ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΗΣ ΑΙΤΙΑΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΜΑΘΗΤΩΝ ΗΜΟΤΙΚΟΥ ΣΧΟΛΕΙΟΥ ΜΕΣΑ ΑΠΟ ΤΗ Ι ΑΣΚΑΛΙΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Αιτιακή Σκέψη Μαθητών ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΗΣ ΑΙΤΙΑΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ ΜΑΘΗΤΩΝ ΗΜΟΤΙΚΟΥ ΣΧΟΛΕΙΟΥ ΜΕΣΑ ΑΠΟ ΤΗ Ι ΑΣΚΑΛΙΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Έλενα Χριστοφόρου, Κωνσταντίνος Π. Κωνσταντίνου Ερευνητική Οµάδα Μάθησης στις Φυσικές και Περιβαλλοντικές Επιστήµες Πανεπιστήµιο Κύπρου ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα έρευνα έχει σκοπό να διερευνήσει τη δυνατότητα καλλιέργειας της αιτιακής σκέψης µέσα από το σχεδιασµό και την εφαρµογή συγκεκριµένης διδακτικής παρέµβασης µε θέµα τα ηλεκτρικά κυκλώµατα σε µαθητές Στ τάξης δηµοτικού σχολείου. Από τα αποτελέσµατα της έρευνας διαπιστώνεται ότι τα παιδιά αναπτύσσουν σε περιορισµένο βαθµό την αιτιακή τους σκέψης σε σχέση µε την αναγνώριση και την εξήγηση των αιτιακών σχέσεων. Οι συλλογιστικές στρατηγικές και οι δυσκολίες που εντοπίζονται στις απαντήσεις των µαθητών πριν και µετά τη διδασκαλία παρέχουν πολύτιµες πληροφορίες ως προς τη φύση της αιτιακής σκέψης και την ανάπτυξή της µέσα από διδακτικές διεργασίες. Επιπλέον, τα αποτελέσµατα προσφέρονται ως ανατροφοδότηση για βελτίωση της συγκεκριµένης διδακτικής παρέµβασης µε στόχο την αποτελεσµατικότερη καλλιέργεια της αιτιακής σκέψης. 1. Εισαγωγή Η αιτιακή σκέψη αποτελεί αναπόσπαστο κοµµάτι της καθηµερινής ζωής του ανθρώπου και του τρόπου κατανόησης του εαυτού του, του περιβάλλοντος και του σύµπαντος (Zimmerman, 2000; Waldmann & Hagmayer, 2001). Η γνώση της αιτίας που προκάλεσε ένα γεγονός-αποτέλεσµα παρέχει στον άνθρωπο την ικανότητα να περιγράψει, να εξηγήσει, να προβλέψει και πιθανόν να ελέγξει το γεγονός αυτό (Shultz & Kestenbaum, 1985). Οι ραγδαίες εξελίξεις σε µια κοινωνία που απαιτεί επιστηµονικό αλφαβητισµό καθιστούν επιτακτική την καλλιέργεια της αιτιακής σκέψης. Στην πλειοψηφία τους οι έρευνες που έλαβαν χώρα στις Φυσικές Επιστήµες (Φ.Ε.) για εξέταση της αιτιακής σκέψης περιορίστηκαν στην περιγραφή της αιτιότητας, στον τρόπο µε τον οποίο προκύπτουν τα αιτιακά συµπεράσµατα, καθώς και στην επιλογή των αιτιακών κανόνων (Shultz & Kestenbaum, 1985). Στη Ψυχολογία, οι έρευνες συνέβαλαν στην εξήγηση της αρχιτεκτονικής του ανθρώπινου νου µε αναφορά στον αιτιακό συλλογισµό και σε τρόπους µέτρησης της αιτιακής σκέψης (Demetriou et al., 1993). Παρόλα αυτά, οι έρευνες στα πλαίσια του κυπριακού εκπαιδευτικού συστήµατος, δεν ασχολήθηκαν επισταµένα µε την αναγνώριση και επεξήγηση αιτιακών σχέσεων. Παρά τις προσπάθειες σχεδιασµού και εφαρµογής διδακτικού υλικού σε θέµατα των Φ.Ε. (Driver et al., 2000) δεν έχει παρατηρηθεί έρευνα που να καταπιάνεται 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 327

Ε. Χριστοφόρου & Κ. Κωνσταντίνου µε τον εντοπισµό και την επεξήγηση των διαφόρων ειδών αιτιακών σχέσεων. Η αναγκαιότητα της παρούσας έρευνας έγκειται στην προσπάθεια περιγραφής και εξήγησης του τρόπου εντοπισµού και επεξήγησης αιτιακών σχέσεων, καθώς και των συλλογιστικών στρατηγικών που εφαρµόζονται από τα παιδιά.ταυτόχρονα, κρίνεται αναγκαία η δόµηση αναλυτικού προγράµµατος και διδακτικών παρεµβάσεων για καλλιέργεια βασικών πτυχών της αιτιακής σκέψης. 2. Θεωρητικό πλαίσιο Ο αιτιακός συλλογισµός είναι µια θεµελιώδης συλλογιστική στρατηγική η οποία υπεισέρχεται σε προσπάθειες κωδικοποίησης σχέσεων µεταξύ µεταβλητών που σχετίζονται µε το ίδιο φαινόµενο (Newton, 1996). Η αιτιακή σχέση (causal relation) ορίζεται ως η σχέση που συνδέει την αιτία µε το αποτέλεσµα και αποτελείται από µια συνθήκη Α (αιτία) η οποία προκαλεί µια συνθήκη Β (αποτέλεσµα) (Salmon, 1998). Αιτιακή σχέση Α (αιτία) Β (αποτέλεσµα) Αναλύοντας τις αιτιακές σχέσεις, οι Demetriou et al. (1993) υποστηρίζουν ότι οι σχέσεις µεταξύ µιας αιτίας και ενός αποτελέσµατος εµπίπτουν σε 5 κατηγορίες: Α. αναγκαία και επαρκής, Β. αναγκαία και µη επαρκής, Γ. µη αναγκαία και επαρκής,. µη αναγκαία και µη επαρκής και Ε. αρνητική ή µη συµβατή. Συγκεκριµένα, ένας παράγοντας-αιτία είναι αναγκαία συνθήκη, εφόσον χρειάζεται και πρέπει να υπάρχει για να παρατηρηθεί το αποτέλεσµα. Ένας παράγοντας-αιτία είναι επαρκής συνθήκη, εφόσον από µόνος του µπορεί και είναι ικανός να προκαλέσει το αποτέλεσµα (White, 1995). Η σηµασία της αιτιότητας είναι βασικός λόγος ενασχόλησης διαφόρων ερευνητών από την αρχαία εποχή µε τον Αριστοτέλη (Linberg, 1997), στα µεσαιωνικά χρόνια µε τον Ακίνα (Shultz, 1982) και µέχρι την πρώιµη επιστηµονική περίοδο µε το Hume (White, 1995; Shultz & Kestenbaum, 1985), ως και τις σύγχρονες µέρες. Η πρώτη γενιά ερευνητών του αιτιακού συλλογισµού ασχολήθηκε µε την περιγραφή της αιτιότητας, µε έµφαση στα είδη των αιτιακών συµπερασµάτων. Η δεύτερη γενιά ερευνητών έστρεψε το ενδιαφέρον της στη χρήση αιτιακών κανόνων ενώ η τρίτη γενιά µελέτησε τον τρόπο επιλογής των αιτιακών κανόνων στη λύση προβλήµατος (Shultz & Kestenbaum, 1985). Ο αιτιακός συλλογισµός και ειδικότερα, οι αιτιακές σχέσεις αποτελούν αντικείµενο µελέτης του Piaget (Weinert & Weinert, 1998). Ο Piaget χωρίζει την ανάπτυξη της αιτιότητας σε τρία στάδια: 1. το προλογικό στάδιο (2 7 χρονών) όπου τα παιδιά περιγράφουν τα διάφορα φαινόµενα χωρίς να επισηµαίνουν οποιαδήποτε σχέση µεταξύ αιτιών-αποτελεσµάτων, 2. το στάδιο της συγκεκριµένης λογικής σκέψης (7 11 χρονών) στο οποίο τα παιδιά κατανοούν αιτιακές σχέσεις µε ένα µόνο παράγοντα ως την αιτία ενός αποτελέσµατος, και 3. το στάδιο των τυπικών λογικών λειτουργιών (11 15 χρονών) όπου τα άτοµα αντιλαµβάνονται την πιθανότητα πολλές αιτίες να προκαλούν ένα αποτέλεσµα ή να προκύπτει ποικιλία αποτελεσµάτων από µια αιτία. 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 328

Αιτιακή Σκέψη Μαθητών Αντίθετα τα αποτελέσµατα άλλων ερευνών (Siegler, 1998; Amsel et al., 1996; Schauble, 1990; Shultz, 1982) υποστηρίζουν ότι τα παιδιά από πολύ µικρή ηλικία αναγνωρίζουν αιτιακές σχέσεις και ότι τόσο τα παιδιά όσο και οι ενήλικες έχουν πλούσιες προϋπάρχουσες αιτιακές θεωρίες για τα φαινόµενα, οι οποίες επηρεάζουν τα αιτιώδη συµπεράσµατά τους (Bullock, Gelman & Baillargeon, 1982). Στα πλαίσια της θεωρίας του ηµητρίου (Demetriou et al., 1993) εξηγείται το πεδίο της αιτιώδους πειραµατικής ΣΕΙ το οποίο περιλαµβάνει τις ικανότητες διαµόρφωσης υποθέσεων που καθιστούν το άτοµο ικανό να διαφοροποιεί τους συνδυασµούς στοιχείων που αντιλαµβάνεται και να τους εντάσσει σε κατηγορίες πιθανών αιτιακών σχέσεων. Στις ικανότητες διαµόρφωσης υποθέσεων εντοπίζονται τρία επίπεδα: 1 ο επίπεδο διατύπωση υποθέσεων για αναγκαίες και επαρκείς ή κυρίως για αναγκαίες και µη επαρκείς σχέσεις, 2 ο επίπεδο - υποθέσεις για µη αναγκαίες και µη επαρκείς σχέσεις και 3 ο επίπεδο - υποθέσεις για πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις οπότε γίνεται κατανοητή η µη αναγκαία και επαρκής σχέση (Demetriou et al. 1992; Demetriou, 1998). 3. Σκοπός της έρευνας Η έρευνα αυτή έχει σκοπό να διερευνήσει την καλλιέργεια της αιτιακής σκέψης µέσα από το σχεδιασµό και την εφαρµογή συγκεκριµένης διδακτικής παρέµβασης στα ηλεκτρικά κυκλώµατα. Συγκεκριµένα, η έρευνα αυτή έχει σκοπό να δώσει απάντηση στα πιο κάτω ερευνητικά ερωτήµατα: 1. Σε πιο βαθµό µπορεί να καλλιεργηθεί η αιτιακή σκέψη παιδιών του δηµοτικού σχολείου µέσα από δοµηµένη διδασκαλία; 2. Ποιες συλλογιστικές στρατηγικές ενεργοποιούν αυθόρµητα τα παιδιά του δηµοτικού σχολείου στην προσπάθειά τους να εντοπίσουν και να τεκµηριώσουν αιτιακές σχέσεις; 3. Πώς µεταβάλλονται, µέσα από τη διδασκαλία, οι συλλογιστικές στρατηγικές που χρησιµοποιούν τα παιδιά σε σχέση µε την αιτιακή σκέψη; 4. Μεθοδολογία Η διεξαγωγή της έρευνας ολοκληρώθηκε σε τέσσερις φάσεις. Στην πρώτη φάση της έρευνας καταρτίστηκε και χορηγήθηκε το προπειραµατικό δοκίµιο Ηλεκτρισµού και έπειτα αναπτύχθηκε το διδακτικό υλικό για την εννοιολογική κατανόηση της λειτουργίας των ηλεκτρικών κυκλωµάτων. Στη δεύτερη φάση, πραγµατοποιήθηκε η 1 η διδακτική παρέµβαση στα παιδιά της Στ τάξης (πειραµατική οµάδα). Η διδακτική παρέµβαση περιλάµβανε µέρος του διδακτικού υλικού Φυσική µε διερώτηση (McDermott, 1996), το οποίο είχε στόχο την εννοιολογική κατανόηση της λειτουργίας ηλεκτρικών κυκλωµάτων. Μετά την ολοκλήρωση της 1ης διδακτικής παρέµβασης κατασκευάστηκε και χορηγήθηκε το µεταπειραµατικό δοκίµιο Ηλεκτρισµού. 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 329

Ε. Χριστοφόρου & Κ. Κωνσταντίνου Στην τρίτη φάση της έρευνας, ετοιµάστηκε και δόθηκε το προπειραµατικό δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης(σηµ.1). Στην τέταρτη φάση της έρευνας, έγινε η 2 η διδακτική παρέµβαση που περιλάµβανε το διδακτικό υλικό για την ανάπτυξη της αιτιακής σκέψης. Η δοµή των δραστηριοτήτων του διδακτικού υλικού στηρίχτηκε στην ανασκόπηση της βιβλιογραφίας και στην επιστηµολογική ανάλυση της αιτιακής σκέψης (Demetriou et al., 1992; Demetriou et al., 1993). Έπειτα χορηγήθηκε το µεταπειραµατικό δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης (ίδιο µε το προπειραµατικό δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης) στα παιδιά της Στ τάξης. Το διαγνωστικό δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης είχε στόχο να µετρήσει την ικανότητα εντοπισµού και εξήγησης αιτιακών σχέσεων σε διαφορετικά γνωστικά περιεχόµενα (ή συγκείµενα). Ο καταρτισµός του βασίστηκε στο Τεστ Γνωστικής Ανάπτυξης του ηµητρίου. Το συγκεκριµένο Τεστ στην πρωτότυπή του µορφή αποτελεί ψυχοµετρικό όργανο και περιέχει και έργα µε τα οποία αξιολογείται η ανάπτυξη της αιτιώδουςπειραµατικής ΣΕΙ (Demetriou et al., 1992). Από τα έργα αυτά επιλέγηκε το έργο µε τους παράγοντες που επηρεάζουν το φούσκωµα ενός κέικ και διαµορφώθηκαν έξι διαφορετικές παραλλαγές του σε θέµατα Φ.Ε. Στη συνέχεια, µε βάση την επιστηµολογική ανάλυση της αιτιακής σκέψης καθορίστηκαν τα είδη των αιτιακών σχέσεων που θα συµπεριλαµβάνονταν στο δοκίµιο καθώς και η εξήγηση συλλογισµού για τις σχέσεις αυτές. Οι αιτιακές σχέσεις ήταν: Α. επαρκής και αναγκαία (Ε&Α), Β. µη επαρκής και αναγκαία (ΜΕ&Α), Γ. επαρκής και µη αναγκαία (Ε&ΜΑ),. µη επαρκής και µη αναγκαία (ΜΕ&ΜΑ). Εξετάστηκε η έννοια του ουδέτερου παράγοντα καθώς και του παράγοντα εµποδίου. Καθορίστηκαν οι δυνατοί συνδυασµοί αιτιακών σχέσεων οι οποίοι µπορούσαν να συνυπάρξουν στο ίδιο συγκείµενο: 1 ος συνδυασµός: Ε&Α, ΜΕ&ΜΑ, ουδέτερο, εµπόδιο - 2 ος συνδυασµός: Ε&ΜΑ, ΜΕ&ΜΑ, ουδέτερο, εµπόδιο - 3 ος συνδυασµός: ΜΕ&Α, ΜΕ&ΜΑ, ουδέτερο, εµπόδιο. Το διαγνωστικό δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης περιείχε δυο συγκείµενα για τον κάθε συνδυασµό αιτιακών σχέσεων ώστε να γίνεται έλεγχος της αξιοπιστίας των απαντήσεων. Ο 1 ος συνδυασµός αιτιακών σχέσεων υπήρχε στα συγκείµενα, τήξη παγωτού και εξάτµιση νερού. Ο 2 ος συνδυασµός σχέσεων παρουσιαζόταν στα συγκείµενα, ανάπτυξη φυτού και διαλυτότητα ζάχαρης. Ο 3 ος συνδυασµός παρουσιαζόταν στα έργα, φούσκωµα κέικ και αναπήδηση µπάλας. Πίνακας Ι. Έργα διαγνωστικού δοκιµίου Αιτιακής Σκέψης Έργα Θέµα Όνοµα Παράγοντα Είδη Αιτιακών Σχέσεων Απαραίτ. οκ. 1 Παράγοντες που επηρεάζουν την τήξη ενός παγωτού ψηλή θερµοκρασία πράσινο χρώµα παγωτού ορθογώνιο σχήµα χωνιού Ε & Α ΜΕ &ΜΑ ουδέτερο 1, 3, 4 1, 2 ή 2,4 1, 4 ή 2, 6 2 Παράγοντες που επηρεάζουν την αύξηση ενός φυτού πλαστ. περιτύλ. παγωτού ύπαρξη υγρασίας ψηλή θερµοκρασία αργιλώδες έδαφος µύκητες στο έδαφος εµπόδιο Ε & ΜΑ ΜΕ & ΜΑ ουδέτερο εµπόδιο 1, 5 1, 5 1, 2 ή 2, 3 1, 3 1, 6 3 Παράγοντες που προσθήκη αυγών ΜΕ & ΜΑ 2, 4 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 330

Αιτιακή Σκέψη Μαθητών επηρεάζουν ένα κέικ να φουσκώσει 4 Παράγοντες που επηρεάζουν τη διαλυτότητα της ζάχαρης 5 Παράγοντες που επηρεάζουν ύψος αναπήδησης της µπάλας 6 Παράγοντες που επηρεάζουν την εξάτµιση νερού προσθήκη µπέικ πάουντερ προσθήκη γάλατος προσθήκη λαδιού ψηλή θερµοκρασία έγχρωµο νερό χαµηλό δοχείο προσθήκη αλατιού λαστιχένιο πάτωµα λαστιχένια µπάλα κόκκινη µπάλα νερό στο πάτωµα ύπαρξη ανέµου άπλωµα ρούχων - τραπέζι πλύσιµο στο πλυντήριο ύπαρξη υγρασίας ΜΕ & Α ουδέτερο εµπόδιο Ε & ΜΑ ΜΕ & ΜΑ ουδέτερο εµπόδιο ΜΕ & ΜΑ ΜΕ & Α ουδέτερο εµπόδιο Ε & Α ΜΕ & ΜΑ ουδέτερο εµπόδιο 1, 4, 7 2, 5 ή 4, 7 4, 6 1, 3 ή 1, 4 1, 2 ή 2, 3 1, 6 1, 5 3, 4 1, 4, 7 3, 5 4, 6 1, 3, 4 1, 2 ή 2, 4 1, 4 ή 2, 5 1, 6 Σε κάθε φαινόµενο εντοπίστηκαν οι διάφοροι παράγοντες που το επηρεάζουν, οι πιθανές σχέσεις µεταξύ των παραγόντων και οι απαραίτητες δοκιµές για καθορισµό του ρόλου κάθε παράγοντα (Πίνακας 1). Σε κάθε συγκείµενο ζητήθηκε να καθοριστεί ο ρόλος τεσσάρων δοσµένων παραγόντων. Στην αρχή κάθε έργου παρουσιάζονταν οι σχετικές οδηγίες και δίνονταν σε µορφή σχεδιαγράµµατος, έξι ή εφτά δοκιµές (αρίθµηση 1-6 ή 1-7) που πραγµατοποιήθηκαν για την εξέταση των παραγόντων. Σε κάθε γνωστικό περιεχόµενο υπήρχαν τέσσερις ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής, η καθεµιά από τις οποίες αντιστοιχούσε σ ένα παράγοντα. Κάθε ερώτηση περιλάµβανε έξι πιθανές απαντήσεις: Ο παράγοντας: Α. δεν επιδρά (ουδέτερο) Β. εµποδίζει τους παράγοντες που βοηθούν (εµπόδιο) Γ. είναι αρκετός από µόνος του και χρειάζεται (επαρκής και αναγκαίος). δεν είναι αρκετός από µόνος του αλλά χρειάζεται (µη επαρκής και αναγκαίος) Ε. είναι αρκετός από µόνος του αλλά δε χρειάζεται (επαρκής και µη αναγκαίος) Στ. δεν είναι αρκετός από µόνος του και δε χρειάζεται (µη επαρκής και µη αναγκαίος). Ο µαθητής έπρεπε να επιλέξει την ορθή απάντηση από τις πιο πάνω επιλογές και να καταγράψει τις απαραίτητες δοσµένες δοκιµές για να καταλήξει στην απάντησή του. Το δείγµα για την πειραµατική οµάδα αποτέλεσαν 55 µαθητές της Στ τάξης (παιδιά ηλικίας 12 χρονών) δηµοτικού σχολείου της επαρχίας Λάρνακας. 5. Αποτελέσµατα Ο πίνακας 1 παρουσιάζει τους µέσους όρους επίδοσης για όλες τις ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής (ε.π.ε.) και για όλες τις εξηγήσεις συλλογισµού (εξ.συλλ.). 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 331

Ε. Χριστοφόρου & Κ. Κωνσταντίνου Πίνακας 1 Μέσοι όροι επίδοσης στις ε.π.ε και στις εξ.συλλ. του προπειραµατικού και µεταπειραµατικού δοκιµίου Αιτιακής Σκέψης Ε.π.ε. Εξ.συλλ. οκίµιο Αιτιακής Σκέψης Mean (X) Std. Error Mean (X) Std. Error Προπειραµατικό δοκίµιο 0.28 0.02 0.93 0.05 Mεταπειραµατικό δοκίµιο 0.34 0.02 1.01 0.06 Σύµφωνα µε τον πιο πάνω πίνακα, φαίνεται ότι υπάρχει αύξηση στην τιµή του µέσου όρου επίδοσης στις ε.π.ε. στο µεταπειραµατικό δοκίµιο σε σχέση µε το µέσο όρο στο προπειραµατικό δοκίµιο. Αύξηση παρατηρείται στην τιµή του µέσου όρου επίδοσης των εξ.συλλ. στο µεταπειραµατικό δοκίµιο. Για να διαπιστωθεί αν η διαφορά στην επίδοση τόσο για τις ε.π.ε. όσο και για τις εξ.συλλ. πριν και µετά τη διδακτική παρέµβαση είναι στατιστικά σηµαντική, εφαρµόστηκε η Πολυµεταβλητή Ανάλυση ιακύµανσης (MANOVA, General Linear Model: Repeated Measures). Το κριτήριο Wilks Lambda δείχνει ότι η επίδοση των µαθητών στις ε.π.ε. επηρεάζεται στατιστικώς σηµαντικά από την παρέµβαση, F(1/53)=9.13, p<0.01. Αντίθετα, οι επιδόσεις των µαθητών σχετικά µε τις εξ.συλλ. δεν επηρεάζονται στατιστικώς σηµαντικά από τη διδακτική παρέµβαση, F(1/54)=2.73, p>0.01. Πίνακας 2 Στατιστικός έλεγχος για σύγκριση της επίδοσης στις ε.π.ε. και στις εξ.συλλ. στο δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης πριν και µετά τη διδακτική παρέµβαση Effect Value F Hypothesis Sig. η² df/error df ιδακτική παρέµβαση (ε.π.ε.) Wilks Lambda 0.85 9.13 1/53 0.00 0.15 ιδακτική παρέµβ. (εξ.συλλ.) Wilks Lambda 0.95 2.73 1/54 0.10 0.05 Για να διαπιστωθεί αν η διαφορά στους µέσους όρους των επιδόσεων (πριν και µετά τη διδακτική παρέµβαση) στις ε.π.ε. και στις εξ.συλλ. ως προς το γνωστικό περιεχόµενο, είναι στατιστικά σηµαντική, εφαρµόστηκε η Πολυµεταβλητή Ανάλυση ιακύµανσης (MANOVA, General Linear Model: Repeated Measures). Σύµφωνα µε το κριτήριο Wilks Lambda φαίνεται ότι υπάρχει στατιστικά σηµαντική διαφορά µεταξύ των επιδόσεων τόσο στις ε.π.ε., F(5/49)=11.11, p<0.01, όσο και στις εξ.συλλ. F(5/50)=14.65, p<0.01. 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 332

Αιτιακή Σκέψη Μαθητών Πίνακας 3 Στατιστικός έλεγχος για σύγκριση των επιδόσεων (πριν και µετά τη διδασκαλία) σε ε.π.ε. και εξ.συλλ., ως προς το γνωστικό περιεχόµενο, στο δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης Effect Value F Hypothesis Sig. η² df/error df Γνωστ.περιεχ. (ε.π.ε.) Wilks Lambda 0.47 11.11 5/49 0.00 0.53 Γνωστ.περιεχ. (εξ.συλλ.) Wilks Lambda 0.41 14.65 5/50 0.00 0.59 Ο πίνακας 4 παρουσιάζει συνοπτικά τους µέσους όρους των επιδόσεων στις ε.π.ε. και στις εξ.συλλ. ως προς το κάθε είδος αιτιακής σχέσης, τόσο στο προπειραµατικό όσο και στο µεταπειραµατικό δοκίµιο. Πίνακας 4 Μέσοι όροι των επιδόσεων στις ε.π.ε. και στις εξ.συλλ., ως προς το κάθε είδος αιτιακής σχέσης, στο προπειραµατικό και µεταπειραµατικό δοκίµιο Ε. π. ε. Εξ.συλλ. Είδος αιτιακής Προπειρ. οκίµ. Μεταπειρ. οκίµ Προπειρ. οκίµ. Μεταπειρ. οκίµ σχέσης Mean X Std. Error Mean X Std. Error Mean X Std. Error Mean X Std. Error Ε&Α 0.57 0.06 0.54 0.07 1.49 0.14 1.64 0.15 ΜΕ&Α 0.34 0.06 0.48 0.07 1.21 0.12 1.44 0.14 ΜΕ&ΜΑ 0.08 0.01 0.11 0.02 0.74 0.04 0.72 0.05 Ε&ΜΑ 0.10 0.04 0.17 0.05 0.78 0.06 0.78 0.06 Ουδέτερο 0.31 0.03 0.34 0.03 0.91 0.05 0.92 0.06 Εµπόδιο 0.38 0.05 0.49 0.04 0.89 0.05 1.00 0.08 Σύµφωνα µε τον πιο πάνω πίνακα, η Ε&Α σχέση έχει το µεγαλύτερο µέσο όρο επίδοσης για τις ε.π.ε. και για τις εξ.συλλ. πριν και µετά τη διδασκαλία. Αντίθετα, η ΜΕ&ΜΑ σχέση παρουσιάζει το µικρότερο µέσο όρο επίδοσης για τις ε.π.ε. και για τις εξ.συλλ. πριν και µετά τη διδακτική παρέµβαση. Επαρκής και αναγκαία σχέση (Ε&Α) Ποσοτική ανάλυση Ο πίνακας 5 παρουσιάζει τα αποτελέσµατα από το στατιστικό έλεγχο t-test για συσχετισµένα δείγµατα (Paired-Samples t-test) που έγινε για έλεγχο της επίδοσης ως προς την Ε&Α σχέση. 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 333

Ε. Χριστοφόρου & Κ. Κωνσταντίνου Πίνακας 5 Σύγκριση της επίδοσης στις ε.π.ε. και εξ.συλλ., ως προς την Ε&Α, σε κάθε γνωστικό περιεχόµενο πριν και µετά τη διδασκαλία, και στα δυο γνωστικά περιεχόµενα στο προπειραµατικό και µεταπειραµατικό δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης Ε & Α σχέση Γνωστικό περιεχόµενο Mean difference Std. Deviation t df Sig. (2-tailed) Τήξη παγωτού (ε.π.ε.) 0.16 0.63 1.92 54 0.06 Εξάτµιση νερού (ε.π.ε.) 0.11 0.53 1.52 54 0.13 Τήξη παγωτού (εξ. συλλ.) 0.05 1.27 0.32 54 0.75 Εξάτµιση νερού (εξ. συλλ.) 0.25 1.22 1.55 54 0.13 οκίµιο Προπειραµ. δοκίµιο (ε.π.ε.) Μεταπειραµ. δοκίµιο (ε.π.ε.) Προπειραµ. δοκ. (εξ.συλλ.) Μεταπειραµ. οκ. (εξ. συλλ.) 0.31 0.07 0.33 0.13 0.50 0.54 0.86 0.92 4.54 0.50 2.82 1.02 54 54 54 54 0.00 0.62 0.00 0.31 Στον πιο πάνω πίνακα, φαίνεται ότι η διαφορά µεταξύ των µέσων όρων επίδοσης στις ε.π.ε. και στις εξ.συλλ., πριν και µετά τη διδασκαλία δεν είναι στατιστικώς σηµαντική (p>0.01) σε κάθε γνωστικό περιεχόµενο ξεχωριστά. Στο προπειραµατικό δοκίµιο η διαφορά µεταξύ των µέσων όρων επίδοσης στις ε.π.ε. και στις εξ.συλλ. για τα δυο συγκείµενα, είναι στατιστικά σηµαντική (p<0.01). Αντίθετα, στο µεταπειραµατικό δοκίµιο η συγκεκριµένη διαφορά για τα ίδια συγκείµενα δεν είναι στατιστικά σηµαντική (p>0.01). Ποιοτική ανάλυση Ο πίνακας 6 παρουσιάζει τους συνδυασµούς δοκιµών που δίνονται από τα παιδιά για εξήγηση της ορθής απάντησης σχετικά µε τον Ε&Α παράγοντα. Πίνακας 6 Ποσοστά συνδυασµών µε δοκιµές για εξήγηση του Ε&Α παράγοντα, στα δυο γνωστικά περιεχόµενα, για το προπειραµατικό και µεταπειραµατικό δοκίµιο Αιτιακής Σκέψης Προπειραµ. οκίµιο (%) Μεταπειραµ. οκίµιο (%) Προπειραµ. οκίµιο (%) Μεταπειραµ. οκίµιο (%) ΣΥΝ ΥΑΣΜΟΣ Τήξη παγωτού Εξάτµιση νερού ΟΚΙΜΩΝ Ψηλή Θερµοκρασία (Π3) Ύπαρξη ανέµου (Ρ4) Ν = 40 Ν=31 Ν=22 Ν=29 1 + 3 + 4 (Ο.Σ.) 22 22 7 16 1 + 3 + 4 + 5 (Π3) 4 4 4 13 ή 1+ 3+ 4+ 6 (Ρ4) 1 + 4 0 0 5 2 1 + 3 9 5 2 2 3 + 4 2 0 4 2 1 22 16 13 7 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 334

Αιτιακή Σκέψη Μαθητών Σύµφωνα µε τον πίνακα, ποσοστό 22% των παιδιών έδωσαν ορθή απάντηση και ορθό συλλογισµό ( 1+ 3+ 4) για τον παράγοντα Π3, τόσο στο προπειραµατικό όσο και στο µεταπειραµατικό δοκίµιο. Αντίθετα, για τον παράγοντα Ρ4, παρατηρείται αύξηση του ποσοστού των παιδιών µετά τη διδακτική παρέµβαση (16%). Στην περίπτωση του παράγοντα Π3, ο συνδυασµός δοκιµών ( 1+ 3+ 4+ 5) περιλαµβάνει όλες τις δοκιµές µε το Π3 στις οποίες είτε δίνεται είτε όχι το επιθυµητό αποτέλεσµα (4% πριν και µετά). Στην περίπτωση του παράγοντα Ρ4, ο αντίστοιχος συνδυασµός δοκιµών ( 1+ 3+ 4+ 6) έχει ποσοστό εµφάνισης 13% µεταπειραµατικά. Στους επόµενους συνδυασµούς δοκιµών που χρησιµοποιούνται περιλαµβάνονται συνδυασµοί των δυο από τις τρεις ορθές δοκιµές. Για εξήγηση του Ρ4, χρησιµοποιείται ο συνδυασµός δοκιµών ( 1+ 4) όπου είτε ο Ρ4 µόνος του ( 1) είτε σε συνδυασµό µε άλλο παράγοντα ( 4) δίνουν το αναµενόµενο αποτέλεσµα (5% πριν, 2% µετά). Ο συνδυασµός ( 1+ 3) περιλαµβάνει τη 3 δοκιµή µε το Ρ4 και ένα άλλο παράγοντα να δίνουν και πάλι επιθυµητό αποτέλεσµα. Στην περίπτωση του παράγοντα Π3, ποσοστό 22% σε προπειραµατικό στάδιο επιλέγει τη δοκιµή στην οποία ο παράγοντας παρουσιάζεται µόνος του ( 1), ενώ το ποσοστό µειώνεται σε 16% µεταπειραµατικά. Η αντίστοιχη δοκιµή του Ρ4 είναι η 1 (13% πριν, 7.27% µετά). 6. Συµπεράσµατα Η διδακτική παρέµβαση που εφαρµόστηκε για καλλιέργεια της αιτιακής σκέψης των παιδιών αποδεικνύεται αρκετά αποτελεσµατική µόνο για την αναγνώριση συνολικά όλων των αιτιακών σχέσεων σε διαφορετικά γνωστικά περιεχόµενα.επίσης, φαίνεται ότι οι µαθητές µετά τη διδακτική παρέµβαση, παρόλο που βελτιώνουν την ικανότητά τους να δίνουν ορθές εξηγήσεις συλλογισµού για όλα τα είδη των αιτιακών σχέσεων, εντούτοις η πρόοδος αυτή δεν είναι σηµαντική και δεν οφείλεται στη διδασκαλία. Η ικανότητα των παιδιών της πειραµατικής οµάδας να αναγνωρίζουν αιτιακές σχέσεις και να δίνουν ορθές εξηγήσεις συλλογισµού δείχνει να επηρεάζεται από το συγκείµενο. Εξετάζοντας αναλυτικότερα την εξάρτηση της ικανότητας αυτής από το συγκείµενο, προκύπτει ότι ενώ υπάρχουν διαφορές στην επίδοση µεταξύ συγκειµένων που περιέχουν τα ίδια είδη αιτιακών σχέσεων, εντούτοις οι διαφορές αυτές δεν οφείλονται πάντοτε στο συγκείµενο. Μόνο στην περίπτωση των έργων, τήξη παγωτού και εξάτµιση νερού, φαίνεται ότι η επίδοση της αναγνώρισης αιτιακών σχέσεων εξαρτάται από το συγκείµενο. Σύµφωνα µε το Sweller (1991), τα άτοµα µαθαίνουν ένα κανόνα ή µια καινούρια γνώση χωρίς να αυτοµατοποιείται η εφαρµογή τους. Οπότε σε ένα καινούριο πρόβληµα το οποίο διαφέρει µόνο στο περιεχόµενο, η γνωστική ικανότητα (cognitive capacity) υπερφορτώνεται και δυσκολεύονται να εφαρµόσουν τους ήδη γνωστούς τρόπους λύσης. Επιπρόσθετα, η διδακτική παρέµβαση δε συµβάλει στην ανάπτυξη της ικανότητας των παιδιών να αναγνωρίζουν το κάθε είδος αιτιακής σχέσης ξεχωριστά και να δίνουν ορθές εξηγήσεις συλλογισµού. Παρόλο που στα περισσότερα είδη σχέσεων παρατηρείται 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 335

Ε. Χριστοφόρου & Κ. Κωνσταντίνου βελτίωση µετά τη διδασκαλία, εντούτοις η πρόοδος αυτή δεν επηρεάζεται από την ίδια την παρέµβαση. Τα είδη των αιτιακών σχέσεων τα οποία δεν επηρεάζονται από τη συγκεκριµένη διδασκαλία είναι: Ε&Α, ΜΕ&Α, Ε&ΜΑ, ΜΕ&ΜΑ, ουδέτερο και εµπόδιο. Εξαίρεση παρατηρείται για τη ΜΕ&Α σχέση, όπου φαίνεται µεµονωµένη επίδραση της διδασκαλίας στην αναγνώριση της σχέσης. Το διαφορετικό συγκείµενο σε κάποιες αιτιακές σχέσεις φαίνεται να επιδρά, όπως στην περίπτωση αναγνώρισης της Ε&Α σχέσης και στην εξήγηση συλλογισµού µόνο πριν τη διδασκαλία Στην παρούσα έρευνα προκύπτει ότι τα παιδιά της πειραµατικής οµάδας αναγνωρίζουν την Ε&Α σχέση και εξηγούν το συλλογισµό τους, µε µεγαλύτερη ευκολία σε αντίθεση µε τις υπόλοιπες αιτιακές σχέσεις (βλ. ιάγραµµα 4). Έπειτα πριν και µετά τη διδασκαλία, ως προς την αναγνώριση του είδους αιτιακής σχέσης ακολουθεί το εµπόδιο και µετά η ΜΕ&Α σχέση. Όσον αφορά τις εξηγήσεις συλλογισµού, την Ε&Α ακολουθεί η ΜΕ&Α σχέση. Το συµπέρασµα αυτό ενισχύεται σε µεγάλο βαθµό από τους Demetriou et al. (1993), οι οποίοι αναφέρονται στο πρώτο επίπεδο της αιτιώδουςπειραµατικής ΣΕΙ, όπου τα άτοµα κάνουν υποθέσεις για Ε&Α ή για ΜΕ&Α σχέσεις. ιάγραµµα 4 Σύγκριση ιεράρχησης αιτιακών σχέσεων Demetriou et al. (1993) παρούσας έρευνας Όσον αφορά την αναγνώριση του είδους της αιτιακής σχέσης πριν και µετά τη διδασκαλία, τη ΜΕ&Α ακολουθεί µε χαµηλότερη επίδοση το ουδέτερο, και έπειτα η Ε&ΜΑ σχέση. Η ΜΕ&ΜΑ φαίνεται να είναι η δυσκολότερη σχέση όσον αφορά την αναγνώρισή της. Σχετικά µε την εξήγηση συλλογισµού πριν τη διδασκαλία, τη ΜΕ&Α ακολουθεί ο ουδέτερος παράγοντας και έπειτα το εµπόδιο ενώ µετά τη διδασκαλία, η σειρά των δυο αυτών παραγόντων αντιστρέφεται. Η Ε&ΜΑ παρουσιάζεται προτελευταία στη σειρά δυσκολίας. Τέλος, η ΜΕ&ΜΑ σχέση εµφανίζεται και πάλι να είναι η δυσκολότερη σχέση. Τα συµπεράσµατα αυτά δεν ταυτίζονται µε την ιεράρχηση 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 336

Αιτιακή Σκέψη Μαθητών των επιπέδων διαµόρφωσης υποθέσεων των Demetriou et al. (1993). Πιθανή ερµηνεία µιας τέτοιας διαφοράς είναι η εξάρτηση της ικανότητας εξήγησης συλλογισµού της ΜΕ&ΜΑ σχέσης στο συγκείµενο. Όσον αφορά τις εξηγήσεις συλλογισµού που δίνονται για την Ε&Α σχέση, φαίνεται ότι η αναφορά σε όλες τις δοκιµές στις οποίες εντοπίζεται ο ζητούµενος παράγοντας αποτελεί ένα τρόπο εξήγησης συλλογισµού, ο οποίος ενισχύεται και χρησιµοποιείται µετά τη διδασκαλία. Μια τέτοια συλλογιστική στρατηγική περιέχει πλεονασµό δοκιµών και θεωρεί ότι εάν συµπεριληφθούν όλες οι δοκιµές µε το ζητούµενο παράγοντα δίνεται ολοκληρωµένη εξήγηση της απάντησης. Η εξήγηση συλλογισµού κατά την οποία ο ζητούµενος παράγοντας παρουσιάζεται να επιδρά µόνος του δίνοντας το επιθυµητό αποτέλεσµα, χρησιµοποιείται για την περίπτωση του Ε&Α παράγοντα. Σ αυτή την εξήγηση, της οποίας η εµφάνιση µειώνεται µεταπειραµατικά, τα παιδιά δεν ελέγχουν οποιαδήποτε άλλη δοκιµή και δε διαχωρίζουν το συλλογισµό κατά το σχεδιασµό πειραµάτων (π.χ. έλεγχος µεταβλητών) από το συλλογισµό για εντοπισµό των αιτιακών σχέσεων. Ως επαρκής θεωρείται ο παράγοντας ο οποίος όταν εµφανίζεται στις δοκιµές δίνει αναµενόµενο αποτέλεσµα, χωρίς να εξετάζεται η επίδραση του παράγοντα αυτού όταν είναι µόνος του. Η αντίληψη αυτή χρησιµοποιείται σε όλα σχεδόν τα συγκείµενα, τόσο πριν τη διδασκαλία όσο και µετά τη διδασκαλία. Αναγκαίος θεωρείται ο παράγοντας ο οποίος µε άλλο παράγοντα δίνουν το αναµενόµενο αποτέλεσµα, γεγονός που είναι αρκετό να συµβαίνει σε µια µόνο δοκιµή. Άλλες δοκιµές µε τον παράγοντα αυτό να δίνει το επιθυµητό αποτέλεσµα δε χρησιµοποιούνται. Αυτή η εξήγηση συλλογισµού εµφανίζεται µόνο πριν τη διδασκαλία για την Ε&Α σχέση. Τα αποτελέσµατα υποστηρίζουν ότι µια µόνο δοµηµένη διδακτική παρέµβαση είναι µεν αναγκαία αλλά όχι επαρκής για να επιφέρει την εις βάθος καλλιέργεια της αιτιακής σκέψης. Όπως αναφέρει ο Siegler (1998), χρειάζεται εξάσκηση και καλλιέργεια του επιστηµονικού συλλογισµού για να βελτιωθεί τόσο η ικανότητα αναγνώρισης όσο και η ικανότητα εξήγησης αιτιακών σχέσεων. Η αναδόµηση και η ανάπτυξη µιας αποτελεσµατικότερης διδακτικής προσέγγισης θα συµβάλει στην καλλιέργεια της αιτιακής σκέψης. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Amsel, E. et al. (1996). The Development of Reasoning about Causal and Noncausal Influences on Levers. Child Development, 67 (4), 1624-1646. Bullock, M., Gelman, R. & Baillargeon, R. (1982). The Development of Causal Reasoning. In W. Friedman (Ed.) The development psychology of time. New York: Academic. Demetriou, A. et al. (1992). Structural systems in developing cognition, science, and education. In A. Demetriou, M. Shayer & A. Efklides (Eds.). Neo-Piagetian theories of cognitive development (p. 79-103). London: Routledge. 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 337

Ε. Χριστοφόρου & Κ. Κωνσταντίνου Demetriou, A. et al. (1993). Structure and Development of Causal-Experimental Thought: From Early Adolescence to Youth. Developmental Psychology, 29 (3), 480-497. Demetriou, A. (1998). Cognitive Development. In A. Demetriou, W. Doise & C. van Lieshout (Eds.). Life- span Developmental Psychology. Chichester: John Wiley & sons. Driver, R. et al. (2000). Οικο- οµώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστηµών. Αθήνα: Τυπωθήτω. Linberg, D. C. (1997). Οι Απαρχές της υτικής Επιστήµης. (Η. Μαρκολέφας, µετάφραση). Αθήνα: Πανεπιστηµιακές εκδόσεις Ε.Μ.Π. McDermott, L.C. (1996). Physics by Inquiry (Volumes I& II). John Willey & Sons, Inc: New York. Newton, P. D. (1996). Causal Situations in Science: A model for supporting understanding. Learning and Instruction, 6 (3), 201-217. Salmon, W. (1998). Causality and Explanation. New York: Oxford University Press. Schauble, L. (1990). Belief revision in children. Journal of Experimental Child Psychology, 49, 31 57. Shultz, R. T. (1982). Rules of Causal Attribution. Monographs of the Society for Research in Child Development, 47 (1), Shultz, R. T. & Kestenbaum, R. N. (1985). Causal Reasoning in Children. In J. G. Whitehurst (Ed.). Annals of Child Development. (195-249). London: Jai Press INC. Siegler, S. R. (1998). Children s Thinking. New Jersey: Prentice Hall. Sweller, J. (1991). Some modern myths of cognition and instruction. In J. B. Biggs (Ed), Teaching for learning. The view from cognitive psychology. Victoria: ACER, Radford House. Waldmann, R. M. & Hagmayer, Y. (2001). Estimating causal strength: the role of structural knowledge and processing effort. Cognition, 82, 27-58. Weinert, E. F. & Weinert, S. (1998). History and Systems of Developmental Psychology. In A. Demetriou, W. Doise & C. van Lieshout (Eds.). Life- span Developmental Psychology. Chichester: John Wiley & sons. White, A. P. (1995). The Understanding of Causation and the Production of Action. East Sussex: Lawrence Erlbaum Associated Ltd. Zimmerman, C. (2000). The Development of Scientific Reasoning Skills. Developmental Review, 20, 99-149. 1 Το δοκίµιο είναι διαθέσιµο από τους συγγραφείς 9 ο Συνέδριο Παιδαγωγικής Εταιρείας Κύπρου 338