Η εμπλοκή των εκτελεστικών λειτουργιών στην ανάπτυξη επιστημολογικής επίγνωσης αναφορικά με τη φύση και το ρόλο των επιστημονικών μοντέλων

Abstract

Οι μαθητές παρουσιάζουν δυσκολίες, ακόμη και μετά από ρητή διδασκαλία, στην τροποποίηση των ιδεών τους αναφορικά με τη φύση και το ρόλο των επιστημονικών μοντέλων. Η σχέση μεταξύ της εννοιολογικής κατανόησης και αλλαγής και των εκτελεστικών λειτουργιών ξεκίνησε να μελετάται συστηματικά μέσα από συσχετιστικές μελέτες. Παρόλα αυτά, υπάρχει έλλειψη πειραματικών δεδομένων, αναφορικά με την εμπλοκή των εκτελεστικών λειτουργιών (Ε.Λ) στην εννοιολογική αλλαγή και κατανόηση μετά από διδακτικές παρεμβάσεις. Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η διερεύνηση των εκτελεστικών λειτουργιών ως προβλεπτικούς παράγοντες της εννοιολογικής αλλαγής και κατανόησης μετά από σειρά διδακτικών παρεμβάσεων. Διεξήχθη πειραματικός σχεδιασμός με μία πειραματική ομάδα και μετρήσεις πριν και μετά τις διδακτικές παρεμβάσεις. Το δείγμα της έρευνας διαμορφώθηκε από 62 μαθητές ΣΤ΄ τάξης Δημοτικού. Οι αρχικές και τελικές ιδέες των μαθητών καταγράφηκαν με τη χρήση προ-πειραματικού και μετα-πειραματικού δοκιμίου για τη φύση και το ρόλο των επιστημονικών μοντέλων, καθώς και για το περιεχόμενο της Νανοεπιστήμης- Νανοτεχνολογίας (Ν-ΕΤ). Οι εκτελεστικές λειτουργίες της εναλλαγής, αναστολής και της ανανέωσης της μνήμης εργασίας, όπως και η νοητική ικανότητα των μαθητών εξετάσθηκαν, πριν τη διδακτική παρέμβαση, με τη χρήση έργων σε ηλεκτρονικό υπολογιστή (computerized tasks). Για τη διερεύνηση της επίδρασης των εκτελεστικών λειτουργιών πραγματοποιήθηκε ανάλυση πολλαπλής παλινδρόμησης με ανεξάρτητες μεταβλητές τις Ε.Λ. και εξαρτημένες μεταβλητές την αρχική και τελική κατανόηση των μαθητών για τη φύση και το ρόλο των μοντέλων και το περιεχόμενο της Ν-ΕΤ. Επιπλέον, για τη διερεύνηση του ερωτήματος αν οι Ε.Λ ή η νοημοσύνη αποτελούν καλύτερους προβλεπτικούς παράγοντες της εννοιολογικής κατανόησης και αλλαγής, πραγματοποιήθηκε σύγκριση δύο μοντέλων – υποδειγμάτων παλινδρόμησης, ένα μοντέλο με τις εκτελεστικές λειτουργίες και ένα μοντέλο με προβλεπτικό παράγοντα τη νοημοσύνη. Επιπλέον, κατασκευάστηκε και ένα μοντέλο που περιείχε ως προβλεπτικούς παράγοντες τις Ε.Λ. υπό την παρουσία της νοημοσύνης, ώστε να μελετηθεί αν η επίδραση των Ε.Λ. παραμένει στατιστικά σημαντική. Τα αποτελέσματα από την ανάλυση παλινδρόμησης έδειξαν ότι οι εκτελεστικές λειτουργίες της αναστολής, εναλλαγής και ανανέωσης της μνήμης εργασίας, μπορούν να προβλέψουν την αρχική και τελική κατανόηση για τη φύση και το ρόλο των μοντέλων. Ταυτόχρονα, οι εκτελεστικές λειτουργιές αποτελούν προβλεπτικούς παράγοντες της τελικής κατανόησης για το περιεχόμενο της Ν-ΕΤ. Επιπλέον, στα αποτελέσματα φαίνεται ότι οι Ε.Λ αποτελούν καλύτερους προβλεπτικούς παράγοντες της εννοιολογικής κατανόησης από τη νοητική ικανότητα. Μπορούμε επομένως να ισχυριστούμε ότι στη βελτίωση που πραγματοποιήθηκε στην εννοιολογική κατανόηση των μαθητών εμπλέκονται οι εκτελεστικές τους λειτουργίες. Τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας έχουν εκπαιδευτικές προεκτάσεις. Φανερώνεται η αναγκαιότητα τροποποίησης των μεθόδων διδασκαλίας, προσανατολισμένες στον εκτελεστικό έλεγχο, με σκοπό την αποτελεσματικότερη διαχείριση της παρέμβασης των αρχικών διαισθητικών ιδεών. Ταυτόχρονα, διαφαίνεται και η αναγκαιότητα εξάσκησης των εκτελεστικών λειτουργιών στο σχολικό πλαίσιο, με σκοπό την βελτίωση των ακαδημαϊκών επιδόσεων των μαθητών. Students face difficulties, even after explicit instruction, change their intuitive ideas about the nature and role of scientific models. The relation between executive functions and conceptual understanding and change is, now, being systematically examined through correlation studies. Nevertheless, empirical data about the contribution of the executive functions (E.F.) in Conceptual Change and Understanding after the implementation of a learning sequence, are absent. The purpose of the present study was to examine whether the executive functions can be considered as predicting factors for conceptual change and understanding after the implementation of a learning sequence. An experimental research design was adopted with pre- and post- measurements. Sixty two sixth-grade Greek pupils participated in the study. The pupils’ initial and final ideas were examined via pre-experimental and post-experimental questionnaires regarding the nature and the role of scientific models, as well as the content of nanoscience and technology. Shifting, Inhibition and Updating executive functions, as well as Intelligence were examined with the use of computerized tasks. In order to search the predictive power of E.F., linear regression analyses took place, having Executive function as the independent variable and pre-test, post-test performance as the dependent variable. In order to compare predictive power of E.F. and intelligence, a comparison was made between two models-regression examples: a model containing E.F. and another one containing intelligence as a predicting factor. Furthermore, to test if the statistical significance of the E.F. predictive power remains in the presence of intelligence, a new model-regression example was made with E.F. and intelligence as predicting factors. Results revealed that inhibition, shifting and updating executive functions are able to predict the initial understanding and the final conceptual understanding about the nature and the role of scientific models as well as the final conceptual understanding of the content of nanoscience and technology. Moreover, results support that executive functions were more efficient than intelligence at predicting conceptual understanding. Thus, we can claim that executive functions are implicated in the improvement of the pupils’ conceptual understanding. The results of this research have educational implications. There is a need to modify the teaching methods, oriented to executive control, in order to more effectively manage the intervention of the intuitive ideas. At the same time, there is a need for exercising executive functions in the school context in order to improve students' academic performance.