Διδασκαλία ενεργειακών εννοιών σε σύνθετα τεχνολογικά συστήματα: η περίπτωση του αυτοκινήτου

Abstract

The aim of this dissertation is the design and evaluation of a teaching intervention for the introduction of energy concepts through the study of a complex technological system (the car), within the framework of the innovative and constructive conception for Technology and Physical Sciences curriculum.It is a feasibility study carried out at three levels: analysis, design and implementation / evaluation. The level of analysis includes (a) the epistemological analysis of basic energy concepts, as well as the engineering knowledge of different types of car, (b) the analysis of students' perceptions for energy as well as for the operation of complex systems and (c) the analysis of the requirements of the innovative and constructive conception for the Natural Sciences and Technology curriculum.The design level includes the formulation of the teaching objectives and shaping the content of the teaching sequence. The structural features of the sequence are (a) the cultural choice of introducing energy concepts into a technological context (car operation), (b) the conceptual choice of the systemic approach of a complex technological system through the energy chain model, and (c) the methodological choice of the school version of the hypothetical-productive approach to school knowledge.The proposed teaching sequence consists of two modules that refer to conventional and electric cars and is implemented through activities based on transformed material derived from the modeling of real technological objects. Finally, the level of application / evaluation includes the experimental implementation of the teaching sequence in 42 students of the Greek high school (first grade) and the assessment of the cognitive progress of the students.The results of the evaluation show that the majority of sample students respond well and make significant cognitive progress by building coherent mental representations in relation to the proposed school knowledge and in particular about the energy approach of different types of car.

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η αξιολόγηση μιας διδακτικής ακολουθίας για την εισαγωγή ενεργειακών εννοιών μέσω μελέτης ενός σύνθετου τεχνολογικού συστήματος (του αυτοκινήτου), στα πλαίσια της καινοτομικής και εποικοδομητικής αντίληψης για το αναλυτικό πρόγραμμα Τεχνολογίας και Φυσικών Επιστημών. Πρόκειται για έρευνα εφικτότητας η οποία διενεργείται σε τρία επίπεδα: της ανάλυσης, του σχεδιασμού και της εφαρμογής/αξιολόγησης. Το επίπεδο ανάλυσης περιλαμβάνει (α) την επιστημολογική ανάλυση που αφορά βασικές ενεργειακές έννοιες αλλά και γνώση αναφοράς μηχανικού που αφορά σε διάφορους ενεργειακούς τύπους αυτοκινήτων, (β) την ανάλυση των νοητικών παραστάσεων των μαθητών για την ενέργεια αλλά και για την τεχνολογία λειτουργίας σύνθετων συστημάτων και (γ) την ανάλυση των απαιτήσεων της καινοτομικής και εποικοδομητικής αντίληψης για το αναλυτικό πρόγραμμα Φυσικών Επιστημών και Τεχνολογίας. Το επίπεδο σχεδιασμού περιλαμβάνει την διατύπωση των διδακτικών στόχων και την διαμόρφωση του περιεχομένου της διδακτικής ακολουθίας. Δομικά χαρακτηριστικά της ακολουθίας συνιστούν (α) η πολιτισμική επιλογή της εισαγωγής ενεργειακών εννοιών εντός ενός τεχνολογικού πλαισίου (λειτουργία αυτοκινήτου), (β) η εννοιολογική επιλογή της συστημικής προσέγγισης ενός σύνθετου τεχνολογικού συστήματος μέσω του μοντέλου των ενεργειακών αλυσίδων και (γ) η μεθοδολογική επιλογή της σχολικής εκδοχής της υποθετικο-παραγωγικής προσέγγισης της σχολικής γνώσης. Η προτεινόμενη ακολουθία απαρτίζεται από δύο διδακτικές ενότητες οι οποίες αναφέρονται στα συμβατικά (βενζινοκίνητα) και ηλεκτρικά αυτοκίνητα και υλοποιείται μέσω δραστηριοτήτων οι οποίες βασίζονται σε μετασχηματισμένο υλικό προερχόμενο από μοντελοποίηση πραγματικών τεχνολογικών αντικειμένων. Τέλος, το επίπεδο εφαρμογής/αξιολόγησης περιλαμβάνει την πειραματική εφαρμογή της διδακτικής ακολουθίας σε 42 μαθητές της α’ γυμνασίου και την αξιολόγηση της προσδοκώμενης γνωστικής προόδου των μαθητών. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης δείχνουν ότι η πλειοψηφία των μαθητών του δείγματος ανταποκρίνονται ικανοποιητικά και είναι δυνατόν να σημειώσουν σημαντική γνωστική πρόοδο, οικοδομώντας συνεκτικές νοητικές παραστάσεις σε σχέση με την προτεινόμενη σχολική γνώση και ειδικότερα με την ενεργειακή προσέγγιση των διαφορετικών τύπων αυτοκινήτου.