Γνωστικές και συναισθηματικές προσεγγίσεις της διδασκαλίας μετακλασικών και σύγχρονων θεμάτων των φυσικών επιστημών στο λύκειο

Abstract

Scientific Literacy (SL) is a term which is generally valued among science educators and curriculum designers as a desirable student learning outcome. Learning Science, from the other hand, is a hard task for the majority of students, due to cognitive and affective factors. Cognitive factors are caused by the abstract nature of science, while affective factors are linked to the lack of the connection of science with everyday life and society.This thesis explores the various levels of Scientific Literacy among first-year undergraduate students of specific university departments, regarding post-classical and modern science subjects. There are also presented and discussed for their possible causes some misconceptions on these topics that are relevant to and concern society. The first part of the research is based in a similar one designed by Israeli educators from Rehovot University and covers green chemistry and modern materials issues, while the second part, designed by the author is about nuclear physics and its applications, military and non – military ones. Most of the topics are part of the physics curriculum for general education of the twelfth grade in Greek high school, while they are also encountered in informal-education sources. The study was structured about newspapers scientific articles. Two properly adapted newspaper science articles accompanied from open-ended questionnaires were answered by the students. All the answers were analyzed and evaluated with respect to their content based in an assessment instrument. The findings clearly showed many misconceptions and conceptual difficulties caused by many factors discussed in the text while a large number of students abstained from providing answers in specific questions.The same study, regarding nuclear issues, carried with a large number of Turkish undergraduate students from Balikesir University. Proportions of acceptable or partially acceptable answers were very low for Turkish sample too. In a following chapter suggestions for improved instruction are made. These suggestions consist of context-based and interdisciplinary teaching that modern school science should seek to do to encourage scientific literacy. These approaches to science teaching and relevant to nuclear physics are expected to be popular and involve ethical, scientific, political and social issues.The last part of this thesis is an attempt to implement an analytical framework proposed by E.Mortimer and P.Scott for classroom interactions between students and teacher and conceptual change about 1s atomic orbital. Specific difficulties of implementation were found and discussed, by means of individual and team interviews of undergraduate students.

Ο Επιστημονικός Αλφαβητισμός (ΕΑ) είναι ένας όρος που θεωρείται από τους καθηγητές ερευνητές των φυσικών επιστημών και τους σχεδιαστές αναλυτικών προγραμμάτων ως ένας επιθυμητός διδακτικός στόχος. Η μάθηση στα μαθήματα των φυσικών επιστημών, από την άλλη, είναι μια δύσκολη διαδικασία για την πλειονότητα των μαθητών λόγω γνωστικών και συναισθηματικών παραγόντων. Οι γνωστικοί παράγοντες οφείλονται στην αφηρημένη φύση της επιστήμης, ενώ οι συναισθηματικοί παράγοντες συνδέονται με την έλλειψη σύνδεσης της επιστήμης με την καθημερινή ζωή και την κοινωνία.Αυτή η διατριβή ερευνά τα διάφορα επίπεδα του Επιστημονικού Αλφαβητισμού μεταξύ πρωτοετών φοιτητών συγκεκριμένων πανεπιστημιακών τμημάτων, σχετικά με μετακλασικά και σύγχρονα αντικείμενα φυσικών επιστημών. Επίσης, παρουσιάζονται και συζητούνται για τις πιθανές αιτίες τους μερικές παρανοήσεις πάνω σε αυτά τα θέματα και τα οποία είναι σχετικά με και αφορούν την κοινωνία. Το πρώτο μέρος της έρευνας βασίστηκε σε μια αντίστοιχη που σχεδιάστηκε από ισραηλινούς ερευνητές των φυσικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Rehovot και καλύπτει θέματα πράσινης χημείας και νανοτεχνολογίας, ενώ το δεύτερο μέρος, που έχει σχεδιαστεί από τον συγγραφέα σχετίζεται με την πυρηνική φυσική και τις εφαρμογές της, στρατιωτικές και μη. Τα περισσότερα από τα αντικείμενα αποτελούν μέρος του αναλυτικού προγράμματος της φυσικής γενικής παιδείας της τρίτης τάξης του γενικού λυκείου, ενώ συναντώνται και σε άτυπες πηγές εκπαίδευσης. Η μελέτη δομήθηκε πάνω σε επιστημονικά άρθρα εφημερίδων. Δυο κατάλληλα επιλεγμένα άρθρα συνοδευόμενα από ερωτηματολόγια ερωτήσεων ανοικτού τύπου δόθηκαν στους φοιτητές για να απαντηθούν. Όλες οι απαντήσεις αναλύθηκαν και αξιολογήθηκαν όσον αφορούσε το περιεχόμενό τους με τη βοήθεια ενός αξιολογικού εργαλείου, δηλαδή ενός βαθμολογικού σχήματος. Τα ευρήματα κατέδειξαν πολλές παρανοήσεις και δυσκολίες κατανόησης των εννοιών που οφείλονται σε πολλούς παράγοντες που συζητούνται στο κείμενο ενώ ένας μεγάλος αριθμός φοιτητών απέφυγε να απαντήσει σε συγκεκριμένες ερωτήσεις.Η ίδια έρευνα, που αφορούσε την πυρηνική φυσική, πραγματοποιήθηκε με ένα μεγάλο αριθμό Τούρκων φοιτητών του πανεπιστημίου του Balikesir. Τα ποσοστά των αποδεκτών και των εν μέρει αποδεκτών απαντήσεων, και στην περίπτωση των Τούρκων φοιτητών εμφανίστηκαν επίσης πολύ χαμηλά. Σε επόμενο κεφάλαιο της διατριβής γίνονται προτάσεις για βελτιωμένη διδασκαλία, που χαρακτηρίζονται από διαθεματικότητα και διδασκαλία που λαμβάνει υπόψη της το συνολικό πλαίσιο, με στόχο να ενθαρρύνει τον επιστημονικό αλφαβητισμό. Αυτές οι προσεγγίσεις στη διδασκαλία των φυσικών επιστημών σχετικά με την πυρηνική φυσική εμπεριέχουν ηθικά, επιστημονικά και κοινωνικά θέματα και αναμένονται ότι θα είναι ελκυστικές.Το τελευταίο μέρος της διατριβής, είναι μια προσπάθεια εφαρμογής ενός αναλυτικού πλαισίου των E.Mortimer και P.Scott των σχολικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ μαθητών και καθηγητή και την εννοιολογική αλλαγή σχετικά με το ατομικό τροχιακό 1s. Βρέθηκαν και συζητούνται συγκεκριμένες δυσκολίες εφαρμογής του συγκεκριμένου πλαισίου, και παρατίθενται ατομικές και ομαδικές συνεντεύξεις πρωτοετών φοιτητών.