Ιστορικά μοντέλα για το γονίδιο και τη γονιδιακή λειτουργία στις αντιλήψεις μαθητριών/τών και εκπαιδευτικών της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Abstract

The importance of genetic literacy, as an aspect of scientific literacy, is widely documented in numerous studies, while the integration of genetics into in secondary and higher education curricula internationally emphasizes genetics’ central position in science education. Studies highlighting students' perceptions, however, indicate significant difficulties in students’ understanding of genetics, show conceptual confusion, and an inability to understand complex genetic phenomena and processes at different organizational levels, such as the molecular, cellular, and phenomenological (phenotypic) levels. The inherent conceptual variation in genetics’ terminology such as that of 'gene' or 'gene function', having received historically different interpretations and explanations, further complicates its teaching. In addition, during the educational process, teachers face learners’ alternative perceptions, often cultivated through mass media, family environment or other informal forms of education, which often present an obstacle. The investigation of students' perceptions of genetics is widespread in international educational research compared to Greek data. At the same time, research on teachers' perceptions of genetics is quite restricted both internationally and for the Greek population. Despite the broad interest, researchers focus their studies mainly on detecting alternative perceptions and misconceptions, the assessment of genetic determinism, the understanding of genetics’ concepts in relation to a specific aspect of gene function, therefore not tackling the entirety of the parts which constitute the gene function. The present dissertation examines students’ and teachers’ perceptions regarding the gene and gene function, focusing on the conceptual variation of these concepts historically, while matching features from five multiple historical models, the Mendelian, classical, biochemical-classical, neoclassical, and modern models and their individual epistemological characteristics. Considering these models, a qualitative systematic review of the literature examining students' and teachers' perceptions of genetics internationally is conducted. A total of 38 scientific publications and 11 scientific articles concerning students' and teachers' perceptions respectively were analysed, and then classified into the historical models according to the detected epistemological features in the studies. At the main research study 18 12th Grade students and 25 Biology teachers participated, following the theoretical sampling method where the enrichment of the data allows their parallel analysis during the research. The research instrument chosen was the semi-structured interview, while content analysis guided by theory and epistemological model features provided the theoretical framework for analysis. The results of the qualitative systematic review of the literature show that there are two concepts of the gene in students’ and teachers’ perceptions of the gene-function relationship, the Mendelian one where the gene is considered as an abstract concept, and the neoclassical where it is defined as an information carrier and/or a DNA segment. Furthermore, while students seem to be unable to link different organisational levels of gene function, as they often did not include a protein as a mediator when describing the genotype-phenotype relationship (classical model). As studies focusing on teachers’ perception of genetics were scarce, only weak generalisations were able to be made. Regarding Greek students, the biochemical-classical model was dominant at their perceptions, as a hybridization of classical and neoclassical models’ characteristics. Similar results have been found in international studies, but also in relation to Greek textbooks, where the same model prevailed. Moreover, the neoclassical model was found more frequently in the perceptions of Greek teachers, which is in line with international studies involving biologists holding PhDs in Molecular Biology, Genetics, and related disciplines of Biology. The results of the present study present a detailed view of students' and teachers' perceptions of the gene and its function, constituting a first simultaneous assessment of genetics in this context in the Greek student and teacher population. Furthermore, the findings of the study can provide a basis for teaching materials’ creation in genetics, from the perspective of the history of science and the changing scientific knowledge, portrayed through the conceptual variation shown through the five historical genetic models.

Η σημασία του γενετικού γραμματισμού, πτυχή του επιστημονικού γραμματισμού, είναι ευρέως καταγεγραμμένη σε πλήθος ερευνών, και η ενσωμάτωση της γενετικής σε αναλυτικά προγράμματα σπουδών στη δευτεροβάθμια και τριτοβάθμια εκπαίδευση διεθνώς αποδεικνύει τα βήματα που έχουν πραγματοποιηθεί για την ενίσχυσή του. Μελέτες που αναδεικνύουν αντιλήψεις μαθητριών/τών και φοιτητριών/τών, ωστόσο, υποδεικνύουν σημαντικές δυσκολίες στην κατανόηση της ορολογίας της γενετικής, εννοιολογική σύγχυση, καθώς και αδυναμία στην κατανόηση πολύπλοκων γενετικών φαινομένων και διαδικασιών σε διαφορετικά οργανωτικά επίπεδα, όπως το μοριακό, το κυτταρικό και το φαινομενολογικό (φαινοτυπικό). Η εγγενής εννοιολογική ποικιλότητα σε όρους της γενετικής όπως αυτή του «γονιδίου» ή της «γονιδιακής λειτουργίας», έχοντας λάβει ιστορικά διαφορετικές ερμηνείες και εξηγήσεις, δυσχεραίνει ακόμα περισσότερο τη διδασκαλία της. Στην εκπαιδευτική διαδικασία καλούνται οι εκπαιδευτικοί, πέρα από τις προαναφερθείσες δυσκολίες που έχουν να αντιμετωπίσουν, εμπόδιο αποτελούν και οι εναλλακτικές αντιλήψεις των εκπαιδευόμενων, που συχνά καλλιεργούνται και μέσω των μέσων μαζικής ενημέρωσης, του οικογενειακού περιβάλλοντος, ή άλλων άτυπων μορφών εκπαίδευσης. Η διερεύνηση των αντιλήψεων μαθητριών/τών για τη γενετική είναι ευρέως διαδεδομένη στη διεθνή εκπαιδευτική έρευνα, ενώ υπάρχουν μόνο λίγες για τα ελληνικά δεδομένα. Παράλληλα, έρευνες που αφορούν στις αντιλήψεις εκπαιδευτικών σε θέματα γενετικής είναι πολύ λίγες διεθνώς και απουσιάζουν για τον ελληνικό πληθυσμό. Ακόμα, κατά την αναζήτηση της διαθέσιμης βιβλιογραφίας καταγράφονται έρευνες που εξετάζουν αντιλήψεις για τη γενετική εκπαιδευόμενων και εκπαιδευτικών εστιάζοντας κυρίως στην ανίχνευση εναλλακτικών αντιλήψεων και παρανοήσεων, στην εκτίμηση του γενετικού ντετερμινισμού, στην κατανόηση εννοιών της γενετικής σε σχέση με συγκεκριμένη διδακτική ακολουθία, γεγονός που μπορεί να αποκλείει κάποιο στοιχείο που απαρτίζει τη δομή και λειτουργία των γονιδίων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει τις αντιλήψεις μαθητριών/τών και εκπαιδευτικών ως προς το γονίδιο και τη γονιδιακή λειτουργία με άξονα την εννοιολογική ποικιλότητα που παρουσιάζουν οι έννοιες αυτές ιστορικά, και αντιστοιχίζοντας στοιχεία από πέντε πολλαπλά ιστορικά μοντέλα που τις περιγράφουν, το Μεντελικό, το κλασικό, το βιοχημικό-κλασικό, το νεοκλασικό και το σύγχρονο μοντέλο και τα επιμέρους επιστημολογικά τους χαρακτηριστικά. Υπό το πρίσμα αυτών των μοντέλων πραγματοποιείται ποιοτική συστηματική ανασκόπηση της βιβλιογραφίας που μελετά αντιλήψεις μαθητριών/τών και εκπαιδευτικών για τη γενετική διεθνώς. Συνολικά αναλύθηκαν 38 επιστημονικές δημοσιεύσεις και 11 επιστημονικά άρθρα που αφορούσαν αντιλήψεις μαθητριών/τών και εκπαιδευτικών αντίστοιχα, ενώ ταξινομήθηκαν οι αντιλήψεις στα ιστορικά μοντέλα ανάλογα με τα ανιχνεύσιμα επιστημολογικά χαρακτηριστικά στις μελέτες. Η κύρια μελέτη της έρευνας αποτελείται από διερεύνηση των αντιλήψεων μαθητριών/τών και εκπαιδευτικών στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση στην Ελλάδα, όπου συμμετείχαν 18 μαθήτριες/τές της Γ’ Λυκείου και 25 Βιολόγοι εκπαιδευτικοί εν ενεργεία, ακολουθώντας τη θεωρητική δειγματοληψία όπου ο εμπλουτισμός των δεδομένων επιτρέπει την παράλληλη ανάλυσή τους κατά τη διεξαγωγή της έρευνας. Το ερευνητικό εργαλείο που επιλέχθηκε ήταν η ημιδομημένη συνέντευξη, ενώ η ανάλυση περιεχομένου καθοδηγούμενη από τη θεωρία και τα επιστημολογικά χαρακτηριστικά των μοντέλων αποτέλεσε το θεωρητικό πλαίσιο ανάλυσης. Τα αποτελέσματα της ποιοτικής συστηματικής ανασκόπησης της βιβλιογραφίας δείχνουν να παρουσιάζονται δύο έννοιες του γονιδίου στις αντιλήψεις μαθητριών/τών και εκπαιδευτικών για τη σχέση γονιδίου – λειτουργίας, τη Μεντελική που θεωρεί το γονίδιο ως αφηρημένη έννοια και τη νεοκλασική που το ορίζει ως φορέα πληροφορίας ή/και ως τμήμα DNA, ενώ οι μαθήτριες/τές φαίνεται να αδυνατούν να συνδέσουν διαφορετικά οργανωτικά επίπεδα της γονιδιακής λειτουργίας, συνήθως χωρίς να αναφέρονται στη σχέση γονότυπου – φαινότυπου χωρίς πρωτεΐνες ως διαμεσολαβητές (κλασικό μοντέλο). Ο περιορισμένος αριθμός μελετών για αντιλήψεις εκπαιδευτικών σε θέματα γενετικής οδηγεί σε ασθενείς γενικεύσεις αποτελεσμάτων. Όσον αφορά τις αντιλήψεις των Ελληνίδων/ων μαθητριών/τών, σε αυτές αναδεικνύεται το βιοχημικό-κλασικό μοντέλο, με υβριδισμό χαρακτηριστικών του κλασικού και του νεοκλασικού μοντέλου. Παρόμοια αποτελέσματα έχουν βρεθεί και σε διεθνείς έρευνες, αλλά και σε σχέση με το ιστορικό μοντέλο που επικρατεί στα ελληνικά σχολικά εγχειρίδια. Αντίστοιχα, το νεοκλασικό μοντέλο επικράτησε στις αντιλήψεις των Ελληνίδων/ων εκπαιδευτικών, συμβαδίζοντας με διεθνείς έρευνες στις οποίες συμμετείχαν Διδάκτορες Μοριακής Βιολογίας, Γενετικής και σχετικών κλάδων Βιολογίας. Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αναδεικνύουν αναλυτικά τα στοιχεία που απαρτίζουν τις αντιλήψεις των μαθητριών/τών και των εκπαιδευτικών σχετικά με το γονίδιο και τη λειτουργία του, αποτελώντας μια πρώτη ταυτόχρονη εκτίμηση των αντιλήψεων για το γονίδιο σε αυτό το πλαίσιο στον ελληνικό μαθητικό και εκπαιδευτικό πληθυσμό. Επιπλέον, τα ευρήματα της έρευνας μπορούν να αποτελέσουν βάση για δημιουργία διδακτικού υλικού της γενετικής υπό την προοπτική της ιστορίας της επιστήμης και της μεταβαλλόμενης επιστημονικής γνώσης σύμφωνα με την πληροφορία για όλες τις πτυχές της γονιδιακής λειτουργίας και πως την αντιλαμβάνονται οι μαθήτριες/τές και τα ιστορικά μοντέλα.