Εννοιολογική αλλαγή: ο ρόλος της προσωπικότητας ρομποτικού μεσολαβητή στην απόκτηση διαδικαστικής και δηλωτικής γνώσης στην παιδική και εφηβική ηλικία

Abstract

Students have difficulties in understanding scientific concepts. Conceptual Change (CC) refers to the process of changing students’ naïve theories to align with the scientific view. So far, scientists have highlighted specific instructional approaches, strategies and tools to promote CC. The purpose of this thesis is to examine whether Socially Assistive Robots (SAR) can achieve similar results to human teachers in a learning environment for CC. This thesis consists of three consecutive studies. Specifically, the first study utilizes focus groups to explore the representations of education stakeholders (N=24) in order to develop a baseline that could guide the personality design of a SAR for education. The second study seeks to explore (N=547) and confirm the personality structure of a SAR for education. The third study attempts to program the robotic personality, to design a Teaching Learning Sequence targeting CC, and to examine the role of a SAR in the acquisition of procedural and declarative knowledge by students (N=101) in childhood (10-12 years old) and adolescence (13-15 years old). Moreover, the third study aims to investigate the role of gender, age and school performance on the effect of robot personality on students’ knowledge acquisition as well as to examine whether epistemic trust in SAR predicts knowledge acquisition. The results of the first study highlight that education stakeholders perceive the personality of a SAR with two roles, the robot as a "teaching agent" and as an "assistant". They attribute to the robot as a "teaching agent" characteristics and behaviors similar to those of a teacher. The results of the second study highlighted and confirmed two dimensions of the robot personality, "Authority" and "Facilitator", which tap on a second-order factor with pedagogical and psychological explanatory value. We called this latent factor "pedagogical personality" of a SAR for education. The results of the third study indicated that SARs can support the acquisition of declarative and procedural knowledge in childhood and adolescent students, but the personality dimension does not differentiate the results. Also, students’ gender does not affect the effect of robotic personality on knowledge acquisition. In terms of age, the results showed that the differences in post measurements, between children and adolescents, were eliminated. However, the general performance of the students (low, medium, high) is a factor that influences the effect of SAR’s personality on knowledge acquisition. Finally, trust in SAR does not predict knowledge acquisition. In conclusion, the findings of the thesis highlight the need for education for conceptual change to be transformed when it is promoted by SARs.

Ο μαθητικός πληθυσμός συχνά δυσκολεύεται να κατανοήσει τις επιστημονικές έννοιες. Η Εννοιολογική Αλλαγή (ΕΑ) αναφέρεται στη διαδικασία με την οποία οι μαθητές μεταβάλλουν τις αφελείς θεωρίες τους, ώστε να συμφωνούν με την επιστημονική άποψη. Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει συγκεκριμένες προϋποθέσεις και εργαλεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τους εκπαιδευτικούς για να προωθήσουν την ΕΑ. Σκοπός της διατριβής είναι να εξετάσει, αν τα Ρομπότ Κοινωνικής Αρωγής (ΡΚΑ) μπορούν να επιφέρουν ανάλογα αποτελέσματα με τους εκπαιδευτικούς για την απόκτηση γνώσεων υπό το πρίσμα της ΕΑ, ή αν απαιτείται επανεξέταση της εκπαίδευσης για την ΕΑ. Η διατριβή αποτελείται από τρεις διαδοχικές μελέτες. Η πρώτη μελέτη χρησιμοποιεί ομάδες εστίασης (Ν=24) για να διερευνήσει τις αντιλήψεις των εκπαιδευτικών σχετικά με την προσωπικότητα ενός ΡΚΑ και να καθοδηγήσει το σχεδιασμό της. Η δεύτερη μελέτη στοχεύει να επιβεβαιώσει τη δομή της προσωπικότητας ενός ΡΚΑ μέσω ποσοτικής έρευνας (Ν=547). Η τρίτη μελέτη διερευνά τον ρόλο του ΡΚΑ στην απόκτηση γνώσεων από μαθητές και μαθήτριες (Ν=101) παιδικής (10-12 ετών) και εφηβικής (13-15 ετών) ηλικίας, την επίδραση δημογραφικών παραγόντων και το ρόλο της επιστημικής εμπιστοσύνης στο ΡΚΑ. Τα αποτελέσματα της πρώτης μελέτης δείχνουν, ότι οι εκπαιδευτικοί βλέπουν το ΡΚΑ είτε ως «δράστη διδασκαλίας» είτε ως «βοηθό», αποδίδοντας στον πρώτο ρόλο εξειδικευμένα χαρακτηριστικά ανάλογα με εκείνα που δείχνουν οι εκπαιδευτικοί κατά τη διδασκαλία. Η δεύτερη μελέτη επιβεβαιώνει δύο διαστάσεις της ρομποτικής προσωπικότητας: την «Αυθεντία» και τον «Διευκολυντή», που συνδέονται με έναν δεύτερης τάξης παράγοντα, τον οποίο δεδομένης της ερμηνευτικής αξίας του ονομάσαμε «παιδαγωγική προσωπικότητα» ενός ΡΚΑ για την εκπαίδευση. Η τρίτη μελέτη έδειξε, ότι τα ΡΚΑ μπορούν να υποστηρίξουν την απόκτηση γνώσεων σε μαθητές παιδικής και εφηβικής ηλικίας, χωρίς όμως η προσωπικότητα του ρομπότ να διαφοροποιεί τα αποτελέσματα. Το φύλο των μαθητών δεν επηρεάζει την επίδραση της ρομποτικής προσωπικότητας στην απόκτηση γνώσεων, ενώ αναφορικά με την ηλικία, στις εκ των υστέρων μετρήσεις οι διαφορές μεταξύ των παιδιών και των εφήβων σχεδόν εξαλείφθηκαν. Οι γενικές επιδόσεις των μαθητών και μαθητριών επηρεάζουν την επίδραση της ρομποτικής προσωπικότητας στην απόκτηση γνώσεων, ενώ η επιστημική εμπιστοσύνη στο ΡΚΑ δεν προβλέπει την απόκτηση γνώσεων. Συμπερασματικά, τα ευρήματα της διατριβής αναδεικνύουν την ανάγκη μετασχηματισμού της εκπαίδευσης για την ΕΑ, όταν αυτή προωθείται από τα ΡΚΑ.