Η παρούσα διδακτορική διατριβή τμηματοποιείται σε τρία μέρη στα οποία χρησιμοποιούνται διαφορετικά μεθοδολογικά εργαλεία και ερευνητικές μεθοδολογίες για να εξυπηρετηθούν διαφορετικοί ερευνητικοί σκοποί. Στο πρώτο μέρος, γίνεται ανίχνευση των δυσκολιών που παρουσιάζουν οι φοιτητές Χημείας στην κατανόηση και τον χειρισμό δισδιάστατων διαγραμματικών αναπαραστάσεων όπως είναι οι Προβολές Fischer (FP), οι Προβολές Newman (NP) και τα διαγράμματα στικτών και έντονων γραμμών (DW). Γίνεται συσχετισμός των επιδόσεων των φοιτητών σε ανάλογου τύπου ερωτήματα με άλλους γνωστικούς παράγοντες όπως οι οπτικοχωρικές αντιλήψεις και η πρότερη γνώση Χημείας. Για τους σκοπούς αυτούς αναπτύχθηκαν τρία τεστ, ένα για κάθε είδος διαγραμματικής αναπαράστασης, ψηφιοποιήθηκαν δύο τεστ (Purdue Spatial Visualization Test: Rotation και Greek Spatial Ability Test) για τον έλεγχο των οπτικοχωρικών αντιλήψεων και χορηγήθηκε το EChemTest (European Chemistry Test) για τις πρότερες γνώσεις Χημείας. Για την ανίχνευση των χρησιμοποιούμενων στρατηγικών κατά τη μελέτη των αναπαραστάσεων, χρησιμοποιήθηκαν τρεις συνοπτικότερες εκδόσεις των τεστ, οι οποίες απαντήθηκαν σε οφθαλμικό καταγραφέα με χρήση ανάλογης μεθοδολογίας, ενώ ακολούθησαν και ημιδομημένες συνεντεύξεις για την ικανοποίηση του ίδιου στόχου. Εμφανίστηκαν συγκεκριμένες δυσκολίες που συνδέονται με το είδος της αναπαράστασης και με το είδος της διεργασίας που καλείται ο φοιτητής να εκτελέσει. Δε βρέθηκαν ιδιαίτερες συσχετίσεις με την οπτικοχωρική αντίληψη, ενώ παρατηρήθηκε συσχέτιση με την πρότερη γνώση του αντικειμένου. Τέλος, διαφάνηκε ότι συγκεκριμένες στρατηγικές χρησιμοποιήθηκαν από μεγαλύτερο ποσοστό φοιτητών ανά ερωτηματολόγιο. Στο δεύτερο ερευνητικό μέρος, σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε εκπαιδευτικό λογισμικό με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία και τις παρατηρήσεις του προηγούμενου μέρους, με στόχο την αντιμετώπιση των προβλημάτων και την αναδόμηση των λανθασμένων απόψεων. Ακολούθησε η χρήση του λογισμικού για τη βελτίωση της κατανόησης και του χειρισμού των FP και NP από ένα δείγμα φοιτητών Χημείας, ως μέρος μιας γενικότερης ερευνητικής διαδικασίας αξιολόγησής του. Η μεθοδολογική εργασία έγινε με εφαρμογή ερωτηματολογίων σε ένα δείγμα φοιτητών που χωριζόταν σε δύο ομάδες, με μελέτη των αρχικών και τελικών επιδόσεων μιας ομάδας που δεν πέρασε από τη διαδικασία της εξάσκησης μέσω του εκπαιδευτικού λογισμικού και μιας δεύτερης που εξασκήθηκε. Από την ανάλυση, αρχικά επιβεβαιώθηκαν οι παρατηρήσεις της προηγούμενης ερευνητικής φάσης και σε ένα άλλο επίπεδο έγινε αποτίμηση της χρήσης του λογισμικού. Βασικές παρατηρήσεις που προέκυψαν αφορούσαν το γεγονός ότι οι φοιτητές παρουσίασαν βελτίωση σε συγκεκριμένες κατηγορίες ερωτήσεων των ερευνητικών ερωτηματολογίων, ενώ η χρήση του λογισμικού που αναπτύχθηκε αποτιμάται ως θετική, λόγω της συνολικής βελτίωσης επιδόσεων του εξασκημένου δείγματος και για τα δύο ερωτηματολόγια. Στο τρίτο μέρος της παρούσας διατριβής, γίνεται αναλυτικότερη αποτίμηση του τρόπου χρήσης του λογισμικού και παράλληλα ανιχνεύεται ο τρόπος με τον οποίο οι χρήστες χρησιμοποιούν τις διάφορες αναπαραστάσεις μέσα στο υλικό. Για τις ανάγκες αυτού του τμήματος της έρευνας, δύο ομάδες δείγματος με διαφορετικό επίπεδο εμπειρίας χρησιμοποίησαν το εκπαιδευτικό υλικό μπροστά σε οθόνη οφθαλμικού καταγραφέα, ενώ οι ημιδομημένες συνεντεύξεις που ακολούθησαν απέδωσαν αρκετά ποιοτικά δεδομένα που αναλύθηκαν διεξοδικά και οδήγησαν σε συμπεράσματα σχετικά με τον τρόπο χρήσης του υλικού και των αναπαραστάσεων από τις δύο ομάδες. Φάνηκε ότι οι συμμετέχοντες παρουσίασαν διαφορετική συμπεριφορά χειρισμού της πληροφορίας και των αναπαραστάσεων ανάλογα με την εμπειρία τους, αν και κάποια χαρακτηριστικά των δύο ομάδων ήταν κοινά.