Η διδασκαλία στοιχείων νανοτεχνολογίας μέσω της χρήσης ψηφιακών τεχνολογιών σε παιδιά πρώτης σχολικής ηλικίας

Abstract

Despite a growing body of research focusing on learning through digital technologies in childhood, there are areas of knowledge where the impact of digital technologies has yet to be explored. A prominent example is nanoscience and nanotechnology (NST), a new interdisciplinary field that promises to solve long-term global challenges. Considering that NST involves elements that cannot be observed with the naked eye, young children's understanding of them requires appropriate teaching methods. These aspects of NST align well with the potential of digital technologies, such as smart mobile devices, whose critical feature is their ability to display interactive simulations and playful visualisations. This study investigates and compares the impact of tablet, computer, and alternative experiential teaching on the development of early school-age children's ability to understand nanoscale elements. Size and scale are cross-cutting NST concepts integral to scientific understanding. The implementation of the primary research is a weekly intervention, including two experimental groups and one control group. Using software applications in digital games, young children interacted with elements of NST concepts. Children in the first experimental group participated in a nano-lesson during the school curriculum using educational software on computers, while children in the second experimental group utilised the same software running on tablets. Children in the control group participated in a similar instruction without using technology. The three-stage study aimed to measure the effectiveness of two different digital technologies (computers and tablets) at an introductory level in young children's understanding of the elements of nanotechnology concepts. One hundred and fifty second-grade children of public primary schools in Heraklion, Crete, constituted the sample of the main study. In order to evaluate the children's performance, the Test of Elementary Knowledge Understanding of Nanoscale (TENANO), created for this study's needs, was used. The results showed that teaching with tablets and computers compared to alternative experiential teaching contributed significantly to developing the young children's nano-literacy level, with the tablet group dominating. Furthermore, gender and non-verbal cognitive ability did not seem to differentiate the development of children's ability to understand nanoscale entities.

Παρά την αυξανόμενη έρευνα που επικεντρώνεται στη μάθηση μέσω των ψηφιακών τεχνολογιών στην παιδική ηλικία, υπάρχουν τομείς γνώσης όπου ο αντίκτυπος των ψηφιακών τεχνολογιών δεν έχει ακόμη διερευνηθεί. Ένα εξέχον παράδειγμα είναι η νανοεπιστήμη και νανοτεχνολογία (N-ΕT), ένας νέος διεπιστημονικός τομέας που υπόσχεται να επιλύσει μακροχρόνιες παγκόσμιες προκλήσεις. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η Ν-ΕΤ αφορά σε στοιχεία που δεν μπορούν να παρατηρηθούν με γυμνό μάτι, η κατανόησή τους από τα μικρά παιδιά απαιτεί κατάλληλες μεθόδους διδασκαλίας. Αυτές οι ιδιαίτερες πτυχές της Ν-ΕΤ ευθυγραμμίζονται καλά με τις δυνατότητες των ψηφιακών τεχνολογιών, όπως οι έξυπνες φορητές συσκευές, το κρίσιμο χαρακτηριστικό των οποίων είναι η ικανότητά τους να προβάλλουν διαδραστικές προσομοιώσεις και παιγνιώδεις απεικονίσεις. Η παρούσα μελέτη διερευνά και συγκρίνει την επίδραση της χρήσης ταμπλετών, των υπολογιστών και της εναλλακτικής βιωματικής διδασκαλίας στην ανάπτυξη της ικανότητας κατανόησης στοιχείων νανοκλίμακας από παιδιά πρώτης σχολικής ηλικίας. Το μέγεθος και η κλίμακα είναι οριζόντιες ιδέες της Ν-ΕΤ που αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της επιστημονικής κατανόησης. Την υλοποίηση της κυρίως έρευνας αποτελεί η πραγματοποίηση μιας εβδομαδιαίας παρέμβασης, που περιλαμβάνει δύο πειραματικές ομάδες και μία ομάδα ελέγχου. Χρησιμοποιώντας εφαρμογές λογισμικού με τη μορφή ψηφιακών παιχνιδιών, ομάδες μικρών παιδιών αλληλοεπέδρασαν με στοιχεία εννοιών της N-ΕΤ. Τα παιδιά της πρώτης πειραματικής ομάδας συμμετείχαν σε μια νανοδιδασκαλία κατά τη διάρκεια του σχολικού προγράμματος, χρησιμοποιώντας εκπαιδευτικό λογισμικό σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές, ενώ της δεύτερης πειραματικής αξιοποίησαν το ίδιο λογισμικό που έτρεχε σε ταμπλέτες. Τα παιδιά της ομάδας ελέγχου συμμετείχαν σε μια ακριβώς παρόμοια διδασκαλία, αλλά χωρίς τη χρήση τεχνολογίας. Η έρευνα σε τρία στάδια είχε ως στόχο να μετρήσει την αποτελεσματικότητα δύο διαφορετικών ψηφιακών τεχνολογιών (υπολογιστές και ταμπλέτες) σε εισαγωγικό επίπεδο στην κατανόηση των στοιχείων των εννοιών της Νανοτεχνολογίας από τα μικρά παιδιά. Εκατόν πενήντα παιδιά Β’ τάξης δημόσιων δημοτικών σχολείων του Ηρακλείου Κρήτης αποτέλεσαν το δείγμα της κυρίως έρευνας. Για την αξιολόγηση των επιδόσεων των παιδιών, χρησιμοποιήθηκε το τεστ κατανόησης στοιχειωδών γνώσεων για τη Νανοκλίμακα (TENANO) που δημιουργήθηκε για τις ανάγκες της παρούσας μελέτης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διδασκαλία με ταμπλέτες και υπολογιστές σε σύγκριση με την εναλλακτική βιωματική διδασκαλία συνέβαλε σημαντικά στην ανάπτυξη του επιπέδου του νανοεγγραμματισμού των μικρών παιδιών, με κυρίαρχη την ομάδα των ταμπλετών. Επιπλέον, το φύλο και η μη λεκτική νοητική ικανότητα δεν φάνηκε να διαφοροποιούν την ανάπτυξη της ικανότητας των παιδιών να κατανοούν οντότητες της νανοκλίμακας.

Trotz einer wachsenden Anzahl von Forschungsarbeiten, die sich auf das Lernen durch digitale Technologien in der Kindheit konzentrieren, gibt es Wissensbereiche, in denen die Auswirkungen digitaler Technologien noch nicht untersucht wurden. Ein prominentes Beispiel ist die Nanowissenschaft und Nanotechnologie (NST), ein neues interdisziplinäres Feld, das verspricht, langfristige globale Herausforderungen zu lösen. Angesichts der Tatsache, dass NST Elemente umfasst, die mit bloßem Auge nicht beobachtet werden können, erfordert das Verständnis dieser Elemente bei jungen Kindern geeignete Unterrichtsmethoden. Diese Aspekte der NST stimmen gut mit dem Potenzial digitaler Technologien überein, wie z. B. intelligente mobile Geräte, deren entscheidendes Merkmal ihre Fähigkeit ist, interaktive Simulationen und spielerische Visualisierungen anzuzeigen. Diese Studie untersucht und vergleicht die Auswirkungen von Tablet, Computer und alternativem erfahrungsbasiertem Unterricht auf die Entwicklung der Fähigkeit von Grundschulkindern im frühen Schulalter, nanoskalige Elemente zu verstehen. Größe und Maßstab sind übergreifende NST-Konzepte, die für das wissenschaftliche Verständnis unerlässlich sind. Die Durchführung der primären Forschung ist ein wöchentlicher Eingriff, der zwei experimentelle Gruppen und eine Kontrollgruppe umfasst. Mit Softwareanwendungen in digitalen Spielen interagierten junge Kinder mit Elementen von NST-Konzepten. Kinder in der ersten experimentellen Gruppe nahmen während des Schulunterrichts an einer Nanounterrichtsstunde teil, bei der Bildungssoftware auf Computern verwendet wurde, während Kinder in der zweiten experimentellen Gruppe dieselbe Software auf Tablets verwendeten. Kinder in der Kontrollgruppe nahmen an einem ähnlichen Unterricht ohne Technologie teil. Die dreistufige Studie hatte zum Ziel, die Wirksamkeit von zwei verschiedenen digitalen Technologien (Computern und Tablets) auf Einsteigerniveau im Verständnis der Elemente von Nanotechnologiekonzepten bei jungen Kindern zu messen. Hundertfünfzig Zweitklässler öffentlicher Grundschulen in Heraklion, Kreta, bildeten die Stichprobe der Hauptstudie. Um die Leistung der Kinder zu bewerten, wurde der Test zum Verständnis elementarer Kenntnisse über die Nanoskala (TENANO), der für die Bedürfnisse dieser Studie erstellt wurde, verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass der Unterricht mit Tablets und Computern im Vergleich zum alternativen erfahrungsbasierten Unterricht signifikant zur Entwicklung des Nano-Literacy-Levels der jungen Kinder beitrug, wobei die Tablet-Gruppe dominierte. Darüber hinaus schienen Geschlecht und nonverbale kognitive Fähigkeit die Entwicklung der Fähigkeit von Kindern, Nanoskala-Entitäten zu verstehen, nicht zu differenzieren.