πώς και γιατί τα πράγματα συμπεριφέρονται όπως συμπεριφέρονται και δείχνουν μικρό ενδιαφέρον στην αμοιβαία συνοχή των θεωριών, και ο σκοπός της διδασκαλίας των φυσικών επιστημών είναι να μετακινήσει τις ιδέες των παιδιών προς τις επιστημονικές, αυτό έρχεται σε έντονη αντίθεση με την επιλογή θεμάτων, και την παροχή εμπειριών στους μαθητές που δεν είναι μόνο σχετικές με την καθημερινότητα των παιδιών, αλλά είναι επίσης απλές και εξηγούνται αποτελεσματικά από τομείς της επιστήμης των επιστημόνων σε ένα επίπεδο κατανοητό από τους μαθητές. Ωστόσο, θεωρείται ιδιαίτερης σημασίας και η χρονική στιγμή που θα γίνει αυτή η μετακίνηση των ιδεών καθώς μπορεί να είναι είτε πολύ νωρίς είτε πολύ αργά για τα παιδιά. 3. Τέλος, αν υπάρχουν διαφορές μεταξύ της καθημερινής γλώσσας και συγκεκριμένων τεχνικών εννοιών στην επιστήμη, τότε είναι σημαντικό να τονίζουμε συνεχώς στα παιδιά ότι οι λέξεις έχουν πολλαπλές ερμηνείες και να προσδιορίσουμε ξεκάθαρα στα παιδιά ποια ερμηνεία αναφέρεται σε ένα συγκεκριμένο μάθημα της επιστήμης. Έχουμε εκπλαγεί πόσο συχνά τα παιδιά χρησιμοποιούν την καθημερινή ερμηνεία μια λέξης μέσα στην επιστημονική τάξη και ερμηνεύουν πολλά από αυτά που διδάσκονται με αυτόν τον τρόπο. 13

Τα παιδιά πρέπει να είναι σε θέση να χρησιμοποιούν τις τωρινές τους απόψεις για να κάνουν προβλέψεις και να οδηγούνται στο να ανακαλύψουν την εγκυρότητα των απόψεών τους. 1.5. Οι ιδέες των παιδιών προσχολικής ηλικίας για φαινόμενα των Φυσικών Επιστημών Η επιστήμη των παιδιών αναπτύσσεται προσπαθώντας τα παιδιά να βγάλουν νόημα για τον κόσμο που ζουν όσον αφορά τις εμπειρίες τους, τις τρέχουσες γνώσεις τους και τη χρήση της γλώσσας. Με την επιστήμη των παιδιών εννοούμε τις απόψεις τους για τον κόσμο και τις έννοιες για τις λέξεις που τα παιδιά έχουν αποκτήσει πριν από την επίσημη διδασκαλία. Η Kelly (1971) είπε ότι είμαστε όλοι επιστήμονες από νεαρή ηλικία. Ωστόσο, υπάρχουν τουλάχιστον τρεις τρόποι με τους οποίους η επιστήμη των παιδιών διαφέρει από την επιστήμη των επιστημόνων, οι οποίοι συνοψίζονται παρακάτω. (α) Τα μικρά παιδιά φαίνεται να έχουν δυσκολία με τα είδη των αφηρημένων συλλογισμών κάτι που οι επιστήμονες είναι ικανοί να κάνουν. Τείνουν να βλέπουν τα πράγματα από μια εγωκεντρική ή ανθρωποκεντρική άποψη, και εξετάζουν τα πράγματα που απορρέουν απευθείας από την καθημερινή εμπειρία (Osborne & Bell, 1983). (β) Τα παιδιά ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για εξηγήσεις για συγκεκριμένες εκδηλώσεις. Σε αντίθεση με τους επιστήμονες που δεν ασχολούνται με την ανάγκη να έχουν συνεκτικές και μη αντιφατικές εξηγήσεις για μια ποικιλία φαινομένων. Με την περιορισμένη εμπειρία και την ανησυχία τους για μια συγκεκριμένη εξήγηση, τα παιδιά μπορούν να προσκολληθούν σε μία από έναν αριθμό πιθανών εξηγήσεων που είναι λογική από τη δική τους περιορισμένη προοπτική (Osborne & Bell, 1983). (γ) Η καθημερινή γλώσσα της κοινωνίας, οδηγεί συχνά τα παιδιά να έχουν μια ευδιάκριτα διαφορετική άποψη από αυτή των επιστημόνων. Αυτές οι απόψεις ίσως δεν αλλάξουν καθώς το παιδί μεγαλώνει, ή μπορεί ακόμη με το χρόνο να γίνει, όλο και πιο διαφορετική από την επιστημονική (Osborne & Bell, 1983). Ωστόσο, πρέπει να θυμόμαστε ότι και τα παιδιά και οι ενήλικες διαθέτουν ένα εύρος απόψεων για το κάθε θέμα. Τα μικρά παιδιά μπορούν να έχουν απόψεις που είναι ουσιαστικά ίδιες με εκείνες των επιστημόνων ενώ ορισμένοι, αν όχι οι 14

περισσότεροι, ενήλικες έχουν αυτό που θα λέγαμε «κλασσικές» επιστημονικές ιδέες των παιδιών. Η Διδακτική των Φυσικών Επιστημών, λένε οι Osborne & Bell (1983) πρέπει να ενθαρρύνει τους μαθητές να ανησυχούν, και ενδεχομένως να υιοθετούν εναλλακτικές απόψεις για τον κόσμο και διαφορετικές έννοιες για τις λέξεις. Θα πρέπει να παρέχει στα παιδιά μαθησιακές εμπειρίες, ώστε να διευρύνουν τις εμπειρίες τους για το φυσικό και τεχνολογικό κόσμο, να τα ενθαρρύνει, να διευκρινίσει τις απόψεις που ήδη κατέχουν, να τα προκαλέσει σε σχέση με τους περιορισμούς των απόψεων τους, να μπορέσουν να εκτιμήσουν τις διαφορές μεταξύ των σημερινών τους απόψεων και εκείνων των άλλων, και να τα οδηγήσει στην ανάπτυξη μιας προσωπικής προοπτικής. 1.6. Η εννοιολογική αλλαγή της γνώσης Σύµφωνα µε τον κονστρουκτιβισµό, προκειμένου να κατανοήσει µια νέα έννοια, ο μαθητής χρησιμοποιεί τις προϋπάρχουσες γνώσεις του. Μέσω αυτού, ο μαθητής επιτυγχάνει τη μάθηση και την κατανόηση της νέας έννοιας. Οι αρχικές γνώσεις αποτελούν την βάση πάνω στην οποία ερμηνεύεται κάθε νέα πληροφορία που αφομοιώνεται στην προϋπάρχουσα γνωστική δοµή. Όταν συγκρούεται η νέα πληροφορία µε τις προϋπάρχουσες γνώσεις των μαθητών, για να επέλθει μάθηση απαιτείται η αναδιοργάνωση του εννοιολογικού πλαισίου. Η διαδικασία αυτή, που περιγράφεται ως εννοιολογική αλλαγή, είναι µια αργή διαδικασία που απαιτεί αλλαγές σε µια σειρά από έννοιες και σχέσεις µεταξύ τους, που συγκροτούν το ισχύον εννοιολογικό πλαίσιο (Smith, Solomon & Carey, 2005 Vosniadou &συνεργάτες, 2007 Vosniadou & συνεργάτες, 2008). Σύμφωνα με τους Osborne & Freyberg (1985), είναι σημαντικό οι δραστηριότητες να διαρθρώνονται σε τέσσερις φάσεις προκειμένου προκύψει η εννοιολογική αλλαγή: 1) Η προκαταρκτική, ή φάση προετοιμασίας δασκάλου 2) Η φάση εστίασης, όπου ο δάσκαλος οδηγεί σε δραστηριότητες εστιάζοντας την προσοχή των παιδιών σε συγκεκριμένα φαινόμενα 15

3) Η φάση πρόκλησης, κατά την οποία τα παιδιά συζητούν τις ιδέες τους, προσπαθούν να βρουν στοιχεία που να επιβεβαιώνουν ή να αναιρούν τις ιδέες τους και εισάγονται σε επιστημονικές εξηγήσεις και 4) Η φάση εφαρμογής, που επιτρέπει στα παιδιά να συμμετέχουν σε δραστηριότητες επίλυσης προβλημάτων και να αξιολογήσουν τις ιδέες τους. Με βάση τη μελέτη των Hatano & Inagaki (1992) υποστηρίζεται ότι η διαδικασία της εννοιολογικής αλλαγής αρχίζει, εν μέρει, όταν τα ερμηνευτικά πλαίσια των παιδιών, τους επιτρέπουν να αναγνωρίζουν τις συγκρούσεις ή τις προκλήσεις που παρουσιάζονται από ανώμαλα δεδομένα. Ωστόσο, έχοντας απλά τα παιδιά να αντιμετωπίσουν τέτοια δεδομένα, δεν εξασφαλίζουν την εννοιολογική αλλαγή, διότι μπορεί να μην τα αναγνωρίσουν ως ανώμαλα. Επιπλέον, ακόμη και αν τα παιδιά αναγνωρίσουν τα δεδομένα ως ανώμαλα, η εννοιολογική αλλαγή δεν μπορεί να συμβεί, αν δεν υπάρχει μια εναλλακτική κατανόηση. Έτσι, μια σημαντική πτυχή της αναδιάρθρωσης της γνώσης ή της εννοιολογικής αλλαγής της γνώσης λένε οι Hatano & Inagaki (1992), έγκειται στη φύση των αντιλήψεων των παιδιών και πώς αυτές τις συνδέουν σε ένα πλαίσιο για την ερμηνεία των δεδομένων. Ο βαθμός στον οποίο οι αντιλήψεις ενός παιδιού είναι αμφισβητήσιμες εξαρτάται από την εξειδίκευση, τη συνοχή και τη συνέπεια του πλαισίου τους για την ερμηνεία των δεδομένων. Κεφάλαιο 2: Οι νοητικές παραστάσεις των παιδιών από την περιοχή του ηλεκτρισμού 2.1. Οι ιδέες των παιδιών για τα ηλεκτρικά κυκλώματα Σε έρευνά τους, οι Koumaras, Kariotoglou & Psilos (1997), βρήκαν ότι, η συλλογιστική πορεία των μαθητών για απλά ηλεκτρικά κυκλώματα βασίζεται σε ένα αιτιώδες σχήμα. Τα παιδιά πιστεύουν, ότι όσο περισσότερες μπαταρίες συνδέονται με μια λάμπα σε ένα κύκλωμα, τόσο πιο έντονα η λάμπα θα φωτοβολεί και όσο περισσότερες λάμπες συνδέονται με μια μπαταρία, τόσο λιγότερη φωτεινότητα θα έχει κάθε μία από αυτές. Οι Borges & Gilbert(1999) επίσης βρήκαν ότι, για τα παιδιά, υπάρχει μια αιτία που βρίσκεται στην μπαταρία και ένα αποτέλεσμα, που είναι η λάμψη της λάμπας. Ένας αιτιώδης παράγοντας ενεργεί μεταξύ τους. Αυτός ο 16

παράγοντας ονομάζεται «ηλεκτρική ενέργεια», «ρεύμα», «ενέργεια», και αυτοί οι όροι συχνά χρησιμοποιούνται εναλλακτικά. Επομένως, φαίνεται ότι οι μαθητές χρησιμοποιούν μια ποσοτική αιτιακή σχέση μεταξύ του αριθμού των λαμπών και του αριθμού των μπαταριών που περιλαμβάνονται στο κύκλωμα, χωρίς να λαμβάνουν υπόψη τους τον τρόπο σύνδεσης (Κουμαράς, Ψύλλος, Βαλασιάδης, Ευαγγελινός, 1990). Φαίνεται ότι πολλοί μαθητές εισέρχονται στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση με μια βασική άποψη για τα φαινόμενα από την περιοχή των ηλεκτρικών κυκλωμάτων: «κάτι» υπάρχει από την αρχή μέσα στην μπαταρία το οποίο με την βοήθεια καλωδίου (ή καλωδίων) πηγαίνει στη λάμπα και καταναλώνεται, ολικά ή μερικά για να την ανάψει. Το «κάτι» συνήθως το ονομάζουν ρεύμα ή ηλεκτρισμό (Κουμαράς, Ψύλλος, Βαλασιάδης, Ευαγγελινός, 1990). Η άποψη αυτή διατηρείται σε πολλούς μαθητές σε όλη τη διάρκεια της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Επιπλέον, οι μαθητές δεν αναγνωρίζουν την τάση σαν αίτιο δημιουργίας του ρεύματος και ότι μπορεί να υπάρξει ανεξάρτητα από αυτό. Η τάση θεωρείται ιδιότητα του ρεύματος, συνήθως «δύναμη» αυτού, και δεν είναι δυνατό να υπάρχει αν δεν υπάρχει ρεύμα (Κουμαράς, Ψύλλος, Βαλασιάδης, Ευαγγελινός, 1990). Η έννοια της αντίστασης δεν υπάρχει πριν από τη διδασκαλία, ενώ η λάμπα θεωρείται ότι είναι καταναλωτής ρεύματος και όχι αντιστάτης (Κουμαράς, Ψύλλος, Βαλασιάδης, Ευαγγελινός, 1990). Σύμφωνα με τους Stocklmayer & Treagust (1996) μπορεί να υπάρχει ένα ισχυρό στοιχείο φόβου που συνοδεύει τα εισαγωγικά μαθήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Νέοι μαθητές έχουν τις εικόνες που σχετίζονται σε μεγάλο βαθμό με την εμπειρία τους από το σπίτι, και ειδικότερα την αλληλεπίδρασή τους με τις ηλεκτρικές συσκευές. Πολλοί μαθητές αποδίδουν στο ρεύμα ιδιότητες της ενέργειας, όπως αποθήκευση και μη διατήρηση στο κύκλωμα. Επιπλέον, βρήκαν ότι ακόμη και μαθητές που έχουν μάθει να αντιμετωπίζουν απλά κυκλώματα με το αποδεκτό επιστημονικό μοντέλο, δεν μπορούν να μεταφέρουν αυτή την ικανότητα σε πρακτικές περιπτώσεις, όπως ένα φακό ή ένα δυναμό ποδηλάτου (Solomon et.al., 1985). Οι επιστημονικές ιδέες, εάν δεν είναι ακριβείς σε όλα τα σχολικά έτη, παραμένουν παρατηρήσεις που δεν έχουν σχετιστεί με καθημερινές εμπειρίες και, ως εκ τούτου, θα ξεχαστούν σύντομα. Σύμφωνα με τους Osborne & Bell (1983) εάν οι φοιτητές εισάγονται πρώτα στην επιστήμη των παιδιών, τότε στη συνέχεια θα μπορούν εύκολα να κατανοήσουν τις διαφορές μεταξύ των δικών τους απόψεων, και των επιστημονικών. Αυτή η προσέγγιση προσπαθεί να αξιοποιήσει το ενδιαφέρον 17

των φοιτητών για τα παιδιά και επιχειρεί να αλλάξει την εντύπωση που έχουν οι δάσκαλοι για την επιστήμη. Επομένως, είναι σημαντικό τόσο οι καθηγητές πρωτοβάθμιας όσο και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης όσο είναι ακόμη φοιτητές να εισάγονται στην επιστήμη των παιδιών. 2.2.Τα εννοιολογικά μοντέλα των μαθητών για ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα Από τις μελέτες των Borges & Gilbert (1999) προέκυψε ότι τα νοητικά μοντέλα των παιδιών για την ηλεκτρική ενέργεια περιλαμβάνουν μια σειρά από διαφορετικές πτυχές. Αυτές είναι: (1) διαφοροποίηση των βασικών όρων που χρησιμοποιούνται για τον ηλεκτρισμό, όπως το ρεύμα και η ηλεκτρική ενέργεια (2) η αναγνώριση του διπολισμού των μπαταριών και των άλλων στοιχείων του κυκλώματος (3) η αναγνώριση της αναγκαιότητας ενός κλειστού κυκλώματος, ώστε το ρεύμα να κυκλοφορεί σε αυτό (4) το θέμα της διατήρησης ή μη διατήρησης του ρεύματος (5) τις επιδράσεις της ηλεκτρικής αντίστασης στο ρεύμα (6) τα μοντέλα για την κυκλοφορία του ρεύματος (7) η φύση του ηλεκτρικού ρεύματος. Η βασική ιδέα που χαρακτηρίζει τη σκέψη των μαθητών σχετικά με φαινόμενα από την περιοχή του ηλεκτρισμού είναι ότι, σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα το ηλεκτρικό ρεύμα καταναλώνεται (Shipstone, 1985). Για να το εξηγήσουν αυτό χρησιμοποιούν ένα ή περισσότερα εννοιολογικά μοντέλα. Τα μοντέλα αυτά βρήκαν οι Osborne & Freyberg (1985), σε έρευνά τους στη Νέα Ζηλανδία και έπειτα διαπιστώθηκαν και από άλλους ερευνητές σε όλο τον κόσμο. Στο πρώτο μοντέλο, η μπαταρία αφήνει ρεύμα και από τους δύο ακροδέκτες και χρησιμοποιείται εντός των στοιχείων του κυκλώματος. Ο Osborne (1981) αναφέρεται σε αυτό, ως το μοντέλο «συγκρουόμενων ρευμάτων». Το δεύτερο μοντέλο, στο οποίο το ρεύμα ρέει σε μια κατεύθυνση γύρω από το κύκλωμα, ενώ σταδιακά αποδυναμώνεται. Επομένως, οι λάμπες που είναι πιο μακριά κατά μήκος του κυκλώματος θα είναι λιγότερο φωτεινές. Το τρίτο, όπου το ρεύμα κατανέμεται μεταξύ των συνιστωσών σε ένα κύκλωμα. Αν οι λάμπες είναι ακριβώς ίδιες, το ρεύμα 18

θα μοιραστεί εξίσου, αλλά δεν θα διατηρηθεί. Και τέλος, το τέταρτο μοντέλο, στο οποίο το ρεύμα είναι το ίδιο σε όλο το κύκλωμα και αποτελεί το «επιστημονικό» μοντέλο, (Shipstone, 1985. Gott, 1984. Psillos, Koumaras & Tiberghien, 1988). Έπειτα οι Borges & Gilbert(1999) έκαναν μια προσπάθεια να συνοψίσουν τα διαφορετικά εννοιολογικά μοντέλα που μπορεί να έχουν οι μαθητές για ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα: Το μονοπολικό μοντέλο: Ονομάστηκε από τον Osborne (1981), και σε αυτό το μοντέλο υπάρχει μια ροή του ρεύματος από το θετικό ακροδέκτη της μπαταρίας στη βάση του λαμπτήρα. Το δεύτερο σύρμα θεωρείται περιττό ή απλά ένα επιπλέον καλώδιο που απαιτείται για να ανάψει η λάμπα, αλλά χωρίς ενεργό ρόλο στο κύκλωμα. Βρίσκεται συνήθως μεταξύ των νεότερων παιδιών (Osborne και Freyberg 1985) και τείνει να εξαφανιστεί με τη διδασκαλία. Το μοντέλο αυτό συνεπάγεται ότι το ρεύμα δεν διακρίνεται από την ενέργεια και ότι δεν διατηρείται. Επιπλέον, η διπολικότητα τόσο της μπαταρίας και όσο της λάμπας δεν αναγνωρίζεται. Το συνθετικό μοντέλο: «θετικά» και «αρνητικά» ρεύματα ταξιδεύουν από τους πόλους της μπαταρίας στο λαμπτήρα, όπου συναντιούνται και παράγουν ενέργεια, ανάβοντας τη λάμπα. Είναι παρόμοιο με του Osborne 's (1983) το μοντέλο «συγκρουόμενων ρευμάτων» και του Shipstone 's (1984) το «μοντέλο 1». Ένα τέτοιο μοντέλο είναι ιδιαίτερα δημοφιλές μεταξύ των παιδιών 10-13 ετών, αλλά σχεδόν απουσιάζει από το τέλος της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης (Osborne και Freyberg, 1985). Το μοντέλο κλειστού κυκλώματος: Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο όλα τα στοιχεία του κυκλώματος έχουν δύο συνδέσεις. Το ρεύμα κυκλοφορεί γύρω από το κύκλωμα σε μια δεδομένη κατεύθυνση και το κύκλωμα λειτουργεί μόνο όταν ο διακόπτης είναι κλειστός. Η ροή του ρεύματος μέσω ενός αντιστάτη ελευθερώνει ενέργεια. Δεν υπάρχει ισοδύναμο μοντέλο στις μελέτες των Osborne και Shipstone. Το μοντέλο αναγνωρίζει τη διπολικότητα των στοιχείων του κυκλώματος, αλλά δείχνει ότι το ρεύμα δεν διατηρείται, ίσως λόγω της έλλειψης διαφοροποίησης μεταξύ ρεύματος και ενέργειας. Το μοντέλο κατανάλωσης ρεύματος: Το ρεύμα περιγράφεται ως εξαρτώμενο από το χρόνο σε μια αλληλουχία γεγονότων. Αυτό το μοντέλο είναι παρόμοιο με του Shipstone (1984) το «μοντέλο ακολουθίας» και του Osborne (1983) το «μοντέλο εξασθένησης». Αυτό συνεπάγεται μια συμβιβαστική λύση μεταξύ των 19

εννοιών ότι το ρεύμα κυκλοφορεί στο κύκλωμα και ότι αυτό εξαντλείται καθώς περνά μέσα από κάθε συστατικό του κυκλώματος. Το μοντέλο σταθερής πηγής ρεύματος: Περιλαμβάνει διπολικά στοιχεία του κυκλώματος, την κυκλοφορία του ρεύματος σε ένα κύκλο και την ανάγκη για ένα κλειστό κύκλωμα. Ωστόσο, η μπαταρία θεωρείται ως μία σταθερή πηγή ρεύματος, δηλαδή, το ρεύμα που τροφοδοτείται από την μπαταρία είναι πάντα το ίδιο, ανεξάρτητα από τα χαρακτηριστικά του κυκλώματος. Αναγνωρίζει ότι η μπαταρία «φθείρεται» με το χρόνο και ότι αυτή είναι η μόνη πηγή παραγωγής ρεύματος. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, δύο λαμπτήρες μοιράζονται το ρεύμα, αν αυτοί συνδέονται σε σειρά ή παράλληλα. Ένα παρόμοιο μοντέλο περιγράφεται από τους Cohen et al., (1983), και περιέχει περισσότερα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του «μοντέλου επιμερισμού» του Shipstone (1984) όπου οι ίδιες λάμπες που συνδέονται σε σειρά (ή παράλληλα) λάμπουν εξίσου φωτεινά. Το μοντέλο του Ohm: Το ρεύμα ρέει γύρω από την ενέργεια μετάδοσης του κυκλώματος. Το ρεύμα διατηρείται και είναι καλά διαφοροποιημένο από την ενέργεια. Το κύκλωμα θεωρείται ως ένα αλληλεπιδραστικό σύστημα, έτσι ώστε μία αλλαγή που θα γίνει σε ένα σημείο του κυκλώματος επηρεάζει ολόκληρο το κύκλωμα. Αυτό ανταποκρίνεται στην «επιστημονική άποψη» και έχει επίσης βρεθεί από τους Osborne (1983) και Shipstone (1984). Το μοντέλο αυτό γίνεται όλο και πιο δημοφιλές στους μαθητές, ως αποτέλεσμα της διδασκαλίας. 2.3. Η έννοια «ενέργεια» σε παιδιά Η ενέργεια είναι μια έννοια που συναντάται σε όλα τα επιμέρους αντικείμενα των Φυσικών Επιστημών και της Τεχνολογίας και κατά συνέπεια η διδασκαλία της είναι απαραίτητη, και είναι μια θεμελιώδης αφηρημένη επιστημονική έννοια (Ζαβρά, 2010). Ανήκει στις τυπικές έννοιες των Φυσικών Επιστημών (Cassirer, 1997), οι οποίες δεν αντιστοιχούν σε τεχνολογικά ή σε φυσικά αντικείμενα, ούτε απορρέουν από την εμπειρία και αλλά παραπέμπουν σε υποθετικές οντότητες (Ζαβρά, 2010). Αυτές οι έννοιες είναι δύσκολο να οικοδομηθούν από μαθητές. Ένας ορισμός της ενέργειας σύμφωνα με τον Millar (1996), είναι η ικανότητα παραγωγής έργου. Ωστόσο, οι Stylianidou & Ogborn(1999), ορίζουν την ενέργεια ως η ικανότητα για πρόκληση αλλαγών. Πιο αναλυτικά, είναι «κάτι» που μπορεί να 20

μεταφερθεί από εκεί που βρίσκεται σε «κάτι» άλλο και να προκαλέσει αλλαγή. Στη «μεταφορά» της ενέργειας υπάρχουν τρείς βασικές έννοιες: οι αποθήκες ή πηγές ενέργειας (μπαταρίες), οι ενεργειακοί μετατροπείς (λάμπες) και οι ενεργειακοί αποδέκτες (περιβάλλον). Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το κύκλωμα μιας μπαταρίας συνδεδεμένη με ένα λαμπάκι. Η χημική ενέργεια της μπαταρίας μετατρέπεται σε ηλεκτρική και στο τέλος, γίνεται φωτεινή και θερμική (όταν ανάβει το λαμπάκι). Η επιστημονική χρήση της έννοιας «ενέργεια» δυσκολεύει τα παιδιά στην διαδικασία της μάθησης. Ωστόσο, τα παιδιά προσχολικής ηλικίας αναπτύσσουν κάποιες ιδέες για την έννοια της ενέργειας επειδή ο όρος χρησιμοποιείται πολύ και στην καθημερινή ζωή. Το γεγονός βέβαια ότι η ενέργεια είναι, μια αφηρημένη έννοια κάνει να φαίνονται πολύ λογικά τα μοντέλα αντίληψης που συγκροτούν οι μαθητές προκειμένου να κατανοήσουν την ενέργεια ως όρο των Φυσικών Επιστημών (Ζαβρά, 2010). Από όλο το πεδίο των σύγχρονων ερευνών αναφορικά µε τις ιδέες των παιδιών για την ενέργεια, φαίνεται ότι αυτές είναι κοινές για όλα τα παιδιά. Η ενέργεια για τα παιδιά θεωρείται ως (Driver, 1998): Κάτι που σχετίζεται αποκλειστικά µε έμψυχα αντικείμενα. Οι μαθητές συνδέουν την ενέργεια µε ζωντανά πράγµατα και ειδικότερα µε τον άνθρωπο. Ένας αιτιακός παράγοντας που είναι αποθηκευμένος σε ορισμένα αντικείμενα. Η ενέργεια αποθηκεύεται σε κάποια αντικείμενα. Κάτι που συνδέεται µε τη δύναμη και την κίνηση. Η ενέργεια εμφανίζεται όταν κάποιος εκτελεί κάποιες δραστηριότητες. Καύσιμο. Η ενέργεια λειτουργεί ως ένα είδος καυσίμου στις διάφορες μηχανές. Ένα ρευστό. Η ενέργεια λειτουργεί ως ρευστό και ρέει από το ένα σύστημα στο άλλο. Ένα συστατικό. Η ενέργεια βρίσκεται μέσα στα σώματα και απελευθερώνεται λόγω κάποιας εξωτερικής αιτίας. Ένα προϊόν. Η ενέργεια παρουσιάζεται κατά τη διάρκεια μιας δράσης και μετά εξαφανίζεται. Ένα λοιπόν ζήτημα που δεν έχει διερευνηθεί επαρκώς είναι αν και πως παιδιά προσχολικής ηλικίας προσλαμβάνουν τις ενεργειακές ιδέες και είναι σε θέση να 21

κατασκευάσουν περιγραφικά ενεργειακά μοντέλα, δεδομένων των δυσκολιών που προκύπτουν από την αφηρημένη έννοια της ενέργειας. 2.4. Το μοντέλο των ενεργειακών αλυσίδων Το εννοιολογικό πρότυπο των ενεργειακών αλυσίδων μπορεί να θεωρηθεί σύμφωνα με τον Κολιόπουλο (2006), ως ο κατάλληλος διδακτικός μετασχηματισμός της επιστημονικής έννοιας της ενέργειας. Το εννοιολογικό πρότυπο των ενεργειακών αλυσίδων, όπως έχει εφαρμοστεί στη διδασκαλία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, δεν έχει ενιαία έκφραση, αλλά εμφανίζει ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά που συνοψίζονται στα εξής: (Κολιόπουλος, 2006). Βασίζεται σε μια δομή η οποία περιλαμβάνει την αποθήκευση, τη μεταφορά, τη μετατροπή, τη διατήρηση, τη μέτρηση και την υποβάθμιση ως χαρακτηριστικές ιδιότητες της ενέργειας. Στην παρούσα έρευνα εξετάζεται η αποθήκευση και η μεταφορά ενέργειας. Είναι δυνατόν να λάβει διάφορες ποιοτικές και ημι- ποσοτικές αναπαραστατικές μορφές όπως οι αναπαραστάσεις των αντικειμένων Αποτελεί ένα εννοιολογικό πρότυπο με εσωτερική συνοχή. Διάφορα φυσικά φαινόμενα μπορούν να περιγραφούν, να αναλυθούν και να αναπαρασταθούν με το μοντέλο της ενεργειακής αλυσίδας. 2.5.Οι ιδέες των παιδιών προσχολικής ηλικίας για τα ηλεκτρικά κυκλώματα Στη θεματική περιοχή των ηλεκτρικών κυκλωμάτων, η άποψη ότι τα παιδιά έχουν κάποιες ιδέες πριν τη διδασκαλία οι οποίες προέρχονται από την καθημερινή τους εμπειρία, είναι ιδιαίτερα σημαντική καθώς, κάποιες από τις ιδέες των παιδιών πριν από τη διδασκαλία μπορούν να σχετίζονται σε μεγάλο βαθμό με τις εικόνες ή τις μεταφορές που χρησιμοποιούν για να δημιουργήσουν μια ιδέα για τα ηλεκτρικά φαινόμενα. Οι δυσκολίες στην κατανόηση των αφηρημένων εννοιών της ηλεκτρικής ενέργειας μπορούν να προκύπτουν άμεσα από τη δυσκολία των παιδιών να 'απεικονίσουν' τι συμβαίνει, ή την αποτυχία να κατασκευάσουν ένα σύνολο εικόνων για να τους βοηθήσει στην κατανόηση. Για τους λόγους αυτούς, δείχνει ιδιαίτερα σημαντικό να βασιστούμε στις ιδέες που τα παιδιά φέρνουν μαζί τους, και να 22

προσπαθήσουμε να κρατήσουμε στενή επαφή με τα πλαίσια ανάπτυξης των ιδεών τους (Arnold & Millar, 1988). Οι εκπαιδευτικοί, έχουν αναφέρει ότι αρκετά μικρά παιδιά απολαμβάνουν την επίλυση των προβλημάτων σχεδιασμού απλού κυκλώματος και συχνά παρουσιάζουν μεγάλη επιδεξιότητα, ακόμα και όταν δεν έχουν διδαχθεί την έννοια του ηλεκτρικού ρεύματος (Solomon et.al., 1985). Ευρήματα από την έρευνα της Glauert (2009), δείχνουν ότι τα μικρά παιδιά μπορούν να προσφέρουν απόψεις σχετικά με τα ηλεκτρικά κυκλώματα, όχι διαφορετικές από των μεγαλύτερων παιδιών και ενηλίκων με παρόμοια εμπειρία. Έρευνα που έχει γίνει στην αναπτυξιακή ψυχολογία έχει δώσει έμφαση στις διαφορετικές απαντήσεις των παιδιών σε διαφορετικές καταστάσεις. Για παράδειγμα, οι απαντήσεις ίσως εξαρτώνται από το περιεχόμενο της ερώτησης ή αν αυτή έγινε από παιδί ή ενήλικα (Carey, 1985, Donalson, 1986). Υπάρχει μια αναντιστοιχία ανάμεσα στις απόψεις που εκφράζουν τα παιδιά με τα λόγια και τις πράξεις τους, υποστηρίζει η Glauert (2009). Ο Brown et al. (1997) προτείνει ότι υπάρχει διαφορά ανάμεσα στο τι επιλέγουν τα παιδιά να πουν ή να κάνουν και τι πραγματικά μπορούν να κάνουν. Για παράδειγμα, αν και η έρευνα τους έδειξε ότι τα νέα παιδιά είναι σε θέση να αναπτύξουν τις απόψεις τους μέσα από πρακτικές απαντήσεις (Metz, 1998) ή δίνοντας εξηγήσεις (Karmiloff-Smith & Inhelder, 1974; Metz, 1991), ίσως αυτό να μην μπορεί να φανεί χωρίς προτροπή. Το θέμα του ηλεκτρισμού προσφέρει ευκαιρίες για πρακτική εξάσκηση και για τα παιδιά να κατευθύνουν τη γνώση και την κατανόησή τους μέσω τόσο της ομιλίας όσο και της δραστηριότητας. Οι αντιλήψεις των μαθητών για τα ηλεκτρικά κυκλώματα έχουν μελετηθεί εκτενώς κατά τα τελευταία 20 χρόνια, καλύπτοντας ένα ευρύ φάσμα ηλικιακών ομάδων από την πρωτοβάθμια έως το πανεπιστημιακό επίπεδο. Ωστόσο, έχει διεξαχθεί περιορισμένη έρευνα στα παιδιά πριν το δημοτικό σχολείο. Η μελέτη της Glauert (2009) έδειξε ότι, τα μικρά παιδιά μπορούν να προβλέψουν και να αναπτύξουν μια άποψη ότι ένα πλήρες κύκλωμα μπορεί να γίνεται μόνο με δύο καλώδια. Όσον αφορά τις εξηγήσεις που προσφέρονται από τα λίγα παιδιά στη δική της μελέτη, που επικεντρώθηκαν στην πορεία της ηλεκτρικής ενέργειας, για παράδειγμα, «η ηλεκτρική ενέργεια πηγαίνει γύρο από τα καλώδια», δείχνουν τα θεμέλια αυτού του είδους εξήγησης για το τι συμβαίνει σε ένα κύκλωμα. Τέλος, όσον αφορά τις εξερευνήσεις τους, τα ευρήματα της μελέτης συμφωνούν με 23

προηγούμενες σύμφωνα με τις οποίες, τα παιδιά αναζητούν εξηγήσεις για τα φαινόμενα και τα γεγονότα που συμβαίνουν γύρω τους (Brown et al. 1997). Τα ευρήματα της Glauert (2009) υποδεικνύουν ότι είναι σημαντικό να μην υποτιμούμε τα μικρά παιδιά. Προσθέτουν στοιχεία που αποδεικνύουν ότι από μικρή ηλικία τα παιδιά προσπαθούν να εξηγήσουν φαινόμενα και γεγονότα και μπορούν να προσφέρουν απόψεις που δεν διαφέρουν από αυτές μεγαλύτερων παιδιών ή ενηλίκων. Στα πρώτα χρόνια, οι πληροφορίες αξιολόγησης συχνά βασίζονταν στην παρατήρηση της ομιλίας και της δράσης των παιδιών. Ωστόσο, οι απαντήσεις των παιδιών σε αυτή τη μελέτη δείχνουν την αξία της ενθάρρυνσης των παιδιών να εξηγήσουν τις σκέψεις και τις δράσεις τους. Τα παιδιά δεν παρείχαν μόνο εξηγήσεις, αλλά οι εξηγήσεις τους, τους έδωσαν ιδέες για την ανάπτυξη της σκέψης τους. Ο Osborne (1983) είναι από τους πρώτους ερευνητές που μελέτησαν για τις αντιλήψεις των μαθητών για τα ηλεκτρικά κυκλώματα. Η έρευνα του, αποτελούνταν από 40 μαθητές ηλικίας 8-12 και τους ζητούσε να κατασκευάσουν ένα κύκλωμα δίνοντας τους μια μπαταρία, μία λάμπα και δύο καλώδια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι περισσότεροι μαθητές προσπάθησαν να φτιάξουν το κύκλωμα με τη μπαταρία, τη λάμπα και ένα μόνο καλώδιο. Έπειτα, τους ζήτησε να περιγράψουν τον τρόπο με τον οποίο ρέει το ηλεκτρικό ρεύμα στους αγωγούς και οι απαντήσεις που πήρε ήταν ότι το ρεύμα περνάει μέσα από τους δύο αγωγούς κινούμενο από τη μπαταρία προς τα υπόλοιπα στοιχεία του κυκλώματος όπου και καταναλώνεται. Επομένως, από τα αποτελέσματα φαίνεται ότι οι μαθητές δεν έχουν διαμορφώσει μια ξεκάθαρη άποψη για τον όρο «ηλεκτρικό ρεύμα». Ο Shipstone (1984) άλλος ένας ερευνητής που μελέτησε αρκετά τις απόψεις των παιδιών σχετικά με έννοιες από την περιοχή του ηλεκτρισμού, στο άρθρο του, με τίτλο «Ηλεκτρισμός σε απλά κυκλώματα» αναφέρεται ότι, τα παιδιά συναντούν μεγάλη δυσκολία στη διαφοροποίηση των εννοιών του ηλεκτρισμού καθώς σχηματίζουν μία ποικιλία εννοιολογικών μοντέλων μέσω των οποίων κατανοούν τα φαινόμενα που αντιμετωπίζουν. Η έρευνά του, που πραγματοποιείται με απλά ηλεκτρικά κυκλώματα, έδειξε ότι παιδιά ηλικίας 8 ετών απέτυχαν στις προσπάθειές τους να ανάψουν μια ασύνδετη λάμπα όταν τους δίνεται μία μπαταρία και σύρματα σύνδεσης. Η βασική ιδέα που έχουν τα παιδιά στην αρχή της τυπικής διδασκαλίας και η οποία σε πολλά παιδιά διατηρείται, είναι ότι υπάρχει μία πηγή (η μπαταρία) και ένας καταναλωτής (μια λάμπα). Σύμφωνα με τον Shipstone την μπαταρία την βλέπουν συνήθως σαν τον ενεργητικό παράγοντα ή τον «δότη» σε αυτή τη 24

διαδικασία, με το εξωτερικό κύκλωμα να είναι ο «δέκτης». Πριν από τη διδασκαλία, η ιδέα σχετικά με το τι είναι εκείνο που «καταναλώνεται» είναι πολύ νεφελώδης και δεν είναι πάντα σαφές τι εννοούν τα παιδιά με τους όρους που χρησιμοποιούν. Ωστόσο στα πρώτα στάδια της τυπικής διδασκαλίας αυτού του θέματος δίνουν τη μεγαλύτερη προσοχή στο ηλεκτρικό ρεύμα και σ αυτό αποδίδουν γρήγορα τις ιδιότητες του να αποθηκεύεται και να καταναλώνεται. Οι Arnold & Millar (1987) αναφέρουν ότι οι απαντήσεις σε θέματα σχετικά με την ηλεκτρική ενέργεια από ένα μεγάλο δείγμα παιδιών 15-ετών, επιβεβαιώνουν τη γενική εικόνα μιας περιοχής όπου η κατανόηση είναι χαμηλή και οι παρερμηνείες συνηθισμένες. Κύρια αιτία αυτού, είναι ότι οι βασικές έννοιες που εξηγούν την περιοχή του ηλεκτρισμού δεν είναι ικανές να παρατηρηθούν άμεσα (ρεύμα, τάση, αντίσταση). Ο όρος «ηλεκτρική ενέργεια» φαίνεται να λειτουργεί ως ένας γενικός όρος στις απαντήσεις των μαθητών. Στην έρευνα τους, στη διάρκεια των συνεντεύξεων βρέθηκε ότι τα παιδιά δεν κάνουν διακρίσεις μεταξύ των όρων «ηλεκτρισμός», «ρεύμα», ή «ενέργεια». Σε ορισμένες μάλιστα, φάνηκε ότι θεωρούν ότι είναι το φως που ρέει από την μπαταρία στο λαμπτήρα. Ειδικότερα, στο αρχικό στάδιο της συνέντευξης, δεν βρέθηκαν στοιχεία διάκρισης μεταξύ των όρων «ενέργεια» και «ρεύμα». Και οι δύο χρησιμοποιούνταν εναλλακτικά ως «ηλεκτρική ενέργεια» ή «δύναμη». Το μεγαλύτερο εμπόδιο σε αυτό το πρώιμο στάδιο της εξέλιξη της σκέψης των παιδιών προς μια επιστημονική άποψη για τα ηλεκτρικά κυκλώματα, φαίνεται να είναι η επιμονή στην πεποίθηση ότι το ρεύμα καταναλώνεται από τα ηλεκτρικά στοιχεία (το μοντέλο του κυκλώματος), (Arnold & Millar, 1987). Οι Κουμαράς, Ψύλλος, Βαλασιάδης & Ευαγγελινός (1990) παρουσίασαν τα αποτελέσματα έρευνάς τους που έγινε σε 313 μαθητές της Γ Γυμνασίου και 252 μαθητές της Β Λυκείου αμέσως μετά το τέλος της διδασκαλίας των κυκλωμάτων και σε 245 μαθητές της Α Λυκείου και 227 μαθητές της Β Γυμνασίου, οι οποίοι δεν είχαν διδαχθεί ακόμα τα αντίστοιχα θέματα. Από τα αποτελέσματά τους φαίνεται ότι από πολλούς μαθητές δε γίνεται διάκριση της έννοιας του ρεύματος από την έννοια της ενέργειας. Ακόμη, η τάση δεν αναγνωρίζεται από τους μαθητές σαν διαφορετική έννοια, αλλά θεωρείται ιδιότητα του «ρεύματος» και υπάρχει μόνο αν υπάρχει «ρεύμα». Τέλος, πιστεύουν πως το ρεύμα καταναλώνεται και δεν διατηρείται. Στην έρευνά τους οι Koumaras, Kariotoglou & Psilos (1997) είχαν 197 μαθητές Α Λυκείου οι οποίοι είχαν διδαχθεί φαινόμενα από την περιοχή του 25