Methods of assessing the students’ perfomance upon utilization of a virtual reality educational tool for laboratory biology courses
Authors: Παξινού Ευγενία 
Published: September 2021

Στις Φυσικές Επιστήμες η γνώση δομείται από δύο πολύ στενά συνδεδεμένα αλλά διαφορετικά στοιχεία: τη γνώση του περιεχομένου (content) και την απόκτηση δεξιοτήτων (skills). Οι εκπαιδευτικοί λαμβάνοντας υπόψη τις διάφορες παραμέτρους, επιλέγουν την κατάλληλη μέθοδο διδασκαλίας προκειμένου να βοηθήσουν τους μαθητές τους να κατανοήσουν το περιεχόμενο ενός νέου γνωστικού αντικειμένου. Όμως το να αναπτύξουν οι εκπαιδευόμενοι συγκεκριμένες χειραπτικές δεξιότητες (hands-on skills) είναι μια διεργασία η οποία συνδέεται πολύ περισσότερο με συγκεκριμένες διδακτικές προσεγγίσεις και αρκετές φορές τη χρήση της τεχνολογίας. Η τεχνολογία εικονικής πραγματικότητας (ΕΠ) είναι μία τεχνολογία αιχμής η οποία εφαρμόζεται την τελευταία δεκαετία στον τομέα της εκπαίδευσης, ως ένα εργαλείο κατανόησης του περιεχομένου αλλά και απόκτησης πρακτικών δεξιοτήτων. Οι μεγάλες επενδύσεις στην τεχνολογία της ΕΠ από κορυφαίες εταιρίες όπως οι Apple, Google, Facebook, Microsoft, Samsung κλπ, δείχνουν ότι η ΕΠ θα χρησιμοποιηθεί όλο και περισσότερο σε πολλούς τομείς της καθημερινότητάς μας, συμπεριλαμβανομένης και της μάθησης. Στον τομέα των Φυσικών Επιστημών καινοτόμα εικονικά εργαστήρια τείνουν να γίνουν η νέα εκπαιδευτική τάση η οποία συντάσσεται με τη σύγχρονη άποψη ότι η μάθηση είναι μια διερευνητική βιωματική διαδικασία. Ο βασικός στόχος αυτής της διατριβής είναι να διερευνήσει την πιθανή εκπαιδευτική υπεροχή ενός λογισμικού με τεχνολογία εικονικής πραγματικότητας στη διδασκαλία ενός εργαστηριακού αντικειμένου, έναντι πιο παραδοσιακών διδακτικών πρακτικών. Η έρευνα επικεντρώνεται στο πείραμα της μικροσκόπησης, ένα πείραμα που θεωρείται ως το πιο βασικό στον τομέα της Βιολογίας και χρησιμοποιούνται διάφορα μοντέλα και μέθοδοι αξιολόγησης.Η ανάγκη διερεύνησης της συμβολής ενός εκπαιδευτικού λογισμικού εικονικής πραγματικότητας στην εκπαιδευτική διαδικασία ενός εργαστηριακού μαθήματος είναι σήμερα πιο επιτακτική από ποτέ. Η εκπαίδευση πλήγηκε ιδιαίτερα από την πανδημία COVID-19, με 1.53 δισεκατομμύρια μαθητές να μένουν εκτός του σχολικού χώρου κατά τη διάρκεια του υποχρεωτικού εγκλεισμού. Η εκπαιδευτική κοινότητα, με τα νέα δεδομένα που δημιούργησε η πρόσφατη πανδημία, κλήθηκε να αντιμετωπίσει: (α) το κλείσιμο των εκπαιδευτικών ιδρυμάτων και (β) την ανάγκη για γενίκευση της διαδικτυακής και εξ αποστάσεως διδασκαλίας και μάθησης. Η τηλε-εκπαίδευση που με αρκετή επιτυχία υλοποιήθηκε στην Ελλάδα για τα μαθήματα εκείνα όπου η χρήση μιας πλατφόρμας τηλεδιάσκεψης ήταν αρκετή, δεν ανταποκρίθηκε στις ανάγκες των εργαστηριακών μαθημάτων στις Φυσικές Επιστήμες. Αν και μέσω της πανδημίας, υπήρξε μια ξεχωριστή αύξηση της ηλεκτρονικής μάθησης μέσω ψηφιακών πλατφορμών, η χρήση της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης ως μεθόδου διδασκαλίας από τα πανεπιστήμια, δεν κάλυψε την ανάγκη μετάδοσης των εργαστηριακών δεξιοτήτων στους φοιτητές. Τα επιστημονικά πειράματα που παραδοσιακά εκτελούνταν σε σχολικά και πανεπιστημιακά εργαστήρια ακυρώθηκαν. Η συγκεκριμένη έρευνα αποτελεί μια αρχή στο να δοθεί απάντηση στο κρίσιμο ερώτημα: Βοηθά ένα εκπαιδευτικό λογισμικό που βασίζεται στην τεχνολογία της εικονικής πραγματικότητας, τους εκπαιδευόμενους να κατανοήσουν τις βασικές αρχές ενός επιστημονικού αντικειμένου στην βιολογία αποκτώντας ταυτόχρονα και τις ανάλογες βασικές εργαστηριακές δεξιότητες; Προκειμένου να απαντηθεί το παραπάνω αλλά και επιπλέον ερευνητικά ερωτήματα συνεργαστήκαμε με τέσσερις διαφορετικές ομάδες-στόχους, οι οποίες συμμετείχαν σε αντίστοιχα τέσσερις εμπειρικές μελέτες: μια ομάδα από τεταρτοετείς προπτυχιακούς φοιτητές του Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης του Πανεπιστημίου Πατρών, εγγεγραμμένους στο μάθημα Υπολογιστές και Εκπαίδευση, δύο ομάδες με τριτοετείς προπτυχιακούς φοιτητές εξ αποστάσεως εκπαίδευσης εγγεγραμμένους στον Α’ κύκλο της εργαστηριακής ενότητας της Βιολογίας του προγράμματος σπουδών Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες, στο Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο, και τέλος μια ομάδα φοιτητών εγγεγραμμένους στο μεταπτυχιακό μάθημα Διδακτική των Φυσικών Επιστημών και Ψηφιακές Τεχνολογίες, μέρος του προγράμματος σπουδών Φυσικές Επιστήμες και Εκπαίδευση από το Παιδαγωγικό Τμήμα Δημοτικής Εκπαίδευσης του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών. Σε καθεμία από αυτές τις μελέτες, οι συμμετέχοντες χωρίστηκαν σε ομάδες προκειμένου να εκπαιδευτούν στο πείραμα μικροσκόπησης μέσω διαφορετικών εκπαιδευτικών σεναρίων. Στο πλαίσιο αυτών των σεναρίων, η εννοιολογική κατανόηση των μαθητών στον τομέα της μικροσκόπησης, καθώς και η ικανότητά τους να χειρίζονται και να λειτουργούν με επιτυχία και ασφάλεια ένα πραγματικό φωτονικό μικροσκόπιο στο εργαστήριο βιολογίας, αξιολογήθηκε μέσω ειδικά σχεδιασμένου υλικού αξιολόγησης που περιλάμβανε γραπτά τεστ και φύλλα εργασίας. Το υλικό αξιολόγησης αναπτύχθηκε με βάση τους μαθησιακούς στόχους των εργαστηριακών μαθημάτων βιολογίας καθώς και με άλλες παραμέτρους που αφορούσαν στο διαφορετικό προφίλ των ομάδων. Το εκπαιδευτικό λογισμικό εικονικής πραγματικότητας το οποίο πρωταγωνίστησε σε αυτήν τη διατριβή, είναι το Onlabs, μια εκπαιδευτική εφαρμογή που προσομοιώνει το περιβάλλον του εργαστηρίου Βιολογίας του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου. Η χρήση του Onlabs ενσωματώθηκε σε διάφορες δραστηριότητες σε όλα τα εκπαιδευτικά σενάρια που εφαρμόστηκαν στις τέσσερις εμπειρικές μελέτες. Τα αποτελέσματα αυτής της διατριβής αποτελούν ενδείξεις υπέρ της χρήσης ενός εκπαιδευτικού λογισμικού ΕΠ, ως συμπληρωματικού εκπαιδευτικού εργαλείου στις παραδοσιακές μεθόδους διδασκαλίας εργαστηριακών μαθημάτων βιολογίας. Οι μαθητές που εκπαιδεύτηκαν στη μικροσκόπηση μέσω μίας μαθησιακής διεργασίας η οποία περιλάμβανε τη χρήση μιας εκπαιδευτικής εφαρμογής ΕΠ, έλαβαν στατιστικά σημαντικά υψηλότερες βαθμολογίες στα γραπτά τους τεστ, ήταν πιο σίγουροι για τις γνώσεις που απέκτησαν και επέδειξαν μεγαλύτερη ικανότητα εκτέλεσης του πειράματος της μικροσκόπησης στο εργαστήριο βιολογίας, σε σχέση με τους συμφοιτητές τους οι οποίοι ακολούθησαν μόνο παραδοσιακές μεθόδους διδασκαλίας. Η προσομοίωση βοήθησε όλους τους φοιτητές, ανεξαρτήτου εκπαιδευτικού προφίλ, να κατανοήσουν τις βασικές αρχές της μικροσκόπησης και να προετοιμαστούν με πιο αποτελεσματικό τρόπο, για την αντίστοιχη άσκηση στο εργαστήριο βιολογίας. Το εικονικό εργαστήριο πιθανότατα συνέδεσε τη θεωρία με την πρακτική και βοήθησε τους φοιτητές, ακόμη και τους πιο αδύναμους, ή και αυτούς με μηδενικό ή με ελάχιστο γνωστικό υπόβαθρο στη βιολογία, να αποκτήσουν υψηλότερες βαθμολογίες σε γραπτά τεστ εννοιολογικής κατανόησης και να επιδείξουν καλύτερη απόδοση στις πειραματικές ασκήσεις τους. Σύμφωνα με αυτήν τη διατριβή, και έχοντας κατά νου ότι η προετοιμασία είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας για την επιτυχία αναφορικά με εργαστηριακές ασκήσεις, ένα εκπαιδευτικό λογισμικό εικονικής πραγματικότητας φάνηκε να είναι ένα τεχνολογικά σύγχρονο και πολλά υποσχόμενο εκπαιδευτικό εργαλείο που ικανοποιεί τους μαθησιακούς στόχους των εργαστηριακών μαθημάτων βοηθώντας τους φοιτητές να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις εργαστηριακών ασκήσεων μεγάλου εγγενούς γνωστικού φορτίου, όπως είναι η χρήση ενός φωτονικού μικροσκοπίου.