Η φύση της εννοιολογικής αλλαγής στις φυσικές επιστήμες: μεθοδολογικά και επιστημολογικά ζητήματα μέσω της διερεύνησης των νοητικών μοντέλων

Abstract

The purpose of this research is to contribute to the investigation of how one's initial ideas change in order to conform to the scientific view, i.e., the process of conceptual change. This was prompted by the strongly contradictory findings in the field of Science Learning, as two opposing theoretical approaches, coherent and fragmented knowledge, have been prevalent in recent years. This paper attempts to identify the epistemological and methodological issues that give rise to the contradictory results regarding two much discussed concepts, Force and Earth. The total sample consisted of 1,792 students from second grade to third grade, and a different sample size was utilized in each analysis. In addition, the FORCE-RQ and EARTH-2 inventories were administered to test Force and Earth respectively, while some participants completed the Lawson and GEFT tests to measure psychometric variables, logical thinking and field dependence/independence. Initially, the existence or otherwise of the children's mental models proposed in the literature for the two concepts was examined in a confirmatory way and the methods were utilized: Latent Class Analysis (LCA) and Latent Class Tree (LCT). Then, Network Analysis (NA) was pioneered in the field in order to visualize the consistency in students' representations and their relationship with the independent variables, age and gender, in the form of networks. Finally, the concept of Force was tested in relation to the two psychometric variables of Neo-Piagetian by applying the method of linear regression and the nonlinear cusp model from Catastrophe Theory. In addition, in a small sample of students, an attempt was made to identify the consistency over time in students' responses regarding Force. The results offer new aspects to research on the consistency of mental models and the process of conceptual change, which seemed to be best interpreted in light of complex nonlinear systems. The present research effort aims to contribute methodologically and epistemologically to the understanding of the nature of children's knowledge, in order to achieve theoretical unification in the field and to create appropriate educational practices that are consistent with a common theory and bring about better learning outcomes.

Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι να συνεισφέρει στη διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο οι αρχικές ιδέες του ατόμου αλλάζουν προκειμένου να είναι σύμφωνες με την επιστημονική άποψη, δηλαδή στη διαδικασία της εννοιολογικής αλλαγής. Αφορμή αποτέλεσαν τα έντονα αντιφατικά ευρήματα στον χώρο της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, καθώς τα τελευταία χρόνια έχουν επικρατήσει δύο αντίθετες θεωρητικές προσεγγίσεις, η συνεκτική και η κατακερματισμένη γνώση. Η παρούσα εργασία επιχειρεί να εντοπίσει τα επιστημολογικά και μεθοδολογικά ζητήματα που εγείρουν τα αντιφατικά αποτελέσματα αναφορικά με δύο πολυσυζητημένες έννοιες, τη Δύναμη και τη Γη. Το συνολικό δείγμα αποτέλεσαν 1.792 μαθητές από Β’ Δημοτικού έως και Γ’ Γυμνασίου, ενώ σε κάθε ανάλυση αξιοποιήθηκε διαφορετικός αριθμός του δείγματος. Παράλληλα, χορηγήθηκαν τα εργαλεία FORCE-RQ και EARTH-2 για την εξέταση της Δύναμης και της Γης αντίστοιχα, ενώ ορισμένοι συμμετέχοντες συμπλήρωσαν τα Test Lawson και GEFT για να μετρηθούν οι ψυχομετρικές μεταβλητές, λογική σκέψη και εξάρτηση/ανεξαρτησία από το πεδίο. Αρχικά, εξετάστηκε με επιβεβαιωτικό τρόπο η ύπαρξη ή μη των νοητικών μοντέλων των παιδιών, που έχουν προταθεί βιβλιογραφικά για τις δύο έννοιες και αξιοποιήθηκαν οι μέθοδοι: Ανάλυση Λανθανουσών Τάξεων (LCA) και Δέντρο Λανθανουσών Τάξεων (LCT). Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε πρωτοποριακά στο πεδίο η Ανάλυση Δικτύων (ΝΑ) προκειμένου να οπτικοποιηθεί η συνέπεια στις αναπαραστάσεις των μαθητών και η σχέση τους με τις ανεξάρτητες μεταβλητές, ηλικία και φύλο, με τη μορφή δικτύων. Τέλος, η έννοιας της Δύναμης ελέγχθηκε σε συνάρτηση με τις δυο ψυχομετρικές μεταβλητές της Νεο-Πιαζέτειας, εφαρμόζοντας τη μέθοδο της γραμμικής παλινδρόμησης και του μη γραμμικού μοντέλου cusp από τη Θεωρία Καταστροφών. Επιπλέον, σ’ ένα μικρό δείγμα μαθητών επιχειρήθηκε ο εντοπισμός της συνέπειας στον χρόνο στις απαντήσεις των μαθητών αναφορικά με τη Δύναμη. Τα αποτελέσματα προσφέρουν νέες πτυχές στην έρευνα για τη συνεκτικότητα των νοητικών μοντέλων και τη διαδικασία της εννοιολογικής αλλαγής, που φάνηκε να ερμηνεύεται καλύτερα υπό το πρίσμα των πολύπλοκων μη γραμμικών συστημάτων. Η παρούσα ερευνητική προσπάθεια αποσκοπεί να συνεισφέρει μεθοδολογικά και επιστημολογικά στην κατανόηση της φύση της γνώσης των παιδιών, προκειμένου να απέλθει θεωρητική ενοποίηση στον χώρο και να δημιουργηθούν οι κατάλληλες εκπαιδευτικές πρακτικές που θα συνάδουν με μία κοινή θεωρία και θα επιφέρουν ορθότερα μαθησιακά αποτελέσματα.