Αναλογικός αναστοχασμός και ανάπτυξη μεταγνωστικών δεξιοτήτων μέσα από συνεργατικές δραστηριότητες μοντελοποίησης στη φυσική
Authors: Κρητικός Γεώργιος 
Published: September 2021

Η μοντελοποίηση στη Διδακτική των Θετικών Επιστημών θεωρείται ως μία ιδιαίτερα σημαντική διαδικασία μάθησης, ενώ παράλληλα αποτελεί αντικείμενο μελέτης στην εκπαιδευτική έρευνα. Λόγω της μεγάλης ποικιλίας των συστημάτων του φυσικού κόσμου, τα αντίστοιχα μοντέλα στη βιβλιογραφία είναι αναρίθμητα. Με βάση αυτή τη διαπίστωση, στην ανάλυση της υπάρχουσας κατάστασης, επιχειρήσαμε να ταξινομήσουμε τα μοντέλα και εισάγαμε την έννοια του "Επίπεδου Μοντελοποίησης" (πρωτογενές, δευτερογενές, τριτογενές) ανάλογα με τα δεδομένα που είναι διαθέσιμα κατά την έναρξη της δημιουργίας του μοντέλου. Επιπλέον, στην ανάλυση της υπάρχουσας κατάστασης, αναλύεται η συνεργασία των μαθητών που συμμετέχουν σε διερευνητικές δραστηριότητες, μέσα από τα υπάρχοντα συστήματα συνεργατικής μάθησης και διάφορες ερευνητικές προσεγγίσεις. Με δεδομένο ότι ο αναστοχασμός λειτουργεί ως προωθητικός παράγοντας για τη μεταγνώση, στην ανάλυση της υπάρχουσας κατάστασης γίνεται ανασκόπηση διαφόρων ερευνών σχετικά με τον αναστοχασμό σε τεχνολογικά περιβάλλοντα. Μέσα από την ανασκόπηση και σε συνδυασμό με τα πλεονεκτήματα του αναλογικού συλλογισμού, προτείνουμε ένα εναλλακτικό είδος αναστοχασμού, τον "αναλογικό αναστοχασμό".Η διατριβή πλαισιώνεται με θεωρητικές προσεγγίσεις ως προς τους τρεις άξονες της κύριας έρευνας (Μοντελοποίηση, Συνεργασία, Μεταγνώση) και, επιπλέον, ως προς το σχεδιασμό εκπαιδευτικού λογισμικού για τις Φυσικές Επιστήμες. Αρχικά, παρατίθενται διάφοροι ορισμοί για την έννοια "μοντέλο" που εμφανίζονται στη σχετική βιβλιογραφία,περιγράφεται ο ρόλος των μοντέλων στην Επιστήμη και γίνεται διάκριση ανάμεσα στα νοητικά και τα εννοιολογικά μοντέλα. Ακολούθως, προσεγγίζονται θεωρητικά τα μοντέλα και η μοντελοποίηση και περιγράφεται μία μεθοδολογία για την ένταξη της μοντελοποίησης στη διδασκαλία της Φυσικής. Ως προς τη συνεργατική μάθηση σε τεχνολογικό περιβάλλον (CSCL),αναφέρονται οι βασικές αρχές των συστημάτων σύγχρονης επικοινωνίας και οι παροχές τους προς τους χρήστες, όπως η ανταλλαγή και ο διαμοιρασμός δεδομένων. Επίσης, παρατίθενται οι προδιαγραφές που πρέπει να πληρούν τα συνεργατικά συστήματα σύγχρονης συνεργατικής μάθησης και περιγράφονται τα εργαλεία ανάλυσης των δραστηριοτήτων, τα οποία καθοδηγούν τον μαθητή προς τη μεταγνώση. Η προσέγγιση της μεταγνώσης στο θεωρητικό πλαίσιο,επικεντρώνεται στη γνώση της γνώσης, δηλαδή στην ενημερότητα επίγνωσης ή άγνοιας που αφορά στην παρακολούθηση και τον έλεγχο της γνώσης. Οι κυριότερες μεταγνωστικές δεξιότητες που αναλύονται διεξοδικά είναι (α) η ενημερότητα (awareness), (β) ο αναστοχασμός (reflection) και (γ) η αυτο-ρύθμιση (self-regulation). Επίσης, περιγράφεται η μετάβαση από το γνωστικό στο μεταγνωστικό επίπεδο. Τέλος, στο θεωρητικό πλαίσιο περιγράφονται οι βασικές αρχές σχεδιασμού εκπαιδευτικού λογισμικού Φυσικών Επιστημών και οι σκοποί για τους οποίους εντάσσονται τα εκπαιδευτικά λογισμικά στην εκπαιδευτική πρακτική των Φυσικών Επιστημών, οι οποίοι είναι επιστημολογικοί και μαθησιακοί.Το ερευνητικό μέρος της διατριβής διαρθρώνεται σε τρεις άξονες: (Α) Μοντελοποίηση,(Β) Συνεργασία και (Γ) Μεταγνώση, με κεντρικό άξονα τη μοντελοποίηση. Ωστόσο, το μεγαλύτερο βάρος δίνεται στον άξονα της μεταγνώσης, καθώς αποτελεί τον τελικό στόχο των διερευνητικών δραστηριοτήτων. Το τεχνολογικό περιβάλλον μάθησης, στο οποίο εργάστηκαν οι μαθητές κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων της κύριας έρευνας, απαρτίζεται από τέσσερα επιμέρους λογισμικά, το Modellus (για τη μοντελοποίηση), το TeamViewer (για τη συνεργασία), το Camtasia (για τον ιδιο-αναστοχασμό) και το ART (για τον αναλογικό αναστοχασμό). Το ART (Analogical Reflection Tool) είναι ένα λογισμικό καθοδήγησης και υποστήριξης των μαθητών κατά τον αναλογικό αναστοχασμό, το οποίο σχεδιάσαμε με βάση τα συμπεράσματα της δεύτερης πιλοτικής έρευνας. Σκοπός της κύριας έρευνας ήταν να μελετηθεί η επίδραση του αναλογικού αναστοχασμού στην ανάπτυξη μεταγνωστικών δεξιοτήτων. Ανάμεσα στους στόχους της έρευνας ήταν η ανάδειξη των πλεονεκτημάτων και ο εντοπισμός των μειονεκτημάτων, τόσο του λογισμικού ART, όσο και του αναλογικού αναστοχασμού γενικότερα. Το κεντρικό ερώτημα της έρευνας ήταν το εξής: "Πώς επιδρά ο αναλογικός αναστοχασμός στην ανάπτυξη μεταγνωστικών δεξιοτήτων στο πλαίσιο συνεργατικών δραστηριοτήτων μοντελοποίησης;",ενώ τα επιμέρους ερευνητικά ερωτήματα κατανεμήθηκαν στους τρεις άξονες: (Α)Μοντελοποίηση, (Β) Συνεργασία και (Γ) Μεταγνώση. Ως προς τη μοντελοποίηση, φαίνεται ότι η έλλειψη εξοικείωσης με το λογισμικό και η δυσκολία του γνωστικού αντικειμένου επιφέρει ανάλογες δυσκολίες στη μοντελοποίηση. Η συνεργασία των μαθητών είναι αποδοτική για την καλύτερη κατανόηση του προβλήματος.Αντίθετα, η συνεργασία δε φαίνεται να αποδίδει θετικά στην επιλογή και τον έλεγχο των τιμώντων μεταβλητών και των σταθερών. Επιπλέον, η συνεργασία με τη φυσική παρουσία των μαθητών εμφανίζεται πιο ουσιαστική και αποδοτική σε σχέση με τη συνεργασία μέσα από το τεχνολογικό περιβάλλον με το TeamViewer.Από τη σύγκριση του αναλογικού αναστοχασμού με τον ιδιο-αναστοχασμό προέκυψαν τα εξής βασικά συμπεράσματα. Ο αναλογικός αναστοχασμός είναι αποτελεσματικότερος μετά το πέρας των δραστηριοτήτων (αναστοχασμός μετά τη δράση), ιδιαίτερα για τις δύσκολες και πρωτόγνωρες έννοιες, ενώ δεν έχει ιδιαίτερη διαφορά από τον ιδιο-αναστοχασμό κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων (αναστοχασμός εν δράσει). Ο αναλογικός αναστοχασμός ενισχύει τη μεταγνώση των μαθητών, κυρίως όταν πραγματοποιείται μετά το πέρας των δραστηριοτήτων. Απαραίτητη είναι η κατάλληλη καθοδήγηση για τη μετάβαση από τον αναλογικό συλλογισμό προς τον αναλογικό αναστοχασμό, με εργαλεία όπως το ART. Ειδικά για διδακτικές ενότητες που εμφανίζουν δυσκολίες στην κατανόηση εννοιών ή που είναι πρωτόγνωρες, η συνεισφορά του αναλογικού αναστοχασμού μετά το πέρας των δραστηριοτήτων είναι ιδιαίτερα σημαντική.