Μαθηματική μοντελοποίηση μέσω απλών μηχανών και ο ρόλος στην εκπαιδευτική διαδικασία
Loading...
Date
2026-06-23
Authors
Ασημακόπουλος, Κωνσταντίνος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνά τη συμβολή της μοντελοποίησης μέσω απλών μηχανών στην Α΄ τάξη του Επαγγελματικού Λυκείου (ΕΠΑ.Λ.). Η σημασία της έρευνας προκύπτει από το γεγονός ότι βασικές έννοιες της μηχανικής παραμένουν αφηρημένες, όταν προσεγγίζονται αποκλειστικά σε θεωρητικό επίπεδο. Η μοντελοποίηση και η αξιοποίηση ψηφιακών τεχνολογιών μπορούν να μετατρέψουν τις έννοιες αυτές σε λειτουργικές αναπαραστάσεις, επιτρέποντας στους μαθητές να πειραματίζονται, να προβλέπουν και να βελτιώνουν πραγματικά συστήματα. Παράλληλα, οι σύγχρονες εκπαιδευτικές θεωρίες καθιστούν αναγκαία την ανάπτυξη διεπιστημονικών προσεγγίσεων STEM που να συνδέουν τα μαθηματικά, τις φυσικές επιστήμες, τη μηχανοτεχνία και τον τεχνολογικό σχεδιασμό μέσα σε αυθεντικά μαθησιακά περιβάλλοντα.
Η έρευνα στη διδασκαλία των απλών μηχανών παραμένει περιορισμένη στο πλαίσιο των φυσικών επιστημών κυρίως για έννοιες όπως η δύναμη και το μηχανικό πλεονέκτημα. Συνεπώς, εντοπίζεται κενό σε μελέτες που αφορούν έννοιες όπως το έργο και την ενέργεια, καθώς και σε αυτές που συνδυάζουν σχεδίαση, μοντελοποίηση και προσομοίωση πραγματικών συστημάτων που στηρίζονται σε απλές μηχανές.
Σκοπός της διατριβής ήταν να διερευνήσει πώς οι μαθητές προσέγγισαν έννοιες της μηχανικής μέσα από τη βιωματική μάθηση απλών μηχανών και πώς αξιοποίησαν λογισμικά, όπως το Tinkercad και μικροελεγκτές, όπως το Micro:bit, για να σχεδιάσουν, μοντελοποιήσουν, προγραμματίσουν, προσομοιώσουν και υλοποιήσουν φυσικά τηλεχειριζόμενο σύστημα ανύψωσης φορτίων. Η έρευνα βασίστηκε στις θεωρητικές προσεγγίσεις της διδακτικής της μηχατρονικής εκπαίδευσης που βλέπει τις απλές μηχανές και τους μικροελεγκτές ως στοιχεία μηχανών και της εκπαίδευσης STEM που ενοποιεί τα γνωστικά πεδία μέσα από την εφαρμογή ενός αυθεντικού έργου. Παράλληλα, στηρίχτηκε στην έρευνα που προσεγγίζει τη μοντελοποίηση ως γνωστική διαδικασία, την τεχνολογία ως γνωστικό εργαλείο και την υπολογιστική σκέψη ως πρακτική αναπαράστασης και μοντελοποίησης.
Η έρευνα υλοποιήθηκε με τη βοήθεια της μεθοδολογίας της Έρευνας Σχεδιασμού και οργανώθηκε σύμφωνα με την προσέγγιση Understanding by Design, η οποία ευθυγραμμίζει το περιεχόμενο και τις πρακτικές της μάθησης, με την αξιολόγηση και τις δραστηριότητες που θα υλοποιήσουν οι μαθητές. Οι μαθητές χρησιμοποίησαν απλές μηχανές μέσα από βιωματική μάθηση για την προσέγγιση εννοιών της μηχανικής και το λογισμικό Tinkercad και τον μικροελεγκτή Micro:bit μέσω της Διαδικασίας του Μηχανοτεχνικού Σχεδιασμού για την υλοποίηση συστήματος ανυψωτικής μηχανής.
Τα αποτελέσματα της έρευνας έδειξαν ότι οι μαθητές προσέγγισαν ικανοποιητικά έννοιες της μηχανικής μέσω απλών μηχανών. Παράλληλα, αξιοποίησαν ψηφιακά και υλικά μοντέλα για να σχεδιάσουν και να ελέγξουν τη λειτουργία του συστήματος, ενεργοποιώντας πρακτικές των φυσικών επιστημών και των μηχανικών, όπως η ανάπτυξη μοντέλων, η σχεδίαση λύσεων, η διερεύνηση συστημάτων και η υπολογιστική σκέψη.
Description
Keywords
Απλές μηχανές, Μοντελοποίηση, Προσομοίωση, Μηχατρονική, Εκπαιδευτική ρομποτική