Αξιολόγηση δεξιοτήτων επιστημονικού συλλογισμού: ανάπτυξη και εγκυροποίηση εργαλείου ανίχνευσης και αξιολόγησης διαστάσεων επιστημονικού συλλογισμού σε μαθητές/τριες πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης

Abstract

Scientific reasoning skills are one of the core pillars of 21st-century skills and have been recognized as critical for academic success, problem-solving, and preparing students for the demands of the modern world. However, existing assessment instruments often focus on isolated skills and exhibit questionable validity and reliability. This dissertation aims to conceptualize scientific reasoning and develop an assessment instrument (ESRQ) based on contemporary theoretical models and advanced methods. The development of the instrument followed a three-stage methodological approach: Exploratory Factor Analysis (EFA), Confirmatory Factor Analysis (CFA), and Item Response Theory (IRT) involving a sample of 829 primary school students. EFA revealed a multidimensional structure of scientific reasoning, including skills such as formulating research questions, generating hypotheses, producing empirical data, and evaluating data. The identified factors explained a significant portion of the data variance, confirming the multidimensional nature of scientific reasoning. CFA validated the structure identified through EFA, demonstrating a good model fit. The fit indices were within acceptable ranges, confirming the validity of the instrument. The validity of the instrument was substantiated through convergent validity (AVE > 0.50 for most factors) and discriminant validity (HTMT < 0.85). Reliability was confirmed by high internal consistency indices (ωt > 0.70) for most factors. The results supported the properties of the ESRQ as an assessment instrument for scientific reasoning in primary education. IRT analysis demonstrated very good fit for the majority of items (RMSEA < 0.05). The Total Information Curves indicated that the instrument is most suitable for assessing moderate levels of scientific reasoning, with measurement accuracy decreasing for extreme scores. Significant variation was observed in item difficulty and discrimination indices, with some subscales exhibiting a broader Functional Measurement Range and higher sample coverage rates. This dissertation offers an innovative approach to assessing scientific reasoning, providing educators and researchers with a reliable and valid instrument for measuring and developing these skills. The findings contribute to improving assessment methods and suggest new directions for effective instructional interventions and future research.

Οι δεξιότητες επιστημονικού συλλογισμού αποτελούν έναν από τους βασικούς πυλώνες των δεξιοτήτων του 21ου αιώνα και έχουν αναγνωριστεί ως κρίσιμες για την ακαδημαϊκή επιτυχία, την επίλυση προβλημάτων και την προετοιμασία των μαθητών/τριών για τις απαιτήσεις του σύγχρονου κόσμου. Ωστόσο, τα υπάρχοντα εργαλεία αξιολόγησης συχνά περιορίζονται σε επιμέρους δεξιότητες και εμφανίζουν αμφισβητούμενη εγκυρότητα και αξιοπιστία. Η παρούσα διατριβή στοχεύει στην εννοιολόγηση του επιστημονικού συλλογισμού και την ανάπτυξη ενός εργαλείου αξιολόγησής του (Elementary Scientific Reasoning Questionnaire, ESRQ), βασισμένου σε σύγχρονα θεωρητικά μοντέλα και προηγμένες ψυχομετρικές μεθόδους. Η ανάπτυξη του εργαλείου πραγματοποιείται αξιοποιώντας μία τριβηματική μεθοδολογική προσέγγιση: Διερευνητική Παραγοντική Ανάλυση (ΔΠΑ), Επιβεβαιωτική Παραγοντική Ανάλυση (ΕΠΑ) και Θεωρία Απόκρισης Στοιχείου (ΘΑΣ) σε 829 μαθητές/τριες δημοτικών σχολείων. Η ΔΠΑ αποκάλυψε μια πολυδιάστατη δομή του επιστημονικού συλλογισμού, η οποία περιλαμβάνει δεξιότητες όπως η Διατύπωση Ερευνητικού Ερωτήματος, η Διατύπωση Υποθέσεων, η Παραγωγή Εμπειρικών Δεδομένων και η Αξιολόγηση Εμπειρικών Δεδομένων. Οι παράγοντες που εντοπίστηκαν εξηγούν ένα σημαντικό ποσοστό της διακύμανσης των δεδομένων, επιβεβαιώνοντας την πολυδιάστατη φύση του επιστημονικού συλλογισμού. Η ΕΠΑ επιβεβαίωσε τη δομή που προέκυψε από τη ΔΠΑ, υποδεικνύοντας καλή προσαρμογή του μοντέλου στα δεδομένα. Οι δείκτες προσαρμογής κυμάνθηκαν σε αποδεκτά επίπεδα, επιβεβαιώνοντας την εγκυρότητα του εργαλείου. Η εγκυρότητα του εργαλείου τεκμηριώθηκε μέσω της συγκλίνουσας εγκυρότητας (AVE>0.50 για τους περισσότερους παράγοντες) και της διακριτικής εγκυρότητας (HTMT<0.85). Η αξιοπιστία επιβεβαιώθηκε από υψηλούς δείκτες εσωτερικής συνέπειας (ωt>0.70) για τους περισσότερους παράγοντες, καθώς και από τους δείκτες αξιοπιστίας της ΘΑΣ. Τα αποτελέσματα υποστήριξαν τις ψυχομετρικές ιδιότητες του ESRQ ως εργαλείου αξιολόγησης του επιστημονικού συλλογισμού στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση, αναδεικνύοντας παράλληλα την πολυδιάστατη φύση του και παρέχοντας κατευθύνσεις για μελλοντική βελτίωση συγκεκριμένων υποκλιμάκων. Η ανάλυση μέσω ΘΑΣ έδειξε πολύ καλή προσαρμογή για την πλειονότητα των προτάσεων (RMSEA<0.05). Οι Συνολικές Καμπύλες Πληροφορίας έδειξαν ότι το εργαλείο είναι καταλληλότερο για την αξιολόγηση μέτριων επιπέδων επιστημονικού συλλογισμού, με την ακρίβεια μέτρησης να μειώνεται για ακραίες τιμές. Παρατηρήθηκε σημαντική διακύμανση στους δείκτες δυσκολίας και διάκρισης μεταξύ των στοιχείων, με κάποιες υποκλίμακες να παρουσιάζουν ευρύτερο Λειτουργικό Εύρος Μέτρησης και υψηλότερα ποσοστά κάλυψης του δείγματος. Η παρούσα διατριβή προσφέρει μια ολιστική και καινοτόμο προσέγγιση στην αξιολόγηση του επιστημονικού συλλογισμού, παρέχοντας στους εκπαιδευτικούς και ερευνητές ένα αξιόπιστο και έγκυρο εργαλείο για τη μέτρηση και ανάπτυξη αυτών των δεξιοτήτων. Τα ευρήματα συμβάλλουν στη βελτίωση των μεθόδων αξιολόγησης και προτείνουν νέες κατευθύνσεις για αποτελεσματικές διδακτικές παρεμβάσεις και μελλοντική έρευνα.