Διερεύνηση των οπτικών και αναλυτικών στρατηγικών επίλυσης προβλημάτων οργανικής χημείας από λύτες διαφορετικής εμπειρίας και της σχέσης τους με την οπτικοχωρική ικανότητα των μαθητών

Abstract

In the present thesis, the adoption of imagistic and analytic strategies by individuals at different levels of expertise, school students, university students and teachers, was investigated. For this purpose three instruments, VASCHEM, VACT and VACTA, were constructed and their capability of detecting the use of imagistic and analytic strategies during problem solving in organic chemistry, and more specifically in molecular structure, was examined. Data analysis revealed VACT (Visual Analytic Chemistry Task) as the most appropriate instrument with good psychometric qualities, which allows the direct detection of analytic strategy use without requiring the time consuming investigation of drawing inferences about underlying mental processes. The VACT was administered to 293 individuals of different levels of expertise and the results indicated that the adoption of analytic strategies in organic chemistry is a particularly difficult process that requires the systematic acquisition of Organic Chemistry knowledge in this field. The results also showed that there is a systematic shift in strategy use with the acquisition of expertise. Novices and individuals who are in the process of expertise fail, in some cases, to use analytic strategies in chemistry not because they lack knowledge, but because they face difficulty to ignore the response strongly suggested by visual inspection. The results, also, revealed that students’ performance in Organic Chemistry is favored by their spatial ability. However, students’ performance in this field is determined by the acquisition of chemistry knowledge. Furthermore, in this thesis the design and the development of a training material in the use of imagistic and analytic strategies for the secondary education are presented. A pilot study was carried out in order to examine the content validity of the material and the corresponding software as well as the functionality of the platform through which the pilot application was conducted.

Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκε η υιοθέτηση οπτικών και αναλυτικών στρατηγικών κατά την επίλυση προβλημάτων Οργανικής Χημείας από λύτες διαφορετικών επιπέδων εμπειρίας, μαθητές, φοιτητές και εκπαιδευτικούς. Για το σκοπό αυτό δημιουργήθηκαν τρία εργαλεία, τα VASCHEM, VACT και VACTA, τα οποία αξιολογήθηκαν για να διαπιστωθεί αν είναι κατάλληλα να ανιχνεύσουν τη χρήση των οπτικών και αναλυτικών στρατηγικών κατά την επίλυση προβλημάτων που αναφέρονταν στη μοριακή δομή οργανικών ενώσεων. Η ανάλυση των δεδομένων ανέδειξε το εργαλείο VACT (Visual Analytic Chemistry Task) ως το πλέον κατάλληλο, το οποίο διαθέτει καλά ψυχομετρικά χαρακτηριστικά και επιτρέπει την απευθείας ανίχνευση της χρήσης αναλυτικών στρατηγικών χωρίς να απαιτείται η χρονοβόρος διερεύνηση των διαδικασιών συλλογισμού. Η εφαρμογή του VACT σε 293 συμμετέχοντες διαφορετικού επιπέδου εμπειρίας έδειξε ότι η υιοθέτηση των αναλυτικών στρατηγικών στην Οργανική Χημεία είναι μια ιδιαίτερα δύσκολη διαδικασία που απαιτεί τη συστηματική απόκτηση γνώσης στο συγκεκριμένο πεδίο. Τα αποτελέσματα έδειξαν, επίσης, ότι υπάρχει μια συστηματική αλλαγή στο είδος της χρησιμοποιούμενης στρατηγικής με την απόκτηση εμπειρίας. Οι άπειροι λύτες, αλλά και εκείνοι που βρίσκονται στη διαδικασία απόκτησης εμπειρίας, πολλές φορές αποτυγχάνουν να εφαρμόσουν αναλυτικές στρατηγικές όχι επειδή στερούνται γνώσεων Χημείας, αλλά επειδή παρουσιάζουν αδυναμία να αγνοούν τη διαισθητική απάντηση που επιβάλλεται ισχυρά από την οπτική παρατήρηση. Επίσης, προέκυψε ότι η οπτικοχωρική ικανότητα των μαθητών ευνοεί την επίδοσή τους στην Οργανική Χημεία. Όμως, καθοριστικό ρόλο παίζει η απόκτηση της γνώσης στο συγκεκριμένο πεδίο. Στη διατριβή αυτή παρουσιάζεται, επιπλέον, ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη υλικού εξάσκησης στη χρήση οπτικών και αναλυτικών στρατηγικών για τη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Στην πιλοτική έρευνα που πραγματοποιήθηκε ελέγχθηκε η εγκυρότητα του περιεχομένου του υλικού και του λογισμικού που δημιουργήθηκε, καθώς και η λειτουργικότητα της πλατφόρμας μέσω της οποίας πραγματοποιήθηκε η πιλοτική εφαρμογή.