Νανοτεχνολογία στην Εκπαίδευση: Απόψεις των εκπαιδευτικών και ανάπτυξη εκπαιδευτικού υλικού
Creators: name: Μπατσιόλας, Γεώργιος Ευαγγέλου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Νανοεπιστήμη – Νανοτεχνολογία (Ν-ΕΤ)
Δευτεροβάθμια εκπαίδευση
Μεγάλες Ιδέες
ΤΠΕ
Μοντέλο Εκπαιδευτικής Αναδόμησης (MER)
Nanoscience – Nanotechnology (NST)
Secondary education
Big Ideas
Model of educational reconstruction (MER)
ITC

description: Η Νανοεπιστήμη-Νανοτεχνολογία (N-ET) είναι τομέας που απασχολεί ιδιαίτερα την επιστημονική κοινότητα, με ταχεία ανάπτυξη και κοινωνικό αντίκτυπο. Οι εφαρμογές της έχουν εισβάλει στην ζωή των ανθρώπων και επηρεάζουν την καθημερινότητά μας. Η προώθηση της νανοτεχνολογίας είναι έντονη διεθνώς, λόγω ραγδαίας ερευνητικής ανάπτυξης και εξέλιξης σε κυρίαρχες επιστήμες όπως η φυσική, η χημεία, η βιολογία, η επιστήμη των υλικών, η μηχανική και η φαρμακολογία. Μία σύγχρονη πρόκληση - λόγω της έλλειψης καταρτισμένων εκπαιδευτών - για την εκπαίδευση είναι η ενσωμάτωση περιεχομένου N-ΕT, αναγκαία για τρεις βασικούς λόγους: (i) την καλλιέργεια του «νανο-γραμματισμού» ώστε οι μελλοντικοί πολίτες να έχουν ευαισθησίες, να είναι ενημερωμένοι και να συμμετέχουν στη λήψη αποφάσεων, (ii) την ανάγκη για εργατικό δυναμικό σε τομείς της Ν-ΕΤ, (iii) το ενδιαφέρον για τις φυσικές επιστήμες που προκαλεί η Ν-ΕΤ στους μαθητές. Η ενσωμάτωση όψεων της N-ΕT στην εκπαίδευση, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, έχει προταθεί να βασίζεται σε βασικές - θεμελιώδεις έννοιες για την κατανόηση του περιεχομένου, τις "Μεγάλες Ιδέες" (ΜΙ). Ωστόσο οι εν ενεργεία εκπαιδευτικοί δεν είχαν την ευκαιρία να διαπραγματευτούν το νέο αυτό πεδίο έρευνας κατά την διάρκεια των σπουδών τους, με αποτέλεσμα να εμφανίζουν δυσκολίες κατά τη διδασκαλία ή/και απροθυμία να εισάγουν το περιεχόμενο, επικαλούμενοι το ισχύον αναλυτικό πρόγραμμα και πιθανούς περιορισμούς του. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των αρχικών απόψεων εκπαιδευτικών δευτεροβάθμιας σχετικά με το περιεχόμενο της Ν-ΕΤ και η ανάπτυξη εκπαιδευτικού υλικού για την ένταξη όψεων του περιεχομένου της Ν-ΕΤ στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Αρχικά πραγματοποιήθηκε έρευνα επί των γνώσεων, αντιλήψεων και της ικανότητας ερμηνείας φαινομένων νανοκλίμακας των εκπαιδευτικών. Τα αποτελέσματα οδήγησαν στην αναγνώριση δυσκολιών και απόψεων που αποκλίνουν από τις επιστημονικά αποδεκτές. Σε πολλές περιπτώσεις ήταν κοινές με δυσκολίες που παρουσιάζουν οι μαθητές σύμφωνα με την βιβλιογραφία. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα με αντίστοιχα μεταπτυχιακών φοιτητών διδακτικής της φυσικής, με εμπειρία σε θέματα διαχείρισης του περιεχομένου Ν-ΕΤ, κρίνεται επιτακτική η ανάγκη για επιμόρφωση των εκπαιδευτικών σε έννοιες σχετικές πριν επιχειρηθεί η ένταξη στο σχολικό περιβάλλον. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε μετασχηματισμός της επιστημονικής γνώσης για τη Ν-ΕΤ σε γνώση προς διδασκαλία και ανάπτυξη συμβατικού (έντυπου) υλικού, ενώ οι αρχές σχεδιασμού καθορίστηκαν από τα προηγούμενα αποτελέσματα. Το υλικό πλαισιώθηκε από απλές χειραπτικές δραστηριότητες και αξιολογήθηκε, έτσι ώστε να πραγματοποιηθούν βελτιώσεις και στη συνέχεια μετασχηματίστηκε σε ψηφιακό. Αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία ενός διαδραστικού ιστότοπου με βιντεοπειράματα και ηλεκτρονικές δραστηριότητες περιεχομένου Ν-ΕΤ, βασισμένου στις αρχικές απόψεις των εκπαιδευτικών. Το τελικό υλικό αξιολογήθηκε ως προς την αποδοχή του από ομάδα μεταπτυχιακών φοιτητών διδακτικής της φυσικής και ομάδα μαθητών. Η αξιολόγηση ήταν θετική, με το υλικό να προκαλεί το ενδιαφέρον των συμμετεχόντων, ενώ κρίθηκε εύχρηστο και επαρκές ως προς τους στόχους που τέθηκαν.
description: Nanoscience – Nanotechnology (N-ST) is a scientific area that is intensely preoccupied the scientific community, a field with rapid development and social impact which deals with materials and structures at nanoscale level (1-100nm). N-ST applications have “invaded” and affect people’s daily routine and lives. There is a worldwide interest and promotion of N-ST, due to rapid research development and advancements leading to revolution in major sciences, such as physics, chemistry, biology, material science, engineering and pharmacology. A modern challenge for education is the integration of N-ST concepts across all levels. This is presented as critical and urgent for three main reasons: (i) the need for literate citizens in N-ST concepts, (ii) the need for workforce and scientists in N-ST sectors, (iii) the increased interest in science that N-ST related concepts evoke in students. According to literature review, the integration of N-ST content relies on core concepts, called "Big Ideas". However, current teachers and educators did not have the opportunity to negotiate this new field during their studies, resulting in shortage of N-ST educated educators and subsequent difficulties while teaching the content or reluctance to introduce the content to their students, citing possible limitations of the current curriculum. This study emerged as a response to these challenges and focuses on researching the initial view and knowledge of secondary education teachers, on N-ST related concepts, in order to develop educational material for the integration and teaching N-ST concepts in secondary education. Initial research was conducted on teachers’ and postgraduate - in didactics of physics - students’ knowledge, perspectives and the ability to interpret nanoscale related phenomena. The results led to the recognition of difficulties and views that deviate from the accepted scientific knowledge and theories, regarding N-ST concepts and phenomena. In many cases these were common to difficulties and views presented by secondary education students according to the literature. The postgraduate students had been educated in teaching of N-ST related concepts. While their results were better than the teachers’, the group also had difficulties in the interpretation of certain N-ST phenomena. Therefore, it is crucial for teachers to acquire new content knowledge and develop better and coherent understanding of science principles related to N-ST, through professional learning opportunities. In the second stage of the work, conventional (printed) educational material with simple hands-on activities was developed. The design principles and the reconstruction of the scientific content to content for instruction (teaching) were based on the previous results. This material was evaluated before improvements and the conversion to digital content. The result was the creation of an interactive website with N-ST related video experiments and online digital activities, which was evaluated by a group secondary education students and a group of postgraduate students in the didactics of physics field. Despite the COVID-19 restrictions during the implementation of the study, the educational material was evaluated positively, arousing the interest of the participants while it was considered sufficient and easy to use.