«Η αξιοποίηση των προσομοιώσεων στο ανοικτό περιβάλλον του Interactive Physics ως μια εναλλακτική πρόταση για τη διδασκαλία της κινηματικής B Γυμνάσιου» Γεώργιος Φύττας 1, Όλγα Χατζηκωντή 2 1 Φυσικός-Πειραματικό Γυμνάσιο ΑΕΙ Πάτρας, Μεταπτυχιακός φοιτητής ΤΕΕΑΠΗ gfyttas@upatras.gr 2 Σχολικός Σύμβουλος ΠΕ4 Ν. Αχαΐας olgahat@hotmail.com ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα εργασία εντάσσεται σε ένα ερευνητικό πλαίσιο ανίχνευσης διδακτικών παρεμβάσεων με τη χρήση των ΝΤ, στη διδασκαλία της Φυσικής Γυμνασίου. Αναφέρεται στο κεφάλαιο της Κινηματικής το οποίο σύμφωνα με τα καινούργια βιβλία διδάσκεται στη Β Γυμνασίου. Η άποψη εκπαιδευτικών είναι ότι υπάρχουν πολλές δυσκολίες στη μεθοδολογία της διδασκαλίας καθώς και στην κατανόηση συγκεκριμένων εννοιών της κινηματικής. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι αφενός μεν να αναδείξει τις δυσκολίες κατανόησης των μαθητών σε εννοιολογικό επίπεδο και αφετέρου να προχωρήσει στο σχεδιασμό και υλοποίηση διδακτικών παρεμβάσεων με τη βοήθεια των νέων τεχνολογιών, προκειμένου να εξακριβώσει σε ποιες από τις βασικές έννοιες ενδέχεται να υπάρξει σημαντική βελτίωση του γνωστικού αποτελέσματος Η εργασία αποτελείται από δυο σκέλη: Στο πρώτο γίνεται μια αξιολόγηση του γνωστικού αποτελέσματος της διδασκαλίας των εννοιών της κινηματικής, τέσσερις (4) μήνες μετά από τη διδασκαλία η οποία έχει γίνει με παραδοσιακό τρόπο. Στο δεύτερο αποπειράται να αξιοποιήσει τις νέες τεχνολογίες και ειδικότερα το λογισμικό ανοικτού περιβάλλοντος για τη φυσική το Interactive Physics, Μεθοδολογικά, καταρχήν αξιολογείται η αρχική παραδοσιακή διδασκαλία με τη βοήθεια ερωτηματολογίου το οποίο συμπληρώθηκε από 104 μαθητές της Β! Γυμνασίου επτά διαφορετικών τμημάτων. Στη συνέχεια οι μαθητές παρακολουθούν από βιντεοπροβολέα τις δραστηριότητες που περιέχονται στα σενάρια των προσομοιώσεων, τα οποία έχουμε επεξεργαστεί κατάλληλα στο Interactive Physics,ενώ παράλληλα συμμετέχουν συμπληρώνοντας τα αντίστοιχα φύλλα εργασίας. Τα αποτελέσματα των παραπάνω διδακτικών παρεμβάσεων ανέδειξαν : α. ότι υπάρχει σημαντικό πρόβλημα στη κατανόηση των εννοιών της θέσης, μετατόπισης και ταχύτητας, [1034]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ β. ότι η διδακτική παρέμβαση με τη χρήση σεναρίων προσομοιώσεων επιφέρει σημαντική εννοιολογική αλλαγή σε σχέση με την κατανόηση των σημαντικών εννοιών της κινηματικής,εκτός από την έννοια της ταχύτητας για την οποία δεν διαπιστώθηκε σημαντική αλλαγή. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: Κινηματική, προσομοιώσεις, Interactive Physics ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η αλλαγή των σχολικών εγχειριδίων του Γυμνασίου κατά το σχολικό έτος 2008-09 επεφύλαξε στους εκπαιδευτικούς που δίδαξαν το μάθημα της Φυσικής στη Β! Γυμνασίου, μια αρνητική έκπληξη. Διαπίστωσαν ότι οι μαθητές δεν μπορούσαν εύκολα να προσεγγίσουν τις καινούργιες γι αυτούς έννοιες της κινηματικής, όπως τη θέση, το σημείο αναφοράς, τη μετατόπιση, την ταχύτητα καθώς και το διανυσματικό χαρακτήρα των μεγεθών. Μετέφεραν λοιπόν αυτές τις εμπειρίες τους στις διάφορες επιμορφωτικές συγκεντρώσεις των εκπαιδευτικών της ειδικότητας,οπότε σχηματίστηκε ένα ενιαίος διδακτικός προβληματισμός ο οποίος πιθανόν να βασίζεται στους παρακάτω λόγους: Οι έννοιες της κινηματικής διδάσκονταν όλα τα προηγούμενα χρόνια στη δεύτερη βαθμίδα της Εκπαίδευσης στη Γ! Γυμνασίου, ενώ τώρα μετακινήθηκαν σε ένα πιο πρώιμο επίπεδο μαθησιακής κατανόησης. Σε όλα τα σχολικά εγχειρίδια το κεφάλαιο της Κινηματικής διδάσκεται στην αρχή, με αποτέλεσμα οι μαθητές/-τριες να μην έχουν αποκτήσει ακόμα μηχανισμούς εννοιολογικής κατανόησης. Αυτό όμως είναι ένα άλλο ερευνητικό ερώτημα που δεν θα μας απασχολήσει εδώ. Άλλος λόγος είναι ότι οι μαθητές/-τριες έχουν γενικότερα δυσκολία στην κατανόηση των εννοιών της κινηματικής, κάτι που έχει καταγραφεί σε πολλές έρευνες τις τελευταίες δεκαετίες. Τα φαινόμενα της κινηματικής έχουν δημιουργήσει ιδιαίτερα ισχυρές βιωματικές παρανοήσεις επειδή είναι από τα πρώτα φυσικά φαινόμενα που βιώνουν οι μαθητές/-τριες στη καθημερινότητά τους. Όμως ο μετασχηματισμός των βιωματικών παραστάσεων γενικά και ειδικά για την έννοια της ταχύτητας όπως διαπιστώνεται και από σχετικές ερευνητικές μελέτες, είναι ιδιαίτερα δύσκολο επιχείρημα. Γενικά μαθητές/-ριες όλων των ηλικιών ακόμη και φοιτητές της Φυσικής δυσκολεύονται στην κατανόηση εννοιών της κίνησης με όρους της Μηχανικής του Νεύτωνα. Τείνουν περισσότερο να τροποποιήσουν και όχι να εγκαταλείψουν τις έμφυτες και εδραιωμένες λειτουργικές τους ιδέες επισυνάπτοντας απλώς καινούριους όρους στις δικές τους θεωρίες (Driver at al, 2000). Συνεπώς επιβάλλεται η ενσωμάτωση στη διδακτική διαδικασία κι άλλων μεθόδων, με στόχο την καταλληλότερη διδακτική προσέγγιση αυτών των εννοιών. Στην ερευνητική αυτή εργασία γίνεται μια προσπάθεια αφενός να αναδείξουμε τις έννοιες της κινηματικής στις οποίες οι μαθητές/-τριες της Β! [1035]
Γυμνασίου συνάντησαν δυσκολίες, στα πλαίσια των νέων σχολικών εγχειριδίων, αφετέρου να προσπαθήσουμε να δώσουμε μιαν απάντηση στο αν μια διδακτική παρέμβαση με τη βοήθεια των νέων τεχνολογιών, όπως είναι προσομοιώσεις σχεδιασμένες με το λογισμικό ανοικτού περιβάλλοντος Interactive Physics, θα μπορούσε να βελτιώσει την εννοιολογική κατανόηση των εννοιών αυτών αλλά και να μετασχηματίσει το γλωσσάρι των μαθητών από ένα βιωματικό πλαίσιο σε ένα πιο επιστημονικό. Έτσι, για όλους τους παραπάνω λόγους στην εργασία αυτή επιλέξαμε το κεφάλαιο της κινηματικής Β! Γυμνασίου το οποίο παρ όλο που επιφανειακά αντιμετωπίζεται ως ένα «εύκολο και κατανοητό» κεφάλαιο της Φυσικής, στην πραγματικότητα παρουσιάζει πολλές δυσκολίες. ΣΤΟΧΟΙ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Πρώτος βασικός στόχος της έρευνας είναι, να αξιολογήσει τα αποτελέσματα της κατανόησης των εννοιών της κινηματικής- σημείο αναφοράς, θέση, διάνυσμα θέσης,απόσταση, μετατόπιση, χρονική στιγμή χρονική διάρκεια, μέση και διανυσματική ταχύτητα- για μια διδασκαλία η οποία έχει γίνει ήδη στην Β! Γυμνασίου, με έναν παραδοσιακό τρόπο προσέγγισης. Δεύτερος στόχος είναι να αξιολογήσει τα αποτελέσματα της διδακτικής μας παρέμβασης η οποία έγινε με τη χρήση των νέων τεχνολογιών. Σκοπός της εργασίας είναι, να διαπιστωθεί μετά από τη διδακτική μας παρέμβαση,κατά πόσο η χρήση προσομοιώσεων οδηγεί στη βαθύτερη κατανόηση των συγκεκριμένων εννοιών της κινηματικής που αναφέραμε παραπάνω. Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΩΝ ΣΤΗΝ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗΣ. ΤΟ INTERACTIVE PHYSICS Η αναγκαιότητα ενσωμάτωσης νέων διδακτικών προσεγγίσεων στις ΦΕ με σκοπό την ενίσχυση αλλά ιδιαίτερα την αναδόμηση των εναλλακτικών ιδεών των μαθητών,οδήγησε στη χρήση των υπολογιστών. Η ευρεία πρόσβαση των σχολείων στις τεχνολογίες πληροφοριών και επικοινωνιών (ΤΠΕ) την τελευταία δεκαετία αποτελεί μεγάλη πρόκληση για την διδασκαλία της Φυσικής. Η Φυσική είναι μία από τις περιοχές όπου οι δυνατότητες των υπολογιστών βρίσκουν μεγάλο πεδίο εφαρμογής. Η αποτελεσματικότητα όμως των νέων μεθόδων διδασκαλίας έχει τεθεί πολλές φορές υπο αμφισβήτηση και γι αυτό συνεχώς διερευνάται. Οι εκπαιδευτικοί για να υποστηρίξουν τους μαθητές στη μάθηση των αφηρημένων επιστημονικών εννοιών χρησιμοποιούν παραδείγματα της άμεσης εμπειρίας των μαθητών, επιδείξεις πειραμάτων, απλές πειραματικές δραστηριότητες στο εργαστήριο, ή δραστηριότητες με εκπαιδευτικά λογισμικά προσομοιώσεων και μοντελοποιήσεων στο εργαστήριο υπολογιστών. Παρότι η Φυσική είναι κατά βάση πειραματική επιστήμη, η χρήση του εργαστηρίου (όταν υπάρχει) περιορίζεται σε πολλές περιπτώσεις μόνο σε πειράματα επίδειξης από τον εκπαιδευτικό. Οι μαθητές συνήθως περιορίζονται σε πολύ απλές δραστηριότητες αναγκαίες μεν αλλά όχι ικανές να δώσουν [1036]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ δεξιότητες υψηλού επιπέδου. Στην εργασία αυτή προτείνουμε την εφαρμογή των προσομοιώσεων για τη διδασκαλία της Φυσικής στο γυμνάσιο και το λύκειο, αξιοποιώντας άμεσα τον υπάρχοντα εξοπλισμό με χρήση ενός βιντεοπροβολέα που είναι σαφώς πιο κοντά στην μέση σχολική πραγματικότητα. Η σημασία της χρήσης των υπολογιστών στη διδασκαλία της Φυσικής έχει αξιολογηθεί θετικά σε μία σειρά ανεξάρτητες έρευνες. Πιο συγκεκριμένα οι : Βοσνιάδου (1998), Ραβάνης (2004) και Κόμης (2003) προτείνουν τη χρήση προσομοιώσεων στην εκπαιδευτική διαδικασία. Σύμφωνα με τους Zacharia & Anderson(2003), οι προσομοιώσεις έχουν την ικανότητα να ευνοούν τη γνωστική ανάπτυξη και τη μάθηση των εννοιών και για το λόγο αυτό θα πρέπει να ενσωματωθούν στα αναλυτικά προγράμματα και τη διδασκαλία των φυσικών επιστημών. Ωστόσο, υπάρχουν πολλοί στόχοι που οι προσομοιώσεις δεν μπορούν να επιτύχουν. Για παράδειγμα, οι ειδικές δεξιότητες που συνδέονται με τη λειτουργία του εξοπλισμού των πραγματικών εργαστηρίων Ανάλογα με τους στόχους της δραστηριότητας, μπορεί να είναι πιο αποτελεσματική η χρήση μόνο προσομοιώσεων ή ένας συνδυασμός των προσομοιώσεων και πραγματική εξοπλισμού. Πολλοί ερευνητές έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα, ότι τα εκπαιδευτικά περιβάλλοντα που βασίζονται σε προσομοιώσεις, μέσα από κατάλληλα σενάρια και διδακτικές προσεγγίσεις βοηθούν τους μαθητές να ξεπεράσουν τις γνωστικές δυσκολίες που οφείλονται στις παρανοήσεις τους και να βελτιώσουν τις εναλλακτικές ιδέες τους (Trowbridge et al. 1999, de Jong, et al.1999, Jimoyiannis & Komis 2001, Jimoyannis et al. 2000). Θα πρέπει όμως να σημειώσουμε ότι τα μοντέλα που παράγουν προσομοιώσεις περιέχουν ένα βαθμό υποκειμενικότητας καθώς βασίζονται στις προσωπικές επιλογές των κατασκευαστών του προγράμματος. Ιδιαίτερα τα λογισμικά προσομοίωσης και όχι μοντελοποίησης, ενδεχόμενα να οδηγούν σε συγχύσεις και υπεραπλουστεύσεις από την πλευρά των μαθητών που τα χειρίζονται. Όμως από τη άλλη,είναι πιθανόν οι μαθητές που εκτελούν προσομοιωμένα πειράματα να ενδυναμώνουν τις δικές τους ημι-διαισθητικές ιδέες, αντί να οδηγούνται πλησιέστερα στις παραδεκτές επιστημονικές θεωρίες (Clement, 1989; Δημητρακοπούλου,1999). Το πεδίο της κινηματικής αποτελεί προνομιακό πεδίο χρήσης των προσομοιώσεων γιατί οι μαθητές/τριες εύκολα οι ίδιοι μπορούν να έχουν την δυνατότητα πρόσβασης και διερεύνησης του ίδιου του φαινομένου, κάτι που δεν είναι καθόλου εύκολο σε πραγματικές συνθήκες αλλά ούτε σε συνθήκες εργαστηρίου. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα συνεπώς που παρέχει το λογισμικό μέσω των προσομοιώσεων είναι η δυνατότητα της στροβοσκοπικής μελέτης της ταχύτητας εστιάζοντας στη σχέση χρόνου διαστήματος που διανύει ένα σώμα. Ήδη έχουν χρησιμοποιηθεί προσομοιώσεις για το γνωστικό αντικείμενο [1037]
της κινηματικής και στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση. Οι Ορφανός & Δημητρακοπούλου σε έρευνά τους (Ορφανός & Δημητρακοπούλου,2003) αξιοποιώντας το λογισμικό <<Δημιουργός Μοντέλων>> διαπίστωσαν τη θετική συμβολή του συγκεκριμένου λογισμικού προσομοίωσης στη βαθύτερη κατανόηση των εννοιών της κινηματικής, ιδίως του διανυσματικού χαρακτήρα των μεγεθών της ταχύτητας και της θέσης. Τη μαθησιακή αξία των προσομοιώσεων στη διδασκαλία εννοιών της κινηματικής, όπως της ταχύτητας, καταδεικνύει η έρευνα των Τσιμογιάννη, Μικρόπουλου, Ραβάνη (Jimoyiannis at al, 2000). Οι προσομοιώσεις του πακέτου Interactive Physics μας παρέχει τη δυνατότητα στροβοσκοπικής μελέτης των φαινομένων της κινηματικής και παράλληλα μία εναλλακτική πειραματική υλοποίηση των σεναρίων του ερωτηματολογίου, με στόχο την καταγραφή των αντιλήψεων των μαθητών. Η στροβοσκοπική μέθοδος χρησιμοποιείται ευρύτατα στην Κινηματική για την πειραματική μελέτη φαινομένων, τη μέτρηση ή υπολογισμό διαφόρων μεγεθών (θέση, ταχύτητα, επιτάχυνση) και την τελική εξαγωγή των φυσικών νόμων. Το περιβάλλον των προσομοιώσεων του Interactive Physics μπορεί να υποστηρίξει με επιτυχία τη στροβοσκοπική μελέτη φυσικών διαδικασιών (Τζιμογιάννης & Μικρόπουλος, 1997).Αυτός είναι και ένας από τους λόγους που χρησιμοποιήσαμε σ αυτή τη διδακτική παρέμβαση το πακέτο Interactive Physics (έκδοση 2005). Ένας δεύτερος λόγος είναι ότι το λογισμικό αυτό μας δίνει τη δυνατότητα να αναπτύξουμε ένα πλήρες εικονικό εργαστήριο Φυσικής στον υπολογιστή. Ακόμα, η επιλογή του λογισμικού Interactive Physics στηρίχθηκε : στη φιλικότητα την ευελιξία και ευχρηστία του περιβάλλοντος επικοινωνίας του χρήστη με τον υπολογιστή Πολλές ερευνητικές εργασίες έχουν γίνει τα τελευταία χρόνια με τη βοήθεια του IP που εστιάζουν στις έννοιες της κινηματικής. Στην εργασία : Computer simulations in physics teaching and learning: a case study on students' understanding of trajectory motion (Jimoyiannis & Komis, 2001) τα συμπεράσματα είναι ότι στις δραστηριότητες, που εμπλέκονται κινητά με επιτάχυνση τα αποτελέσματα ήταν λιγότερο ικανοποιητικά. Οι συνήθεις εφαρμογές στην εκπαιδευτική διαδικασία με τη χρήση του IP απευθύνονται κυρίως στη βαθμίδα της Δ/θμιας εκπαίδευσης. Σε μελέτη περίπτωσης όπου εφαρμόστηκε το συγκεκριμένο λογισμικό για τη διδασκαλία εννοιών της κινηματικής σε μαθητές/-ριες της Α Λυκείου διαπιστώθηκε η θετική συμβολή του (Τσιμογιάννης κ.ά., 1998). Στην αποτελεσματικότητα του ίδιου εκπαιδευτικού λογισμικού ως εναλλακτικού διδακτικού εργαλείου στη διδασκαλία των εννοιών της ταχύτητας,επιτάχυνσης και των βολών κατέληξαν οι Jimoyiannis & Komis σε σχετική έρευνα (Jimoyiannis & Komis, 2001). ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Η ερευνητική εργασία που παρουσιάζεται έχει ως στόχο να διερευνήσει σε ποιες έννοιες της κινηματικής οι μαθητές της Β! Γυμνασίου συνάντησαν [1038]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ δυσκολίες στην κατανόησή τους και αν η διδακτική παρέμβαση με προσομοιώσεις βοηθάει στην εννοιολογική αλλαγή και σε ποιες από αυτές; Το δείγμα: Η ερευνητική εργασία πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους 2008-9 σε έξι (6) σχολικές μονάδες του νομού Αχαΐας. Το ερευνητικό δείγμα ήταν το σύνολο των μαθητών έξι Γυμνασίων της Πάτρας ( επτά συνολικά τμήματα της Β! Γυμνασίου και σύνολο μαθητών 107). Οι μαθητές των σχολείων αυτών δε είχαν εργαστεί στο παρελθόν με παρόμοιο τρόπο. Η διδασκαλία της κινηματικής είχε γίνει προηγουμένως από τους εκπαιδευτικούς τους με καθαρά παραδοσιακό τρόπο, χωρίς πειράματα είτε πραγματικά είτε εικονικά. Αρχικά οι μαθητές συμπλήρωσαν επώνυμα ένα ερωτηματολόγιο που τους δόθηκε στο τέλος του Μαρτίου και στις αρχές Απριλίου. Το ερωτηματολόγιο σχεδιάστηκε για να ελέγξει τις γνώσεις των μαθητών σε ένα γνωστικό αντικείμενο που είχαν διδαχθεί πέντε περίπου μήνες πριν, δηλαδή μέσα στο Δεκέμβριο. Να σημειωθεί ότι οι μαθητές είχαν διδαχθεί την έννοια της κίνησης και της ταχύτητας στην Ε! τάξη του Δημοτικού στα πλαίσια του μαθήματος <<Εξερευνώντας το Φυσικό Κόσμο>>. Οι ερωτήσεις στις οποίες απήντησαν οι μαθητές ήταν είκοσι (20) συνολικά, χωρισμένες σε πέντε κατηγορίες. Σε κάθε κατηγορία ελεγχόταν και από μια βασική έννοια του κεφαλαίου της Κινηματικής που είχαν διδαχθεί. Δηλαδή : 1 η κατηγορία : << Σημείο αναφοράς και θέση >> ( ερωτήσεις 1,2,3,4,6,7 ) 2 η κατηγορία : << Απόσταση >> ( ερωτήσεις 5,8,11 ) 2 η κατηγορία : << Μετατόπιση >> ( ερωτήσεις 9,10,14,17,) 2 η κατηγορία : << Χρονική στιγμή και χρονική διάρκεια >> ( ερωτήσεις 12,13 ) 2 η κατηγορία : << Είδος κίνησης και ταχύτητα ) >> ( ερωτήσεις 15,16,18,19,20) Οι ερωτήσεις διατυπώθηκαν έτσι ώστε να είναι άμεσες, ουδέτερες, να μην καθοδηγούν τους μαθητές,να ελέγχουν ένα μόνο στοιχείο κάθε φορά και να είναι κλειστού τύπου ή σύντομης απάντησης. Τα γραφικά σύμφωνα με έρευνες, (Δημητρακοπούλου, 1999), επιδρούν θετικά στη μάθηση. Για το λόγο αυτόν το ερωτηματολόγιό μας περιείχε συνολικά οκτώ σχήματα τα οποία βοηθούν τους μαθητές στη κατανόηση των ερωτήσεων. Για παράδειγμα στη κατηγορία των ερωτήσεων της <<ταχύτητας>> χρησιμοποιήσαμε την εικόνα του σχήματος 1 Σχήμα 1:Το σχήμα στη κατηγορία των ερωτήσεων της ταχύτητας Στη συνέχεια τα βήματα που ακολουθήσαμε ήταν τα εξής : [1039]
Α. Το ερωτηματολόγιο δόθηκε πιλοτικά σε μικρή ομάδα μαθητών, αφού είχε προηγηθεί μια σχετική επανάληψη. Β. Με βάση αυτή τη πιλοτική εφαρμογή, σχεδιάσαμε τις τέσσερις τελικές προσομοιώσεις του Interactive Physics και τις ενσωματώσαμε στο τελικό ερωτηματολόγιο το οποίο δόθηκε στο σύνολο των μαθητών. Το ερωτηματολόγιο περιελάμβανε δραστηριότητες-ερωτήσεις με ποσοτικές και ποιοτικές απαντήσεις ή και μαθηματικές σχέσεις. Σε αρκετές ερωτήσεις οι μαθητές έπρεπε να αιτιολογήσουν τις απάντησή τους. Το ερωτηματολόγιο συμπληρώθηκε ατομικά και τα αποτελέσματα καταγράφονται ως εξής : 1 η κατηγορία :<< Σημείο αναφοράς και θέση >> ( ερωτήσεις 1,2,3,4,6,7 ) Από ένα σύνολο 624 ερωτήσεων που αναφέρονται και στις έξι (6) παραπάνω ερωτήσεις 219 απαντήσεις ήταν σωστές δηλαδή το 35% των απαντήσεων και 404 ανεπαρκείς ή λανθασμένες δηλαδή 75%.Δεν υπήρξαν ασαφείς απαντήσεις. Αξιοσημείωτο είναι η ορολογία που χρησιμοποίησαν οι μαθητές δεν προσεγγίζει την επιστημονική αλλά περισσότερο της καθημερινότητας.. 2 η κατηγορία : << Απόσταση >> ( ερωτήσεις 5,8,11 ) Σε αυτή τη κατηγορία οι σωστές απαντήσεις ανέρχονται στο 47% και οι ανεπαρκείς στο 52% με μόλις 1% ασαφείς απαντήσεις. 3 η κατηγορία : << Μετατόπιση >> ( ερωτήσεις 9,10,14,17,) Το ποσοστό των σωστών απαντήσεων σε αυτή τη κατηγορία είναι πολύ χαμηλό 12%.Επίσης ένα πολύ μικρό κομμάτι αυτού του ποσοστού σχεδίασε σωστά το διάνυσμα της μετατόπισης μόλις το 30%. Οι ανεπαρκείς απαντήσεις ανέρχονται στο 62%, ενώ υπερβολικά υψηλό είναι το ποσοστό των απαντήσεων που είναι ασαφείς 27%. 4 η κατηγορία : << Χρονική στιγμή και χρονική διάρκεια >> ( ερωτήσεις 12,13 ) Είναι η μοναδική κατηγορία που οι μαθητές /-τριες απήντησαν αρκετά καλά. Οι σωστές απαντήσεις ανέρχονται σε ποσοστό 74%. Εκτιμούμε ότι οι μαθητές κατανόησαν τις έννοιες της χρονικής στιγμής και διάρκειας. 5 η κατηγορία : << Είδος κίνησης και ταχύτητα >> ( ερωτήσεις 15,16,18,19,20 ) Η έννοια της ταχύτητας όπως αναφέραμε και στο θεωρητικό πλαίσιο είναι πολύ δύσκολή έννοια στην κατανόησή της ακόμα και από μαθητές και σπουδαστές υψηλότερων βαθμίδων. Αυτό φαίνεται στο ότι μόλις το 14% των απαντήσεων ήταν σωστές. Οι ανεπαρκείς ανέρχονται στο 65% ενώ υψηλό είναι και το ποσοστό των ασαφών απαντήσεων 21%. Στον παρακάτω Πίνακα 1 βλέπουμε τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων ανα κατηγορία ερωτήσεων. [1040]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ Πίνακας 1 :Πίνακας σωστών απαντήσεων ανα κατηγορία ερωτήσεων στο προ τεστ Γ. Η διδακτική παρέμβαση πραγματοποιήθηκε μέσα στη σχολική τάξη στα πέντε (5) από τα επτά (7) τμήματα. Σε δυο τμήματα πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών. Σε κάθε μαθητή μοιράστηκε ένα φύλλο εργασίας(φε). Η διδασκαλία έγινε από τον ερευνητή και χρησιμοποιήθηκε βιντεοπροβολέας. Ο ερευνητής ακολουθούσε τα βήματα που αναγράφονταν στο ΦΕ.Ο ερευνητής << έτρεχε >> το σενάριο θέτοντας την ερώτηση στους μαθητές /-τριες. Οι μαθητές κατέθεταν τις απόψεις τους και στη συνέχεια κατέγραφαν την πρόβλεψή τους στο ΦΕ.Ο ερευνητής στη συνέχεια << έτρεχε >> την προσομοίωση και οι μαθητές συμπλήρωναν τη σωστή απάντηση στο ΦΕ τους, επιβεβαιώνοντας ή όχι την πρόβλεψή τους. Στο τέλος κάθε δραστηριότητας κατέγραφαν τα συμπεράσματά τους. Τα ΦΕ συλλέχθηκαν από τους ερευνητές, καταγράφηκαν οι προβλέψεις καθώς και τα συμπεράσματα των μαθητών/-τριων. Οι δραστηριότητες που πραγματοποιήθηκαν στη διδακτική μας παρέμβαση είναι οι εξής: Η πρώτη δραστηριότητα << θέση σημείο αναφοράς>> δείχνει έναν άνθρωπο με ομπρέλα να στέκεται κοντά σε μια στάση λεωφορείου ( Σχήμα 2 ) και να μετακινείται γύρω από αυτήν. Οι μαθητές /-τριες καλούνται να προσδιορίσουν με ακρίβεια τη θέση του ανθρώπου με την ομπρέλα. Σχήμα 2:Η οθόνη της πρώτης δραστηριότητας [1041]
Η δεύτερη δραστηριότητα << υλικό σημείο και θέση >> εμφανίζει ένα αυτοκίνητο μεγάλων διαστάσεων ( τζιπάκι ) να αλλάζει συνεχώς θέση πάνω σε έναν ευθύγραμμο δρόμο (Σχήμα 3) Εδώ το ζητούμενο είναι η κατανόηση της έννοιας του υλικού σημείου, ο σχεδιασμός του διανύσματος θέσης και η έννοια της μετατόπισης. Σχήμα 3:Η οθόνη της δεύτερης δραστηριότητας Στη δραστηριότητα << θέση και χρονική στιγμή >> επιδιώκεται η συσχέτιση της θέσης με τη χρονική στιγμή και τη χρονική διάρκεια. Εμφανίζεται το τζιπάκι να μετακινείται σε ένα ευθύγραμμο δρόμο. Στην αρχή του δρόμου υπάρχει μια αφετηρία,στη συνέχεια ένα μεγάλο δένδρο και λίγο πιο πέρα μια εκκλησία (Σχήμα 4 ).Το τζιπάκι μετακινείται και προς τις δυο κατευθύνσεις εισάγοντας την έννοια της θετικής και αρνητικής μετατόπισης. Σχήμα 4:Η οθόνη της τρίτης δραστηριότητας Στη τέταρτη δραστηριότητα έχουμε την ίδια οθόνη με τη προηγούμενη. Το τζιπάκι κινείται είτε με θετική είτε με αρνητική ταχύτητα αφήνοντας ίχνη πάνω στο δρόμο σε σταθερά χρονικά διαστήματα. Εδώ εισάγεται η μετατόπιση ανά χρονικό διάστημα,δηλαδή το μέτρο αλλά και ο διανυσματικός χαρακτήρας της ταχύτητας. Υπάρχει και μια πέμπτη επικουρική δραστηριότητα στην οποία εμφανίζονται δυο αυτοκίνητα ( Σχήμα 5 ) στην ίδια αφετηρία που μπορούν να μετατοπίζονται πάνω στο δρόμο αφήνοντας ίχνη σε σταθερά χρονικά διαστήματα. Γίνεται σύγκριση των δυο ταχυτήτων με βάση τις αποστάσεις ανάμεσα στα ίχνη. [1042]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ Σχήμα 5:Η οθόνη της τέταρτης δραστηριότητας Δ. Το ίδιο ερωτηματολόγιο μοιράστηκε πάλι στους μαθητές περίπου δέκα με δεκαπέντε μέρες μετά τη διδακτική παρέμβαση και θεωρήθηκε σαν ένα μεταγνωστικό τεστ. Σημειώνουμε ότι όλη η διαδικασία της διδακτικής παρέμβασης βιντεοσκοπήθηκε σε τέσσερα τμήματα προκειμένου να γίνει επεξεργασία των προφορικών δεδομένων των μαθητών /-τριών δηλαδή των προφορικών εξηγήσεών. Τα αποτελέσματα θα παρουσιαστούν στα πλαίσια της επέκτασης της εργασίας που θα συνεχιστεί στη διάρκεια της σχολικής χρονιάς 2009-10. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Μετά το μετα-τεστ έγινε στατιστική περιγραφή και ανάλυση των δεδομένων απο τα ερωτηματολόγια. Η ανάλυση έγινε με το στατιστικό πακέτο SPSS 13 και τα γραφήματα με το λογισμικό γενικού τύπου Microsoft Excel 2003. Οι απαντήσεις που δόθηκαν στις διάφορες ερωτήσεις ταξινομούνται ως εξής: Σωστές θεωρούνται οι απαντήσεις που συνοδεύονται από ορθή αιτιολόγηση, σύμφωνη με την επιστημονική προσέγγιση του φαινομένου. Ανεπαρκείς ή λανθασμένες χαρακτηρίζονται οι προσεγγίσεις που δεν δίνουν καμία απάντηση ή δίνουν απάντηση (λανθασμένη ή σωστή) χωρίς αιτιολόγηση όταν τους ζητείται. Επίσης, απαντήσεις οι οποίες είναι διαισθητικές ή χρησιμοποιούν αιτιολογήσεις που δεν σχετίζονται με τα κινηματικά χαρακτηριστικά του φαινομένου. Ασαφείς χαρακτηρίζονται αυτές στις οποίες δεν ξεκαθαρίζεται η απάντηση ή όταν αυτή δεν έχει καμιά σχέση με την ερώτηση. Στη συνέχεια γίνεται η παρουσίαση και ανάλυση των αποτελεσμάτων του μετα - τεστ. 1 η κατηγορία :<< Σημείο αναφοράς και θέση >> : Ο μαθητές /-τριες απάντησαν σωστά στο 75% των ερωτήσεων. Η διδακτική παρέμβαση έπαιξε σημαντικό ρόλο στην αλλαγή της εννοιολογικής κατανόησης 2 η κατηγορία : << Απόσταση >>:Το 82% των απαντήσεων αξιολογήθηκαν σωστές 3 η κατηγορία : << Μετατόπιση >> : Παρατηρήθηκε βελτίωση των απαντήσεων στο ποσοστό 42%.Πολλές απαντήσεις σωστές αφορούσαν το σχεδιασμό του [1043]
διανύσματος της μετατόπισης ενώ εξακολουθεί να υφίσταται πρόβλημα στον αριθμητικό υπολογισμό της μετατόπισης. 4 η κατηγορία : << Χρονική στιγμή και χρονική διάρκεια >> Αυξήθηκε το ποσοστό των σωστών απαντήσεων στο 82% ώστε να επιβεβαιώνεται η κατανόηση των μαθητών/-τριώ σε αυτή τη κατηγορία ερωτημάτων. 5 η κατηγορία : << Είδος κίνησης και ταχύτητα ) >> : ελάχιστη βελτίωση παρατηρήθηκε (από 14% σε 17% ) στην αξιολόγηση των ερωτημάτων που αφορούν στη ταχύτητα και το είδος της κίνησης. Παρατηρήθηκε μείωση των ανεπαρκών απαντήσεων κατά 15% περίπου και ίδια αύξηση των ασαφών απαντήσεων. Αναλυτικά παραθέτουμε τα ποσοστά των σωστών απαντήσεων ανά κατηγορία ερωτημάτων για το προ-τεστ και μετά-τεστ (Πίνακας 2 ) Πίνακας 2 :Συγκριτικός πίνακας σωστών απαντήσεων μεταξύ προ τεστ και μετα -τεστ Ως γενικό συμπέρασμα προκύπτει ότι, η διδακτική παρέμβαση βελτίωσε την κατανόηση των μαθητών στις έννοιες: της θέσης, της μετατόπισης, της απόστασης, ενώ δεν είχαμε ουσιαστική βελτίωση στην κατανόηση της έννοιας της ταχύτητας. ΠΡΟΤΑΣΗ ΓΙΑ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Το δεύτερο σκέλος της εργασίας αυτής διεξάγεται την τρέχουσα σχολική χρονιά. Εφαρμόζεται στα Εργαστήρια Φυσικών Επιστημών και Πληροφορικής του Πειραματικού Γυμνασίου ΑΕΙ. Οι μαθητές/-τριες εργάζονται σε ομάδες των δύο ατόμων στον υπολογιστή, της και συμπληρώνουν τα ΦΕ τους τρέχοντας οι ίδιοι τις δραστηριότητες. Η διαδικασία αυτή βιντεοσκοπείται. Επιπλέον, χρησιμοποιείται το λογισμικό Camptasia 6 για να καταγράψει τις ενέργειες των μαθητών στην επιφάνεια εργασίας. Επιδιώκουμε έτσι να βελτιώσουμε τα σημεία των δραστηριοτήτων που δυσκολεύουν τους μαθητές και τη ροή των ΦΕ. Η εργασία αυτή έχει σκοπό να διερευνήσει εάν η συγκεκριμένη διδακτική [1044]
2o Πανελλήνιο Εκπαιδευτικό Συνέδριο Ημαθίας ΠΡΑΚΤΙΚΑ εναλλακτική παρέμβαση θα δημιουργήσει σημαντικές και βελτιωμένες εννοιολογικές αλλαγές στις έννοιες της μετατόπισης και της ταχύτητας,για τις οποίες δεν ήμασταν επαρκώς ικανοποιημένοι στην πρώτη μας διδακτική παρέμβαση. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. ηµητρακοπούλου Α., (1999), Οι εκπαιδευτικές εφαρμογές των τεχνολογιών της πληροφορίας στη διδακτική των φυσικών επιστημών : Τι προσφέρουν και πως τις αξιοποιούμε ; Εδικό Αφιέρωμα στη Πληροφορική και Εκπαίδευση, EΠΙΘΕΩΡΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ, 3η Περίοδος, Vol. H, No 30, 48-58 2. Andaloro, G., Bellomonte, L., & Sperandeo-Mineo, R. M., (1997), A computer-based learning environment in the field of Newtonian mechanics. International Journal of Science Education, 19, 661±680. 3. Clement J., (1982), Students' preconceptions in introductory mechanics, American Journal of Physics 50(1),66. 4. Clement J., (1989) Learning via model construction and criticism. In G. Glover, R. Ronning and C. Reynolds (Eds). Handbook of creativity, assessment, theory and research. (New York, NY: Plenum). 5. Driver R., Squires A., Rushworth P., Wood-Robinson, V., (2000), Οικοδομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών, Τυπωθήτω- Δαρδανός, Αθήνα 6. Hestenes, D.,(1992). Modeling games in the Newtonian World. American Journal of Physics, 60, 732±748. 7. Hewitt, P., (1992), Οι έννοιες της Φυσικής, τόμος Ι και ΙΙ, Π.Ε.Κ, Ηράκλειο 8. Interactive Physics (2000), http://www.krev.com 9. Jimoyiannis, A. & Komis V., (2001), Computer simulations in physics teaching and learning: a case study on students' understanding of trajectory motion. Computers & Education 36, 183-204. 10. Jimoyiannis, A., Mikropoulos, T. A., and Ravanis, K., (2000), Students' performance towards computer simulations on Kinematics, THEMES in Education, 1(4), 357-372 11. Kόμης Β., (2004), Εισαγωγή στις εκπαιδευτικές εφαρμογές των τεχνολογιών της πληροφορίας και των επικοινωνιών, Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών, Αθήνα. 12. McDermott L. C., (1984), Research on conceptual understanding in mechanics, Physics Today. 37, (7), 24-32 & (1987) Student difficulties in connecting graphs and physics:american Journal of Physics, 55(6), 503-513. 13. McDermott L.C., Rosenquist M.L. and van Zee E. H., (1987), Students' difficulties in connecting graphs and physics: Examples from kinematics, American Journal of Physics 55(6),503-513 [1045]
14. Svec M., (1999), Improving Graphing Interpretation Skills and Understanding of Motion Using MBL. Elect. J. of Sc. Educ.V3(4) 15. Thornton, R. K., & Sokolo, D. R. (1990), Learning motion concepts using real-time microcomputer-based laboratory tools. American Journal of Physics, 58, 858±867. 16. Trowbridge, David E. and McDermott, L., (1980), Investigation of student understanding of the concept of velocity in one dimension. Am. J. Physics 48(12), 1020-1028. 17. Zacharia Z., Anderson, O.R., (2003), The effects of an interactive computer-based simulation prior to performing a laboratory inquirybased experiment on students conceptual understanding of physics, American Associations of Physics Teachers, 71, 6, 618-629 18. Βοσνιάδου Σ., (1998),Γνωσιακή Ψυχολογία, Gutenberg, Αθήνα. 19. Δημητρακοπούλου A., (1999), Οι εκπαιδευτικές εφαρμογές των τεχνολογιών της πληροφορίας στη διδακτική των Φυσικών Επιστημών. Αφιέρωμα στην Πληροφορική, Επιθεώρηση Φυσικής, 3η περίοδος, Vol. H', No 30, Άνοιξη 1999, σελ. 48-58 20. Διαθεματικό Ενιαίο Πλαίσιο Προγραμμάτων Σπουδών και Αναλυτικά Προγράμματα Σπουδών,(2002),Υπουργείο Παιδείας-Παιδαγωγικό Ινστιτούτο,τ.Β 21. Μωλ Γ. Α., (2001), "Ανάλυση λαθών πρωτοετών φοιτητών στην Κινηματική. Εργαστηριακά μαθήματα Κινηματικής σε μαθητές της Α' Λυκείου με το MBL". Αδημοσίευτη διπλωματική εργασία. 22. Ραβάνης Κ., (2003), Εισαγωγή στη Διδακτική των Φυσικών επιστημών, Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών, Αθήνα 23. Τζιμογιάννης,Α. και Μικρόπουλος, Τ. Α., (1997), Ο υπολογιστής στη διδασκαλία της Φυσικής. Μία άμεση πρόταση εφαρμογής με συνδυασμένη χρήση λογισμι κού προσομοίωσης και φύλλων εργασίας, Πρακτικά Διημερίδας Πληροφορικής «Η Πληροφορική στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση», 107. [1046]