Ιδέες και προβλήματα κατανόησης των μαθητών ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΔΗΜΟΤΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ   Ιδέες και προβλήματα κατανόησης των μαθητών για το περιεχόμενο της Νανοτεχολογίας 15/10/2017

Τι σημαίνει το πρόθεμα «νάνο»; Μέτρο : 1. 000.000.000 : 1.000.000 : 1000 Κλίμακα μεγέθους στο μετρικό σύστημα Χιλιοστόμετρο Μικρόμετρο Νανόμετρο

Πόσο μικρό είναι το «νάνο»; (Ι) Η 10 φορές η διάμετρος ενός ατόμου υδρογόνου 1nm Τα νύχια μεγαλώνουν κατά 1nm κάθε δευτερόλεπτο Η κορυφή των Ιμαλάϊων ανυψώνεται 1nm κάθε 6,3 sec

Κλίμακες

Ο κόσμος του Νάνο: ένας «μαγικός» κόσμος οι νανοδομές στα φτερά της πεταλούδας οι νανοπροεξοχές στα φύλλα του λωτού τα νανοτριχίδια στα πόδια της σαύρας gecko

https://futuristech.info/posts/biomimicry-approach-to-cleaning-future-oil-spills-nanofur-material

Φαινόμενα της φύσης στην κλίμακα του Νάνο Φαινόμενα φυσης: Καρχαρίας  στο δερμα του εχει νανοδομές που τον βοηθαει να κολυμπάει γρηγορότερα, Πεταλούδα  Μύδι , Λωτός  υδροφοβικότητα και αυτοκαθαρισμός, Σαύρα  ισχυρή προσκόλληση και υδροφοβικότητα (Ευρωπαϊκή Επιτροπή, 2007)

Τι είναι η Ν-ΕΤ Χειρισμός της ύλης & εκμετάλλευση Χειρισμός της ύλης & εκμετάλλευση των ιδιοτήτων των υλικών Διεπιστημονικός κλάδος Νανοκλίμακα 1 – 100nm Διαφορετικές ιδιότητες π.χ. φυσικές, μαγνητικές, οπτικές, ηλεκτρικές & χημικές Εφαρμογές στην καθημερινή ζωή, στην ιατρική, στην εξερεύνηση του διαστήματος κ.α. (Jones et al. 2013, Murty et al. 2013, Ghattas & Carver 2012)

Οι Μεγάλες Ιδέες στην Β/θμια Οι Μεγάλες Ιδέες στην Α/θμια ΜΙ1: Μέγεθος και κλίμακα ΜΙ2: Δομή της ύλης ΜΙ3: Δυνάμεις και αλληλεπιδράσεις ΜΙ4: Κβαντικά φαινόμενα ΜΙ5: Ιδιότητες εξαρτώμενες απ΄ το μέγεθος ΜΙ6: Αυτοοργάνωση ΜΙ7: Εργαλεία και όργανα ΜΙ8: Μοντέλα και Προσομοιώσεις ΜΙ9: Τεχνολογία, Επιστήμη, Κοινωνία: Εφαρμογές ΜΙ1: Μέγεθος και κλίμακα - ΜΙ5: Ιδιότητες εξαρτώμενες απ΄ το μέγεθος ΜΙ7: Εργαλεία και όργανα ΜΙ8: Μοντέλα και Προσομοιώσεις ΜΙ9: Τεχνολογία, Επιστήμη, Κοινωνία: Εφαρμογές (Stevens et al. 2009, Blonder & Sakhnini 2016)

Το πλαίσιο FS2C για το Μέγεθος & Kλίμακα Ποσοτικές διαδικασίες Το πλαίσιο FS2C για το Μέγεθος & Kλίμακα Μαθηματική σκέψη Αριθμητική αναλογική σκέψη Ποσοτική απόλυτη αντίληψη – κλίμακα 5 γνωστικές διαδικασίες Λογική Αναλογική σκέψη Ποσοτική αναλογική αντίληψη – κλίμακα Ποιοτικές διαδικασίες Διάκριση Ποιοτική αναλογική αντίληψη – μέγεθος Ποιοτική σχεσιακή αντίληψη – μέγεθος Γενίκευση Για τη διδασκαλία και μάθηση της ΜΙ Μέγεθος και Κλίμακα εντοπίζεται ένα συγκεκριμένο πλαίσιο στη βιβλιογραφία το οποίο περιλαμβάνει 5 γν. διαδ. 5 αντίστοιχα επίπεδα κατανόησης 5 επίπεδα κατανόησης Ποιοτική κατηγοριοποιητική αντίληψη – μέγεθος (Μagana et al. 2012)

Το πλαίσιο FS2C για το Μέγεθος & Kλίμακα: Παραδείγματα Γενίκευση: εξαρτάται από την ταξινόμηση Διάκριση: εξαρτάται από την σειροθέτησης Γενίκευση του μεγέθους περιλαμβάνει: το άτομο κατηγοριοποιείται στην ατομική κλίμακα, ο ιός και η διάμετρος της διπλής έλικας του DNA στη νανοκλίμακα, τα βακτήρια και το ερυθρό αιμοσφαίριο στην μικροκλίμακα και ο άνθρωπος στην μακροκλίμακα. Η διαδικασία της διάκρισης-από το μικρότερο προς το μεγαλύτερο: ιός < βακτήριο < ερυθρό αιμοσφαίριο < μυρμήγκι < άνθρωπος.

Το πλαίσιο FS2C για το Μέγεθος & Kλίμακα: Παραδείγματα Λογική αναλογική σκέψη για το μέγεθος: η διαφορά του μεγέθους του ύψους του ανθρώπου με το μήκος του μυρμηγκιού, είναι ίδια αναλογικά με την διαφορά των μεγεθών μεταξύ του βακτηρίου και της διαμέτρου της διπλής έλικας του DNA. Αριθμητική αναλογική σκέψη για την κλίμακα: η διαφορά του μήκους του μυρμηγκιού με το ύψος του ανθρώπου είναι ότι το μήκος του μυρμηγκιού είναι 1000 μικρότερο από το ύψος του ανθρώπου, όπως η διαφορά του μεγέθους μεταξύ του βακτηρίου και του DNA είναι ότι το DNA είναι 1000 μικρότερο από το βακτήριο. Μαθηματική σκέψη είναι: το μέγεθος των βακτηρίων είναι 1μm ή 1x10-6 m, δηλαδή όταν αποδίδεται το αριθμητικό μέγεθος ενός αντικειμένου (Magana et al., 2012).

Data collection: Research Tool or Data sources Τι ερευνώ? Ποια είναι τα ερευνητικά ερωτήματα που θα απαντήσω με το συγκεκριμένο εργαλείο συλλογής δεδομένων?

ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Απάντησε στις παρακάτω ερωτήσεις ΕΡΩΤ1: Ένας μαθητής διάβασε στο διαδίκτυο την λέξη νανοτεχνολογία και αναρωτήθηκε τι άραγε να σημαίνει. Προσπάθησε να του εξηγήσεις τι νομίζεις εσύ ότι είναι η νανοτεχνολογία. ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Απάντησε στις παρακάτω ερωτήσεις ΕΡΩΤ1: Ένας μαθητής διάβασε στο διαδίκτυο την λέξη νανοτεχνολογία και αναρωτήθηκε τι άραγε να σημαίνει. Προσπάθησε να του εξηγήσεις τι νομίζεις εσύ ότι είναι η νανοτεχνολογία. ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Απάντησε στις παρακάτω ερωτήσεις ΕΡΩΤ1: Ένας μαθητής διάβασε στο διαδίκτυο την λέξη νανοτεχνολογία και αναρωτήθηκε τι άραγε να σημαίνει. Προσπάθησε να του εξηγήσεις τι νομίζεις εσύ ότι είναι η νανοτεχνολογία. ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Data Analysis: Tool Analysis Πώς θα αναλύσω τα δεδομένα μου? Μπορώ να αναγνωρίσω κατηγορίες? Μπορών να αναγνωρίσω επίπεδα?

Αξιολόγηση των ιδεών Ιεραρχικά επίπεδα κατανόησης Ε3: επιστημονική άποψη Ε2: μερικώς επιστημονική Ε1: εναλλακτική άποψη Ε0: Κενές, ή ασαφείς απαντήσεις Ε1: επιστημονική άποψη Ε0: εναλλακτική άποψη/κενές ή ασαφείς απαντήσεις

ΕΡΩΤ1. Πώς νοηματοδοτούν την Ν-ΕΤ; «… τι νομίζεις ότι είναι η νανοτεχνολογία;» Η νανοτεχνολογία αφορά αντικείμενα του νανόκοσμου, όπως τον ιό και το DNA του. Αυτά τα σωματίδια μπορούμε να τα δούμε μόνο με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Είναι κάποιοι επιστήμονες (νανοεπιστήμονες) που ασχολούνται με πολύ μικρά αντικείμενα. Νομίζω πως είναι η τεχνολογία των νάνων. 63% = 14 μαθητές ανέφεραν όρους του νανογραμματισμού. Πριν την εφαρμογή το 31,82% = 7 μαθητές θεωρούσε ότι η Ν-ΕΤ σχετίζεται με τους νάνους Ε3: επιστημονική άποψη  όροι του νανογραμματισμού για μία τουλάχιστον ΜΙ Ε2: μερικώς επιστημονική άποψη  ΜΑ για μια τουλάχιστον ΜΙ με γενικότητες Ε1: μακριά από την επιστημονική άποψη  ανθρωποκεντρική θεώρηση της Ν-ΕΤ ή ασαφείς απαντήσεις Ε0: καμία απάντηση/ δεν ξέρω

ΕΡΩΤ2. Οι ιδέες των μαθητών για το μικρότερο αντικείμενο Ποιο νομίζεις ότι είναι το μικρότερο που υπάρχει; Ε3: αντ. Νανόκοσμου-ατομικού κόσμου π.χ. ιός, DNA Ε2: αντ. Μικρόκοσμου π.χ. κύτταρο Ε1: αντ. μακρόκοσμου π.χ. μυρμήγκι Ε0: ασαφής/ καμία απάντηση 19 μαθητές στο τέλος ανέφεραν αντικείμενα του νανόκοσμου ή του ατομικού κόσμου ενώ βλέπουμε ότι αρχικά το 40% = 9 μαθητές ανέφεραν το κύτταρο. Ακόμα ενδιαφέρον είναι ότι 7 μαθητές ανέφεραν ως μικρότερο ένα αντικείμενο του μάκρο

ΕΡΩΤ3. Ποια όργανα παρατήρησης γνωρίζουν οι μαθητές Με ποιο όργανο μπορείς να δεις το αντικείμενο που έγραψες; Ε3: ηλεκτρονικό μικροσκόπιο Ε2: οπτικό μικροσκόπιο Ε1: γυμνό μάτι Ε0: ασαφής- καμία απάντηση Πριν την εφαρμογή πάνω από τους μισούς μαθητές ανέφεραν το οπτικό ενώ Στην τελική μέτρηση 20 μαθητές αναφέρθηκαν στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο

ΕΡΩΤ4. Σειροθέτηση αντικειμένων Τοποθέτησε τα παρακάτω αντικείμενα από το μεγαλύτερο προς το μικρότερο Κύτταρο κρεμμυδιού, DNA, κόκκος αλατιού, μπάλα ποδοσφαίρου, ιός, πυρήνας κυττάρου Μπάλα ποδ. Κόκκος αλ. Κύτταρο κρεμ. Πυρήνας κυτ. Ιός DNA Ε3: σωστή σειροθέτηση όλων Ε2: σωστή σειροθέτηση αντ. του μάκρο & μίκρο Ε1: σωστή σειροθέτηση των αντ. του μάκρο & 1 τουλάχιστον λάθος στο μίκρο ή νάνο Ε0: λάθος σειρ. των αντ. του μάρκο. Παρατηρούμε ότι οι περισσότεροι μαθητές 17 μαθητές σειροθέτησαν σωστά αυτά τα ακτικείμενα που βλέπετε στην διαφάνεια

ΕΡΩΤ5. Περιγραφή του φαινομένου του λωτού Δυο αδέρφια, αφού έπλυναν ένα κομμάτι λάχανο παρατήρησαν το εξής: «οι σταγόνες μόλις έπεφταν πάνω στο λάχανο γίνονταν στρόγγυλες σαν μπίλιες». Για ποιο λόγο νομίζεις ότι μπορεί να συμβαίνει αυτό; Ε3: επιστημονική άποψη: όρους του νανογραμματισμού για τη νανοδομή ή/και τη λειτουργία της επιφάνειάς του π.χ. νανοεξογκώματα, υδροφοβικότητα Ε2: μερικώς επιστημονική άποψη: απλή περιγραφή του φαινομένου Ε1: εναλλακτική άποψη: φυσικά χαρακτηριστικά του λάχανου π.χ. είναι στρογγυλό Ε0: ασαφής/ καμία απάντηση Παραληρούμε μεγάλη αλλαγή ανάμεσα στην Ε0 και Ε3. Δηλαδή 16 μαθητές όταν περιέγραφαν το φαινόμενο χρησιμοποιούσαν λέξεις όπως νανοεξογκώματα Γιατί το λάχανο έχει σκληρό φύλλο Γιατί το λάχανο έχει πάνω πάνω του κάτι μικρά εξογκώματα τα οποία δεν μπορούμε να τα δούμε με το μάτι και έτσι οι σταγόνες δε κυλούν και γίνονται στρόγγυλες Αυτό συμβαίνει επειδή το λάχανο έχει νανοεξογκώματα και έτσι η σταγόνα γίνεται μπάλα

Έρευνες στις ιδέες των μαθητών: Ν-ΕΤ Κυρίως μικροσκοπικά αντικείμενα Από Στ΄ τάξη ένας μικρός αριθμός μαθητών αναφέρει άτομα & μόρια Αποτυγχάνουν στην σειροθέτηση αντικειμένων στους μη ορατούς κόσμους Μικρό ποσοστό  το νάνο είναι κάτι μικρό χωρίς να προσδιορίζεται το πόσο μικρό Επιπλέον καταγράφονται στη βιβλιογραφία οι ιδέες των μαθητών για ορισμένες όψεις της Ν-ΕΤ καθώς και για τα μοντέλα (Castelini et al. 2007, Murriello Contier & Knobel 2006, Waldron et al. 2006 Laherto 2010, Stevens et al. 2009, Daly & Bryan 2007, Daly & Bryan 2007,

Δημοσιεύσεις Σπύρτου, Α., Πέικος, Γ., Μάνου, Λ. (2016). Ταξινόμηση και σειροθέτηση αντικειμένων για την κατανόηση του μεγέθους στην κλίμακα του νάνο από μαθητές Δημοτικού Σχολείου . Στα Πρακτικά: Μ. Σκουμιός, Χ. Σκουμπουρδή (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο με Διεθνή Συμμετοχή «Το εκπαιδευτικό υλικό στα Μαθηματικά και το εκπαιδευτικό υλικό στις Φυσικές Επιστήμες: μοναχικές πορείες ή αλληλεπιδράσεις;» , Ρόδος 14-16 Οκτωβρίου, σελ. 196-205. Peikos, G., Manou, L., Spyrtou, A., Papadopoulou, C. (2016). Study of the evolution of primary students’ ideas about nanonscience-nanotechnology. In Proceedings: V., Gulevska, B. C., Dimov (eds.), Third International Conference EDUCATION ACROSS BORDERS - EDUCATION AND RESEARCH ACROSS TIME AND SPACE, Bitola 6-7 October, 459-467 Manou, L., Spyrtou, A., Hatzikraniotis, E., Kariotoglou, P. (2016). Primary Teachers’ conceptions about the content of Nanoscience-Nanotechnology . In Proceedings: V., Gulevska, B. C., Dimov (eds.), Third International Conference EDUCATION ACROSS BORDERS - EDUCATION AND RESEARCH ACROSS TIME AND SPACE, Bitola 6-7 October, 468-475 .