This dissertation is situated within the context of the research on how students’ reasoningregarding the natural world can develop in order for them to encounter the scientificdiscourse which construes material world as consisting of hierarchically organizedsystems at different scales (levels of organization). The conducted survey aimed atinvestigating how pre-service teachers reason about the environmental phenomena atthree different scales –levels (Macroscopic, Microscopic, Large). It also aimed atinvestigating how their way of understanding and explaining the world develops bymeans of their interacting with didactic materials especially designed to give them theopportunity to observe and investigate the processes and changes occurring at the threedifferent scales. The whole process took place during a suitably designed didacticintervention. The environmental phenomenon chosen to be studied at the interventionwas acid rain effect on ecosystems. This effect depends on the ecosystems subsoilbuffering capacity which, in turn, depends on the maternal bedrock type the minerals andstones in the soil come from. Thus, this survey examined how students used the acid /weathered stone reaction that can be observed and described at macro-scale, but it isinterpreted at micro (ionic / molecular) scale, in order for them to be able to explain thedifferent evolution of similar ecosystems under acid rain attack (large scale).The didactic materials included educational software visualizing both micro-scalesystems and processes as well as large scale changes describing and explaining thephenomenon. Students’ recordings on worksheets filled out during the intervention, alongwith pre and post tests, were analyzed according to three category systems, designed tobetter portray these data. The results revealed the gap that exists between the students’primary discourse that can’t deduce or explain large level changes by macro and microscales processes on the one hand, and the scientific discourse explaining the materialworld at different scales - levels on the other hand.However, they also revealed the students’ possibility to better approach this discourse asa result of their gradual interaction with appropriate didactic tools. More specifically, itwas found that: 1. Students give descriptions of acid rain interaction with theenvironment on large or macro level. Nevertheless, they do not interrelate their accountsof what is happening at the two levels, their descriptions being incoherent destruction"narratives" 2. The didactical approach of the environmental phenomena at differentscales substuntially contributes to the development of students’ ability to discuss andreason about them. 3. It is difficult for students to use microscopic entities and proccesesin their descriptions. However, interaction with the microscopic systems helped themacquire a clearer understading of macroscopic processes, and thus, by making use ofthem to be able to explain the changes occurring in ecosystems.
Η διατριβή αναφέρεται στη σύγχρονη προβληματική για τη μελέτη του τρόπου πουεξελίσσεται η σκέψη των εκπαιδευομένων προκειμένου να προσεγγίσει την επιστημονικήσκέψη - επιστημονικό λόγο που αντιλαμβάνεται τον φυσικό κόσμο ως αποτελούμενο απόιεραρχικά οργανωμένα συστήματα σε διαφορετικές κλίμακες (επίπεδα οργάνωσης). Ηέρευνα που διεξήχθη στο πλαίσιο της διατριβής είχε ως κύριο στόχο να διερευνήσει τοπως οι φοιτητές του Παιδαγωγικού Τμήματος Δημοτικής Εκπαίδευσης αντιλαμβάνονταικαι επεξηγούν τα περιβαλλοντικά προβλήματα χρησιμοποιώντας τις τρεις κλίμακες-επίπεδα κατανόησης του φυσικού κόσμου (Μικροσκοπική, Μακροσκοπική και Μεγάλη).Επιπλέον δε, το πως οι επεξηγήσεις τους μεταβάλλονται κατά την διδασκαλία τωνπεριβαλλοντικών φαινομένων με κατάλληλα σχεδιασμένο διδακτικό υλικό το οποίοκαταδεικνύει τις μεταβολές και διεργασίες που λαμβάνουν χώρα και στις τρεις αυτέςκλίμακες. Το περιβαλλοντικό φαινόμενο το οποίο μελετήθηκε κατά τη διδακτικήπαρέμβαση και για το οποίο σχεδιάστηκε το διδακτικό υλικό ήταν: «η αλληλεπίδραση τηςόξινης βροχής με το φυσικό περιβάλλον». Το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης της όξινηςβροχής με το φυσικό περιβάλλον επελέγη διότι η εξήγηση του απαιτεί σύνδεση τωνφαινομένων του μεγάλου επιπέδου (μεταβολές σε επίπεδο οικοσυστημάτων) μεδιεργασίες που παρατηρούνται σε μακροσκοπικό επίπεδο (αλληλεπίδραση του όξινουνερού με τα αποσαθρωμένα πετρώματα) και οι οποίες με τη σειρά τους ερμηνεύονταιμέσω οντοτήτων και διεργασιών του μικρόκοσμου (μόρια, ιόντα). Στο διδακτικό υλικόπεριλήφθηκε εκπαιδευτικό λογισμικό, που σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ειδικά για τιςανάγκες της έρευνας, προκειμένου να γίνει δυνατή την αναπαράσταση των «πολύμικρών» και «πολύ μεγάλων συστημάτων». Τα δεδομένα αντλήθηκαν απόερωτηματολόγια που οι φοιτητές συμπλήρωσαν πριν και μετά τη διδακτική παρέμβασηκαι από τα φύλλα εργασίας που συμπλήρωναν κατά τη διάρκεια της παρέμβασης. Γιατην ανάλυσή τους κατασκευάστηκε ένα σύνολο (τριών) συστημάτων κατηγοριών. Ηέρευνα ανέδειξε την διάσταση που υπάρχει ανάμεσα στο λόγο των φοιτητών και τονεπιστημονικό λόγο, αλλά και την δυνατότητα που προσφέρει η αλληλεπίδραση τους μεκατάλληλα διδακτικά εργαλεία ώστε οι φοιτητές σταδιακά να μπορέσουν ναπροσεγγίσουν το λόγο της επιστήμης. Ειδικότερα: 1. Οι φοιτητές, παρόλο που μπορούν ναπεριγράφουν τις επιπτώσεις της ρύπανσης σε μακροσκοπικό ή μεγάλο επίπεδο, δενσυνδέουν αυτές τις αφηγήσεις μεταξύ τους με αποτέλεσμα να μη μπορούν να εκφράζουνεπιστημονικά τεκμηριωμένες απόψεις, αλλά μάλλον να «αφηγούνται» ασύνδετες«ιστορίες» καταστροφής. 2. η προσέγγιση μέσα στην τάξη των διαφορετικών επιπέδωνεξήγησης του φυσικού κόσμου συμβάλει στην ικανότητα των φοιτητών να προσεγγίζουνφαινόμενα που δεν μπορούν να γίνουν άμεσα αντιληπτά με απλή παρατήρηση. 3. Οιφοιτητές αντιμετωπίζουν αρχικά δυσκολίες στην εξοικείωσή τους με το μικροσκοπικόεπίπεδο. Όμως η διδακτική προσέγγιση των συστημάτων του μικρόκοσμου ενισχύει τηνκατανόηση των διεργασιών του μακρόκοσμου και την ικανότητα των φοιτητών νασυνδέουν τις διεργασίες του μακροσκοπικού επιπέδου με τις μεταβολές που συμβαίνουνστα οικοσυστήματα (μεγάλη κλίμακα χώρου και χρόνου)
