Διερεύνηση εφαρμογών προσομοιωμένων εικονικών εργαστηρίων στη διδασκαλία της φυσικής στην υποχρεωτική εκπαίδευση
Authors: Ταραμόπουλος Αθανάσιος 
Published: January 2014

Η αξιοποίηση των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και Επικοινωνίας (Τ.Π.Ε.) στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών φαίνεται ικανή να βοηθήσει σημαντικά στη μετατόπιση της διαδικασία πρόσκτησης νέων γνώσεων από τη γνώση ως κατοχή μέσω μετάδοσης, στη γνώση ως οικοδόμηση καθώς οι Τ.Π.Ε. αποτελούν αποτελεσματικά εργαλεία για την εμπλοκή των μαθητών σε διδασκαλίες με διερεύνηση και υποβοηθούν τη διαδικασία οικοδόμησης γνώσεων και την εννοιολογική κατανόηση διαφόρων φαινομένων. Ειδικότερα στο χώρο των ηλεκτρικών κυκλωμάτων, ερευνητές υποστηρίζουν ότι τεχνολογικά εμπλουτισμένα εικονικά περιβάλλοντα μπορούν να μειώσουν το γνωστικό φόρτο των μαθητών, προσφέροντας τους την κατάλληλη υποστήριξη για την επιτυχή εκτέλεση διερευνητικών δραστηριοτήτων και την εννοιολογική τους εξέλιξη. Οι μελέτες όμως αυτές επικεντρώνονται στην εννοιολογική εξέλιξη των μαθητών και παραβλέπουν άλλες όψεις της διδασκαλίας.Η παρούσα εργασία στοχεύει να διερευνήσει το ρόλο που μπορούν να διαδραματίσουν τα εικονικά εργαστηριακά περιβάλλοντα όταν ενταχθούν σε διδασκαλία με διερευνητική προσέγγιση στο γνωστικό αντικείμενο των ηλεκτρικών κυκλωμάτων, συγκρίνοντας πολύπλευρα την αποτελεσματικότητα της διδασκαλίας, όταν αυτή χρησιμοποιεί εργαστηριακά περιβάλλοντα διαφόρων χαρακτηριστικών: πραγματικά εργαστήρια, τρισδιάστατα εικονικά εργαστήρια με παροχές όπως ο μοντελοχώρος που συνδέουν τα τρισδιάστατα κυκλώματα με τα αντίστοιχά τους διαγραμματικά, τρισδιάστατα εικονικά περιβάλλοντα χωρίς μοντελοχώρο και εικονικά εργαστήρια με τη μορφή applet. Αναπτύσσονται τρεις διδακτικές σειρές οι οποίες εφαρμόζονται σε μαθητές Γυμνασίου με τον ίδιο τρόπο (ίδια μέθοδος και υλικό διδασκαλίας) σε διαφορετικά τμήματα με χρήση διαφόρων εργαστηριακών περιβαλλόντων ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Μέσω συγκρίσεων των επιδόσεων των μαθητών πριν και μετά τις διδασκαλίες αλλά και προσωπικών συνεντεύξεων γίνεται αποτίμηση της εξέλιξης των μαθητών των διαφόρων τμημάτων και εξετάζεται αν οι διδασκαλίες με τα περιβάλλοντα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτές επιφέρουν παρόμοιες βελτιώσεις. Πιο συγκεκριμένα, συγκρίνονται η εννοιολογική εξέλιξη των μαθητών των διαφόρων τμημάτων και οι δεξιότητες κατασκευής πραγματικών ηλεκτρικών κυκλωμάτων, μετασχηματισμού ενός ηλεκτρικού κυκλώματος από μία αναπαράσταση σε άλλη (πραγματική, εικονική, διαγραμματική) και σχεδίασης και εκτέλεσης πειραμάτων με απλά ηλεκτρικά κυκλώματα.Τα αποτελέσματα φανερώνουν ότι στα πλαίσια διδασκαλιών διερευνητικής προσέγγισης στις περισσότερες περιπτώσεις δεν εμφανίζονται διαφοροποιήσεις στις επιδόσεις των διαφορετικών τμημάτων και επομένως τα εργαστήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά στη διδασκαλία με παρόμοιο τρόπο. Διαφορές στις επιδόσεις των μαθητών εμφανίζονται σε δύο περιπτώσεις. Φαίνεται ότι η διδασκαλία με πραγματικά εργαστήρια παρέχει ένα πλεονέκτημα στην κατασκευή πραγματικών κυκλωμάτων όταν απαιτούνται ιδιαίτερες δεξιότητες κατά την κατασκευή, ενώ η διδασκαλία με εικονικά εργαστήρια που συνδυάζουν πολλαπλούς τρόπους αναπαράστασης και συνδέουν την τρισδιάστατη εικονική αναπαράσταση με τη διαγραμματική μέσω κατάλληλων παροχών (μοντελοχώρος) παρέχει ένα πλεονέκτημα στην επίλυση δύσκολων προβλημάτων και το μετασχηματισμό της γνώσης από μία αναπαράσταση σε άλλη.Η παρούσα έρευνα, μέσα από τις συγκρίσεις που παρουσιάζονται, συμβάλλει στην εκτίμηση της χρησιμότητας επί μέρους χαρακτηριστικών των εικονικών περιβαλλόντων, στον ορθότερο σχεδιασμό των εικονικών εργαστηρίων και κατ’ επέκταση στην αποτελεσματικότερη ένταξη και αξιοποίησή τους στην εκπαιδευτική διαδικασία στα πλαίσια διδασκαλιών διερευνητικής προσέγγισης. Το Αναλυτικό Πρόγραμμα Σπουδών για τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στην Υποχρεωτική Εκπαίδευση αποσκοπεί μεταξύ άλλων και στην εγκόλπωση των Τ.Π.Ε. στη διδασκαλία και επομένως, τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας εκτός από ερευνητικό, παρουσιάζουν και έντονο εκπαιδευτικό ενδιαφέρον.