Ιδέες και διαδικασίες μάθησης φοιτητών/τριων φυσικών επιστημών για τις εξαρτώμενες από το μέγεθος οπτικές ιδιότητες νανοϋλικών
Authors: Μεταξάς Ιωάννης 
Published: August 2024

Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην εισαγωγή του πεδίου της νανοεπιστήμης και νανοτεχνολογίας στην τριτοβάθμια εκπαίδευση, και πιο συγκεκριμένα στην εισαγωγή των εξαρτώμενων από το μέγεθος οπτικών ιδιοτήτων των νανοϋλικών. Στην διατριβή αυτή έγινε διερεύνηση των ιδεών και διαδικασιών μάθησης που ακολουθούνται από φοιτητές/τριες φυσικών επιστημών για αυτές τις ιδιότητες, μέσω της εφαρμογής ενός διδακτικού πειράματος. Επίσης, καθώς κάθε διαδικασία μάθησης αποτελείται από βήματα μάθησης από τα οποία περνάν οι φοιτητές/τριες κατά τη διάρκεια της, η διατριβή αυτή διερευνά τους παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν τις μετατοπίσεις μεταξύ αυτών των βημάτων. Αυτοί οι παράγοντες ήταν οι ανατροφοδοτήσεις που δέχτηκαν οι φοιτητές/τριες κατά τη διάρκεια του διδακτικού πειράματος, καθώς και τα χαρακτηριστικά των δραστηριοτήτων με τις οποίες αλληλοεπίδρασαν. Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας αρχικά καθορίστηκαν δύο θεμελιώδεις ιδέες για τις οπτικές ιδιότητες που εξαρτώνται από το μέγεθος, βάσει των οποίων δομήθηκε ένα διδακτικό πείραμα. Αυτό εφαρμόστηκε αρχικά πιλοτικά, σε 8 φοιτητές/τριες τμημάτων Χημείας και Φυσικής, χωρισμένη/ες σε ομάδες των δύο ατόμων. Ο σκοπός της πιλοτικής εφαρμογής (Φάση 1 της έρευνας) ήταν να εξαχθούν οι αρχικές ιδέες των φοιτητών/τριών καθώς και η εξέλιξη τους κατά τη διάρκεια του διδακτικού πειράματος. Βάσει των αποτελεσμάτων της Φάσης 1 ακολούθησε η κύρια έρευνα (Φάση 2) σε 26 φοιτητές/τριες (13 ομάδες των δύο ατόμων). Τα αποτελέσματα της έρευνας όσον αφορά τις ιδέες των φοιτητών/τριών κατέδειξαν ότι κατά την πορεία τους προς την επιστημονική γνώση οι φοιτητές/τριες περνάν από ένα συνδυασμό τεσσάρων διαφορετικών βημάτων μάθησης. Σε αυτά τα βήματα οι οπτικές ιδιότητες νανοσωματιδίων περιγράφονται είτε ως ανεξάρτητες, είτε ως μερικώς εξαρτώμενες, είτε ως πλήρως εξαρτώμενες από το μέγεθος. Η πλήρης εξάρτηση από το μέγεθος είτε δε συνοδευόταν από κάποιο μηχανισμό, είτε ερμηνευόταν βάση του μοντέλου του κβαντικού εγκλωβισμού. Ο συνδυασμός αυτών των βημάτων που ακολουθούνταν από τον/την εκάστοτε φοιτητή/τρια οδήγησε στην εύρεση 8 μονοπατιών μάθησης για τις οπτικές ιδιότητες που εξαρτώνται από το μέγεθος ιδιότητες στην νανοκλίμακα. Όσον αφορά τους παράγοντες που οδηγούν στις μετατοπίσεις αυτών των βημάτων τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας κατέδειξαν το σημαντικό ρόλο της ύπαρξης δραστηριοτήτων με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που διαπραγματεύονταν μία χρωματική αλλαγή. Οι ανατροφοδοτήσεις που δέχονταν από τον ερευνητή, ή/και τον/την συνάδελφο τους, είχαν κομβική σημασία για αυτές τις μετατοπίσεις. Πιο συγκεκριμένα, σε επίπεδο δραστηριοτήτων πρέπει να παρουσιάζονται χρωματικές αλλαγές στις οποίες μόνο το μέγεθος μίας νανοδομής να αλλάζει, καθώς και δραστηριότητες που να εισάγουν το φαινόμενο του κβαντικού εγκλωβισμού ως ένα μηχανισμό που διέπει την σχέση χρώματος και μεγέθους μίας δομής. Επίσης οι δραστηριότητες πρέπει να καταδεικνύουν ότι αυτή η σχέση μεγέθους και χρώματος είναι εγγενής μόνο στην νανοκλίμακα. Σε επίπεδο ανατροφοδοτήσεων αυτές οφείλουν να απευθύνονται στη σχέση μεγέθους χρώματος στην εκάστοτε χρωματική αλλαγή που παρατηρείται από τους/τις φοιτητές/τριες και να φέρνουν σε αμφισβήτηση άλλους παράγοντες που μπορεί να προτείνονται από αυτούς/ες ως καθοριστικοί για την χρωματική αλλαγή. Με βάση τα παραπάνω η παρούσα έρευνα συνεισφέρει στην ερευνητική βιβλιογραφία της διδακτικής των φυσικών επιστημών για το πεδίο της νανοεπιστήμης και νανοτεχνολογίας, προσφέροντας τα θεμέλια για μία μελλοντική διδακτική ενότητα για τις οπτικές ιδιότητες που εξαρτώνται από το μέγεθος ιδιότητες στην νανοκλίμακα, συγκεκριμένα για τη τριτοβάθμια εκπαίδευση. Τα θεμέλια αυτά είναι οι διαδικασίες μάθησης από τις οποίες οι φοιτητές/τριες θα περάσουν κατά την πορεία τους προς την επιστημονική γνώση, αλλά και οι παράγοντες που πρέπει να υπάρχουν σε ένα περιβάλλον μάθησης για να υπάρξει αυτή η εξέλιξη.