Ανάπτυξη, εφαρμογή και αξιολόγηση μεθοδολογίας για τη δημιουργία κινήτρων μάθησης της φυσικής στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση: η περίπτωση της ενέργειας

Abstract

The purpose of the present dissertation is the development, application and evaluation of methodology aiming at increasing students’ motivation for learning Physics in Secondary Education and specifically for the concept of energy. To achieve the aforementioned purpose research was conducted in the 2nd year of junior high school in the context of the Physics course.The reasons that led to this research have as a starting point the indisputable necessity of creating motives for learning in students. Motivation affects all aspects of school life and has a significant impact on learning and performance. How to increase motivation has been, and remains, a concern for the education and scientific communities and consequently further investigation in this field is required.Because motivation cannot be directly measured, researchers evaluate motivation variables and components. To this end, the motivation variables in this study included interest, self-efficacy, and engagement, and were selected because they are deemed essential, age appropriate and strong indicators of motivation. Particularly in a school context, research on the factors that drive interest has increased in recent years, even though this area has been well grounded in psychology. The same applies for self-efficacy. Extensive research conducted in international level demonstrates the importance of self-efficacy for an individual’s drive. The concept of energy was specifically targeted because its understanding is one of the most important objectives in the Physics curriculum, not to mention its many applications in the real world. Moreover, energy is a concept that unifies all sciences and its lack of a concrete definition makes it even more difficult for students to grasp. For this reason, energy continues to attract much research interest in the field of education. Eighth grade students were chosen because the concept of energy is taught in the junior high school introductory physics. Within the scope of this work, a teaching intervention was designed and implemented in a public junior high school in Greece and research data was collected in real classroom settings. The main purpose of the intervention was for the students to obtain the desired understanding of energy and related concepts, by reinforcing the mechanisms of enhanced interest and self-efficacy. Special emphasis was also placed on student engagement because it is a direct consequence of interest. The collected data allowed us to explore the interconnections between variables and to draw conclusions. It should be noted that from the literature review we were not able to locate similar studies that relate motivation with the understanding of the concept of energy via the mediating factors of enhanced self-efficacy, interest and engagement. Therefore, the intervention was tailored to ensure that it was student-centered, and its design and implementation were delivered as part of a guided inquiry. The sample was made up of an experimental group and a control group. The experimental group received the intervention, whereas the control group was taught according to a standard teaching method. The intervention was implemented during the 2016-2017 and 2017-2018 academic years in a single public junior high school located in the Prefecture of Arta, Northwestern Greece. A total of 110 students made up the experimental group and a total of 96 students were in the control group. The intervention started at the end of January and lasted up to the end of May and was delivered during two separate teaching slots per week as established by the National Physics Curriculum. The students worked in groups and the structure and planning of activities was carried out based on the Renninger & Hidi model of interest development and Bandura’s theory of self-efficacy. A learning environment was created to encourage students to design and implement short-term simple experiments with everyday materials. Special software was also designed and developed as an aid to understand the concept of energy and related concepts. The software’s design focused on the exact performance of the analog through 3D imaging, in order for students to understand the step by step process of the experiments and enabled the teacher to interact with the software to facilitate the teaching process. The ‘Glowscript’ open source platform uses the VPython programming language and is a tool for the illustration of simple Physics. To find out to what extent interest was associated with self-efficacy and learning outcomes all students, in both groups, were administered self-report questionnaires. At this point, worth mentioning is that to evaluate interest, international research studies have demonstrated the necessity to measure the level of student involvement. The questionnaires assessed each variable separately and were based on existing literature questionnaires with appropriate adaptations for purposes of data collection. The data were then analyzed with the Statistical Package for the Social Sciences. The reliability of the questionnaires was first verified with the Cronbach alpha. The Pearson r coefficient was calculated to test the correlation. The average interest, self-efficacy, level of involvement and performance for both the experimental and control groups was also calculated, in addition to the average for each student separately. The results showed a strong correlation between the motivation variables and performance, which in fact was the desired outcome. The study also found that increased interest is directly associated with increased performance, with an increased level of involvement and with desired learning outcomes.

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη, η εφαρμογή και η αξιολόγηση μεθοδολογίας, κύριος στόχος της οποίας είναι η δημιουργία κινήτρων για τη μάθηση της Φυσικής στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση και συγκεκριμένα για την έννοια της ενέργειας. Για την επίτευξη του προαναφερθέντος σκοπού διεξήχθη έρευνα στη Β’ Γυμνασίου και στα πλαίσια του μαθήματος της Φυσικής. Οι λόγοι που οδήγησαν στην υλοποίηση της έρευνας αυτής έχουν ως σημείο αφετηρίας την αδιαμφισβήτητη αναγκαιότητα της δημιουργίας κινήτρων για μάθηση στους μαθητές. Τα κίνητρα επηρεάζουν όλες τις πτυχές της σχολικής ζωής και έχουν σημαντική επίδραση στη μάθηση και την επίδοση. Ο τομέας της δημιουργίας κινήτρων έχει απασχολήσει στο παρελθόν και εξακολουθεί να απασχολεί την εκπαιδευτική και επιστημονική κοινότητα και καθιστά την ερευνητική ενασχόληση στο συγκεκριμένο τομέα απαραίτητη. Εξαιτίας του γεγονότος ότι δε μπορεί να γίνει απευθείας αποτίμηση των κινήτρων οι ερευνητές μελετούν μεταβλητές/συνιστώσες κινήτρων. Στην παρούσα έρευνα επιλέχθηκαν ως μεταβλητές κινήτρων το ενδιαφέρον (interest), η αυτοαποτελεσματικότητα (self-efficacy) και η εμπλοκή (engagement ). Η επιλογή των συγκεκριμένων μεταβλητών έγινε διότι αποτελούν μεταβλητές ζωτικής σημασίας, είναι κατάλληλες για την ηλικία των μαθητών και αποτελούν ισχυρές ενδείξεις για τη δημιουργία κινήτρων. Συγκεκριμένα η έρευνα για το ενδιαφέρον αυξήθηκε τα τελευταία χρόνια, το συγκεκριμένο θέμα όμως έχει μακρά ιστορία στην ψυχολογία και την εκπαίδευση. Το ίδιο συμβαίνει και με την έννοια της αυτοαποτελεσματικότητας. Πολυάριθμες έρευνες αλλά και εκτενείς μελέτες στο διεθνή επιστημονικό χώρο καταδεικνύουν τη σπουδαιότητά της αυτοαποτελεσματικότητας στις διαδικασίες κινητοποίησης του ατόμου. Όσον αφορά την επιλογή της έννοιας της ενέργειας αυτή συνδέεται με το γεγονός ότι η κατανόησή της αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους στόχους στη διδασκαλία της Φυσικής και όχι μόνο. Και αυτό διότι πρόκειται για μία ενοποιητική έννοια των Θετικών επιστημών αλλά και διότι, το γεγονός έλλειψης ακριβούς ορισμού την κάνει ακόμη πιο δύσκολη. Η ενέργεια αποτέλεσε και εξακολουθεί να αποτελεί αντικείμενο πολυετών μελετών στο χώρο της εκπαιδευτικής έρευνας. Ένας από τους λόγους που επιλέχθηκε η τάξη της Β΄ Γυμνασίου όπου διδάσκεται η έννοια της ενέργειας, είναι διότι τα εισαγωγικά μαθήματα Φυσικής θεωρούνται πολύ βασικά για τους μαθητές καθώς η επίδοσή τους έχει άμεση επιρροή στη μελλοντική επιλογή κατεύθυνσης και αποτελούν πύλες για τον επιστημονικό τους εγγραμματισμό. Ένας άλλος λόγος είναι ότι οι μαθητές των μεγαλύτερων τάξεων του λυκείου συνήθως είναι προσανατολισμένοι σε μαθήματα που συνδέονται άμεσα με τη επιλογή κατεύθυνσης και επομένως δεν αποτελούν κατάλληλο ερευνητικό δείγμα. Στα πλαίσια της έρευνας μας σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε διδακτική παρέμβαση σε δημόσιο σχολείο. Τα ερευνητικά επομένως δεδομένα είναι από πραγματικές συνθήκες σχολικής τάξης. Η παρέμβαση είχε ως βασικό στόχο την επιθυμητή ακαδημαϊκή επίδοση των μαθητών σε σχέση με την ενέργεια και με έννοιες σχετικές με αυτή μέσω της ενίσχυσης του ενδιαφέροντος και της αυτοαποτελεσματικότητας. Επίσης δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στην εμπλοκή των μαθητών (engagement), γιατί αυτή συνδέεται άμεσα με το ενδιαφέρον αποτελώντας άμεση συνέπεια αυτού. Η συλλογή και ανάλυση δεδομένων από την ελληνική σχολική πραγματικότητα έδωσε τη δυνατότητα διερεύνησης του πλέγματος σχέσεων μεταξύ των μεταβλητών και την εξαγωγή συμπερασμάτων. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι η διερεύνηση της βιβλιογραφίας έδειξε ότι δεν υπάρχει αντίστοιχη μελέτη που να συνδυάζει τη δημιουργία κινήτρων συγκεκριμένα για την έννοια της ενέργειας μέσω του συνδυασμού ενίσχυσης αυτοαποτελεσματικότητας, ενδιαφέροντος και εμπλοκής. Η παρέμβαση ήταν μαθητοκεντρική και ο σχεδιασμός και η υλοποίησή της ήταν στα πλαίσια της καθοδηγούμενης διερεύνησης. Στην έρευνα συμμετείχαν δύο ομάδες, η πειραματική (experimental group) και η ομάδα ελέγχου (control group). Η πειραματική ομάδα ήταν αυτή στην οποία εφαρμόστηκε η παρέμβαση, ενώ η διδασκαλία στην ομάδα ελέγχου ήταν παραδοσιακή. Η παρέμβαση εφαρμόστηκε τα σχολικά έτη 2016-2017 και 2017-2018 σε δημόσιο σχολείο του νομού Άρτας. Στην πειραματική ομάδα συμμετείχαν συνολικά Ν=110 μαθητές και στην ομάδα ελέγχου συνολικά Ν=96 μαθητές. Η χρονική διάρκεια της παρέμβασης ήταν από τα τέλη Ιανουαρίου έως και τα τέλη Μάιου και συγκεκριμένα σε δύο ξεχωριστές διδακτικές ώρες την εβδομάδα, όπως προβλέπεται για τη διδασκαλία της Φυσικής από το Αναλυτικό Πρόγραμμα. Στη διάρκεια της παρέμβασης οι μαθητές εργάστηκαν σε ομάδες. Η συγκρότηση και ο σχεδιασμός των δραστηριοτήτων πραγματοποιήθηκαν με βάση το μοντέλο των Renninger & Hidi για την ανάπτυξη του ενδιαφέροντος και με βάση τη θεωρία του Bandura για την αυτοαποτελεσματικότητα. Δημιουργήθηκε ένα μαθησιακό περιβάλλον το οποίο, εκτός των άλλων, ενθάρρυνε τους μαθητές να υλοποιούν μικρής διάρκειας απλά πειράματα με καθημερινά υλικά. Η υλοποίηση των δραστηριοτήτων ήταν αρκετά εφικτή, για το σύνολο των μαθητών, γεγονός που βοήθησε τη διατήρηση της εμπλοκής και του ενδιαφέροντος τους. Στη διάρκεια υλοποίησης των πειραμάτων οι μαθητές εργαζόμενοι σε ομάδες είχαν τη δυνατότητα να ασκηθούν σε επιστημονικές διαδικασίες. Σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε επίσης κατάλληλο λογισμικό το οποίο αφορούσε το γνωστικό κομμάτι της ενέργειας και τις σχετικές με αυτή έννοιες. Για τον σχεδιασμό του λογισμικού δόθηκε έμφαση στην ακριβή απόδοση αναλόγου μέσω της 3D απεικόνισης, με κατεύθυνση την κατανοητή από μαθητές διαδικασία στα πειράματα αλλά και στη δυνατότητα του εκπαιδευτικού να αλληλοεπιδρά με το σύστημα ώστε να διευκολύνεται η εκπαιδευτική διαδικασία. Εργαλείο υλοποίησης πειραμάτων είναι η πλατφόρμα ανοικτού κώδικα ‘Glowscript’ στην οποία χρησιμοποιήθηκε η γλώσσα προγραμματισμού VPython. Βασικό ερευνητικό ερώτημα ήταν το αν και πόσο σχετίζονται το ενδιαφέρον με την αυτοαποτελεσματικότητα, την εμπλοκή και τα μαθησιακά αποτελέσματα. Για το λόγο αυτό δόθηκαν σε όλους τους μαθητές και των δύο ομάδων ερωτηματολόγια αυτοαναφοράς. Σε αυτό το σημείο αξίζει να τονίσουμε ότι για τη μελέτη του ενδιαφέροντος, με βάση έρευνες από τον διεθνή χώρο, κρίθηκε απαραίτητο να μετρηθεί και το επίπεδο εμπλοκής των μαθητών. Τα ερωτηματολόγια αφορούσαν ξεχωριστά κάθε μία μεταβλητή. Βασίστηκαν σε ήδη υπάρχοντα ερωτηματολόγια μετά από κατάλληλη προσαρμογή στα δεδομένα της παρούσας έρευνας. Μετά τη συλλογή των δεδομένων ακολούθησε στατιστική επεξεργασία με το πρόγραμμα SPSS. Αρχικά ελέγχθηκε η αξιοπιστία των ερωτηματολογίων με τον υπολογισμό του α Cronbach και στη συνέχεια, για τον έλεγχο της συσχέτισης, υπολογίστηκε ο συντελεστής Pearson r. Υπολογίστηκε επίσης ο μέσος όρος του ενδιαφέροντος, της αυτοαποτελεσματικότητας, του επιπέδου εμπλοκής και της επίδοσης και για την πειραματική και για την ομάδα ελέγχου αλλά και ο μέσος όρος για κάθε μαθητή ξεχωριστά. Από τα αποτελέσματα καταδεικνύεται η ισχυρή συσχέτιση των μεταβλητών κινητοποίησης με την επίδοση που είναι και το επιθυμητό αποτέλεσμα. Συγκεκριμένα βρέθηκε ότι το αυξημένο ενδιαφέρον συνδέεται άμεσα με αυξημένη αποτελεσματικότητα, αυξημένο επίπεδο εμπλοκής και υψηλά μαθησιακά αποτελέσματα.