Εξέλιξη της κατανόησης των εννοιών της στοιχειομετρίας αντιδράσεων στους μαθητές της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Abstract

Stoichiometry is a fundamental cornerstone in the foundation of chemical knowledge and must be mastered from the very first encounter of students with chemistry. In the Greek educational system there seems to be no clear design for the systematic provision and assessment of basic knowledge about stoichiometry. The aim of this research is to analyse the factors that influence the development of students' thinking about stoichiometric concepts. This research was conducted in secondary schools, including school units from different geographical areas and school types. It was carried out with a series of three questionnaires given to students in the second and third grade. It was extended over a period of three years, in which the questionnaires were planned to be administered at the beginning of the second grade, in the sense of a diagnostic instrument for determining the level of knowledge about chemistry. At the end of the second grade to show the consolidation of the basic principles of stoichiometry based on the organic chemistry reactions they will have been taught, and finally in the middle of the third grade when, in addition to the formal stoichiometry, it can be checked whether they have incorporated this knowledge in the subject of chemical equilibrium and chemical kinetics taught in the meantime. The questions were multiple choice, agree or disagree, fill in the blanks in a sentence and to a small extent short development since a reluctance to fill in text, however short, has been shown by previous similar studies. The results of the study show that students' knowledge of chemistry varies significantly by grade, geographical area and type of school. The study shows that during the second grade, students' knowledge goes through a transitional phase where students try to understand basic chemical principles and apply them to more complex problems. Students show different levels of understanding and performance on different questions. Those in cities and towns seem to do better on many questions compared to those from non-urban centres, suggesting differences in the quality of education, availability of resources or even social background. However, the survey results show a clear improvement in knowledge and understanding of Chemistry in grade third. This improvement seems to be linked to the intensive preparation of students for the national examinations, as well as to a better understanding of the fundamental concepts of chemistry gained from the previous year. Especially in schools in big cities and private schools, students seem to have more organized teaching and preparation methods that help them to understand the concepts in depth and apply them successfully. Moreover, the data suggest that students in urban schools show equally impressive improvement in their performance. Finally, a number of interventions are presented that could enhance students' understanding of stoichiometry. These include improving teaching materials, using interactive and visual teaching methods, and developing effective teaching interventions.

Η στοιχειομετρία είναι ένα από τα βασικά στοιχεία της θεμελίωσης της χημικής γνώσης και πρέπει να κατακτηθεί από την πρώτη κιόλας επαφή των μαθητών με τη χημεία. Στο Ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα δεν φαίνεται να υπάρχει σαφής σχεδιασμός για τη συστηματική παροχή και αξιολόγηση βασικών γνώσεων γύρω από τη στοιχειομετρία. Σκοπός της έρευνας είναι να αναλυθούν οι παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη της σκέψης των μαθητών σχετικά με τις στοιχειομετρικές έννοιες. Η παρούσα έρευνα πραγματοποιήθηκε σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, περιλαμβάνοντας σχολικές μονάδες από διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές και τύπους σχολείων. Πραγματοποιήθηκε με μια σειρά τριών ερωτηματολογίων, που δόθηκαν σε μαθητές της Β και Γ Λυκείου. Επεκτάθηκε σε χρονικό διάστημα τριών ετών, στο οποίο τα ερωτηματολόγια προβλέφθηκε να δοθούν χρονικά στις αρχές της Β Λυκείου, με την έννοια ενός διαγνωστικού μέσου διαπίστωσης του επιπέδου γνώσεων σχετικά με τη Χημεία. Στα τέλη της Β Λυκείου ώστε να φανεί η εμπέδωση των βασικών αρχών της στοιχειομετρίας με βάση τις αντιδράσεις οργανικής χημείας που θα έχουν διδαχθεί και τέλος στα μέσα της Γ Λυκείου όπου εκτός της τυπικής στοιχειομετρίας μπορεί να ελεγχθεί κατά πόσον έχουν ενσωματώσει τις γνώσεις αυτές και στο αντικείμενο της χημικής ισορροπίας και χημικής κινητικής που θα έχουν διδαχθεί στο μεταξύ. Τα ερωτήματα ήταν πολλαπλών επιλογών, συμφωνίας ή όχι, συμπλήρωσης κενών σε πρόταση και σε μικρό βαθμό σύντομης ανάπτυξης αφού έχει φανεί από παλιότερες αντίστοιχες μελέτες μια απροθυμία συμπλήρωσης κειμένου, όσο μικρό κι αν είναι αυτό. Από τα αποτελέσματα της έρευνας προκύπτει ότι οι γνώσεις των μαθητών στη Χημεία παρουσιάζουν σημαντικές διακυμάνσεις ανάλογα με την τάξη, τη γεωγραφική περιοχή και τον τύπο σχολείου. Η μελέτη δείχνει ότι κατά τη διάρκεια της Β' Λυκείου, οι γνώσεις των μαθητών περνούν από μία μεταβατική φάση, όπου οι μαθητές προσπαθούν να κατανοήσουν τις βασικές χημικές αρχές και να τις εφαρμόσουν σε πιο σύνθετα προβλήματα. Οι μαθητές παρουσιάζουν διαφορετικά επίπεδα κατανόησης και επίδοσης σε διαφορετικές ερωτήσεις. Στις μεγαλουπόλεις και τις πόλεις φαίνεται να τα πηγαίνουν καλύτερα σε πολλές ερωτήσεις, σε σύγκριση με αυτούς από μη αστικά κέντρα, γεγονός που υποδηλώνει διαφορές στην ποιότητα της εκπαίδευσης, στη διαθεσιμότητα πόρων ή ακόμα και στο κοινωνικό υπόβαθρο. Ωστόσο, τα αποτελέσματα της έρευνας καταδεικνύουν σαφή βελτίωση στη γνώση και την κατανόηση της Χημείας στη Γ' Λυκείου. Αυτή η βελτίωση φαίνεται να συνδέεται με την εντατική προετοιμασία των μαθητών για τις πανελλήνιες εξετάσεις, καθώς και με την καλύτερη κατανόηση των θεμελιωδών εννοιών της Χημείας που αποκτήθηκε από την προηγούμενη χρονιά. Ειδικά σε σχολεία των μεγαλουπόλεων και τα ιδιωτικά σχολεία, οι μαθητές φαίνεται να έχουν πιο οργανωμένες μεθόδους διδασκαλίας και προετοιμασίας, που τους βοηθούν να κατανοήσουν τις έννοιες σε βάθος και να τις εφαρμόσουν με επιτυχία. Επιπλέον, τα δεδομένα υποδεικνύουν ότι οι μαθητές σε σχολεία πόλεων δείχνουν εξίσου εντυπωσιακή βελτίωση στις επιδόσεις τους. Τέλος παρουσιάζεται μια σειρά από παρεμβάσεις που θα μπορούσαν να ενισχύσουν την κατανόηση της στοιχειομετρίας από τους μαθητές. Αυτές περιλαμβάνουν τη βελτίωση του εκπαιδευτικού υλικού, τη χρήση διαδραστικών και οπτικών μεθόδων διδασκαλίας, καθώς και την ανάπτυξη αποτελεσματικών διδακτικών παρεμβάσεων.