Φαινόμενα και έννοιες στην κλίμακα του νάνο
Authors: Πέικος Γεώργιος 
Published: March 2022

Η διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην εισαγωγή περιεχομένου της Νανοεπιστήμης-Νανοτεχνολογίας (Ν-ΕΤ) σε μαθητές της Α/θμιας εκπαίδευσης. Το θεωρητικό πλαίσιο για την μάθηση των εννοιών της Ν-ΕΤ βασίζεται στην εννοιολογική αλλαγή. Η εμπειρική έρευνα συνίσταται σε τρεις φάσεις. Η Α΄ φάση επικεντρώνεται στην ανάδειξη των αρχικών ιδεών μαθητών Ε΄ και ΣT΄ τάξης του Δημοτικού για συγκεκριμένες έννοιες της Ν-ΕΤ. Ερευνητικό εργαλείο ήταν το γραπτό ερωτηματολόγιο με ερωτήσεις ανοιχτού τύπου που αφορούσαν την έννοια «Μέγεθος», τις «Ιδιότητες εξαρτώμενες από το μέγεθος: φαινόμενο του λωτού», τη νοηματοδότηση του όρου «Νανοτεχνολογία» (Ν=250) και τις «Εφαρμογές της Ν-ΕΤ: φιλτράρισμα του νερού με νανόφιλτρο» (Ν=132). Η Β΄ φάση αφορά την ανάπτυξη και εφαρμογή μιας Διδακτικής Μαθησιακής Ακολουθίας (ΔΜΑ1) για τη Ν-ΕΤ σε μαθητές της ΣΤ΄ τάξης (Ν=60), με σκοπό να μελετηθεί η επίδραση της ΔΜΑ1 στην ανάπτυξη του νανογραμματισμού των μαθητών. Η Γ΄ φάση αφορά τη βελτίωση της ΔΜΑ2 και την εφαρμογή της σε νέους συμμετέχοντες ίδιας ηλικιακής ομάδας (Ν=15). Ως μέσο συλλογής δεδομένων στη Β΄ και Γ΄ φάση χρησιμοποιήθηκε το ίδιο ερωτηματολόγιο, το οποίο εμπλουτίστηκε με επιπλέον ερωτήσεις που αφορούσαν τη «διαδικασία της ίωσης», καθώς και τη «φύση και τον ρόλο των μοντέλων». Επίσης, εφαρμόστηκε η ημι-δομημένη συνέντευξη σε επιλεγμένους μαθητές για τη συλλογή επιπλέον ποιοτικών δεδομένων. Η μέθοδος ανάλυσης των δεδομένων βασίστηκε στην ανάλυση περιεχομένου για τη δημιουργία κατηγοριών και επιπέδων κατανόησης. Επιπλέον, στατιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε για τον εντοπισμό στατιστικά σημαντικών διαφορών στην επίδοση των μαθητών πριν, μετά και τρεις μήνες μετά την εφαρμογή της ΔΜΑ1 και της ΔΜΑ2 για το περιεχόμενο της Ν-ΕΤ.Τα αποτελέσματα της Α΄ φάσης έδειξαν ότι για την έννοια «Μέγεθος» σχεδόν οι μισοί μαθητές γνώριζαν μη ορατά αντικείμενα, αλλά δεν μπορούσαν να αναφέρουν ένα σωστό όργανο για την παρατήρησή τους, δυσκολεύονταν να τα σειροθετήσουν από το μεγαλύτερο προς το μικρότερο και να τα ταξινομήσουν σε κατηγορίες ανάλογα με το μέγεθός τους. Σχετικά με το φαινόμενο του λωτού, οι μαθητές εξηγούσαν το σφαιρικό σχήμα της σταγόνας πάνω στο φύλλο με βάση παράγοντες που είναι αντιληπτοί με τις αισθήσεις. Όσον αφορά την εξήγηση του μηχανισμού φιλτραρίσματος με νανόφιλτρο, οι περισσότεροι μαθητές διατύπωναν εξηγήσεις που περιλάμβαναν ασαφείς πληροφορίες, για παράδειγμα ότι το νανόφιλτρο έχει μικρές τρύπες που φιλτράρουν το νερό.Τα αποτελέσματα της Β΄ φάσης έδειξαν ότι οι μαθητές στο σύνολό τους βελτίωσαν τον νανογραμματισμό τους. Μετά την εφαρμογή της ΔΜΑ1 οι περισσότεροι μαθητές μπορούσαν να αναφέρουν σωστό όργανο παρατήρησης για τα αντικείμενα του μικρόκοσμου και του νανόκοσμου, ήταν ικανοί να σειροθετήσουν μη ορατά αντικείμενα καθώς και να ταξινομήσουν αντικείμενα στον μακρόκοσμο, στον μικρόκοσμο και στον νανόκοσμο. Σχετικά με το φαινόμενο του λωτού περίπου το 1/4 των μαθητών μετά την εφαρμογή της ΔΜΑ1 ήταν ικανό να διατυπώσει μια εξήγηση με αναφορά στους δύο παράγοντες που προκαλούν το φαινόμενο. Όσον αφορά το νανόφιλτρο, μετά την εκπαιδευτική παρέμβαση, οι περισσότεροι μαθητές ήταν ικανοί να εξηγήσουν τον μηχανισμό φιλτραρίσματος συγκρίνοντας το μέγεθος των νανοπόρων του φίλτρου με τα αντικείμενα που φιλτράρονται. Σχετικά με τη φύση και τον ρόλο των μοντέλων, οι περισσότεροι μαθητές πριν την εφαρμογή της ΔΜΑ1 δεν αναγνώριζαν την αναπαραστατική φύση των μοντέλων, ενώ μετά την εφαρμογή η κατανόηση βελτιώθηκε σημαντικά.Η Γ΄ φάση της έρευνας περιλάμβανε τη βελτίωση της ΔΜΑ2, κυρίως στα έργα που αφορούσαν το φαινόμενο του λωτού. Μετά την εφαρμογή, το 60% των μαθητών ήταν ικανό να διατυπώσει μια εξήγηση με αναφορά στους δυο παράγοντες που προκαλούν το φαινόμενο. Η μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα της βελτιωμένης ΔΜΑ στη μάθηση του φαινομένου του λωτού επιβεβαιώνεται από τη σχετική στατιστική ανάλυση που έδειξε στατιστικά σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο ΔΜΑ για το εν λόγω έργο. Εναρμονίζοντας τα αποτελέσματα της διατριβής με το θεωρητικό πλαίσιο για την εννοιολογική αλλαγή, η διατριβή καταλήγει σε κατευθυντήριες γραμμές για τη διδασκαλία και μάθηση στο Δημοτικό σχολείο των εννοιών: (α) Μέγεθος, (β) Ιδιότητες εξαρτώμενες από το μέγεθος: φαινόμενο του λωτού, (γ) Εφαρμογές της Ν-ΕΤ: φιλτράρισμα του νερού με νανόφιλτρο.