Μελέτη της φύσης των φυσικών επιστημών: αποτίμηση της κατάστασης στην Ελλάδα και διδασκαλία της στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση

Abstract

The present dissertation is about the integration of nature of scientific knowledge (NOSK) into teaching in the Greek Secondary Education.In the first part of the dissertation, the theoretical background, the suggestions for the definition of nature of science, and its characteristics are classified into two categories. Also, the critique for both suggestions and a proposed conciliation approach are presented. It was decided and explained why to follow the suggestion from the Lederman group. The first part closes with the presentation of the three, according to Engeström, generations of the Cultural-Historical Activity Theory. The third generation and the five principles in which it can be summarized are presented more analytically. Out of the five principles, the 4th and the 5th, which refer to contradictions and their role, and the cycle of expansive learning, respectively, are presented more extensively. The decision to use the Cultural-Historical Activity Theory, and more specifically the cycle of expansive learning, as the theoretical-methodological framework for the design and implementation of our PD-program are explained. Our research is presented in the second part of the dissertation. A literature review on nature of scientific knowledge (NOSK) teaching is presented. Researchers agree that: a) nature of scientific knowledge is important to be integrated into teaching, and they connect it with scientific literacy and students’ activation, b) NOSK instruction is more effective when performed in an explicit, reflective, and contextualized way, and c) teacher training is necessary for teachers to teach it. The literature review continues with the recording of the teaching approaches used in NOSK instruction and the presentation of the advantages and disadvantages of each approach. Three teaching approaches are recorded, through a) History of Science, b) Scientific Inquiry, and c) discussion of Socio-scientific issues. There is no recorded simultaneous recording of all three approaches. The decision to use all the approaches to the following PD-program is explained.The presentation of the research on the integration level of NOSK aspects in Greek Secondary Education and the cultural characteristics of Greek science teachers follows. The research revealed that the curriculum and the school textbooks do not contain NOSK aspects, most teachers do not know NOSK aspects as an organized body of knowledge, even if they empirically refer to some of them, and they never assess students on them. Teachers are mostly interested to prepare students for the exams. Finally, most teachers have naïve views on most NOSK aspects. All that was presented above lead to decisions to organize the PD-program. These decisions are presented in total, justified, and their implementation leads to the organization of the PD-program. It took place in Thessaloniki, in cooperation with the 4 Laboratory Centers for Physical Education (E.K.F.E.) of Thessaloniki. 49 teachers participated, from April 2018 to May 2019, in six 3-hour meetings. The first four meetings have been initially organized (April – May 2018), one for each teaching approach, starting with History of Science, the Scientific Inquiry followed, and the Socio-scientific issues were presented in the end. In the fourth meeting, participant teachers presented their lesson plans, and a discussion on the evaluation of the program followed. One of the problems that arise from the teachers during the presentations and the discussion was the need for one more meeting, that took place in December 2018, and one more, that took place in May 2019. In the third part of the dissertation, the results of the research are discussed. It starts with the evaluation of the PD-program. Through the evaluation of the program, it comes out: 1) considering cognitive results: a) participant teachers learned NOSK aspects, b) most of them are able to design a lesson plan that integrates NOSK aspects, and c) to integrate them into teaching. 2) Considering the structure of the PD-program: teachers regard a) the knowledge of the three approaches to be necessary, b) they agree with the order of their presentation, c) they mostly use the Scientific Inquiry, but they do not reject any of the three, and d) they found the PD-program to be interesting and necessary. The dissertation ends with the discussion of the results and their interpretation based on the theoretical framework and the literature review. The consequence of the findings of the dissertation in the field of research and instruction, the limitations of research, and suggestions for further research follow.

Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την ενσωμάτωση της διδασκαλίας της φύσης της γνώσης των Φυσικών Επιστημών (Φ.Ε.) στη διδασκαλία των Φ.Ε. στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση στην Ελλάδα. Στο πρώτο μέρος της διατριβής, θεωρητικό πλαίσιο, αρχικά παρουσιάζονται, ταξινομημένες σε δυο μεγάλες κατηγορίες, οι προτάσεις που έχουν κατατεθεί στη βιβλιογραφία για τον ορισμό της φύσης των Φυσικών Επιστημών (Φ.Ε.) και των προτεινόμενων χαρακτηριστικών της, οι «διενέξεις» μεταξύ των υποστηρικτών διαφορετικών απόψεων και μια συμβιβαστική πρόταση. Από τις υπάρχουσες προτάσεις στη διατριβή υιοθετείται η πρόταση της ομάδας του Lederman και αιτιολογείται η επιλογή της. Το πρώτο μέρος κλείνει με την παρουσίαση των τριών, σύμφωνα με τον Engeström, γενεών της Πολιτισμικής-Ιστορικής Θεωρίας της Δραστηριότητας με αναλυτικότερη παρουσίαση της 3ης γενιάς και των πέντε αρχών στις οποίες αυτή μπορεί να συνοψιστεί. Από τις πέντε αυτές αρχές, παρουσιάζονται εκτενέστερα η 4η Αρχή, που αναφέρεται στις αντιφάσεις και στο ρόλο τους, και η 5η Αρχή, η οποία αναφέρεται στον κύκλο της επεκτατικής μάθησης. Αιτιολογείται η απόφαση να χρησιμοποιηθεί ως θεωρητικό μεθοδολογικό πλαίσιο για το σχεδιασμό και την υλοποίηση του προγράμματος επιμόρφωσης η Πολιτισμική-Ιστορική Θεωρία της Δραστηριότητας και πιο συγκεκριμένα ο κύκλος της επεκτατικής μάθησης.Στο δεύτερο μέρος της διατριβής παρουσιάζεται η έρευνά μας. Αρχικά παρουσιάζεται η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας για τη διδασκαλία της φύσης της γνώσης των Φ.Ε. Οι ερευνητές συμφωνούν: α) ότι η διδασκαλία της φύσης των Φ.Ε. είναι σημαντικό να ενσωματωθεί στη διδασκαλία των Φ.Ε., και τη συνδέουν με τον επιστημονικό γραμματισμό και την ενεργοποίηση των μαθητών, β) ότι η διδασκαλία της φύσης των Φ.Ε. είναι περισσότερο αποτελεσματική όταν γίνεται με σαφή, αναστοχαστικό τρόπο και εντός γνωστικού πλαισίου και γ) ότι είναι αναγκαία η επιμόρφωση των εκπαιδευτικών για να την διδάξουν. Η ανασκόπηση της βιβλιογραφίας συνεχίζεται με την καταγραφή των διδακτικών προσεγγίσεων που χρησιμοποιούνται για τη διδασκαλία της φύσης της γνώσης των Φ.Ε., και την παρουσίαση των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων καθεμιάς από τις προσεγγίσεις αυτές. Έχουν καταγραφεί τρεις διδακτικές προσεγγίσεις: α) μέσω της Ιστορίας των Φ.Ε., β) μέσω της Επιστημονικής Διερεύνησης και γ) μέσω της ενασχόλησης με κοινωνικο-επιστημονικά ζητήματα, χωρίς να υπάρχει καταγεγραμμένη σύγχρονη εφαρμογή και των τριών. Αιτιολογείται η απόφαση να χρησιμοποιηθούν στο επιμορφωτικό πρόγραμμα που ακολουθεί και οι τρεις διδακτικές προσεγγίσεις. Ακολουθεί η παρουσίαση της έρευνας για το βαθμό συμπερίληψης της φύσης της γνώσης των Φ.Ε. στην Ελληνική Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση και ανάδειξης των πολιτισμικών χαρακτηριστικών των Ελλήνων εκπαιδευτικών. Από αυτήν προέκυψε ότι το πρόγραμμα σπουδών και τα σχολικά βιβλία δεν περιλαμβάνουν τα χαρακτηριστικά της φύσης της γνώσης των Φ.Ε., οι περισσότεροι εκπαιδευτικοί δεν γνωρίζουν οργανωμένα τα χαρακτηριστικά της, και αν ακόμη αναφέρουν εμπειρικά ορισμένα από αυτά, δεν αξιολογούν τους μαθητές στη γνώσης τους. Οι εκπαιδευτικοί ενδιαφέρονται κυρίως για την προετοιμασία των μαθητών για τις εξετάσεις. Τελικά, η πλειοψηφία των μαθητών έχουν απλοϊκές απόψεις για τα περισσότερα χαρακτηριστικά της φύσης της γνώσης των Φ.Ε..Τα όσα εκτέθηκαν σε όλα τα προηγούμενα οδηγούν σε λήψη αποφάσεων για την οργάνωση επιμορφωτικού προγράμματος. Οι αποφάσεις αυτές παρουσιάζονται συνολικά, αιτιολογούνται και με την εφαρμογή τους οδηγούν στη διαμόρφωση του επιμορφωτικού προγράμματος. Αυτό πραγματοποιήθηκε στη Θεσσαλονίκη με τη συνεργασία των 4 Ε.Κ.Φ.Ε. του Νομού και τη συμμετοχή 49 εκπαιδευτικών, από τον Απρίλιο του 2018 ως το Μάιο του 2019 σε έξι τρίωρες συναντήσεις. Αρχικά είχαν οργανωθεί οι τέσσερις πρώτες (Απρίλιος – Μάιος 2019), μία για κάθε μία διδακτική προσέγγιση, με την Ιστορία των Φ.Ε. να παρουσιάζεται πρώτη, να ακολουθεί η Επιστημονική Διερεύνηση και τέλος η συζήτηση κοινωνικο-επιστημονικών ζητημάτων. Στην τέταρτη συνάντηση έγινε παρουσίαση σχεδίων μαθήματος από συμμετέχοντες εκπαιδευτικούς, και ακολούθησε συζήτηση αξιολόγησης του προγράμματος. Από τα προβλήματα που εμφανίστηκαν στην παρουσίαση και τη συζήτηση, αναδείχτηκε από τους εκπαιδευτικούς η ανάγκη μιας ακόμη συνάντησης, που έγινε το Δεκέμβριο του 2018, η οποία οδήγησε σε ακόμη μία, που έγινε το Μάιο του 2019. Στο τρίτο μέρος της διατριβής παρουσιάζονται και συζητούνται τα αποτελέσματα της έρευνας. Αρχικά παρουσιάζεται η αξιολόγηση του προγράμματος επιμόρφωσης. Από την επεξεργασία των δεδομένων που συγκεντρώθηκαν προκύπτει: 1) Ως προς τα γνωστικά αποτελέσματα: α) οι επιμορφούμενοι έμαθαν τα χαρακτηριστικά της φύσης της γνώσης των Φ.Ε., β) είναι, στην πλειοψηφία τους, ικανοί να σχεδιάσουν ένα μάθημα που να περιλαμβάνει τα χαρακτηριστικά της φύσης της γνώσης των Φ.Ε., και γ) να τα εντάσσουν στη διδασκαλία τους. 2) Ως προς τη δομή του προγράμματος: οι εκπαιδευτικοί θεωρούν: α) αναγκαία τη γνώση και των τριών προσεγγίσεων, β) συμφωνούν με τη σειρά παρουσίασής τους γ) χρησιμοποιούν περισσότερο την προσέγγιση με την επιστημονική διερεύνηση, χωρίς όμως να απορρίπτουν καμία από τις τρεις και δ) γενικότερα βρήκαν το πρόγραμμα ενδιαφέρον και χρήσιμο. Η διατριβή τελειώνει με σχολιασμό των αποτελεσμάτων και ερμηνεία τους με βάση το θεωρητικό πλαίσιο και τη βιβλιογραφική ανασκόπηση. Αναφέρονται οι συνέπειες των ευρημάτων της διατριβής τόσο στο πεδίο της έρευνας όσο και στο πεδίο της διδασκαλίας, οι περιορισμοί της έρευνας και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.