Numerous studies support the educational model of microcosm as a useful tool for understanding and interpreting macroscopic phenomena. Consequently, an international attempt is made to apply educational approaches of this model or of the particulate nature of matter, as most commonly reported in the international bibliography. However, introducing the model of microcosm seems to be a difficult and long-lasting issue as it involves non-intuitive ideas and it refers to a scale that students are unable to understand using their senses. For this reason, a worldwide effort to find the best educational approach for students as young as possible is currently attempted. In this study, an intervention was implemented, attempting to introduce the model of microcosm to primary education by applying analogies, sequential enlargements of objects, simultaneous macroscopic and microscopic imaging and dynamic simulations of microcosm, in order to address the difficulties of the non-intuitive ideas and especially of the invisible particles that compose matter. The research was focused on whether primary school students were capable, after the proposed intervention, of understanding this model and apply it in the explanation of macroscopic phenomena. The sample consisted of 50 students in the 5th grade. The results showed that students of this age are in a position to understand the model of microcosm thus, additionally facilitating the understanding and explanation of the macroscopic phenomena (e.g. physical change).

ΣΤΟΧΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ ΕΙΝΑΙ ΝΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΕΙ ΤΙΣ ΙΔΕΕΣ ΜΑΘΗΤΩΝ ΤΗΣ ΠΡΩΤΟΒΑΘΜΙΑΣ, ΔΕΥΤΕΡΟΒΑΘΜΙΑΣ ΚΑΙ ΤΡΙΤΟΒΑΘΜΙΑΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΓΙΑ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΜΕΛΕΤΩΝΤΑΣ ΤΗ ΣΧΕΣΗ ΠΟΥ ΕΝΔΕΧΟΜΕΝΩΣ ΥΠΑΡΧΕΙ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΝΝΟΙΩΝ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ ΚΑΙ ΝΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΕΙ ΤΑ ΕΙΔΗ ΤΩΝ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ ΠΟΥ ΛΑΜΒΑΝΟΥΝ ΧΩΡΑ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΜΑΘΗΣΗΣ, ΟΤΑΝ ΤΑ ΠΑΙΔΙΑ ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΑΙ ΑΝΤΙΔΙΑΙΣΘΗΤΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ. ΑΠΩΤΕΡΟΣ ΣΤΟΧΟΣ ΕΙΝΑΙ ΝΑ ΣΧΕΔΙΑΣΕΙ, ΝΑ ΕΦΑΡΜΟΣΕΙ ΚΑΙ ΝΑ ΠΡΟΤΕΙΝΕΙ ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΑΡΕΜΒΑΣΗ ΠΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΠΡΟΩΘΗΣΕΙ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ, ΝΑ ΒΟΗΘΗΣΕΙ ΔΗΛΑΔΗ ΤΟΥΣ ΜΑΘΗΤΕΣ ΝΑ ΜΕΤΑΒΟΥΝ ΑΠΟ ΤΙΣ ΒΑΣΙΖΟΜΕΝΕΣ ΣΤΙΣ ΑΙΣΘΗΣΕΙΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΠΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΦΕΛΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ ΣΤΙΣ ΠΙΟ ΑΦΗΡΗΜΕΝΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ. ΑΡΧΙΚΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΕΤΑΙ ΜΙΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΟΥ ΖΗΤΗΜΑΤΟΣ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ ΚΑΙ ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΠΑΡΟΥΣΙΑΖΕΤΑΙ ΜΙΑ ΣΕΙΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΠΟΥ ΣΚΟΠΟ ΕΧΟΥΝ ΤΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΠΑΝΩ ΕΡΩΤΗΜΑΤΩΝ. ΣΤΑ ΔΥΟ ΠΡΩΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΖΕΤΑΙ ΑΝ ΥΠΑΡΧΟΥΝ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΑΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙ ΤΗ ΜΑΘΗΣΗ, ΑΝ ΔΗΛΑΔΗ ΟΙ ΜΑΘΗΤΕΣ ΣΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΓΝΩΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΟΥΝ ΤΗΝ ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΕΑΝ ΑΥΤΗ Η ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΧΕΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΤΙΣ ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ ΤΟΥΣ ΓΙΑ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ. ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΡΧΙΚΗ ΜΑΣ ΥΠΟΘΕΣΗ ΓΙΑ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΕΝΝΟΙΩΝ ΠΟΥ ΣΥΣΧΕΤΙΖΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ. ΣΤΗΝ ΑΡΧΗ ΟΙ ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ ΒΑΣΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΟΜΟΙΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ, ΣΤΗΝ ΠΟΡΕΙΑ, ΚΑΘΩΣ ΕΡΧΟΝΤΑΙ ΣΕ ΕΠΑΦΗ ΜΕ ΤΙΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΙΔΕΕΣ, ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝ ΚΥΡΙΩΣ ΤΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ (ΣΤΕΡΕΑ, ΥΓΡΑ, ΑΕΡΙΑ) ΩΣ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ, ΕΝΩ ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ, ΚΑΘΩΣ ΑΠΟΚΤΟΥΝ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ ΚΑΙ ΤΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΥ ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΟΥΝ ΤΑ ΣΩΜΑΤΑ ΒΑΣΕΙ ΤΗΣ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΤΟΥΣ ΔΟΜΗΣ. ΠΑΡΑΤΗΡΗΘΗΚΕ, ΕΠΙΣΗΣ, ΥΨΗΛΗ ΣΥΣΧΕΤΙΣΗ ΑΝΑΜΕΣΑ ΣΤΙΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΤΙΣ ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ ΓΙΑ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ, ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΟΝΤΑΣ ΤΗΝ ΥΠΟΘΕΣΗ ΜΑΣ ΟΤΙ Η ΕΠΑΝΑΚΑΤΗΓΟΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΧΕΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΩΝ ΕΞΗΓΗΣΕΩΝ. ΣΤΟ ΤΡΙΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΣΧΕΔΙΑΖΕΤΑΙ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΖΕΤΑΙ ΣΕ ΜΑΘΗΤΕΣ ΤΟΥ ΔΗΜΟΤΙΚΟΥ ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΑΡΕΜΒΑΣΗ ΠΟΥ ΕΠΙΧΕΙΡΕΙ ΝΑ ΠΡΟΩΘΗΣΕΙ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ. ΤΟ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ ΕΙΝΑΙ ΟΤΙ ΛΑΜΒΑΝΟΥΜΕ ΥΠΟΨΗ ΜΑΣ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΥΣ ΠΟΥ ΦΑΙΝΕΤΑΙ ΝΑ ΠΑΙΖΟΥΝ ΡΟΛΟ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΜΑΘΗΣΗΣ, ΠΡΟΚΕΙΜΕΝΟΥ ΝΑ ΠΕΤΥΧΟΥΜΕ ΤΟ ΒΕΛΤΙΣΤΟ ΔΥΝΑΤΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑ: ΤΙΣ ΑΝΤΙΛΗΨΕΙΣ ΤΩΝ ΜΑΘΗΤΩΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ, ΤΙΣ ΕΠΙΣΤΗΜΙΚΕΣ ΠΕΠΟΙΘΗΣΕΙΣ ΤΟΥΣ ΚΑΙ ΤΑ ΕΜΠΟΔΙΑ ΠΟΥ ΑΥΤΕΣ ΘΕΤΟΥΝ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ, ΤΗ ΣΕΙΡΑ ΑΠΟΚΤΗΣΗΣ ΤΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΚΑΙ ΤΑ ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΣΤΑΔΙΑ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ, ΤΗ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΤΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΠΟΥ ΘΕΩΡΟΥΝΤΑΙ ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΠΑΡΚΗ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΚΑΙ ΤΗΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΩΝ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ, Η ΟΠΟΙΑ ΓΙΝΕΤΑΙ ΣΕ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟ ΜΕ ΤΗΝ ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ. ΤΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΕΙΧΝΟΥΝ ΟΤΙ Η ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΑΡΕΜΒΑΣΗ ΠΡΟΩΘΗΣΕ ΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΣ ΕΝΝΟΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΛΛΑΓΗΣ, ΑΦΟΥ ΒΟΗΘΗΣΕ ΤΟΥΣ ΜΑΘΗΤΕΣ ΝΑ ΜΕΤΑΒΟΥΝ ΑΠΟ ΜΙΑ ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ ΠΟΥ ΓΙΝΕΤΑΙ ΑΝΤΙΛΗΠΤΗ ΜΕ ΤΙΣ ΑΙΣΘΗΣΕΙΣ ΣΕ ΜΙΑ ΘΕΩΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ ΠΟΥ ΠΡΟΣΕΓΓΙΖΕΙ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΟ ΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΑΤΟΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΗ.

A study about the evaluation and the presentation of a new educational interactive software that deals with physical phenomena like the structure of matter in a microscopic level using animated representations. This software was designed to be used for teaching basic concepts about the structure of atomic models and matter, aiming to help pupils to spot the differences in structure between solid, liquid and gas state. By visualising expansion and contraction, as well as the correlation between temperature and the speed of particle movement in matter. The presentation of the software is accompanied by the results of its use in the classroom, where it is reflected that it has helped to cope with cognitive difficulties that are widely reported in the bibliography

Previous research has shown that students have difficulties in understanding the scientific explanations of the physical changes of state of matter. We hypothesized that these difficulties stem from the fact that they categorize substances to belong to one of three distinct states (solid, liquid, gas), instead of their molecular structure (particular nature of matter), and apply to them the properties of the corresponding physical state (e.g., solids are rigid, liquids are flexible, gases are invisible, etc.). The purpose of the study was to examine whether there is a recategorization of substances with development and if this is correlated with students’ explanations of physical changes of state. The participants were 40 4th graders, 40 6th graders, 35 9th graders and 30 university students. The results of the study confirmed the hypothesis regarding the recategorization of substances and high correlations were obtained between participants’ categorizations of substances and their explanations of physical changes of state, supporting the idea that the shift from categorizing substances based on their physical state to categorizing them based on their molecular structure is probably a prerequisite to a full understanding of the change of state of matter.

Πολλές έρευνες έχουν δείξει ότι οι μαθητές δυσκολεύονται να κατανοήσουν την έννοια της ύλης και τις φυσικές μεταβολές της. Θεωρούμε ότι οι δυσκολίες αυτές οφείλονται στο γεγονός ότι έχουν διαμορφώσει αρχικές ερμηνείες για την ύλη που διαφέρουν από τις αντίστοιχες επιστημονικές. Το πρότυπο του μικρόκοσμου είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για την κατανόηση των εννοιών αυτών και την ερμηνεία των μακροσκοπικών φαινομένων. Στο παρόν σενάριο εφαρμόζουμε μια διδακτική παρέμβαση που σκοπό έχει να βοηθήσει τους μαθητές να μεταβούν από τις βασιζόμενες στις αισθήσεις αντιλήψεις τους για την ύλη στις πιο αφηρημένες έννοιες της επιστημονικής θεωρίας, αξιοποιώντας μια σειρά από πόρους, συμπεριλαμβανομένου και του εκπαιδευτικού προτύπου του μικροκόσμου. Βασικό στοιχείο του σεναρίου για μαθητές της Ε’ Δημοτικού είναι ότι λαμβάνει υπόψη του τις αντιλήψεις των μαθητών για την ύλη, ενώ η εισαγωγή της σωματιδιακής θεωρίας γίνεται με τη βοήθεια προσομοιώσεων του μοντέλου του μικρόκοσμου. Επίσης, αξιοποιούνται όλοι οι διαθέσιμοι υλικοί και ψηφιακοί πόροι συνθέτοντας ένα εκπαιδευτικό ψηφιακό σενάριο που βασίζεται στην επιστημονική/εκπαιδευτική μεθοδολογία με διερεύνηση. Η εφαρμογή του σεναρίου έδειξε ότι επηρέασε θετικά τις αντιλήψεις των μαθητών για την ύλη, υποστηρίζοντας και την άποψη ότι η μικροσκοπική προσέγγιση της ύλης τους βοηθά να προσεγγίσουν καλύτερα τις μακροσκοπικές έννοιες.