ΤΑΞΙΔΕΥΟΝΤΑΣ ΠΑΝΩ ΣΕ ΜΙΑ ΑΚΤΙΝΑ ΦΩΤΟΣ by Εκδόσεις Σαΐτα

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[1]

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ΜΑΛΑΜΑ ΣΙΔΗΡΟΠΟΥΛΟΥ

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[2]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Η Μάλαμα Σιδηροπούλου γεννήθηκε στην Καβάλα. Σπούδασε Φυσική στο Αριστοτέλειo Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης και έκανε μεταπτυχιακές σπουδές στη Διοίκηση της Εκπαίδευσης και τη Σχολική Ψυχολογία. Σήμερα εργάζεται ως εκπαιδευτικός στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση. Άλλα έργα της που κυκλοφορούν από τις Εκδόσεις Σαΐτα: «Οι λειτουργίες της Εκπαιδευτικής Διοίκησης», «Ο Διευθυντής στο σημερινό Ελληνικό Σχολείο» (επιστημονικά έργα), «Η λίμνη μας κινδυνεύει», εκπαιδευτικό παραμύθι με θέμα το φαινόμενο του ευτροφισμού.

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[3]

ΜΑΛΑΜΑ ΣΙΔΗΡΟΠΟΥΛΟΥ

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[4]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Μάλαμα Σιδηροπούλου, Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός ISBN: 978-618-5147-34-1 Απρίλιος 2015 Επιμέλεια έκδοσης, εξώφυλλο: Μάλαμα Σιδηροπούλου

Φιλολογική επιμέλεια, διορθώσεις:

Κωνσταντίνα Χαρλαβάνη k.charlavani@gmail.com

Σελιδοποίηση:

Ηρακλής Λαμπαδαρίου www.lampadariou.eu

Σειρά: Έρευνα και Εκπαίδευση Επιστημονικός υπεύθυνος σειράς: Κωνσταντίνος Ξενοφώντος, constantinos_xen@hotmail.com

Εκδόσεις Σαΐτα Αθανασίου Διάκου 42, 652 01, Καβάλα Τ.: 2510 831856 Κ.: 6977 070729 e-mail: info@saitapublications.gr website: www.saitapublications.gr

Άδεια Creative Commons Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική χρήση Όχι Παράγωγα έργα 3.0 Ελλάδα

Επιτρέπεται σε οποιονδήποτε αναγνώστη η αναπαραγωγή του έργου (ολική, μερική ή περιληπτική, με οποιονδήποτε τρόπο, μηχανικό, ηλεκτρονικό, φωτοτυπικό, ηχογράφησης ή άλλο), η διανομή και η παρουσίαση στο κοινό υπό τις ακόλουθες προϋποθέσεις: αναφορά της πηγής προέλευσης, μη εμπορική χρήση του έργου. Επίσης, δεν μπορείτε να αλλοιώσετε, να τροποποιήσετε ή να δημιουργήσετε πάνω στο έργο αυτό. Αναλυτικές πληροφορίες για τη συγκεκριμένη άδεια cc, μπορείτε να διαβάσετε στην ηλεκτρονική διεύθυνση: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[5]

[6]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[7]

Στο φως της δικής μου ζωής, την οικογένειά μου

[8]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[9]

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ............................................................................................................................................................ 11 ΜΕΡΟΣ Ι ΤΟ ΦΩΣ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ: ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ............................................................................................. 14 Αρχαιότητα… .................................................................................................................................................................14 2000 χρόνια αργότερα... ................................................................................................................................................15 Το αρχέγονο φως...........................................................................................................................................................20

ΜΕΡΟΣ ΙΙ ΤΟ ΦΩΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ: ΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΙΔΕΕΣ ΣΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ................................. 22 1. Οι ιδέες των μαθητών και η διαδικασία μάθησης...................................................................................................22 2. Οι εναλλακτικές ιδέες στη Φυσική...........................................................................................................................27 3. Εννοιολογικές αλλαγές.............................................................................................................................................29 4. Οι εναλλακτικές ιδέες για το φως............................................................................................................................32

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ: Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ.................................................................................. 38 1. Η Διδασκαλία των Φ.Ε...............................................................................................................................................38 2. Η Διδασκαλία της Οπτικής στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια εκπαίδευση.................................................47

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΤΑΡΤΟ: ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΤΠΕ ΣΤΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ................................ 52 1. Διδακτική αξιοποίηση των ΤΠΕ ...............................................................................................................................52 2. ΤΠΕ και Οπτική ..........................................................................................................................................................54

ΕΠΙΛΟΓΟΣ............................................................................................................................................................ 59 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ.................................................................................................................................................... 60

[10]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[11]

ΕΙΣΑΓΩΓΗ «Ἐν ἀρχῇ ἐποίησεν ὁ Θεὸς τὸν οὐρανὸν καὶ τὴν γῆν. ἡ δὲ γῆ ἦν ἀόρατος καὶ ἀκατασκεύαστος, καὶ σκότος ἐπάνω τῆς ἀβύσσου, καὶ πνεῦμα Θεοῦ ἐπεφέρετο ἐπάνω τοῦ ὕδατος. καὶ εἶπεν ὁ Θεός· γενηθήτω φῶς· καὶ ἐγένετο φῶς…» (Γένεσις α’ 1-5) Από τις πιο αρχέγονες έννοιες στον κόσμο, το φως υπήρξε αντικείμενο λατρείας, ζωής, προβληματισμών και έριδας. Πρόσωπα της Μυθολογίας όπως ο Απόλλων, θεός του φωτός, ο Δίας, ο Φαέθων και ο Προμηθέας συνδέθηκαν με το φως. Ο μύθος μάλιστα του τελευταίου που τιμωρήθηκε φρικτά γιατί έκλεψε τη φωτιά (πηγή φωτός) από τους θεούς για να τη χαρίσει στους ανθρώπους, καταδεικνύει τη μεγάλη σπουδαιότητά της. Τεράστια και πολλαπλή η σημασία που έχει το φως. Στον Χριστιανισμό συνδέθηκε με όλα τα μεγάλα γεγονότα, όπως τη γέννηση του Χριστού με το άστρο της Βηθλεέμ, τη Βάπτιση του Χριστού, τη Μεταμόρφωσή Του, την Ανάστασή Του, την Πεντηκοστή και το Άγιο Φως. Επίσης, έγινε ένα σύμβολο το οποίο ενσωμάτωνε όλα τα καλά στοιχεία της ζωής. Στους Πέρσες, ο θεός του φωτός Αχούρα-Μάζντα αντιπροσώπευε την ομορφιά, τη γνώση και την καλοσύνη. Στην Αίγυπτο λάτρευαν τον ήλιο με την μορφή του θεού Ρα ή του Άμμωνος ενώ στην Αρχαία Ελλάδα και τη Ρώμη με τη μορφή του Απόλλωνος και του Μίθρα αντίστοιχα. Το ιερό πυρ διατηρούσαν άσβεστο από την αρχαιότητα σε διάφορα μέρη της Ελλάδος, με ευθύνη ηλικιωμένων γυναικών στους Δελφούς, ενώ στη Ρώμη το φρόντιζαν στα ιερά της Εστίας οι Εστιάδες Παρθένες από την εποχή του Νουμά1. Στην Ελλάδα, η διαύγεια του φωτός καθορίζει τον χαρακτήρα του τοπίου και των πνευματικών αναζητήσεων. Μια νοητή γραμμή ξεκινάει από το Απολλώνιο φως της αρχαιότητας, διασχίζει το δεύτε λάβετε φως της Ανάστασης και φτάνει μέχρι το άξιον εστί το φως του Ελύτη. Το φως δεν μεταφέρει μόνο εικόνες και πρόσωπα, δεν είναι μόνο ο αγγελιαφόρος του Σύμπαντος. Υψώνεται στο επίπεδο του δημιουργού και με έναν τρόπο μαγικό πλάθει και αναδεικνύει2.

1 2

Πάπυρος-Λαρούς-Μπριτάννικα:60ός τ.:264 Γ. Γραμματικάκης 2006:19

[12]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Τι είναι όμως το φως; Πώς γεννιέται; Πώς διαδίδεται; Κατά καιρούς ο άνθρωπος νόμιζε ότι είχε λύσει το μυστήριο της φύσης του φωτός και διατύπωνε θεωρίες περί αυτής, σύντομα όμως έφθανε σε αδιέξοδο, αφού δεν μπορούσε να εξηγήσει κάποιο νέο φαινόμενο που προκαλούσε το φως. Η Φυσική σαν γνώση της φύσης, μέσο μελέτης των αιτιών των διάφορων φαινομένων, θεωρείται επιστήμη καθολική, δεμένη στενά με όλες τις άλλες επιστήμες και γι’ αυτό κατά τον Βαρδαλάχο, όποιος σπουδάζει Φυσική επαγγέλλεται έν γένει όλας τας επιστήμας και το υποκείμενον του είναι η δημιουργία όλη3. Ήταν λοιπόν αυτή που ανέλαβε να ερμηνεύσει το φαινόμενο φως. Ας ξετυλίξουμε το κουβάρι της ιστορίας…

Πρακτικά Α’ Πανελλήνιου συνεδρίου ΕΕΦ, 1997:218

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[13]

ΜΕΡΟΣ Ι ΤΟ ΦΩΣ ΣΤΗΝ ΕΠΙΣΤΗΜΗ

[14]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΠΡΩΤΟ Ιστορική αναδρομή Αρχαιότητα… Οι αρχαίοι Έλληνες, εφευρέτες όλων των επιστημών δεν ήταν δυνατόν ν’ αδιαφορήσουν για την οντότητα αυτή. Έτσι, αρχής γενομένης από τον Θαλή τον Μιλήσιο (640-546 π.Χ.) άρχισαν ν’ αναζητούν τις αιτίες των διάφορων φαινομένων, μεταξύ αυτών και των οπτικών, και να θεμελιώνουν και να αναπτύσσουν την οπτική επιστήμη, η οποία ξεκινά με το φως και την όραση. Ο Πυθαγόρας ο Σάμιος (580-500π.Χ.) και οι οπαδοί του πίστευαν ότι η όραση οφείλεται σε φωτεινές ακτίνες που ανακλώνται στα διάφορα αντικείμενα και εκπέμπονται από τα μάτια. Ο Εμπεδοκλής (495-435 π.Χ.) βελτιώνει κάπως τη θεωρία και ερμηνεύει διάφορα φαινόμενα δεχόμενος ότι το φως είναι σωματιδιακή κίνηση πολύ μεγάλης ταχύτητας που απορρέει από το σώμα που φωτίζει, ενώ οι φυσικοί φιλόσοφοι Λεύκιππος και Δημόκριτος (460-379 π.Χ.) υποστηρίζουν, τη σωματιδιακή φύση του φωτός και μιλούν για εκπομπές, πάντα από τα μάτια όμως, στοιβάδων ατόμων. Ο Πλάτων (428-347 π.Χ.) ασχολείται κι’ αυτός με την οπτική και προσπαθεί να συγκεράσει τις διάφορες απόψεις προτείνοντας ότι το φως είναι πυρ, ή κάτι σαν πυρ, για να φτάσουμε στον Αριστοτέλη, σύμφωνα με τον οποίο: Το φως είναι τρόπον τινά το χρώμα του διαφανούς, όταν το διαφανές γίνεται εντελεχεία διαφανές είτε υπό του πυρός είτε υπό άλλης αιτίας τοιαύτης, οίον είναι το άνω σώμα (ο ήλιος)· διότι και τούτο το σώμα έχει τι το αυτό με το πυρ). Το φως φαίνεται ότι είναι το εναντίον προς το σκότος. Το δε σκότος είναι στέρησις της τοιαύτης καταστάσεως του διαφανούς, ώστε φανερόν είναι ότι και το φως είναι η παρουσία της καταστάσεως ταύτης. Στη συνέχεια ο Επίκουρος (341-270 π.Χ.), ο Ευκλείδης (365-300 π.Χ.), ο Αρχιμήδης (287-212 π.Χ.), ο Κλαύδιος Πτολεμαίος (287-212 π.Χ.) και ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς δίνουν νέα ώθηση στην οπτική επιστήμη και τις πρακτικές εφαρμογές της. Είναι γνωστή η ιστορία, σύμφωνα με την οποία ο Αρχιμήδης με κάτοπτρα που συγκέντρωναν τις ηλιακές ακτίνες έκαψε τον ρωμαϊκό στόλο κατά τον Β΄ Καρχηδονιακό Πόλεμο4.

http://users.sch.gr/xtsamis/OkosmosMas/Fos/PeriFotos.htm

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[15]

2000 χρόνια αργότερα... Χρειάστηκαν να περάσουν περίπου 2.000 χρόνια για να προστεθεί κάτι νέο στις θεωρίες περί της φύσεως του φωτός, με τις θεωρίες του Καρτέσιου και του Νεύτωνα στο τέλος του 17ου και αρχές του 18ου μ.Χ. αιώνα, οι οποίοι υποστήριξαν τη σωματιδιακή φύση του φωτός. Ο Νεύτωνας, πριν διατυπώσει τους νόμους της μηχανικής και της παγκόσμιας έλξης, ασχολήθηκε επίμονα με το φως και τις ιδιότητές του. Κατά την περίοδο μιας πανούκλας που θέριζε την Αγγλία το 1666, πειραματίζεται με φακούς και πρίσματα και διδάσκει σαν καθηγητής πανεπιστημίου τις πρωτοπόρες ιδέες του γύρω από τα χρώματα του φωτός. Μέχρι τότε πίστευαν ότι το φως είναι λευκό στην αρχική του μορφή και ότι αποκτά χρώμα κατά την τροποποίησή του. Ο Νεύτωνας εισάγει την αρχή ανάλυσης του φωτός στα επιμέρους συστατικά του. Στη μνημειώδη Οπτική του περιέχονται εργασίες και πειράματα που αφορούν τη θεωρία του για τα χρώματα. Παντού όμως διαχέεται ξεκάθαρα η αντίληψη ότι το φως έχει σωματιδιακή υφή. Τα χρώματα αποδίδονται στο διαφορετικό μέγεθος των σωματιδίων του φωτός και στη διαφορετική αίσθηση που προκαλούν στο μάτι. Στο Principia που δημοσιεύεται και αποτελεί κορυφαίο γεγονός στην ιστορία της επιστήμης, διατυπώνεται ο νόμος της διάθλασης με βάση την σωματιδιακή φύση του φωτός. Η θεωρία του βέβαια είχε πολλά κενά όμως η ακτινοβολία και η φήμη του ήταν τόσο μεγάλη που οι κριτικές παραμερίστηκαν. Στο επιτάφιο επίγραμμά του ο μεγάλος ποιητής της εποχής Alexander Pope γράφει: Η Φύση και της Φύσης οι νόμοι, στη Νύχτα ήταν κρυμμένοι. Είπεν ο Θεός γεννηθήτω Νεύτων και εγένετω Φως. Από τα χρόνια του Νεύτωνα μερικοί υποστήριζαν έντονα ότι το φως είναι κάποιου είδους κύμα. Κυριότερος υποστηρικτής της άποψης αυτής ήταν ο Huygens. Στην εργασία που δημοσίευσε το 1690 αναφέρει: ….όπως ο ήχος έτσι και το φως θα διαδίδεται με σφαιρικές επιφάνειες ή κύματα. Τα ονομάζω κύματα, επειδή έχουν κάποια ομοιότητα με αυτά που βλέπουμε να σχηματίζονται στο νερό όταν ρίξουμε μια πέτρα5. Η κυματική φύση του φωτός καθιερώνεται με την ανακάλυψη της συμβολής που επιβεβαιώνεται πειραματικά από τον Thomas Young (1801). Βέβαια, τo κύρος του και οι αλήθειες που αποκάλυπταν τα πειράματά του δεν ήταν αρκετά για να κλονίσουν τις καλά ριζωμένες σωματιδιακές απόψεις για το φως. Σημαντικό ρόλο στην επικράτηση των 5

Γ.Γραμματικάκης 2006:104-113

[16]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

κυματικών ιδεών παίζει ο Γάλλος φυσικός Augustin Fresnel. Είναι ο κορυφαίος οπτικός του 19ου αιώνα με σημαντικές, πρωτοποριακές μελέτες που έφεραν επανάσταση στην Οπτική επιστήμη. Συγκεκριμένα, τελειοποίησε την Κυματική θεωρία του φωτός στη μελέτη και διερεύνηση του φαινομένου της συμβολής αλλά και της περίθλασης. Πρόκειται για επιστήμονα ιδιαίτερα μεθοδικό σε θεωρητικό αλλά και πειραματικό επίπεδο που ήθελε να μαθαίνει σε βάθος ό,τι ερευνητικά τον απασχολούσε. Άρχισε να ασχολείται με τα φαινόμενα της Οπτικής σε ηλικία 26 ετών, διερευνώντας τα οπτικά σφάλματα στη διάδοση του φωτός. Ήταν ο κύριος εμπνευστής της «αρχής της γραμμικής επαλληλίας» στη διάδοση των φωτεινών κυμάτων και αυτός που πρώτος υποστήριξε ότι μόνο τα εγκάρσια φωτεινά κύματα πρέπει να επιδέχονται το φαινόμενο της διπλο-διαθλαστικότητας που είχε τότε πειραματικά διαπιστωθεί. Εργαζόμενος στην εταιρεία φάρων, έκανε πλήθος από πρακτικές εφευρέσεις με κορυφαία αυτή των ομώνυμων «φακών Fresnel», τους οποίους ακόμη και σήμερα προμηθευόμαστε, κατασκευασμένους από ειδικό πλαστικό ή και γυαλί. Το 1819 πήρε το βραβείο της Γαλλικής Ακαδημίας Επιστημών ως επιβράβευση για την εργασία του σχετικά με την περίθλαση του φωτός. Το 1823 σε ηλικία μόλις 35 ετών έγινε μέλος της ίδιας Ακαδημίας ενώ μετά από τέσσερα χρόνια πέθανε από φυματίωση στα 39 του χρόνια.6 Παράλληλα, οι γνώσεις γύρω από τον Ηλεκτρισμό και τον Μαγνητισμό αυξάνονταν. Ιδιότυπες προσωπικότητες, όπως ο B.Franklin, ο Coulomb, o Volta και ο Faraday πλούτιζαν τον χώρο με σημαντικές ανακαλύψεις. Η σχέση μεταξύ των δύο εννοιών ήταν φανερή. Η ατμόσφαιρα ήταν ώριμη για το μεγάλο, τολμηρό βήμα. Ο νους που θα ενοποιούσε τις δύο οντότητες είχε γεννηθεί δύο μήνες αφότου ανακαλύφθηκε η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Ήταν ο Clerk Maxwell. Στα 15 του ήταν ήδη φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, όπου σπούδασε φυσική, μαθηματικά και φιλοσοφία. Θεωρείται ο πατέρας της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας: «Η θεωρία που προτείνω μπορεί να ονομαστεί θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, γιατί περιγράφει τον χώρο στην περιοχή των ηλεκτρικών ή μαγνητικών κυμάτων και μπορεί, επίσης να ονομαστεί δυναμική θεωρία, γιατί δέχεται ότι σ’ αυτόν τον χώρο υπάρχει ύλη που με την κίνησή της παράγει τα απαιτούμενα φαινόμενα».

http://www.teiath.gr/userfiles/eee/periodiko_27_gia_internet_2.pdf

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[17]

Μέσα σε τέσσερις μόνο εξισώσεις συνόψισε χιλιάδες θέματα σχετικά με την ενσύρματη και ασύρματη τηλεφωνία, την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, το φως και τα φαινόμενά του, τις ακτίνες Χ και, τέλος, τις δυνάμεις που καθορίζουν τις ιδιότητες των στερεών, υγρών και αερίων. Ακόμη, υπολόγισε την ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό -300.000 Κm/sec- η ταχύτητα του φωτός! Έτσι το φως βαπτίζεται ηλεκτρομαγνητικό φαινόμενο7! Η κυματική θεωρία όμως χρειαζόταν ένα ελαστικό μέσο μέσα στο οποίο και με την βοήθεια του οποίου διαδίδεται το φως. Έτσι δέχτηκαν την ύπαρξη του αιθέρα, την ξεχασμένη πεμπτουσία του Αριστοτέλη, η οποία υπάρχει παντού στο σύμπαν. Ο ίδιος ο Maxwell το 1865 αναφέρει: έχουμε λόγους να πιστεύουμε από τα φαινόμενα του φωτός και της θερμότητας ότι υπάρχει ένα αιθέριο μέσο που γεμίζει τον χώρο και διαπερνά τα σώματα, ικανό να τίθεται σε κίνηση και να διαδίδει την κίνηση αυτή από το ένα μέρος στο άλλο και να μεταβιβάζει την κίνηση αυτή στην απλή ύλη έτσι ώστε να τη θερμαίνει και να την επηρεάζει με διάφορους τρόπους8. Η αναζήτηση του αιθέρα υπήρξε συστηματική από πολλά εργαστήρια της Ευρώπης και της επιστημονικά αναπτυσσόμενης Αμερικής. Μάταια όμως, η ύπαρξή του δεν μπορούσε να επαληθευτεί. Ώσπου στα τέλη του 19ου αιώνα, οι Αμερικανοί φυσικοί Α.Michelson και Ε.Μorley σχεδίασαν ένα ιδιοφυές πείραμα που σκοπό είχε να μετρήσει την ταχύτητα της κίνησης της γης στον αιθέρα. Η αποτυχία του πειράματος ήταν η αρχή για άλλη μια μεγάλη επιτυχία της εποχής: Το φως διαδιδόταν χωρίς την ύπαρξη μέσου διάδοσης με την ίδια ταχύτητα προς κάθε κατεύθυνση. Το τέλος του 19ου αιώνα βρίσκει τη φυσική να θριαμβολογεί. Οι δύο μεγάλες και γνωστές δυνάμεις, βαρύτητα και ηλεκτρομαγνητική δύναμη αρκούσαν για να κατανοήσουν τον κόσμο. Τα άλυτα θέματα φάνταζαν μηδαμινά μπροστά στα τεράστια επιτεύγματα. Ο Λόρδος Kelvin έγραφε κομπάζοντας: Η φυσική έχει λύσει πια τα θεμελιακά της προβλήματα. Από τώρα και μπρος δεν θα είναι πια παρά απλή εφαρμογή των γενικών νόμων. Μένουν βεβαίως κάποια θεματάκια που δεν τα έχουμε κατανοήσει πλήρως. Η ακτινοβολία του μέλανος σώματος, οι φασματικές γραμμές των αερίων… Τον Δεκέμβριο του 1900 στο συνέδριο των Γερμανών φυσικών, ένας από τους σημαντικότερους φυσικούς της γενιάς του, ο Max Planck, παρουσίασε μια εργασία στην οποία δεχόταν ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εκπέμπεται με τρόπο ασυνεχή και ότι 7 8

Γ.Γραμματικάκης, 2006:125 J. Bernstein, 2006:48

[18]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

η ασυνέχεια αφορούσε τα ποσά της ενέργειας που εκπέμπονταν. Θα μπορούσαμε να παρομοιάσουμε τον μηχανισμό της εκπομπής ενέργειας με τρόπο που θυμίζει σταγόνες που βγαίνουν από ένα σταγονόμετρο. Κάθε σταγόνα αντιστοιχεί σε ένα ποσό ενέργειας. Εκπομπή ακτινοβολίας μπορεί να γίνει μόνο εφόσον συμπληρωθεί ένα ενεργειακό ποσό το οποίο -χρησιμοποιώντας τη λατινική λέξη- ονόμασε quantum ενέργειας. Όλα τα εκπεμπόμενα κβάντα μιας μονοχρωματικής ακτινοβολίας είναι ίσα και αδιαίρετα. Στη στροφή του 19ου αιώνα ο Αλβέρτος Αϊνστάιν περίμενε με ένα αδιόρατο χαμόγελο και κάποια μνησικακία. Αυτός θα κλονίσει, με την ειδική θεωρία της σχετικότητας την αταραξία και τη βεβαιότητα της κλασικής φυσικής9. Ο Αϊνστάιν επιδιώκοντας να δώσει ερμηνεία στο ανεξήγητο μέχρι τότε φωτοηλεκτρικό φαινόμενο με μια από τις τρεις εργασίες του που θα δημοσιευτούν στο περίφημο τεύχος 17 του Annalen der Physik πρότεινε μια αξιοποίηση της θεωρίας του Planck και μια περαιτέρω προέκτασή της. Σύμφωνα με το δικό του μοντέλο κάθε φωτεινή δέσμη συντίθεται από σωματίδια καθένα από τα οποία μεταφέρει ενέργεια ενός κβάντου. Είκοσι χρόνια αργότερα τα σωματίδια αυτά ονομάστηκαν φωτόνια. Το φωτόνιο άρχισε να θεωρείται σωματίδιο χωρίς μάζα ηρεμίας. Το καινοφανές στοιχείο της νέας θεωρίας είναι ότι δεν αρνείται την κυματική φύση του φωτός. Για πρώτη φορά το δίλημμα «σωματίδιο ή κύμα» φαίνεται να ξεπερνιέται. Η άποψη αυτή που επικρατεί μέχρι και σήμερα, αποδίδει σε κάθε ακτινοβολία μία διττή υπόσταση. Η ακτινοβολία συνιστά μία υλική οντότητα αλλά σε ορισμένα από τα φαινόμενα με τα οποία εκδηλώνεται η ύπαρξή της -διάθλαση, συμβολή, περίθλαση, πόλωση- μπορούμε να ερμηνεύσουμε και να προβλέψουμε τη συμπεριφορά της επικαλούμενοι την κυματική της υπόσταση. Σε άλλα πάλι φαινόμενα -κατά τα οποία αλληλεπιδρά με την ύλη, όπως είναι το φωτοηλεκτρικό- για να ερμηνεύσουμε και να προβλέψουμε τη συμπεριφορά της, της αποδίδουμε μία σωματιδιακότητα, θεωρούμε ότι συγκροτείται από φωτόνια. Στο μεταξύ, στην ίδια δημοσίευση, στο τεύχος 17 με τη διασημότερη από τις τρεις εργασίες του, τη λεγόμενη Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, προτείνει να αγνοήσουμε τον αιθέρα αποδεικνύοντας ότι πρόκειται για μία έννοια που μας είναι εντελώς άχρηστη και ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και οι αντίστοιχες ακτινοβολίες δεν έχουν ανάγκη κάποιον υποθετικό «ωκεανό» για τη διάδοσή τους στο κενό.10 Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας συνδυάζει τη διάσταση του χρόνου με τις τρεις 9

Γ.Γραμματικάκης, 2006:138 http://users.sch.gr/kassetas/historLight.htm

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[19]

διαστάσεις του χώρου για να σχηματίσει έτσι τον επονομαζόμενο Χωροχρόνο. Το φαινόμενο της βαρύτητας ενσωματώνεται στη συγκεκριμένη θεωρία μέσω της θεώρησης ότι η κατανομή της ύλης και ενέργειας του Σύμπαντος στρεβλώνει τον Χωροχρόνο με αποτέλεσμα αυτός να μην θεωρείται πλέον επίπεδος. Έτσι, τα αντικείμενα μέσα στον Χωροχρόνο ενώ τείνουν να κινηθούν κατά μήκος της ευθείας γραμμής, οι διαδρομές τους θα εμφανίζονται κυρτωμένες, επειδή αυτός είναι ήδη καμπυλωμένος. Μπορούμε να το απλουστεύσουμε, εάν φανταστούμε μια λεπτή ελαστική μεμβράνη πάνω στην οποία τοποθετείται μια σχετικά μεγάλη και βαριά μεταλλική σφαίρα. Το βάρος της σφαίρας αυτής θα συμπιέσει την μεμβράνη και έτσι θα προκαλέσει την καμπύλωση της στη συγκεκριμένη περιοχή που τοποθετήθηκε η αρχική σφαίρα. Είναι προφανές στο μηχανικό αυτό ανάλογο ότι εάν τώρα αφεθούν ελεύθερα μικρά, μεταλλικά σφαιρίδια αυτά θα θελήσουν να πλησιάσουν τη σφαίρα. Συγκεκριμένα θα κυλίσουν πάνω στην προηγούμενη μεμβράνη χωρίς να κινηθούν επί ευθείας γραμμής αλλά θα περιφέρονται γύρω από την αρχική σφαίρα όπως ακριβώς οι πλανήτες φαίνεται να διαγράφουν τις τροχιές τους γύρω από τον ήλιο.11 Τα δυο ιερά τέρατα, για τους φυσικούς των αρχών του 20ου αιώνα, ήταν ο Isaac Newton με τη Νευτώνεια Μηχανική του και ο James Clerk Maxwell με την Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία. Αν και στην αρχή είχε φανεί ότι η γεννημένη το 1864 ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell εναρμονιζόταν τέλεια με τη διακοσίων περίπου ετών Νευτώνεια Μηχανική, στα τέλη του 19ου αιώνα είχε γίνει φανερό ότι οι δύο θεωρίες ήταν τελικά ασυμβίβαστες. Όσοι φυσικοί είχαν την τόλμη να αντικρίσουν κατάματα το πρόβλημα, καταλάβαιναν ότι αυτό σήμαινε πως οι νόμοι είτε του ενός είτε του άλλου ή και των δύο έπρεπε να τροποποιηθούν. Και όλοι σχεδόν είχαν την πεποίθηση ότι το μόνο που ήταν επιτρεπτό ήταν το να «αμφισβητήσουν» τη Φυσική του Maxwell. Ο Νεύτων ήταν τόσο ιερός και απαραβίαστος ώστε το να τον αγγίξεις ήταν περίπου ανεπίτρεπτο και κανείς δεν ήταν έτοιμος για κάτι τέτοιο. Ο Albert Einstein το τόλμησε. Και αργότερα όταν πια είχε πειστεί ότι όφειλε να ανατρέψει την ιδέα του απόλυτου χρόνου, την ιδέα του απόλυτου και ακίνητου χώρου, την ιδέα της σταθερότητας της μάζας και να μετασχηματίσει την ιδέα της παγκόσμιας βαρύτητας έγραψε: Νεύτωνα, συγχώρεσέ με.

http://www.teiath.gr/userfiles/eee/periodiko_27_gia_internet_2.pdf

[20]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Το αρχέγονο φως Από γεννήσεως κόσμου το φως γίνεται αντικείμενο διαφωνιών και μελέτης των εκάστοτε θεωριών. Όμως ποιο είναι το αρχαιότερο φως; Η απάντηση δόθηκε τελείως τυχαία το 1965 από τους Arno Penzias και Robert W.Wilson που δοκίμαζαν τη λειτουργία μιας κεραίας που οι ίδιοι είχαν κατασκευάσει, προκειμένου να μετρήσουν τις εντάσεις των ραδιοκυμάτων στις διάφορες απομακρυσμένες περιοχές του Γαλαξία μας. Η ευαίσθητη κεραία συλλάμβανε ένα ανεξήγητο και σταθερό θόρυβο στις συχνότητες των μικροκυμάτων. Μετά από προσεκτικό έλεγχο διαπιστώθηκε ότι είχε εξωγαλαξιακή προέλευση. Η ερμηνεία δόθηκε από το πανεπιστήμιο του Πρίστον και την ομάδα του φυσικού Robert Dicke. Έτσι η ακτινοβολία αυτή αποδόθηκε σαν το υπόλειμμα κάποιας που δημιουργήθηκε σε μια προγενέστερη περίοδο όταν το Σύμπαν εθεωρείτο ότι ήταν πολύ πυκνότερο αλλά και θερμότερο από ότι είναι σήμερα. Μάλιστα, η κατανομή συχνότητας αυτής της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου αντιστοιχεί στην ακτινοβολία που εκπέμπεται από ένα «θερμό» αδιαφανές σώμα στην περιοχή των μικροκυμάτων και με θερμοκρασία στους 2.7 βαθμούς Kelvin (δηλαδή περίπου -270 βαθμούς Celsius). Όπως η ζέστη σένα σβησμένο τζάκι, η ακτινοβολία μικροκυμάτων πιστοποιούσε την ύπαρξη μιας λαμπρότατης φωτιάς στο παρελθόν12. Οι Arno Penzias και Robert W.Wilson βραβεύθηκαν με το βραβείο Nobel Φυσικής το 1978 ενώ η ανακάλυψή τους αυτή χάρισε στην επιστήμη μια πρώτη ουσιαστική ένδειξη ότι η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης ήταν κάτι παραπάνω από μια απλή θεωρητική σύλληψη.

Γραμματικάκης, 2009:14

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[21]

ΜΕΡΟΣ ΙΙ ΤΟ ΦΩΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ

[22]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΔΕΥΤΕΡΟ ΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΙΔΕΕΣ ΣΤΙΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ 1. Οι ιδέες των μαθητών και η διαδικασία μάθησης Τα παιδιά από μικρή ακόμη ηλικία έχουν σχηματίσει κάποιες ιδέες σχετικά με πράγματα, έννοιες και φαινόμενα που καταγράφονται στη διεθνή βιβλιογραφία με διαφόρους όρους, όπως «εναλλακτικές ιδέες» ή «παρανοήσεις», «προϋπάρχουσες ιδέες», «αυθόρμητες αντιλήψεις», «διαισθητικές ιδέες», «επιστήμη των παιδιών», «αναπαραστάσεις» ή ως «νοητικά μοντέλα»13. Το ίδιο το παιδί έχει τρόπους να κατασκευάζει δικές του απόψεις γύρω από ένα φαινόμενο οι οποίες εμφανίζουν συνοχή και βρίσκονται σε αρμονία με τους χώρους της εμπειρίας τους, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι βρίσκονται σε ταύτιση με την επιστημονική άποψη επί του φαινομένου. Ο εγκέφαλος δεν είναι ένας παθητικός καταναλωτής πληροφοριών, αλλά εποικοδομεί ενεργά τις δικές του ερμηνείες των πληροφοριών και βγάζει συμπεράσματα από αυτές14. Όπως οι επιστήμονες, έτσι και τα παιδιά συγκεντρώνουν στοιχεία και χτίζουν μοντέλα για να ερμηνεύσουν τα γεγονότα και να κάνουν προβλέψεις. Στην ουσία πρόκειται για: “(…)δίκτυα σημασιών με ορισμένους κανόνες λειτουργίας και ερμηνευτικά πρότυπα με βάση τα οποία “μεταφράζονται” οι εμπειρίες και αφομοιώνονται οι προσλαμβανόμενες πληροφορίες.” 15 Η διαδικασία της μάθησης επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από αυτές τις προϋπάρχουσες ιδέες γιατί το μυαλό των παιδιών δεν είναι λευκό χαρτί που μπορεί να δέχεται τη διδασκαλία κατά ουδέτερο τρόπο. Το τι μπορεί να μάθει ένα παιδί είναι συνάρτηση του τι έχει μέσα στο κεφάλι του αλλά και του μαθησιακού πλαισίου στο οποίο βρίσκεται. Οι εναλλακτικές ιδέες των μαθητών είναι διαχρονικές, παρόλο που μερικές από αυτές αλλάζουν με την ανάπτυξη του μαθητή ή την επίδραση της διδασκαλίας. Πολλές φορές όμως παραμένουν όχι μόνο μετά τη διδασκαλία, αλλά και μετά την ενηλικίωση των παιδιών16.

Gilbert, et all., 1982:66, Driver, R. 1989:11 Driver & Oldham, 1986 15 Ραβάνης, 2003:69 16 Viennot, 1979:205-221 13 14

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[23]

Ερευνητές17 υποστηρίζουν ότι οι εναλλακτικές ιδέες των παιδιών, δεν αποτελούν τα συνηθισμένα λάθη χωρίς ιδιαίτερη σημασία, αλλά νοητικές κατασκευές τις οποίες τα παιδιά χρησιμοποιούν για να ερμηνεύσουν τα φαινόμενα. Κατά τον J.Piaget οι νοητικές αναπαραστάσεις είναι αυθόρμητες παραστάσεις που σχηματίζονται στην παιδική νόηση μέσα από τις μακρόχρονες αλληλεπιδράσεις με το κοινωνικό, οικογενειακό, σχολικό και φυσικό περιβάλλον και οι οποίες είναι επίμονης φύσεως18. O L.Vygotski κάνει λόγο για «νοητικά μορφώματα» της σκέψης των παιδιών πριν την εφηβεία και αναφέρει ότι η εννοιολογική σκέψη στην ουσία αναπτύσσεται στο παιδί κατά την εισαγωγή του στην εφηβεία19. Οι ιδέες των παιδιών δεν είναι απλές παρανοήσεις που οφείλονται σε κακή πληροφόρηση, αλλά δημιουργούνται από τους μηχανισμούς που αυτά διαθέτουν και με τους οποίους αντιλαμβάνονται ό,τι συμβαίνει γύρω τους. Αλλά και ο τρόπος που οι μαθητές παρατηρούν και καταλήγουν σε συμπεράσματα επηρεάζεται από τα διαφορετικά ερμηνευτικά σχήματα που έχουν δημιουργήσει. Τα κοινά χαρακτηριστικά των νοητικών παραστάσεων είναι τα εξής20: Είναι κυρίως βιωματικού τύπου: Προκαλούνται από την αισθητηριακή αντίληψη και τις προσωπικές εμπειρίες κάθε παιδιού Μπορούν να εμφανιστούν ως συνεκτικές ιδέες: έχουν τη μορφή λογικών εξηγήσεων που εξηγούν επαρκώς ένα φαινόμενο, εμφανίζουν έναν εμπειρικό αιτιακό συλλογισμό, μπορεί να παρουσιάζουν δομικά χαρακτηριστικά και εσωτερική συνοχή. Γι’ αυτό άλλωστε και παρουσιάζουν ανθεκτικότητα στη διδασκαλία και δεν αλλάζουν ακόμη και σε μεγαλύτερη βαθμίδα της εκπαίδευσης. Εμφανίζουν κάποιες ποιοτικές διαφορές από τα εννοιολογικά πλαίσια της επιστημονικής γνώσης: τα παιδιά έχουν την τάση να αποδίδουν κατ’ απόλυτο τρόπο ιδιότητες σε ένα αντικείμενο ή σε μια ουσία. Επίσης, την προσοχή τους τραβούν περισσότερο οι μεταβολές καταστάσεων ή μια ακολουθία γεγονότων που γίνονται μέσα στο χρόνο.

Gilbert, Osborn & Fensham, 1982 1976· στο Ραβάνης, 2003 19 1988· στο Ραβάνης, 2003 20 Κολιόπουλος, 2004 17 18

[24]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Επιπλέον είναι21: ίδιες ή σχεδόν ίδιες, ανάμεσα σε μαθητές διαφορετικών χωρών συχνά οι ιδέες παρομοιάζονται με απόψεις που έχουν διατυπωθεί σε παλαιότερες περιόδους ανάπτυξης και εξέλιξης της αντίστοιχης επιστήμης συνδυάζουν τις αρχικές εμπειρικές τους απόψεις με την επιστημονική γνώση την οποία διδάσκονται, συνθέτοντας μια ποικιλία απόψεων για τις έννοιες και τα φαινόμενα δεν εκδηλώνονται άμεσα κατά τη διδασκαλία στην τάξη, γιατί λειτουργούν στο υπόβαθρο της σκέψης των μαθητών. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των διαφόρων ιδεών των παιδιών και του τρόπου με τον οποίο οι ιδέες αυτές εξελίσσονται με τη διδασκαλία, επιβεβαιώνεται με ένα μοντέλο που εισήγαγαν οι γνωστικοί επιστήμονες. Αυτό το μοντέλο στηρίζεται στην υπόθεση ότι οι πληροφορίες είναι αποθηκευμένες στη μνήμη με διάφορες μορφές και κάθε τι που κάνουμε ή λέμε εξαρτάται από τις ομάδες των στοιχείων αυτών των αποθηκευμένων πληροφοριών. Αυτές οι ομάδες των στοιχείων ονομάστηκαν σχήματα (schemes). Ένα σχήμα μπορεί να αφορά στη γνώση για κάποιο φαινόμενο ή μια πιο σύνθετη συλλογιστική δομή. Έτσι ο όρος σχήμα δηλώνει τα ποικίλα πράγματα που είναι αποθηκευμένα και αλληλένδετα στη μνήμη. Αυτά τα σχήματα επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο το άτομο μπορεί να συμπεριφέρεται και να αλληλεπιδρά με το περιβάλλον και αντίστροφα μπορεί να επηρεάζεται με ανατροφοδότηση από το περιβάλλον. Η αναλογία με τη μάθηση είναι προφανής, αφού ο τρόπος με τον οποίο ένα νέο κομμάτι πληροφορίας αφομοιώνεται, εξαρτάται και από τη φύση της πληροφορίας και από τη δομή των σχημάτων του μαθητή. Το αποτέλεσμα είναι ίδιες πληροφορίες και εμπειρίες να αφομοιώνονται διαφορετικά από κάθε άτομο. Οι εικόνες οργάνωσης των σχημάτων και απόκτησης νέων σχημάτων ίσως εξηγούν την ύπαρξη των προσωπικών, αντιφατικών και σταθερών ιδεών. Κάθε άνθρωπος έχει μια χαρακτηριστική οργάνωση σχημάτων. Η νεοπροσληφθείσα πληροφορία συνδέεται με άλλες πληροφορίες και, ακόμη και όταν αυτή η νέα πληροφορία είναι ίδια για διάφορα άτομα, η σύνδεσή της με τις ήδη αποθηκευμένες πληροφορίες, έχει μικρή πιθανότητα να είναι η ίδια σε δύο διαφορετικά πρόσωπα22.

21 22

Driver et al, 1985 Driver, et al. 1993:5,6

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[25]

Το να λαμβάνονται υπόψη οι πρότερες ιδέες των μαθητών, είναι μια από τις καλύτερες στρατηγικές διδασκαλίας για τους παρακάτω λόγους23: α)Επιλογή των εννοιών που θα διδαχθούν. Μερικές φορές ο δάσκαλος θεωρεί κάποιες έννοιες δεδομένες και προφανείς με αποτέλεσμα να μη τις αποσαφηνίσει και έτσι να δημιουργήσει ακόμη πιο πολλά μαθησιακά προβλήματα. β)Επιλογή μαθησιακών εμπειριών. Αν οι πρότερες ιδέες των μαθητών είναι γνωστές, τότε μπορούν να αμφισβητηθούν ευθέως με εμπειρίες που συγκρούονται με τις προβλέψεις τους, προκαλώντας έτσι τους μαθητές να αναθεωρήσουν τις ιδέες τους. Βέβαια αυτό από μόνο του δεν είναι ικανό να προωθήσει την αλλαγή. Απαιτείται να προσφερθούν εναλλακτικές ιδέες που να πείσουν τους μαθητές για τη λογική και ορθότητα τους. γ)Η παρουσίαση των στόχων των προτεινόμενων δραστηριοτήτων. Κατά την διατύπωση των στόχων ο εκπαιδευτικός πρέπει να έχει στο νου του ότι οι μαθητές μπορεί να ερμηνεύουν τους στόχους με τον τρόπο που αυτοί κατανοούν. Οι εναλλακτικές ιδέες δημιουργούνται κατά την προσπάθεια των παιδιών να δώσουν νόημα στον κόσμο μέσα στον οποίο ζουν με αναφορά στις εμπειρίες τους, τις τρέχουσες γνώσεις τους και τη γλώσσα που χρησιμοποιούν διαμορφώνονται με την επίδραση των αντιλήψεων των μεγάλων, των μέσων επικοινωνίας, την αλληλεπίδραση με άλλα παιδιά από τη διδασκαλία, τα σχολικά εγχειρίδια κ.τ.λ. Επηρεάζονται ακόμη από τη γλώσσα και τις εκφράσεις που χρησιμοποιούν οι μεγάλοι. Παρανοήσεις δημιουργούνται και κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας, λόγω έλλειψης καλής επικοινωνίας μεταξύ δασκάλων και μαθητών. O δάσκαλος έχει κάποιες ιδέες τις οποίες προσπαθεί να μεταδώσει στους μαθητές μεταφράζοντάς τες σε λέξεις, σχήματα, διαγράμματα ή σύμβολα. Ο μαθητής μπορεί να τα προσέξει όλα αυτά, αλλά πρέπει να βρει και ένα νόημα για να τους αποδώσει. Υπάρχει μεγάλη πιθανότητα το νόημα που θα δώσει ο μαθητής να μην είναι το ίδιο με εκείνο που ήθελε να αποδώσει ο δάσκαλος. Η πιθανότητα αυτή γίνεται μάλιστα μεγαλύτερη αν η γλώσσα που χρησιμοποιείται δεν του είναι οικεία. Το ίδιο μπορεί να συμβεί με τα σχολικά εγχειρίδια, δηλαδή ο τρόπος που οι μαθητές κατανοούν ό,τι διαβάζουν σ’ αυτά επηρεάζεται από τα ερμηνευτικά τους σχήματα. Κατασκευάζουν ερμηνείες, συσχετίζοντας αυτό που ήδη γνωρίζουν με αυτό που διαβάζουν και γι’ αυτό είναι δυνατό να δίνουν ερμηνείες διαφορετικές από εκείνες στις οποίες αποβλέπει ο συγγραφέας του εγχειριδίου. Αναλυτικά οι παράγοντες που επηρεάζουν ή διαμορφώνουν τις ιδέες των ατόμων φαίνονται στο σχήμα που ακολουθεί. 23

Driver, et al. 1993:8,9

[26]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Εικόνα 1: Παράγοντες που επηρεάζουν ή διαμορφώνουν τις ιδέες των ατόμων

Οι ερευνητές συμφωνούν ότι η επίδραση του κάθε παράγοντα στην αναπτυξιακή διαδικασία του ατόμου είναι διαφορετική, διαφωνούν όμως στο ποσοστό της επιρροής του. Ο Piaget θεωρούσε ότι ο ενεργητικός ρόλος του οργανισμού στην οικοδόμηση των νοητικών δομών είναι πρωταρχικός, ενώ το κοινωνικό και το πολιτισμικό περιβάλλον επηρεάζει μόνο το ρυθμό της αναδιοργάνωσης των νοητικών δομών24. Ο Vygotsky25 αντίθετα τόνιζε την επίδραση του κοινωνικοπολιτισμικού περιβάλλοντος, υποστηρίζοντας ότι η μάθηση ενεργοποιεί μια ποικιλία εσωτερικών αναπτυξιακών διαδικασιών οι οποίες μπορούν να λειτουργήσουν μόνο όταν το παιδί αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του και σε συνεργασία με όμοια με αυτό παιδιά.

24 25

Ιωαννίδης 1991:12 1978:90

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[27]

Τα τελευταία χρόνια εκτιμάται πως η επίδραση του τεχνολογικού περιβάλλοντος στη γνωστική ανάπτυξη των παιδιών είναι τεράστια και καθοριστικής σημασίας. 2. Οι εναλλακτικές ιδέες στη Φυσική Η διδακτική των Φυσικών Επιστημών επηρεάστηκε αναπόφευκτα από τις θεωρίες μάθησης που επικρατούσαν στην εκάστοτε εποχή. Κάνοντας λοιπόν μια σύντομη αναδρομή στο παρελθόν, αναφέρουμε το παραδοσιακό ρεύμα στη δεκαετία του 1950, όταν η κυρίαρχη θεωρία μάθησης ήταν ο Μπηχεβιορισμός. Βασικό χαρακτηριστικό του είναι ότι η γνώση είναι αυτό το κάτι που μεταφέρεται από τον διδάσκοντα στον διδασκόμενο. Ο δάσκαλος είναι ο πομπός και οι μαθητές οι δέκτες. Από την στιγμή που το σήμα θα φτάσει στον δέκτη, είναι δική του ευθύνη για κατανόηση ή μη. Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στηρίζεται σε διαλέξεις του διδάσκοντα που διανθίζονται από πειράματα επίδειξης. Το λάθος του μαθητή οφείλεται στην έλλειψη προσοχής του. Το ανακαλυπτικό ρεύμα που ακολουθεί (1960-1975), υποστηρίζει πως η γνώση δεν μεταφέρεται, αλλά οικοδομείται προσωπικά από τον εκπαιδευόμενο. Στις Φυσικές Επιστήμες οι μαθητές ενθαρρύνονται σε εργαστηριακές δραστηριότητες, όπου πέρα από τους γνωστικούς στόχους αναγνωρίζεται και η αξία της ανάπτυξης δεξιοτήτων όπως: παρατήρηση, ταξινόμηση, επικοινωνία κ.ά. Το λάθος όμως του μαθητή συνεχίζει να οφείλεται στην έλλειψη προσοχής του26. Από τα μέσα της δεκαετίας του ’70 και μετά παρατηρείται στον χώρο της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών μια έντονη ερευνητική δραστηριότητα σε παγκόσμια κλίμακα που τείνει να επηρεάσει αποφασιστικά το οικοδόμημα της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών (Φ. Ε.) που είχε στηριχθεί στις απόψεις των Piaget, Bruner και λοιπών για τη μάθηση. Συμφωνά με τη νέα θεώρηση των πραγμάτων, κυρίαρχο ρόλο στη μάθηση παίζουν οι ιδέες που έχουν τα παιδιά για τα φυσικά φαινόμενα πριν καν τα διδαχτούν στο σχολείο. Λόγου χάρη, πριν ο μαθητής διδαχτεί στο σχολείο τι είναι το φως έχει διαμορφώσει κάποια δική του άποψη για την έννοια αυτή. Οι προ-έννοιες θεωρούνται υπεύθυνες για πολλές από τις δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι μαθητές στη φυσική γιατί είναι συχνά διαφορετικές ή και αντίθετες από τις «επίσημες» επιστημονικές αντιλήψεις των φυσικών27.

26 27

Κουμαράς, 2009:13-16 Δ. Αλιμήσης 1993

[28]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

«Ανάμεσα στους κυριότερους λόγους που οδηγούν τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών σε ανεπιτυχή αποτελέσματα είναι η αποτυχία των δασκάλων να αναγνωρίσουν και να λάβουν υπόψη τις αρχικές ιδέες των παιδιών για φυσικά και βιολογικά φαινόμενα. Όταν οι προϋπάρχουσες ιδέες αναγνωρίζονται και ειδικές στρατηγικές υιοθετούνται, η επιτυχία είναι δεδομένη»28. Σε αντίθεση με τον Πλάτωνα29 κατά τον οποίο για να μάθουμε κάτι πρέπει πρώτα να το γνωρίζουμε, καταλήγοντας έτσι στο γνωστό παράδοξο (σύμφωνα με το οποίο η μάθηση είναι μια διαδικασία αδύνατη), η ιστορία των φυσικών επιστημών (Φ.Ε.) δείχνει ότι οι προηγούμενες γνώσεις γίνονται «τα εργαλεία της αποτελεσματικής σκέψης» και έτσι γίνεται δυνατή η ανάπτυξη της γνώσης και επομένως η επιστημονική πρόοδος. Η γνώση δεν ξεκινάει να αναπτύσσεται από το τίποτα αλλά από κάποια γνώση που ήδη υπάρχει, και η ανάπτυξή της είναι αποτέλεσμα της τροποποίησης της προϋπάρχουσας αυτής γνώσης ή της ολικής απόρριψής της. Σύμφωνα με τον Ausebel: Ο πιο σπουδαίος απλός παράγοντας που επηρεάζει τη μάθηση, είναι αυτός που ο μαθητής γνωρίζει ήδη. Εξακρίβωσέ το και δίδαξέ τον, σύμφωνα με αυτό. Ο Ausubel30, βρισκόμενος σε αντιπαράθεση με τις συμπεριφοριστικές απόψεις και τις θεωρίες του Bruner για την ανακαλυπτική μάθηση, υποστήριξε τη δική του άποψη για τη μάθηση μέσω της θεωρίας του. Η Νοηματική Παραληπτική μάθηση του Ausubel, η οποία βασίζεται σε γνωστικά θεμέλια, υποστηρίζει ότι κάθε νέα γνώση πρέπει να συνδέεται με τις προηγούμενες γνωστικές εμπειρίες του ατόμου, διαφορετικά δεν ενσωματώνεται στις γνώσεις του μαθητή (παρά μόνο μηχανικά) ούτε αποκτά ουσιαστικό νόημα. Με άλλα λόγια η μάθηση για τον Ausubel συνιστά μία διαδικασία σύνδεσης των νέων γνώσεων με τις γνώσεις που προϋπάρχουν και παρουσιάζουν κοινά σημεία. Ανάμεσα, δηλαδή, στις γνωστικές δομές, νέες και παλαιότερες, υπάρχει άρρηκτη σχέση αλληλεπίδρασης. Οι μαθητές, κατά τον Ausubel, δεν διαθέτουν την ικανότητα να διακρίνουν τις σημαντικές πληροφορίες και να τις συνδέουν με τις προηγούμενες εμπειρίες τους. Χρειάζονται, λοιπόν, τον βοηθητικό ρόλο του εκπαιδευτικού ο οποίος οργανώνει τις νέες γνώσεις με τέτοιο τρόπο ώστε να συνδέεονται νοηματικά με προηγούμενες γνωστικές δομές. Κατ’ αυτόν για να υπάρξει αποτελεσματική μάθηση απαιτούνται: α) κατάλληλα έργα, β) σχετική προϋπάρχουσα γνώση, γ) γνώση με σημασία. Το υποκείμενο μαθαίνει με τρόπο που εξαρτάται από τις γνωστικές του δομές. Αυτό έχει ως συνέπεια δύο πολύ βασικές αρχές: Segal & Cosgrove, 1993:276 Πλάτων, μτφ Πετράκης, 2008 30 Ausubel, 1968 28 29

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[29]

 ότι διαφορετικές δομές θα αξιοποιήσουν με ξεχωριστό τρόπο τις νέες πληροφορίες ή ιδέες, γεγονός που σημαίνει ότι το κάθε παιδί αποτελεί ξεχωριστή περίπτωση από πλευράς γνωστικής δομής,  ότι η νέα γνώση θα αφομοιωθεί μόνο όταν ενσωματωθεί στην υπάρχουσα δομή του παιδιού, αλλιώς θα απομονωθεί και θα χαθεί. Η μάθηση στις Φ.Ε. δεν περιλαμβάνει μόνο την αποδοχή νέων ιδεών, αλλά και την τροποποίηση ή κατάργηση των προϋπάρχουσων ιδεών του μαθητή31. Αν αγνοηθεί η ύπαρξη αυτών των ιδεών, μετά τη διδασκαλία οι ιδέες αυτές α) μένουν αναλλοίωτες, β) ενισχύονται, γ) συνυπάρχουν με τις διδαχθείσες αλλά δε συγχέονται, δ) συγχέονται παλιές και νέες παράγοντας παρανοήσεις και ε) χρησιμοποιείται μόνο το επιστημονικό πρότυπο32. Σήμερα θεωρούμε τη μάθηση ως ενεργητική διαδικασία κατά την οποία τα άτομα δομούν τα δικά τους νοήματα από τις πληροφορίες που τους παρέχονται και όχι ως μια καθαρά δεκτική ή μεταδοτική διαδικασία. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, συνυπολογίζονται χαρακτηριστικά του υποκειμένου, όπως προϋπάρχουσα γνώση, ικανότητες, στάσεις, κλπ. Είναι μια συνεχής διαδικασία αλληλεπιδράσεων, κατά την οποία αυτό που μαθαίνει το άτομο επηρεάζεται από αυτό που έχει μάθει νωρίτερα, και αυτό θα επηρεαστεί από αυτό που θα μάθει αύριο. Επομένως κυριαρχούν δύο απόψεις σχετικά με τον σκοπό, τη φύση, τον ρόλο και το περιεχόμενο της διδασκαλίας των Φ.Ε. Η μια πλευρά στοχεύει στην ανάπτυξη της γνώσης και της κατανόησης βασικών επιστημονικών αρχών πάνω στις οποίες στηρίζεται το οικοδόμημα των Φ.Ε. και η άλλη στοχεύει στην ανάπτυξη των διαδικασιών της επιστημονικής σκέψης (Σολομωνίδου & Κολοκοτρώνης, 2009). Η διδασκαλία των Φ.Ε. καλείται να γεφυρώσει το κενό που δημιουργείται μεταξύ των αισθητηριακών εντυπώσεων που δημιουργούν τις αρχικές ιδέες στα παιδιά και στις επιστημονικές απόψεις και θεωρίες που διδάσκονται στο επίσημο πρόγραμμα του σχολείου33. 3. Εννοιολογικές αλλαγές Με την έκφραση «εννοιολογική αλλαγή» εννοούμε τη αλλαγή των διαισθητικών αντιλήψεων των παιδιών που αφορούν έννοιες των Φ.Ε., τα φαινόμενα και σχέσεις μεταξύ

Κόκκοτας, 1997 Κουμαράς 1989:16-18 33 Σπυροπούλου, 200’ 31 32

[30]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

μεγεθών, σε γνώσεις που είναι πιο συμβατές με τις επιστημονικά αποδεκτές απόψεις34. Αναφέρεται στη «μάθηση σε πεδία εκείνα που οι πριν τη διδασκαλία νοητικές δομές των μαθητών αναδομούνται πλήρως με σκοπό να υιοθετηθούν οι αποδεκτά επιστημονικές απόψεις»35. Βασικό ρόλο στην εποικοδομητική προσέγγιση στη διδασκαλία και τη μάθηση κατέχει η αλλαγή των ιδεών των μαθητών, που δεν είναι συμβατές με το επιστημονικό πρότυπο των Φ.Ε., προς άλλες ιδέες πιο σύμφωνες με αυτό. Η εννοιολογική αυτή αλλαγή χρειάζεται κατάλληλο πεδίο εννοιών, που να προσφέρεται για γρήγορη και παρατηρήσιμη αλλαγή, αλλιώς καταλήγουμε σε λανθασμένα συμπεράσματα. Το κύριο ενδιαφέρον μας είναι ο προσδιορισμός των γνωστικών απαιτήσεων, για την επιτυχία της αλλαγής της «πρότερης» γνώσης των μαθητών, και αυτό εξαρτάται, ιδιαίτερα, από τη γνωστική ανάλυση του περιεχομένου των Φ.Ε προς το οποίο επιδιώκουμε να προσαρμόσουμε τις ιδέες των μαθητών. Ο Clark36 ορίζει τον όρο «έννοια» ως «ένα σύνολο ιδιοτήτων που είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους στη μνήμη και κατά αυτό τον τρόπο σχηματίζουν μια μονάδα. Αυτή η μονάδα μπορεί να αναφέρεται σε εξατομικευμένη έννοια ή κατηγορία και είναι συνήθως κωδικοποιημένη και συμπεριλαμβάνεται σε μια μόνο λέξη. Όταν μια έννοια αλλάζει τότε υφίσταται μια διαδικασία ανάπτυξης. Η ανάπτυξη αναφέρεται σε μια βιολογική διαδικασία στην οποία υπάρχει κάτι που αναπτύσσεται, π.χ η ανάπτυξη έχει μια αρχή και ένα τέλος37. Σύμφωνα με τον Woodfield (1993), οι ψυχολόγοι μπορεί να αναφέρουν ότι οι έννοιες ενός παιδιού «δεν έχουν ωριμάσει πλήρως» και οι έννοιες των ενηλίκων είναι «ώριμες» εκφράσεις οι οποίες υπονοούν ότι η εννοιολογική ανάπτυξη οδηγείται προς ένα φυσικό προορισμό -την ωριμότητα- και μετά σταματά. Οι τεχνικές επίτευξης της «εννοιολογικής αλλαγής» περιλαμβάνουν διάφορες προσεγγίσεις που θα μπορούσαν να ονομαστούν «μέθοδοι». Κοινό αυτών των μεθόδων είναι ότι οι μαθητές έρχονται σε νέες καταστάσεις μάθησης με ένα ποσό προϋπάρχουσας γνώσης και ο πρωταρχικός ρόλος του εκπαιδευτικού είναι αυτός του «διαπραγματευτή των εννοιών» ή του «εφευρετικού καλλιεργητή της αλλαγής»38. Οι Posner and Strike (1982) προτείνουν τέσσερις συνθήκες που οδηγούν σε εννοιολογική αλλαγή και άρα συμβάλλουν στην αλλαγή των γνωστικών δομών των μαθητών, στην περιοχή των Φ.Ε: Duit, 1999:263-282 Duit& Treagust, 2003: 673 36 Clark, 1983:789 37 Woodfield, 1993 38 Κόκκοτας, 1997 34 35

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[31]

Η ανάγκη δημιουργίας δυσαρέσκειας με τις υπάρχουσες έννοιες, αφού δεν θα μπορούν να περιγράψουν και να ερμηνεύσουν συγκεκριμένα φυσικά φαινόμενα. Η δυνατότητα των μαθητών να μάθουν τις νέες έννοιες, όταν διαπιστώσουν τη δυνατότητα που τους παρέχουν για περιγραφή της εμπειρίας τους. Η τρίτη συνθήκη σχετίζεται με το αν οι νέες έννοιες είναι ευλογοφανείς και αυτό αποδεικνύεται με την ικανότητά τους να λύσουν τα προβλήματα που παρουσιάζουν οι έννοιες τις οποίες αντικαθιστούν. Η επεκτασιμότητα των νέων εννοιών, που δείχνει έτσι τη δυνατότητα για άνοιγμα νέων προοπτικών στην έρευνα, καθώς και την τεχνολογική ή και επεξηγηματική ισχύ τους. Η διαδικασία της εννοιολογικής αλλαγής ξεκινάει από τη στιγμή που έχουν διευκρινιστεί οι προϋπάρχουσες απόψεις των παιδιών. Ο εκπαιδευτικός μπορεί να διευκολύνει την εννοιολογική αλλαγή στους μαθητές του όταν αυτές έχουν αποσαφηνιστεί και είναι γνώστης αυτών. «Η γνώση των προϋπάρχουσων ιδεών των παιδιών….είναι η αφετηρία για την επιθυμητή εννοιολογική αλλαγή και αποτελεί τη βάση για τη σχεδίαση βελτιωμένου και αποτελεσματικού διδακτικού υλικού»39. Η Carey40 ισχυρίζεται ότι όλοι οι «αποτελεσματικοί δάσκαλοι» αντιλαμβάνονται ότι η διδασκαλία τους στις Φ.Ε. ξεκινάει από το τι πιστεύουν οι μαθητές. Οι απόψεις των παιδιών πρέπει να αποκαλυφθούν και να κοινοποιηθούν. Από τη δεκαετία του ’60 άρχισε να γίνεται κατανοητή η σημασία αυτής της παραδοχής. «Παλαιότερα επικρατούσε η πεποίθηση ότι οποιαδήποτε αδυναμία κατανόησης παρουσίαζε ένα παιδί αποδίδονταν στην έλλειψη γνώσεων πάνω στον τομέα αυτό, σε συνδυασμό με τα ηλικιακά όρια που ρυθμίζουν την γνωστική του ανάπτυξη (για παράδειγμα, μαθητές Δημοτικού είναι ικανοί μόνο για συγκεκριμένες έννοιες και όχι για αφηρημένες). Τώρα συνειδητοποιούμε ότι το βασικό εμπόδιο στη μαθησιακή διαδικασία του αναλυτικού προγράμματος που τόσο κουραστικά σχεδιάζεται και αναπτύσσεται δεν είναι το τι λείπει στο γνωστικό επίπεδο ενός παιδιού, αλλά το τι έχει, κυρίως ως εναλλακτικό πλαίσιο, για την κατανόηση των φαινομένων που προσπαθούμε να διδάξουμε»41. Το πείραμα ως διδακτικό μέσο στοχεύει κυρίως στην ανάπτυξη νοητικών δεξιοτήτων και στην καλλιέργεια της επιστημονικής σκέψης. Η προσπάθεια να αντικατασταθούν οι παλαιές νοητικές δομές των μαθητών από τις καινούργιες περνά από το δρόμο της διαφοροποίησης εννοιών. Γι’ αυτό, σχεδιάζονται οι κατάλληλες διδακτικές Galili & Hazan, 2000:57 2000:13-19 41 Carey, 2000: 13 39 40

[32]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

παρεμβάσεις, οι οποίες συνήθως περιέχουν σειρές πειραμάτων που συμβάλλουν προς αυτήν την κατεύθυνση. Πρόκειται για ένα καινούργιο status που αποκτά το πείραμα σε σχέση με τις παραδοσιακές μορφές πειραματικής διδασκαλίας42. 4. Οι εναλλακτικές ιδέες για το φως Οι ιδέες των παιδιών για την έννοια φως, τα φαινόμενα που δημιουργεί και τις ιδιότητές του, διερευνήθηκαν με ατομικές συνεντεύξεις και γραπτά ερωτηματολόγια. Τα παιδιά δεν είχαν διδαχθεί τίποτα για το φως, ωστόσο είχαν ιδέες σχετικά μ’ αυτό και ερμηνείες για τα φαινόμενα που σχετίζονται μαζί του. Οι ηλικίες των παιδιών κυμαίνονται από 10-15 ετών. Φύση και διάδοση φωτός Στην ερώτηση: πού υπάρχει το φως; Τα παιδιά 10-11 ετών απαντούν: παντού ή στο χώρο ή στο ταβάνι (δείχνοντας την ηλεκτρική λάμπα) ή μέσα στη λάμπα, το φως είναι μια φωτεινότητα που εξαρτάται από τον καιρό. Στην ηλικία των 13-14 ετών τα παιδιά αρχίζουν να αναγνωρίζουν το φως ως μια οντότητα43. Για τον λόγο αυτό στην πλειοψηφία τους χρησιμοποιούν αυτή την αντίληψη για να ερμηνεύσουν το φαινόμενο της σκιάς, αλλά μόνο όταν το φως είναι αρκετά ισχυρό ώστε να δημιουργήσει αντιληπτά φαινόμενα σε κάποιο σημείο της διαδρομής του. Το φως λοιπόν ταυτίζεται με την πηγή ή με το αποτέλεσμά του ή με μια κατάσταση. Ακόμη, συχνά, αναγνωρίζεται σαν μία διακριτή οντότητα στον χώρο ανάμεσα στην πηγή και το φαινόμενο που δημιουργεί. Σχετικά με το πώς διαδίδεται το φως, η ιδέα ότι το φως κινείται δεν είναι σαφώς αποδεκτή, εκτός και αν αναφέρονται σε πολύ μεγάλες αποστάσεις (π.χ μια ακτίνα του ήλιου κάνει πολύ χρόνο, ίσως και τέσσερις μήνες να έρθει στη γη). Κάποιο ποσοστό μαθητών πιστεύουν ότι το φως ταξιδεύει πιο μακριά τη νύχτα από την ημέρα. Συχνά μιλούν για το φως σαν να είναι μια οντότητα σε κίνηση (φεύγει, αναπηδά, διασχίζει κ.ά) Η ιδέα της ευθύγραμμης πορείας μπορεί να αποσυνδεθεί τελείως από την ιδέα του χρόνου διάδοσης. Τα παιδιά μπορούν να τοποθετήσουν το φως σε ευθύγραμμες ακτίνες, χωρίς να πιστεύουν ότι κινείται πάνω σ’ αυτές. Δεν υφίσταται το φως για τα παιδιά, εκτός αν είναι αρκετά έντονο για να παράγει αισθητά αποτελέσματα. Επίσης το φως δεν διατηρείται, μπορεί να εξαφανιστεί χωρίς οποιαδήποτε αλληλεπίδραση με την ύλη, όταν δεν είναι 42 43

Κολλιόπουλος Δ. 2003 Guesne, E. 1985:10-32

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[33]

αρκετά έντονο, ώστε να παράγει αισθητά αποτελέσματα ή να ενισχυθεί, όταν περνά μέσα από μεγεθυντικό φακό. Σχετικά με τη δημιουργία της σκιάς, οι μαθητές αντιλαμβάνονται ότι η αιτία είναι μια πηγή φωτός, αλλά περιμένουν η σκιά ενός αντικειμένου να έχει το ίδιο σχήμα με το αντικείμενο. Οι Watts και Gilbert (1985) ομαδοποιώντας τις ιδέες των παιδιών για το φως κατέληξαν σε επτά νοητικά μοντέλα: -Φυσικό φως (ambient light): γίνεται διάκριση μεταξύ του διάχυτου «φωτός της ημέρας» και του φωτός απευθείας από μια πηγή. -Σύνθετο φως (composite light): οι μαθητές περιγράφουν το φως ως προς τα χαρακτηριστικά του (απλή οντότητα, αίτιο, αποτέλεσμα, ένταση). -Διπλό φως (de-coupled light): το «φως» είναι τελείως διαφορετικό από τη διαδικασία του «βλέπω». -Τεχνητό φως (illuminative light): τα παιδιά δίνουν έμφαση στη χρησιμότητα του φωτός για να βλέπουμε, δηλαδή έχει σχεδιαστεί σκόπιμα για να μας επιτρέπει να βλέπουμε. -Τροποποιημένο φως (modal light): ανάλογα με τα διαφορετικά αποτελέσματα του φωτός υπάρχουν, διαφορετικά είδη φωτός. -Εμφανές φως (obvious light): φως θεωρείται ότι αποτελεί ιδιότητα μόνο των μεγάλων ισχυρά φωτιζόμενων σωμάτων. -Αναδυόμενο φως (projected light): ταυτίζεται με ουσία που προβάλλεται και μερικές φορές μεταφέρει χρώματα. Φως και όραση Οι A.Fawaz και L.Viennot44 ήταν από τους πρώτους που μελέτησαν τις νοητικές παραστάσεις των παιδιών σχετικά με τον τρόπο που βλέπουμε. Το 1986, επιχειρούν να προσεγγίσουν τους τρόπους σκέψης και τις αντίστοιχες δυσκολίες που παρουσιάζουν οι μαθητές όσον αφορά το μηχανισμό της όρασης, στην εργασία τους με τίτλο: «Image Optique et Vision: Enquête en classe de première au Liban». Ο Selley βασίζεται σε ευρήματα προγενέστερων ερευνών από τις οποίες απορρέει ότι τα παιδιά 13 χρονών, πιστεύουν ότι το φως εγκαθίσταται πάνω στο αντικείμενο και το μάτι στη συνέχεια το βλέπει στέλνοντας μια «ακτίνα όρασης» ή ότι αποτελεί γενικότερα μια κατάσταση φωτισμού45. Στις απόψεις των παιδιών πρωτοβάθμιας αλλά και δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, ανιχνεύεται ο ενεργός ρόλος του ματιού, αφού συχνά αναφέρουν ότι το φως από την πηγή

44 45

Fawaz, A. & Viennot, L. 1986:1125-1146 Guesne, 1976· στο Selley, 1996:713-723

[34]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

πάει πρώτα στο μάτι και μετά ανακατευθύνεται προς το αντικείμενο46. Επισημαίνεται επιπλέον, η ομοιότητα ανάμεσα στην πορεία ανάπτυξης των ιδεών των μαθητών για το μηχανισμό της όρασης και την πορείαανάπτυξης των αντιλήψεων των προεπιστημόνων φιλοσόφων47. Οι προϋπάρχουσες ιδέες των παιδιών θα μπορούσαν να ομαδοποιηθούν σε τέσσερις κύριες κατηγορίες (Εικόνα 2) : 1. Λουτρό φωτός: Στην κατηγορία αυτή οι μαθητές παρουσιάζουν ερμηνείες στηριγμένες σε κάποιο ακαθόριστο και ανακριβή μηχανισμό. Αυτές οι αντιλήψεις παρουσιάζονται σχηματικά, είτε ως «λουτρό του ηλιακού φωτός», που γεμίζει τον χώρο και κάνει δυνατή την όραση, είτε με οπτικά διαγράμματα, συνδέοντας γραμμές μεταξύ τους σχηματίζοντας δυαδική σύνδεση ή το κλασσικό τρίγωνο, χωρίς κατεύθυνση: πηγή-αντικείμενο-μάτι48. 2. Παθητικός ρόλος του ματιού: Μια δεύτερη κατηγορία ερμηνειών προσδιορίζει τη μετάβαση του φωτός από την πηγή στα αντικείμενα, χωρίς παροχή λεπτομερειών του ρόλου του φωτός στην οπτική διαδικασία. Το φως ανάβει και κάνει το αντικείμενο να γίνεται ορατό, δηλαδή το μάτι αποκτά έναν παθητικό ρόλο στην όλη διαδικασία. Τα παιδιά που υιοθετούν τέτοιες ερμηνείες, δεν έχουν κατανοήσει ότι το φως πρέπει να ανακλαστεί στο αντικείμενο για να εμφανιστεί το είδωλο στο μάτι. Πολλά από αυτά τα παιδιά λένε ότι το φως ταξιδεύει από μια πηγή φωτός σε ένα αντικείμενο και παραμένει εκεί49. 3. Συνεργατική εκπομπή (Cooperative Emission): Μια οπτική ακτίνα περνά από το μάτι στο αντικείμενο το οποίο φωτίζεται ταυτόχρονα από την πηγή. 4. Επιστημονικό μοντέλο: Το μάτι είναι δέκτης φωτός. Το φως που δέχεται ένα αντικείμενο από μια φωτεινή πηγή διαχέεται προς όλες τις κατευθύνσεις επομένως και προς το μάτι. Αυτό το μοντέλο του φυσικού όμως δεν έχει αποκτηθεί από τα παιδιά, πρέπει λοιπόν να γίνει ένας αντικειμενικός στόχος διδασκαλίας.

Crookes & Golby, 1984· στο Selley,1996 Guesne, 1976,Watts, 1985· στο Selley, 1996:837-846 48 Watts, 1985:20, Hosson & Kaminski, 2002:840 49 Private Universe Project in Science, 2007 46 47

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[35]

Αναπαριστάνεται ένα λουτρό φωτός. Το παιδί δεν προσδιορίζει κανένα μηχανισμό μεταξύ πηγής, ματιού και αντικειμένου.

Το παιδί θεωρεί ότι το αντικείμενο φωτίζεται αλλά δεν φθάνει το φως στο μάτι.

Το παιδί θεωρεί ότι κάτι φεύγει από το μάτι προς το φωτιζόμενο αντικείμενο.

Φαίνεται το επιστημονικό μοντέλο για την όραση.

Εικόνα 2: Αναπαραστάσεις παιδιών 13-14 ετών για την όραση

[36]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Φως και χρώματα Κατά τους Feher και Meyer (1992) οι μαθητές 8-13 ετών στην πλειοψηφία τους πιστεύουν ότι το μαύρο (σκοτάδι) είναι συστατικό χρώματος, είναι δηλαδή κυρίως παρουσία χρώματος παρά απουσία φωτός. Ένα συχνό σχόλιο είναι: «Το λευκό φως είναι φωτεινό, το χρωματιστό φως έχει μαύρο (σκούρο) χρώμα μέσα του»50. Μια άλλη άποψη ήταν ότι το χρώμα ενός αντικειμένου αποτελεί ιδιότητα του σώματος που παραμένει αναλλοίωτη όταν φωτίζεται από λευκό φως, αλλά μπορεί να αλλάξει όταν φωτιστεί με χρωματιστό φως. Τα περισσότερα παιδιά πιστεύουν ότι το χρώμα είναι μια έμφυτη ιδιότητα των αντικειμένων. Θεωρούν δηλαδή ότι τα μάτια μας βλέπουν το χρώμα του αντικειμένου και όχι το χρώμα του ανακλώμενου φωτός51. Το λευκό φως δεν είναι μια μείξη των χρωμάτων του φωτός52. Το χρώμα είναι μία φυσική ιδιότητα των σωμάτων και όχι το αποτέλεσμα των αλληλεπιδράσεων του φωτός με τα αντικείμενα53. Ανάκλαση-Διάθλαση φωτός Σύμφωνα με την έρευνα της Guesne (1985) τα περισσότερα παιδιά 11-13 ετών δεν έχουν ιδέα για το τι συμβαίνει όταν το φως πέφτει πάνω σε έναν καθρέφτη. Αυτό οφείλεται στη δυσκολία τους να αντιληφθούν ότι το φως είναι μια οντότητα στον χώρο. Θεωρούν ότι το φως μένει μέσα στον καθρέφτη, ενώ στο χαρτί μένει πάνω σε αυτό (ύπαρξη φωτεινής κηλίδας). Άλλα πάλι υποστήριξαν ότι το φως φεύγει από το φακό, πέφτει πάνω στο καθρέφτη και αναπηδάει. Παρόλο που τα παιδιά αυτά δέχονται ότι το φως μπορεί να ανακλάται από συνηθισμένα αντικείμενα, είναι δυνατόν να αναιρέσουν την άποψη αυτή, όταν για παράδειγμα, η άμεση αίσθηση μπορεί να οδηγήσει σε άλλη θεώρηση της κατάστασης. Αυτό όμως το φαινόμενο είναι καθοριστικό για την κατανόηση του φαινομένου του σχηματισμού των ειδώλων, που με τη σειρά του είναι προαπαιτούμενο για την κατανόηση της όρασης. Επίσης, τα παιδιά αυτής της ηλικίας είναι δύσκολο να ερμηνεύσουν το «λουτρό» του ηλιακού φωτός στο οποίο βρισκόμαστε στην διάρκεια της ημέρας. Το φως στη Γη πραγματικά οφείλεται στη διάχυση του φωτός στην ατμόσφαιρα. Παρόλο που έχουν αντιληφθεί το φαινόμενο της ανάκλασης του φωτός από τα στερεά, δεν τους είναι εύκολο, να καταλάβουν το ίδιο φαινόμενο ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του φωτός με τα συστατικά του αέρα54. Feher & Meyer, 1992:505 Driver, R., et al 2000:242 52 Driver et al, 2000:242-243 53 Ραβάνης Κ., 2003:85 54 Driver et al., 1993 50 51

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[37]

Οι Tiberghien et al.55 διαπίστωσαν ότι τα μικρότερα παιδιά δεν εξέφρασαν κάποιες ιδέες για την ανάκλαση πάνω σε καθρέπτη, γιατί δεν μπορούσαν να προσδιορίσουν το φως ως οντότητα που διαδίδεται στο χώρο. Στην πλειοψηφία τους τα μεγαλύτερα παιδιά ανέφεραν ότι ο καθρέφτης απεικονίζει το φως που στέλνει ο φακός. Όταν ο φακός στέλνει το φως επάνω σε ένα άλλο αντικείμενο, τα παιδιά ισχυρίζονται ότι το φως αφήνει το φακό και «κάθεται» πάνω στο αντικείμενο. Οι Driver et al. (2000) αναφέρονται στην ερευνητική μελέτη των Anderson & Smith (1983) στην οποία το 60% ενός δείγματος 227 μαθητών, ηλικίας 9–15, ανέφεραν ότι το φως αναπηδά στους καθρέφτες, αλλά όχι σε άλλα αντικείμενα. Μόνο λίγα παιδιά (το 20% του δείγματος) δήλωσαν ότι αναπηδά και από τα αδιαφανή αντικείμενα, ενώ μόνον ελάχιστα (2%) ανέφεραν ότι το φως διαχέεται. Όσον αφορά στις ιδέες των παιδιών για τη διάθλαση, δεν έχουν πραγματοποιηθεί αρκετές έρευνες. Από έρευνα της Shapiro (1994) σχετικά με την ερμηνεία των παιδιών για τη φαινομενική παραμόρφωση ενός μολυβιού που ήταν μισοβυθισμένο μέσα σε ένα ποτήρι γεμάτο με νερό η επικρατούσα αντίληψη είναι ήταν ότι το νερό κάνει το μολύβι να φαίνεται σπασμένο, χωρίς σύνδεση με το φως. Άλλες ερμηνείες ήταν ότι το νερό λυγίζει τις ακτίνες, το σχήμα του γυάλινου ποτηριού το κάνει να φαίνεται έτσι, ή ότι ο συνδυασμός του γυάλινου ποτηριού με το νερό παραμορφώνει το σχήμα του μολυβιού. Κάποια παιδιά νόμιζαν ότι το νερό συμπεριφέρεται ως μεγεθυντικός φακός. Κατά τον Αντωνίου, στη διάθλαση τα χαρακτηριστικά του φωτός αλλάζουν56. Συμπερασματικά θα λέγαμε ότι τα παιδιά στηρίζουν τις ερμηνείες τους για τα φαινόμενα του φωτός εξολοκλήρου σε αντιληπτικές νοητικές διεργασίες57. Για παράδειγμα, αντιλαμβάνονται πρωτογενείς πηγές φωτός, αλλά όχι δευτερογενείς. Συνεπώς ερμηνεύουν με διαφορετικό τρόπο τη λειτουργία της όρασης. Για τον λόγο αυτό, φαινόμενα του φωτός, όπως αυτό της διάθλασης ή της κατανόησης των χρωμάτων, είναι πολύ δύσκολο να ερμηνευτούν από τα παιδιά και να υιοθετηθεί η επιστημονικά αποδεκτή άποψη. Το φως υπάρχει μόνο εκεί που γίνεται αντιληπτό και «οι επιστημονικά αποδεκτές απόψεις διαφέρουν από τις αρχικές απόψεις των παιδιών που ερμηνείες τους στηρίζονται κατά βάση στην εμπειρία και στην αντίληψη»58.

Tiberghien et al., 1980:24-41 Αντωνίου Α. http://users.att.sch.gr/ antoniou 57 Driver et al., 1985 58 Galili & Hazan, 2000:58 55 56

[38]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΡΙΤΟ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ 1. Η Διδασκαλία των Φ.Ε 1.1 Σκοποί-στόχοι Ο σκοπός της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστηµών δεν µπορεί παρά να εντάσσεται στους γενικότερους σκοπούς της εκπαίδευσης, δηλαδή στην ολοκλήρωση του ατόµου µε την ανάπτυξη κριτικού πνεύµατος και διάθεσης για ενεργοποίηση και δηµιουργία τόσο σε ατοµικό επίπεδο όσο και σε συνεργασία µε άλλα άτοµα ή οµάδες. Οι θεωρίες της Φυσικής προσπαθούν να σχηματίσουν μια εικόνα της πραγματικότητας και να τη συνδέσουν με τον ευρύτερο κόσμο των αισθητηριακών εντυπώσεων59. Για τον προσδιορισμό του σκοπού διδασκαλίας κάθε αντικειµένου των Φυσικών Επιστηµών λαμβάνεται υπόψη η ηλικία των µαθητών, που παίζει καθοριστικό ρόλο, αφού άλλες ανάγκες καλείται να εξυπηρετήσει η διδασκαλία των Φυσικών Επιστηµών στον μαθητή του Δημοτικού και άλλες στον μαθητή του Γυμνασίου και του Λυκείου, και φυσικά τα συµπεράσµατα της σύγχρονης εκπαιδευτικής έρευνας. Λαμβάνεται επίσης υπόψη η νοητική ανάπτυξη του µαθητή κάθε ηλικίας, το γνωστικό υπόβαθρο που διαθέτει, οι δεξιότητες αλλά και οι προσδοκίες του, το κοινωνικό περιβάλλον και οι αναγκαιότητες που υπάρχουν σ’ αυτό. Επιπλέον, λαμβάνεται υπόψη ο χρόνος και ο τεχνολογικός εξοπλισµός που έχει ο εκπαιδευτικός στη διάθεσή του για τη διδασκαλία του µαθήµατος. Οι στόχοι της διδασκαλίας των ΦΕ συνοψίζονται ως εξής60: -Στην απόκτηση γνώσεων σχετικών µε θεωρίες, νόµους και αρχές που αφορούν τα επιµέρους γνωστικά αντικείµενα των Φυσικών Επιστηµών, ώστε ο µαθητής να είναι ικανός να "ερµηνεύει" τα φυσικά, χημικά κ.ά φαινόµενα, αλλά και καταστάσεις (π.χ.γεωγραφικές κατανοµές) ή διαδικασίες που αφορούν τους οργανισµούς και τις σχέσεις τους µε το περιβάλλον στο οποίο ζουν. -Στην ανάπτυξη της προσωπικότητας του µαθητή, µε την προώθηση της ανεξάρτητης σκέψης, της αγάπης για εργασία, της ικανότητας για λογική αντιµετώπιση καταστάσεων και της δυνατότητας για επικοινωνία και συνεργασία µε άλλα άτοµα.

59 60

Einstein & Infeld 1938/1978, Σπυροπούλου 2000 Ενιαίο πλαίσιο προγραμμάτων σπουδών των ΦΕ, ΦΕΚ 303Β/13-03-2003

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[39]

-Στην απόκτηση της ικανότητας να αναγνωρίζει την ενότητα και τη συνέχεια της επιστηµονικής γνώσης στις θετικές επιστήµες, όπως και της ικανότητας να αναγνωρίζει τη σχέση που υπάρχει µεταξύ τους. -Στην εξοικείωση του µαθητή µε τον επιστηµονικό τρόπο σκέψης, την επιστηµονική µεθοδολογία (παρατήρηση, συγκέντρωση-αξιοποίηση πληροφοριών, διατύπωση υποθέσεων, πειραµατικό έλεγχό τους, ανάλυση και ερµηνεία δεδοµένων, εξαγωγή συµπερασµάτων, ικανότητα γενίκευσης και κατασκευής προτύπων) και µε τη χρήση της τεχνολογίας της πληροφορικής, ώστε και ως µελλοντικός επιστήµονας να είναι ικανός για έρευνα και τεχνολογικό σχεδιασµό. -Στη δυνατότητα αξιολόγησης των επιστηµονικών και τεχνολογικών εφαρµογών, ώστε ο µαθητής, ως µελλοντικός πολίτης, να είναι ικανός να τοποθετείται κριτικά απέναντί τους και να αποφαίνεται για τις θετικές ή αρνητικές επιπτώσεις τους στην ατοµική και κοινωνική υγεία, τη διαχείριση των φυσικών πόρων και το περιβάλλον. -Στην απόκτηση αισθητικών αξιών σε σχέση µε το περιβάλλον. -Στη διαπίστωση της συµβολής των Φυσικών Επιστηµών στη βελτίωση της ποιότητας ζωής του ανθρώπου. -Στη γνώση της οργάνωσης και των διαδικασιών του περιβάλλοντος (φυσικού και κοινωνικού) και στην απόκτηση της ικανότητας να συµµετέχει στις προσπάθειες για την επίλυση κοινωνικών προβληµάτων αξιοποιώντας τις γνώσεις και τις δεξιότητες που έχει αποκτήσει. -Στην απόκτηση της ικανότητας να επικοινωνεί, να συνεργάζεται µε επιστηµονικούς και κοινωνικούς φορείς, να συλλέγει και να ανταλλάσσει πληροφορίες, να παρουσιάζει τις σκέψεις ή τα συµπεράσµατα από τις µελέτες του. -Στην απόκτηση βασικών γνώσεων, εξειδικευµένων πληροφοριών, µεθόδων και τεχνικών που συµβάλλουν στην κατανόηση της δοµής του γεωγραφικού χώρου, στην κατανόηση και ερµηνεία των αλληλεξαρτήσεων και των αλληλεπιδράσεων, γεωφυσικών και κοινωνικών παραγόντων, καθώς και στην αιτιολόγηση της ανάγκης αρµονικής συνύπαρξης ανθρώπου και περιβάλλοντος. 1.2 Διδακτικές προσεγγίσεις «Μάθηση είναι η διαδικασία που υποβοηθά τους οργανισμούς να τροποποιήσουν ή να αλλάξουν τη συμπεριφορά τους σε ένα σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα και με έναν μάλλον μόνιμο τρόπο έτσι, ώστε η ίδια τροποποίηση ή αλλαγή να μη χρειαστεί να συμβεί ξανά σε κάθε νέα ανάλογη περίπτωση»61. Οι επιστημονικές μελέτες που έγιναν κατά καιρούς με σκοπό να 61

Gagne από Φλουρής, 2003:18

[40]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

προσδιοριστούν οι δομές και οι διαδικασίες που επεξηγούν το φαινόμενο της μάθησης, οδήγησαν στη δημιουργία πολλών θεωριών και μοντέλων μάθησης. Η διαδικασία της μάθησης δεν είναι άμεσα παρατηρήσιμη αλλά διαπιστώνουμε την επενέργειά της μέσα από το αποτέλεσμα και τη μεταβολή της συμπεριφοράς του ατόμου62. Η ανάπτυξη της διδακτικής των Φ.Ε. ουσιαστικά άρχισε από τη δεκαετία του ’60. Παρακάτω αναλύονται τα χαρακτηριστικά των πιο σημαντικών διδακτικών προσεγγίσεων. Παραδοσιακή προσέγγιση Επιδιώκεται η εφαρμογή κατάλληλων διδακτικών μεθόδων (ερέθισμα), η οποία μπορεί να οδηγήσει στα επιθυμητά μαθησιακά αποτελέσματα (αντίδραση). Η γνώση των Φυσικών Επιστημών αντιμετωπίζεται ως «πακέτο» το οποίο είναι δυνατό να μεταφερθεί από το διδάσκοντα στους μαθητές. Ο διδάσκων θεωρείται κάτοχος ενός συνόλου γνώσεων και δεξιοτήτων, τις οποίες επιχειρεί να μεταφέρει στους μαθητές (μοντέλο μεταφοράς της γνώσης). Είναι πολύ δύσκολο σε ένα τέτοιο πλαίσιο οι μαθητές να ξεφύγουν από την παθητικότητα και να έχουμε ενεργό συμμετοχή. Δεν αποκλείεται η ενεργός συμμετοχή και ούτε μιλάμε για την αυταρχική αγωγή αλλά αυτός ο τρόπος διδασκαλίας οδηγεί κυρίως στην αποστήθιση, στην παθητική ακρόαση, στην άσκηση από μνήμης, στην επανάληψη της διδακτέας ύλης, στην εκμάθηση κανόνων και τύπων. Μαθαίνει κανείς πολλά αλλά τα περισσότερα από αυτά ξεχνιούνται γιατί δεν συνδέονται με την εμπειρία και την πραγματική ζωή των μαθητών63. Ως εκπροσώπους αυτής της σχολής μπορούμε να κατατάξουμε αρχικά τον Έρβαρτο με τους μαθητές του, ο οποίος άσκησε μεγάλη επιρροή και στη χώρα μας. Στη συνέχεια ο Skinner με την προγραμματισμένη διδασκαλία αλλά και νεότεροι όπως ο Bloom, ο Gagne, ο Ausubel, όπου η επιρροή του δασκάλου στη διδασκαλία, στην πορεία μάθησης και στα αποτελέσματα παραμένει κυρίαρχη. Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών βασίζεται, εκτός ελαχίστων εξαιρέσεων, στο βιβλίο του μαθητή και τις διαλέξεις που πραγματοποιεί ο διδάσκοντας, και όχι τόσο σε εργαστηριακές πρακτικές. Κριτήριο επιτυχίας αποτελεί η ποσότητα πληροφοριών που έχουν απομνημονεύσει οι μαθητές μέχρι το πέρας της διδασκαλίας. Ανακαλυπτική προσέγγιση Η προσπάθεια του μαθητή να μαθαίνει μόνος του, αυτόβουλα, κάνοντας χρήση των εσωτερικών του εμπειριών και δυνατοτήτων ανάγεται στην εποχή του Σωκράτη και του 62 63

Καψάλης, 1989:220 Reinmann Rothmeier, G. & Mandl, H., 1999:354

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[41]

Πλάτωνα. Στην εποχή εκείνη, ο μεν πρώτος αναταράζει τις δημιουργικές δυνάμεις των μαθητών του, ο δε δεύτερος με τη διαλεκτική του καθορίζει έναν επιστημονικό τρόπο εργασίας στη μάθηση. Στη σύγχρονη εποχή, η προσπάθεια του μαθητή για ανακάλυψη ή διερεύνηση των γνώσεων συστηματοποιήθηκε, οργανώθηκε και τεκμηριώθηκε κυρίως μέσα από τις θέσεις του Jerome Bruner. Οι Ράπτης και Ράπτη (2001) αναφέρουν ότι ο Bruner ανήκει στην κατηγορία των γνωστικών ψυχολόγων της μάθησης, που δίνει έμφαση στη διευκόλυνση της μάθησης μέσα από την κατανόηση των δομών και των επιστημονικών αρχών ενός αντικειμένου και των τρόπων του σκέπτεσθαι του μαθητευόμενου, καθώς και στην υιοθέτηση της ανακαλυπτικής μεθόδου, ή της καθοδηγούμενης ανακάλυψης με την ανάπτυξη εσωτερικών κινήτρων μάθησης από μέρους του μαθητευόμενου. Οι τρόποι σκέψης ή τα συστήματα, τα οποία χρησιμοποιεί ο μαθητευόμενος για να κατανοεί τις πληροφορίες και να αναπτύσσεται γνωστικά (που αντιστοιχούν και στα ιστορικά στάδια της ανθρώπινης εξέλιξης) είναι κατά τον Bruner64: 1. Το σύστημα της πραξιακής αναπαράστασης (enactive representation), στο οποίο η γνώση σχετίζεται με την κίνηση και τη δεξιότητα που προέρχεται από την άμεση επαφή του ατόμου με τα πράγματα (π.χ. το παιδί μετράει τα μολύβια) 2. Το σύστημα της εικονικής αναπαράστασης, στο οποίο οι γνώσεις αναπαριστώνται μέσω εσωτερικών πνευματικών εικόνων, χωρίς όμως το στοιχείο του αφηρημένου συσχετισμού (π.χ. η εικόνα του παιδιού που μετράει τα μολύβια) και, 3. Το σύστημα της συμβολικής αναπαράστασης, που είναι και το ανώτερο, στο οποίο οι γνώσεις παρουσιάζονται με σύμβολα (αναπαράσταση σχέσεων με αφηρημένα σύμβολα, με δυνατότητα διαφόρων συσχετισμών και διατύπωσης θεωριών, ακόμη και χωρίς να στηρίζεται ο μαθητευόμενος σε συγκεκριμένα στοιχεία της εμπειρίας). Σχετικά με την απόκτηση της γνώσης65, ο Bruner υποστηρίζει την ανακαλυπτικήδιερευνητική μάθηση, κατά την οποία ο μαθητής με τις δικές του δυνάμεις προσπαθεί να εμβαθύνει στο αντικείμενο και να ανακαλύψει τις θεμελιώδεις αρχές και σχέσεις που διέπουν τα επιμέρους στοιχεία του. Εδώ, η λογική σκέψη του ατόμου παίζει ρόλο, όμως ο Bruner θεωρεί ότι το άτομο πρέπει να προχωρήσει παραπέρα και να καλλιεργήσει τη διαισθητική σκέψη, που του επιτρέπει να κάνει πνευματικά άλματα, να πρωτοτυπεί, να εφευρίσκει και να συλλαμβάνει ριζοσπαστικές λύσεις σε προβληματικές καταστάσεις.

64 65

Bruner, 1966 Τριλιανός, 2003

[42]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Σε μια από τις πιο γνωστές θέσεις του66, ο Bruner υποστηρίζει ότι όλοι οι μαθητές είναι δυνατόν να μάθουν οτιδήποτε και σε οποιαδήποτε ηλικία, εφόσον υπάρχει η κατάλληλη δομή και οργάνωση της ύλης, καθώς και η απαραίτητη μεθόδευση της διδασκαλίας. Η θέση αυτή του Bruner προκάλεσε αρκετές αντιδράσεις, αφού προσέκρουσε στις μέχρι τότε αποδεκτές αντιλήψεις για το θέμα αυτό, αλλά και επέφερε επαναστατικές αλλαγές, τόσο στη φύση των αναλυτικών προγραμμάτων όσο και στην οργάνωση και διεξαγωγή της διδασκαλίας. Ο Bruner υπήρξε ο εμπνευστής της ιδέας του σπειροειδούς αναλυτικού προγράμματος, με βάση το οποίο έδειξε ότι η γνώση που έχει αναπτυχθεί με τον κατάλληλο για το παιδί τρόπο από πολύ νωρίς και αργότερα γίνεται αντικείμενο μελέτης σε πιο προχωρημένο επίπεδο (έτσι όλοι οι τρόποι αναπαράστασης να υπάρχουν), έχει μεγαλύτερες πιθανότητες να γίνει κτήμα του μαθητή. Η ανακαλυπτική μάθηση και οι στρατηγικές επίλυσης προβλημάτων δεν αναπτύσσονται ξαφνικά, ως δια μαγείας, ούτε είναι άσχετες με την προηγούμενη εμπειρία του παιδιού. Είναι δεξιότητες που μαθαίνονται, γι’ αυτό και πρέπει να είναι μέλημα κάθε δασκάλου. Ο δάσκαλος καθοδηγεί τα παιδιά προς την «ανακάλυψη» αρχών, νόμων και κανόνων που διέπουν όχι μόνο τα φαινόμενα ως γνωστικά αντικείμενα αλλά και την ίδια του τη σκέψη67. Η συμβολή του Bruner υπήρξε μοναδική68 καθώς συνδύασε την έννοια του χειρισμού των πραγματικών αντικειμένων, ως ένα μέρος του μοντέλου ανάπτυξης, με τη σωκρατική έννοια της μάθησης, ως μια διαδικασία εσωτερικής αναδιοργάνωσης μέσω της ανακαλυπτικής μάθησης. Η ανακαλυπτική θεωρία της μάθησης βασίζεται στην αρχή ότι για να μάθει το υποκείμενο πρέπει να δράσει σε συγκεκριμένα αντικείμενα. Αποτέλεσμα αυτής της δράσης είναι η κατάκτηση του αφηρημένου ή η ανακάλυψη της γνώσης. Η μάθηση συντελείται μέσω συνεργατικών δραστηριοτήτων, επίλυση προβλημάτων και ανώτερων λειτουργιών της σκέψης. Άλλα χαρακτηριστικά στοιχεία είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ των μαθητών και η παραγωγική ομιλία. Το ανακαλυπτικό μοντέλο μάθησης αγνοεί τις ιδέες των μαθητών, θεωρώντας το μυαλό τους ως άγραφο χαρτί. Η γνώση ανακαλύπτεται μέσω της αλληλοεπίδρασης και του πλαισίου στο οποίο συντελείται. Είναι δυναμική και ζωντανή. Στηρίζεται στην εκμάθηση στρατηγικών και στην άσκηση στις επιστημονικές διαδικασίες. Η άσκηση στις διαδικασίες με την καθοδήγηση του διδάσκοντα μπορεί να οδηγήσει στην ανακάλυψη του περιεχομένου, Φλουρής, 2003 Ράπτης, Ράπτη, 2001 68 Σολομωνίδου, 1999 66 67

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[43]

δηλαδή στην ερμηνεία των φαινομένων, στην κατανόηση των εννοιών και των νόμων της φύσης. Η γνώση διακρίνεται για τον ποιοτικό της χαρακτήρα και όχι για την ποσοτική της διάσταση. Ο Bruner ασχολήθηκε µε τη διαδικασία που οδηγεί στη µάθηση και κυρίως µε τους τρόπους που τη διευκολύνουν, διατύπωσε ορισµένες αρχές, τις οποίες ανέπτυξε στο βιβλίο του «The process of Education», το 196069. Οι αρχές αυτές είναι : • Η αρχή της δομής: «αν δηλαδή, η µάθηση βασίζεται σε µια δοµηµένη, οργανωµένη, µαθησιακή ύλη, αυτή κατανοείται καλύτερα, παραµένει στη µνήµη περισσότερο, λησµονείται δυσκολότερα και βοηθά στη µεταβίβαση της μάθησης»70 • Η αρχή της παρώθησης: αν η ύλη είναι οργανωµένη σύµφωνα µε τα ενδιαφέροντα του υποκειµένου, τότε η µάθηση διαρκεί περισσότερο, γιατί «εφόσον το περιεχόμενο της διδασκόμενης ύλης προκαλεί το ενδιαφέρον των µαθητών, τότε οι µαθητές θα αναμειχθούν στη διαδικασία της µάθησης περισσότερο»71 • Η αρχή της ετοιµότητας για μάθηση: ο Bruner υποστήριξε ότι «ο μαθητής μπορεί να κατανοήσει οποιοδήποτε θέµα, αρκεί να του προσφερθεί στο δικό του στάδιο νοητικής ανάπτυξης»72. «Την υπόθεση της “ετοιμότητας για μάθηση” διατύπωσε και ο Gagne τονίζοντας όµως ότι πρέπει να προηγείται της διδακτικής διαδικασίας»73. • Η αρχή της ανακάλυψης: «ότι οι γνώσεις δεν πρέπει να παρέχονται έτοιµες, αλλά οι µαθητές πρέπει να καθοδηγούνται ώστε να τις κατακτήσουν µόνοι τους µε δική τους προσπάθεια, έτσι η µάθηση διατηρείται περισσότερο και µεταβιβάζεται καλύτερα» 74. Η διδακτική προσέγγιση είναι μαθητοκεντρικά προσανατολισμένη, με το δάσκαλο στο ρόλο του καθοδηγητή και του οργανωτή καταστάσεων μάθησης. Οι μαθητές με τη βοήθεια του φύλλου εργασίας παρατηρούν, κάνουν μετρήσεις, καταγράφουν και συγκρίνουν δεδομένα. Με τον τρόπο αυτό μετέχουν ενεργά στην οικοδόμηση της δικής τους γνώσης, ανακαλύπτοντας πράγματα για τον εαυτό τους. Το γεγονός ότι εργάζονται σε ομάδες, τους δίνει τη δυνατότητα της αλληλεπίδρασης μεταξύ ισοτίμων, η οποία είναι αποτελεσματικότερη στη μάθηση, από την καταλυτική παρουσία ακόμα και του ικανότερου δάσκαλου. Η διδασκαλία των φυσικών επιστημών αλλάζει προσανατολισμό: αποδίδει ιδιαίτερη έμφαση στο μαθηματικό φορμαλισμό, βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε Μητροπούλου Β., 2005:29-30 Ζήση Π., 1983:166-167 71 Bruner J., 1977:73 72 Bruner J., 1977:33 73 Μάνου Κ., 1993:166 74 Πασσάκου Κ., 1973:666, 669 69 70

[44]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

εργαστηριακές δραστηριότητες, είναι βασισμένη σε μια φιλοσοφία επίλυσης προβλημάτων, σχεδιασμένη να ενθαρρύνει τους μαθητές να συμπεριφέρονται σαν επιστήμονες. Βασίζεται σε θεωρίες της γνωστικής ψυχολογίας που αποδίδουν κεντρικό ρόλο στις δυνατότητες της ενεργητικής μάθησης. Οι μαθητές είναι δυνατό να οδηγηθούν μόνοι τους στη γνώση των Φυσικών Επιστημών, να την «ανακαλύψουν», αν τους δοθούν τα κατάλληλα μέσα και τους υποβληθούν οι κατάλληλες καθοδηγητικές ερωτήσεις. Εποικοδομητική προσέγγιση Στη δεκαετία του 1980, αναπτύχθηκε μια τάση στη Διδακτική των Φ.Ε. που αφορούσε την καταγραφή, την ταξινόμηση και διερεύνηση των ιδεών των μαθητών, σχετικά με τα φυσικά φαινόμενα και τις αντίστοιχες έννοιες που τα περιγράφουν75. H προσπάθεια αυτή απέβλεπε, ρητά ή υπονοούμενα, στην αξιοποίηση των ιδεών των μαθητών για την ανάπτυξη νέων αναλυτικών προγραμμάτων ή και σχολικών βιβλίων, με τελικό σκοπό τη βελτίωση της διδασκαλίας των Φ.Ε. και την αποτελεσματικότερη μάθηση από τους μαθητές. H προσέγγιση αυτή ονομάζεται εποικοδομητική προσέγγιση (constractivism or costractivist approach)76. Σύμφωνα με τον εποικοδομητισμό, τα παιδιά από τις πρώτες αισθητηριακές τους εμπειρίες με το φυσικό και κοινωνικό τους περιβάλλον, αναπτύσσουν εναλλακτικές ιδέες/αντιλήψεις και αυθόρμητες ερμηνείες/εξηγήσεις για πολλά πράγματα και φαινόμενα που υπάρχουν ή συμβαίνουν γύρω τους. Οι προϋπάρχουσες αυτές ιδέες και ερμηνείες «συνοδεύουν» τα παιδιά στις αίθουσες διδασκαλίας, και είναι συνήθως διαφορετικές από τις επιστημονικές απόψεις. Η σημασία των προϋπαρχουσών ιδεών είναι πολύ σπουδαία στις περαιτέρω μαθησιακές δραστηριότητες, διότι ο τρόπος με τον οποίο οι μαθητές παρατηρούν και ερμηνεύουν τα διάφορα γεγονότα και φαινόμενα, επικοινωνούν ή δέχονται τις νέες πληροφορίες, έχει σχέση με τις ιδέες αυτές. Το διδακτικό μοντέλο του εποικοδοµισµού ακολουθεί τα εξής στάδια77: 1) Προσανατολισµός: Εγείρεται το ενδιαφέρον και η περιέργεια των µαθητών. ∆ίνονται ερεθίσµατα στους µαθητές σχετικά µε τη διδασκόµενη ενότητα. Γίνεται µια εισαγωγή µε αφορµή κάποιο γεγονός ή µια εικόνα ή ένα φυσικό φαινόµενο που παρατηρούν τα παιδιά. Σκοπός του προσανατολισµού είναι να προκαλέσει το ενδιαφέρον των µαθητών και να τους παρακινήσει να αναζητήσουν τη γνώση. Κάτι που δεν ελκύει και δεν ανταποκρίνεται Driver et.al, 1985 Driver et.al 1986 77 Κόκκοτας, 2003 75 76

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[45]

στα επιθυµίες των µαθητών, µετατρέπει τη µάθηση σε µια υποχρεωτική και συνήθως ανιαρή διαδικασία. Στον προσανατολισµό, οι µαθητές θέλουν να ασχοληθούν µε το θέµα, γιατί νιώθουν ότι τους αφορά. Στο στάδιο της ανάδειξης των ιδεών, οι µαθητές εκφράζουν τις απόψεις τους µέσω διαλόγου, σε οµάδες. Όταν εργάζονται οµαδικά και καλούνται να εκφράσουν λεκτικά, προφορικά ή γραπτά, τις ιδέες τους, αντιλαµβάνονται τυχόν συγχύσεις. 2) Ανάδειξη των ιδεών των µαθητών: Οι µαθητές εκφράζουν τις απόψεις τους µέσω διαλόγου σε οµάδες. Στην ανάδειξη ιδεών, οι µαθητές παρουσιάζουν και εξηγούν τις ιδέες τους στα υπόλοιπα µέλη της οµάδας τους. Απαραίτητη προϋπόθεση για να εξηγήσουν τις ιδέες τους είναι να τις έχουν αφοµοιώσει πρώτα και να υπάρχουν επιχειρήµατα για τις στηρίξουν. Με αυτόν τον τρόπο αντιλαµβάνονται ότι αυτό που πιστεύουν είναι ασταθές. Οι µαθητές έχουν ιδέες µέσα τους, αλλά όταν τις παρουσιάζουν αντιλαµβάνονται και οι ίδιοι τις πιθανές συγχύσεις, καθώς καλούνται να δοµήσουν, να οργανώσουν αυτό που σκέφτονται και επιπλέον να το συγκρίνουν µε τις απόψεις των συµµαθητών τους. 3) Αναδόμηση των ιδεών: Ενθαρρύνονται να ελέγξουν την ορθότητα των ιδεών τους και να τις τεκµηριώσουν επιστημονικά. Ο δάσκαλος τους καθοδηγεί να συγκρίνουν µε συστηµατικό τρόπο τις ιδέες τους ώστε να αναγνωρίσουν τις ανακρίβειες σχετικά µε το θέµα που ερευνούν. Είναι µια καθοδηγούµενη ανακαλυπτική προσέγγιση. Εδώ αξιοποιούνται κατά κύριο λόγο τα πειράµατα. Μέσω του πειραµατισµού αναγνωρίζουν ότι οι ιδέες τους ίσως είναι ασταθείς, εφόσον δεν επαληθεύονται. 4) Εφαρμογή των ιδεών: Οι μαθητές συσχετίζουν τις γνώσεις που απέκτησαν µε την καθηµερινή ζωή. Ειδικά οι Φυσικές Επιστήµες έχουν άµεση σχέση µε την καθηµερινότητα, αφού παρουσιάζουν φαινόµενα και καταστάσεις που αντιµετωπίζουµε στην εξωσχολική ζωή. Οι πηγές φωτός, ο ήλιος, τα χρώµατα, η οπτική, οι σκιές είναι υπαρκτά θέµατα που τα βιώνουµε καθηµερινά. Στο στάδιο της εφαρµογής ενθαρρύνουµε τους µαθητές να θέσουν προβληµατικές καταστάσεις και να τις επιλύσουν. Για παράδειγµα, µπορούµε να ζητήσουµε από τα παιδιά να περιγράψουν πώς θα ήταν η ζωή µας χωρίς το φως ή τι θα συµβεί όταν κάποτε ο ήλιος σβήσει. 5) Ανασκόπηση: Στο στάδιο της ανασκόπησης αναγνωρίζουν τη σηµασία των ανακαλύψεών τους. ∆ιαπιστώνουν τα συµπεράσµατα από τις πληροφορίες που συνέλεξαν. Καλούνται να συγκρίνουν τις αρχικές τους ιδέες µε τις αναθεωρηµένες. Προκαλείται µια «γνωστική ανισορροπία», όπως περιγράφει ο Piaget. Μέσω των προσωπικών εξερευνήσεων αποκαλύπτονται ανακολουθίες µεταξύ της υπάρχουσας αναπαράστασης της γνώσης και των νέων δεδοµένων. Οι µαθητές καλούνται να «συµµορφωθούν», να τροποποιήσουν τις γνωστικές δοµές προκειµένου να προσαρµοστούν στο νόηµα της νέας εµπειρίας και να

[46]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

ενσωµατώσουν τη νέα εµπειρία στις ήδη υπάρχουσες γνωστικές δοµές µέσω της «αφοµοίωσης»78. Γενικά, οι αρχές της εποικοδομητικής υπόθεσης για τη διδασκαλία και τη μάθηση σύμφωνα με τους Driver and Bell (1986) και Scott (1987) είναι: α) Τα μαθησιακά αποτελέσματα δεν εξαρτώνται από το μαθησιακό περιβάλλον, αλλά και από αυτά που ήδη γνωρίζει ο μαθητής β) Η μάθηση προϋποθέτει οικοδόμηση των εννοιών γ) Η οικοδόμηση των νέων γνώσεων είναι μια συνεχής ενεργητική διαδικασία δ) Οι μαθητές είναι υπεύθυνοι για τη δική τους μάθηση ε) Οι προϋπάρχουσες ιδέες των μαθητών είναι κοινές στ) Η εποικοδόμηση της γνώσης είναι μια προσπάθεια εννοιολογικής αλλαγής Ο εκπαιδευτικός που υιοθετεί την εποικοδοµητική προσέγγιση είναι υποχρεωµένος να αντιµετωπίζει κριτικά ό,τι συµβαίνει µέσα στην αίθουσα της διδασκαλίας. Προτείνει τρόπους διαφοροποίησης της διδακτικής προσέγγισης, ώστε να βελτιώνεται το επίπεδο µάθησης. Για να κρίνει αν η νέα διδακτική προσέγγιση είναι αποδοτικότερη από την παραδοσιακή, έχει ανάγκη από στοιχεία για ό,τι συµβαίνει µέσα στην τάξη. Πρέπει επίσης να είναι σε θέση να αντλεί συµπεράσµατα από αυτά, ώστε οι αποφάσεις του να βασίζονται σε δεδοµένα και όχι σε εντυπώσεις79.

78 79

Ράπτης, Ράπτη, 2006 Κόκκοτας, 1997

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[47]

2. Η Διδασκαλία της Οπτικής στην Πρωτοβάθμια και Δευτεροβάθμια εκπαίδευση «Η σχολική εκπαίδευση δεν εξοικειώνει τους μαθητές στην επίλυση θεμάτων που αφορούν σε καταστάσεις της καθημερινής ζωής, τις επιστημονικές διαδικασίες της ερμηνείας επιστημονικών δεδομένων και της εξαγωγής συμπερασμάτων, καθώς και της κατανόησης της σημασίας της επιστημονικής έρευνας και μεθοδολογίας»80. Από τις έρευνες για τις προϋπάρχουσες αντιλήψεις των μαθητών φαίνεται ότι τα παιδιά περνούν διαδοχικά από την εξίσωση φως=πηγή, αποτέλεσμα ή κατάσταση, στην αντίληψη ότι το φως είναι μια οντότητα στο χώρο: στα 10-11 χρόνια πράγματι η πλειονότητα των παιδιών έχει την πρώτη αντίληψη, ενώ στα 13-14 χρόνια τα περισσότερα τείνουν να χρησιμοποιούν τη δεύτερη. Όμως όλα τα παιδιά δε περνούν μεμιάς από την μία αντίληψη στην άλλη. Όταν κάποιος μαθητής αποκτήσει μια νέα ιδέα δεν αποβάλλεται αυτόματα η παλιά αντίληψη. Πολλές φορές το παιδί χρησιμοποιεί τη μία ή την άλλη αντίληψη, ανάλογα με την περίπτωση. Έτσι φθάνουμε στην ηλικία των 13-14 ετών όπου περιορισμένος αριθμός παιδιών χρησιμοποιεί την ιδέα του φωτός στον χώρο. Κατά τη διδασκαλία της Οπτικής στο σχολείο, είναι αναγκαίο να έχει ο δάσκαλος εκτιμήσει αν οι μαθητές του έχουν την ιδέα του φωτός στον χώρο, αποσυνδεμένου από την πηγή ή τα αποτελέσματά του. Αν δεν την έχουν, αυτό θα πρέπει να αποτελέσει κατά προτεραιότητα αντικειμενικό στόχο της διδασκαλίας του. Αφού ικανοποιηθεί αυτός ο στόχος, τότε μπορεί να προχωρήσει σε πιο σύνθετες ιδιότητες και φαινόμενα του φωτός81. Όπως προαναφέρθηκε, η πλειοψηφία των μαθητών του Δημοτικού Σχολείου αντιμετωπίζει δυσκολίες: α) στην κατανόηση της φύσης του φωτός, β) στη γενίκευση και εφαρμογή του γεωμετρικού μοντέλου, γ) στην αναπαράσταση της διάδοσης του φωτός όταν αυτό προσπίπτει σε διάφορα σώματα (φαινόμενα ανάκλασης, διάχυσης, διάθλασης), και δ) στην αναπαράσταση και κατανόηση της λειτουργίας της όρασης. Πρέπει λοιπόν η διδασκαλία της Γεωμετρικής Οπτικής να αποσκοπεί στην αναθεώρηση των ιδεών, αλλιώς η οποιαδήποτε προσπάθεια διδασκαλίας της Οπτικής σε ανώτερο επίπεδο (σωματιδιακή και κυματική φύση του φωτός) μπορεί να συγκριθεί με την προσπάθεια κάποιου «να χτίσει ένα σπίτι, χωρίς τις κατάλληλες βάσεις»82. Επιπλέον, η Οπτική μπορεί να προσεγγιστεί διδακτικά ως διαθεματική ενότητα. Η «διαθεματικότητα» αναφέρεται στη θεωρητική αρχή οργάνωσης του αναλυτικού προγράμματος που «καταργεί» τα διακριτά μαθήματα ως πλαίσια οργάνωσης της σχολικής γνώσης και επιχειρεί να την προσεγγίσει ως ενιαία και οργανωμένη κατά θεματικά Αποστολόπουλος, Ψαλίδας & Χατζηνικήτα, 2008: 35-36 Driver, R. Guesne, E., Tiberghien, A. 1993:42,43 82 Andersson & Karrqvist, 1983:398 80 81

[48]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

εννοιολογικά σχήματα και θεματικές ενότητες83, ανασυγκροτώντας το περιεχόμενό της γύρω από θέματα, ζητήματα και προβλήματα τα οποία είναι σημαντικά για τους μαθητές, την κοινωνία, την επιστήμη και τον πολιτισμό84. Αυτή η θέση εκφράζεται από τον Galili και Hazan85 ως εξής: «Η Οπτική είναι καθαρά διαθεματικό αντικείμενο... Η διδασκαλία της Οπτικής που προσεγγίζεται μόνο από την πλευρά της Φυσικής παρουσιάζει μειονεκτήματα όταν δεν αντιμετωπίσει προϋπάρχουσες ιδέες για το φως. Αυτού του είδους οι διδασκαλίες δεν μπορούν να ερμηνεύσουν φαινόμενα του φωτός». Η έννοια του φωτός προσεγγίζεται στην Α΄ τάξη σε δυο διδακτικές ώρες συνολικά, και η επόμενη «επαφή» των παιδιών του Δημοτικού με το φως και τις ιδιότητές του γίνεται στην Δ΄ τάξη σε μια μόνο διδακτική ώρα. Στις επόμενες τάξεις, Ε΄ και Στ΄, τα φαινόμενα που προξενεί το φως μελετώνται αναλυτικότερα και εκτενέστερα. Στην Ε΄ τάξη αφιερώνονται έξι διδακτικές ώρες και στην Στ΄ τάξη αφιερώνονται εννέα. Ως εκ τούτου, μέχρι την ηλικία των έντεκα ετών (Ε΄ Τάξη) τα παιδιά προσεγγίζουν το φως και τις ιδιότητές του επιφανειακά, αποσπασματικά, σε συνολικά τρεις διδακτικές ώρες (δυο στην Α΄ και μια στην Δ΄ τάξη). Ο γενικός σκοπός της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών στο Δημοτικό περιγράφεται στο ΔΕΠΠΣ των Φυσικών Επιστημών. Συγκεκριμένα η διδασκαλία, στην Έκτη (Στ΄) τάξη, της ενότητας φως θέτει τους εξής στόχους: Να αναγνωρίζουν ότι το φως μεταφέρει ενέργεια (μέσα από παραδείγματα). Να κατανοήσουν τις βασικές αρχές του μοντέλου της γεωμετρικής οπτικής έτσι ώστε να μπορούν να ερμηνεύουν τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης και τον σχηματισμό της σκιάς. Να περιγράφουν με απλό τρόπο απλές οπτικές διατάξεις και να γνωρίζουν τις εφαρμογές τους στην καθημερινή ζωή. Έρευνα του Γ.Τέκου86 κατέδειξε ότι, μετά από σύγκριση της διδασκαλίας της Οπτικής στο ελληνικό εκπαιδευτικό πρόγραμμα με τη διδασκαλία που προτείνεται στα προγράμματα άλλων χωρών (Ηνωμένο Βασίλειο, Αυστραλία, Φινλανδία), στην Ελλάδα αφιερώνονται αναλογικά λιγότερες ώρες για διδασκαλία περισσότερων εννοιών και

Ματσαγγούρας 2003 Φλουρής, 1995 85 2000:59-60 86 Τέκος 2012:83 83 84

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[49]

φαινομένων, χωρίς να συσχετίζονται φαινόμενα με σχετικές έννοιες (ηλιακό φως-σκιές, ανάκλαση φωτός-λειτουργία όρασης). Επιπλέον, ερευνητές που ασχολήθηκαν με τη διδασκαλία της Οπτικής στην Πρωτοβάθμια εκπαίδευση κρίνουν ότι οι εκπαιδευτικοί που διδάσκουν αυτή την ενότητα πρέπει να ακολουθούν τον παρακάτω εννοιολογικό χάρτη για να πετύχουν καλύτερα μαθησιακά αποτελέσματα87: 1. Το φως διαδίδεται (Διάδοση φωτός) 2. Το φως ταξιδεύει ευθύγραμμα και αυτό το αναπαριστούμε με ευθείες γραμμές (Διάδοση φωτός) 3. Το φως παράγεται από μία γκάμα πηγών και εκπέμπεται από αυτές (Πηγές φωτός) 4. Πολλά αντικείμενα ανακλούν και επανεκπέμπουν το φως όπως οι καθρέφτες (Ανάκλαση –διάχυση φωτός) 5. Πρωτογενείς φωτεινές πηγές εκπέμπουν φως, το οποίο ταξιδεύει ώσπου να συναντήσει κάποιο υλικό (Πηγές-Διάδοση Φωτός) 6. Η όραση επιτυγχάνεται εξαιτίας του φωτός που εισέρχεται από το αντικείμενο στο μάτι (Λειτουργία της Όρασης) 7. Οι σκιές εμφανίζονται όταν ένα εμπόδιο σταματά την πορεία του φωτός και πρέπει να παρουσιάζονται ως αποτέλεσμα του φωτός που εμποδίζεται και όχι ως αντανάκλαση του αντικειμένου (Σκιές) Στη Δευτεροβάθμια βαθμίδα της εκπαίδευσης η διδασκαλία της Οπτικής, σύμφωνα με το Αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών στη χώρα μας, γίνεται στη Γ΄ τάξη του Γυμνασίου και στη Β΄ τάξη του Λυκείου, στη Φυσική Γενικής Παιδείας. Στο Γυμνάσιο, διδάσκεται σε μια ενότητα, όπου προτεινόμενος χρόνος για τη διδασκαλία της είναι 9 ώρες. Συγκεκριμένα τα διδακτέα θέματα είναι: Διάδοση του φωτός, φωτεινή ακτίνα, σκιά, παρασκιά και εκλείψεις ηλίου–σελήνης, Φάσεις Σελήνης,, ανάκλαση–νόμος της ανάκλασης, επίπεδα κάτοπτρα-σχηματισμός ειδώλου–μεγέθυνση, σφαιρικά κάτοπτρα–κοίλα και κυρτά κάτοπτρα–σχηματισμός ειδώλων–εξίσωση σφαιρικών κατόπτρων. Οι διδακτικοί στόχοι, όπως τους ορίζει το Υπουργείο Παιδείας, είναι οι μαθητές να: Να αναγνωρίζουν ότι το φως μεταφέρει ενέργεια (μέσα από παραδείγματα) Να κατανοήσουν τις βασικές αρχές του μοντέλου της γεωμετρικής οπτικής έτσι ώστε να μπορούν να ερμηνεύουν τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης και το σχηματισμό της σκιάς 87

Osborne et al., 1990

[50]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Να περιγράφουν με απλό τρόπο απλές οπτικές διατάξεις και να γνωρίζουν τις εφαρμογές τους στην καθημερινή ζωή Επίσης, στον εργαστηριακό οδηγό της τάξης αναφέρονται τέσσερις εργαστηριακές ασκήσεις σχετικές με το φως αλλά η υποχρεωτική είναι μόνο μία. Στο Λύκειο, ο προτεινόμενος χρόνος για τη διδασκαλία δύο κεφαλαίων σχετικά με το φως είναι 7 ώρες. Ειδικότερα μελετώνται η φύση του φωτός, το μήκος κύματος και η συχνότητα κατά τη διάδοσή του, η ανάλυση του λευκού φωτός και τα χρώματα και τέλος, ο μηχανισμός παραγωγής και απορρόφησης φωτονίων. Οι επιθυμητοί στόχοι είναι ο μαθητής: Να σχηματίσει αντίληψη για τη φύση του φωτός. Πιο συγκεκριμένα, να γνωρίζει τα βασικά σημεία της κυματικής και της σωματιδιακής θεωρίας για το φως, καθώς και τα μεγέθη με τα οποία περιγράφονται η κυματική και η σωματιδιακή φύση του φωτός. Να έχει επίσης κατανοήσει σε ποια φαινόμενα το φως εκδηλώνει τη σωματιδιακή του υπόσταση και σε ποια την κυματική του υπόσταση. Να γνωρίζει ότι η ταχύτητα του φωτός, αν και πολύ μεγάλη συγκρινόμενη με τις ταχύτητες των αντικειμένων γύρω μας, δεν παύει να είναι πεπερασμένη και ότι μπορεί να μετρηθεί πειραματικά. Να κατανοεί τα μεγέθη «μήκος κύματος» και «συχνότητα» του φωτός και ότι η αντίληψή μας για το χρώμα συνδέεται με τα μεγέθη αυτά. Να αντιλαμβάνεται το φαινόμενο της ανάλυσης του λευκόύ φωτός σε χρώματα και την ερμηνεία του. Να γνωρίζει ποια μεγέθη του φωτός μεταβάλλονται κατά την αλλαγή μέσου διάδοσής του και πώς ερμηνεύεται η διαφορετική εκτροπή των διάφορων χρωμάτων κατά τη διέλευση του φωτός από ένα πρίσμα. Να γνωρίζει και τις κοντινές προς το ορατό φως περιοχές της υπέρυθρης και υπεριώδους ακτινοβολίας, τις βασικές ιδιότητες των ακτινοβολιών αυτών και γενικότερα την έννοια του φάσματος. Η υποχρεωτική εργαστηριακή άσκηση στην αντίστοιχη ύλη είναι μια και μοναδική και προτείνεται να γίνει σε μία διδακτική ώρα! Η άσκηση αναφέρεται στην ανάλυση του φωτός με πρίσματα και στη μελέτη φασμάτων στερεών, και αέριων ουσιών με στόχους οι μαθητές: Να διαπιστώσουν ότι το λευκό φως αποτελείται από διάφορα χρώματα (ακτινοβολίες), που αποτελούν το συνεχές φάσμα Να παρατηρήσουν και να περιγράψουν το φάσμα ενός στερεού σε υψηλή θερμοκρασία Να παρατηρήσουν και να περιγράψουν τα φάσματα αερίων που φωτοβολούν

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[51]

Να παρατηρήσουν και να περιγράψουν φάσματα απορρόφησης Συμπερασματικά, θα λέγαμε πως ο χρόνος διδασκαλίας της ενότητας της Οπτικής στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, όπως προτείνεται από το ΑΠ είναι ανεπαρκής και η ύλη πολύ εκτενής. Αντίστοιχα, ο χρόνος που προβλέπεται για τη διεξαγωγή πειραμάτων είναι ελάχιστος. Θα πρέπει λοιπόν να σχεδιαστεί ένα νέο πρόγραμμα σπουδών όπου το τόσο αδικημένο κεφάλαιο της Οπτικής να λάβει τη δέουσα προσοχή.

[52]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΤΑΡΤΟ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΤΠΕ ΣΤΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ 1. Διδακτική αξιοποίηση των ΤΠΕ Η ταχύτατη ανάπτυξη των Επιστημών και Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών (ΤΠΕ) έχει οδηγήσει σε μια νέα πραγματικότητα όλους τους τομείς της ζωής μας. Οι ανάγκες προσαρμογής της εκπαιδευτικής διαδικασίας στις απαιτήσεις της νέας αυτής πραγματικότητας, επιτάσσουν την ένταξη των ΤΠΕ σε όλα τα στάδια του εκπαιδευτικού συστήματος, ώστε να αντεπεξέλθει στις σύγχρονες απαιτήσεις μόρφωσης και κατάρτισης και στις ραγδαίες εξελίξεις της αγοράς εργασίας. Η εισαγωγή και αξιοποίηση των ΤΠΕ στο σύγχρονο σχολείο έχει επιφέρει καταλυτικές αλλαγές στο εκπαιδευτικό σύστημα. Το παραδοσιακό σχολείο που βασιζόταν στον εκπαιδευτικό που κατείχε την πληροφορία και τη γνώση και τη μετέδιδε στο μαθητή, μετατρέπεται σε ένα νέο τύπο σχολείου, όπου ο ρόλος του εκπαιδευτικού είναι καθοδηγητικός και συμβουλευτικός και ο μαθητής αποκτά την πληροφορία και τη γνώση μέσω του υπολογιστή και των νέων τεχνολογιών, λειτουργώντας ως ερευνητής, καθοδηγούμενος από τον εκπαιδευτικό και καλλιεργώντας έτσι τις δεξιότητες και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Στις ΦΕ η διδασκαλία αφηρημένων εννοιών, όπως η σωματιδιακή και κυματική φύση του φωτός, διευκολύνεται μέσω της αξιοποίησης των εργαλείων που μας παρέχουν οι Νέες Τεχνολογίες. Τέτοια εργαλεία είναι οι τεχνολογίες Πληροφόρησης και Επικοινωνίας, Προσομοίωσης/Οπτικοποίησης, Πειραματισμού και Αυτοματισμού, Επεξεργασίας/Απεικόνισης Δεδομένων, καθώς και οι τεχνολογίες Οργάνωσης/Παρουσίασης της Πληροφορίας. Η ιδιότητα της αλληλεπιδρασης, πάνω στην οποία βασίζονται οι Νέες Τεχνολογίες, προσφέρει στον μαθητή τη δυνατότητα να συμμετέχει μαζί με τον δάσκαλό του στο σχεδιασμό των μαθησιακών δραστηριοτήτων και να εκφράζει ελεύθερα τις αντιλήψεις και τα συναισθήματά του. Επίσης, διαμορφώνεται η κατάλληλη ψυχοπαιδευτική σχολική ατμόσφαιρα και επικοινωνία μεταξύ των μελών της τάξης, στα πλαίσια μιας τάσης για ισότιμη σχέση, αλληλεπίδραση και ανατροφοδότηση88. Η ταχύτατη ανάπτυξη των ΤΠΕ οδηγεί την κοινωνία σε αλλαγές με πολύ γρήγορους ρυθμούς και το σχολείο οφείλει να είναι σε θέση να παρακολουθεί την εξέλιξη αυτή και να προσαρμόζεται σε αυτούς τους ρυθμούς. Για να επιτευχθεί αυτό, είναι αναγκαία η υποστήριξή του από όλους τους φορείς, έτσι ώστε οι ΤΠΕ να αξιοποιηθούν με τρόπο 88

Ζωγόπουλος, 2001

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[53]

κατάλληλο και να βελτιώσουν την εκπαιδευτική διαδικασία. Οι σημερινοί μαθητές της Πρωτοβάθμιας Εκπαίδευσης πρέπει να εκπαιδεύονται σωστά και μεθοδευμένα, ώστε να είναι ικανοί να ανταποκριθούν στις σύγχρονες απαιτήσεις της κοινωνίας. Στην ελληνική εκπαιδευτική πραγματικότητα υπάρχουν διαθέσιμα πολλά εκπαιδευτικά λογισμικά και εφαρμογές στο διαδίκτυο που μπορούν να αξιοποιηθούν στη διδασκαλία των ΦΕ. Οι διδάσκοντες έχουν αρχίσει να ενημερώνονται γι’ αυτά και να εκπαιδεύονται στη χρήση τους στα πλαίσια της Επιμόρφωσης Β΄ επιπέδου από το 200889. Αρκετά από αυτά έχουν σχεδιαστεί λαμβάνοντας υπόψη τη θεωρία του εποικοδομητισμού και κυρίως του γνωστικού εποικοδομητισμού, άλλα έχουν αναπτυχθεί σύμφωνα με την συμπεριφοριστική αντίληψη μάθησης90. Οι κοινωνικοπολιτισμικές θεωρίες μάθησης, σε αντίθεση με τις άλλες ψυχολογικές προσεγγίσεις, έχουν συμβάλλει καταλυτικά στην αλλαγή της έμφασης, από τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη λογισμικού, στη χρήση του λογισμικού στην εκπαιδευτική πρακτική. Το ενδιαφέρον πλέον σήμερα στρέφεται αφενός στην υποστήριξη νοητικών ενεργειών μαθητών που εργάζονται ατομικά ή σε μικρές ομάδες και αφετέρου προς την τεχνολογική υποστήριξη της επικοινωνίας μεταξύ ομάδων μαθητών που εργάζονται είτε στον ίδιο χώρο είτε από απόσταση. Ο ρόλος του δασκάλου και των μαθητών αλλάζει. Οι στρατηγικές διδασκαλίας των ΦΕ δεν μπορεί παρά να ευθυγραμμιστούν με αυτό το γενικότερο πλαίσιο μάθησης. Ένα μαθησιακό περιβάλλον που σχεδιάζεται στο πλαίσιο αυτό πρέπει να διαθέτει τουλάχιστον τα παρακάτω χαρακτηριστικά91: Να υποστηρίζει τη μάθηση που λαμβάνει χώρα σε αυθεντικά πλαίσια Να προσφέρει καταστάσεις που προάγουν τη μάθηση μέσω ενεργούς συμμετοχής Να προωθεί τη συνεργατική επίλυση προβλημάτων Να παρέχει εργαλεία που να ευνοούν την ανταλλαγή ιδεών και απόψεων και να υποστηρίζει την αλληλεπίδραση Να υποστηρίζει και να ενισχύει τη δημιουργία και τη λειτουργία κοινοτήτων μάθησης και κοινοτήτων πρακτικής Να ενισχύει τις κοινωνικές αλληλεπιδράσεις και τη χρήση εργαλείων και οργάνων, δεδομένου ότι η γνώση βρίσκεται στις δράσεις των ατόμων και των ομάδων

http://bepipedo2.cti.gr Σολομωνίδου & Κολοκοτρώνης, 2009 91 Κόμης 2004:105 89 90

[54]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Να προσφέρει τη δυνατότητα πολλαπλών τρόπων διαμεσολάβησης και αλληλεπίδρασης μέσω ποικίλων εργαλείων που παίζουν ρόλο πολιτιστικών πηγών για πληροφορίες και γνώσεις. 2. ΤΠΕ και Οπτική Οι σύγχρονες ψηφιακές τεχνολογίες, οι οποίες χρησιμοποιούνται στην επιστημονική έρευνα και στην επιστημονική πρακτική, μπορούν να αξιοποιηθούν και στην εκπαιδευτική πραγματικότητα. Οι Εκπαιδευτικές Τεχνολογίες, λοιπόν, μπορούν να λειτουργήσουν ως εναύσματα ενδιαφέροντος για την εισαγωγή των μαθητών σε ένα καινούριο φυσικό φαινόμενο και ως αντικείμενο εφαρμογής των φυσικών αρχών που έμαθαν, αλλά και να συμβάλλουν στην αλληλεπίδραση των μαθητών με τη νέα γνώση. Είναι ιδιαίτερα σημαντικό, από παιδαγωγική άποψη, οι μαθητές να μην καθίστανται παθητικοί δέκτες νέων γνώσεων και πληροφοριών, αλλά μέσα από μία διαδικασία δοκιμής και πλάνης να οδηγούνται στην αληθινή γνώση. Έτσι, θα αναπτύξουν σταδιακά τον ορθολογικό τρόπο σκέψης και την κριτική τους ικανότητα. Έρευνες σχετικές με τη διδασκαλία της Οπτικής με χρήση των Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών (ΤΠΕ) έδειξαν τα εξής: α) οι μαθητές κατανοούν καλύτερα τις έννοιες και τις αρχές της Γεωμετρικής Οπτικής και ξεπερνούν δυσκολίες που αντιμετώπιζαν σχετικά με τη γραφική αναπαράσταση των οπτικών ακτίνων92 β) παρατηρείται μία σαφής ανασυγκρότηση των εναλλακτικών ιδεών που είχαν σε σχέση με τον σχηματισμό ειδώλων από διάφορα οπτικά στοιχεία όπως π.χ. καθρέφτες, φακοί, πρίσματα κλπ.93 γ) οι μαθητές ενισχύουν την ικανότητα τους να χρησιμοποιούν τις διάφορες εξισώσεις ποιοτικά, ώστε να προβλέψουν και να εξηγήσουν τα φαινόμενα και χειρίζονται καλύτερα τις διάφορες μεταβλητές ενός προβλήματος94. Το Παιδαγωγικό Ινστιτούτο έχει θέσει στη διάθεση του εκπαιδευτικού κόσμου πλειάδα λογισμικών που μπορούν να αξιοποιηθούν κατά τη διδασκαλία της Οπτικής. Μερικά από αυτά τα λογισμικά είναι το Crocodile Physics, το Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α, το Phenopt και το Phet κ.ά. Στόχος των σχεδιαστών αυτών των λογισμικών ήταν να αντιμετωπιστούν προβλήματα

Ronen et al., 1993:52-59 Reiner et al., 1995:199-226 94 Zhang and Fuller, 1997:871-874 92 93

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[55]

που ανέδειξαν διάφορες έρευνες σχετικά με την ικανότητα των μαθητών να αναπαριστάνουν και να ερμηνεύουν διαγράμματα ή να προβλέπουν οπτικά φαινόμενα95. Λογισμικό Crocodile Physics Το Crocodile Physics είναι ένα λογισμικό που βρίσκεται σε πλήρη συμφωνία με την ύλη του σχολικού βιβλίου για την υπό μελέτη ενότητα. Το λογισμικό χαρακτηρίζεται από ιδιαίτερα φιλικό περιβάλλον επικοινωνίας και ενσωματώνει μία σειρά από δυνατότητες, οι οποίες μπορούν να διαμορφώσουν ένα συμπληρωματικό εργαστήριο διδασκαλίας της Οπτικής. Οι μαθητές, ύστερα από σύντομη επίδειξη της χρήσης του προγράμματος, είναι σε θέση να δημιουργούν τα δικά τους πειράματα και να προσομοιώνουν τα φυσικά φαινόμενα, εύκολα και γρήγορα. Συγκεκριμένα υπάρχει πληθώρα εργαλείων όπως φακοί, κάτοπτρα, πρίσματα, οθόνες, πηγές φωτός, αδιαφανή αντικείμενα, όργανα μέτρησης. Τα εργαλεία αυτά μπορούν πολύ εύκολα να επιλεχθούν και σύροντας το ποντίκι να τοποθετηθούν στην επιθυμητή θέση. Ο διδάσκων έχει την ευχέρεια να οργανώσει τα πειράματα και να τα κλειδώσει, έτσι ώστε στη συνέχεια οι μαθητές να τα εκτελέσουν χωρίς να μπορούν να αλλάξουν κάποια παράμετρο τους. Ακόμη, ο διδάσκων με διπλό κλικ πάνω σε οποιοδήποτε εργαλείο, μπορεί να μεταβάλει τα χαρακτηριστικά του, όπως για παράδειγμα την εστιακή απόσταση ενός φακού. Λογισμικό Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α Το εκπαιδευτικό λογισμικό Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α είναι ένα ολοκληρωμένο μαθησιακό περιβάλλον, υποστηριζόμενο από τις ΤΠΕ, που αποσκοπεί στην υποβοήθηση της διδασκαλίας της Φυσικής Γυμνασίου με έμφαση στις έννοιες που οι μαθητές αντιμετωπίζουν ιδιαίτερες γνωστικές δυσκολίες στην κατανόησή τους. Στο λογισμικό οι διδακτικές ενότητες-μικρόκοσμοι, με στοιχεία διερευνητικού περιβάλλοντος για διδακτική αξιοποίηση, είναι η οπτική (ανάκλαση, διάθλαση, ανάλυση-σύνθεση και ευθύγραμμη διάδοση του φωτός), αλλά και η θερμότητα, η μηχανική και ο ηλεκτρισμός. Ο μαθητής μπορεί να εργαστεί πάνω στα σενάρια που περιέχονται στο λογισμικό, να εκτελέσει δραστηριότητες, να κάνει προβλέψεις, να παρατηρήσει τα αποτελέσματα των προβλέψεών του μέσα από προσομοιώσεις φαινομένων, να πειραματιστεί με διαφορετικές τιμές παραμέτρων και κάνει συγκρίσεις με την πραγματικότητα. Το λογισμικό έχει σχεδιαστεί έτσι, ώστε να είναι απλό στη χρήση του και να δίνει τη δυνατότητα στον μαθητή να το χρησιμοποιεί ανάλογα με τις γνώσεις και τις ικανότητες που έχει αναπτύξει. Ο χώρος εργασίας περιλαμβάνει σκηνικά, αντικείμενα με ιδιότητες και ο μαθητής μπορεί να 95

Goldberg και McDermott, 1987:108-119

[56]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

χρησιμοποιήσει εργαλεία και να αναπτύξει δραστηριότητες που παραπέμπουν σε πραγματικές καταστάσεις της καθημερινής ζωής.

Εικόνα 3: Από το περιβάλλον του λογισμικού Μ.Α.Θ.Η.Μ.Α.

Λογισμικό ΦΩΣ Κεντρικός άξονας του εκπαιδευτικού πακέτου είναι η μελέτη και κατανόηση των φαινομένων της οπτικής που σχετίζονται με το φως. Στόχος του πακέτου είναι να βοηθήσει τους μαθητές Γυμνασίου και Λυκείου να κατανοήσουν βασικές έννοιες της γεωμετρικής οπτικής (ανάκλαση, διάθλαση, καθρέφτες, φακοί, σκιά κ.ά.) και της κβαντικής οπτικής (εκπομπή και απορρόφηση φωτονίων, ακτίνες Χ και Laser, φωτοηλεκτρικό φαινόμενο κ.ά.). Για την ανάπτυξη του εκπαιδευτικού πακέτου ελήφθησαν υπόψη οι προηγούμενες γνώσεις, εμπειρίες και οι δυσκολίες που συναντούν οι μαθητές Γυμνασίου και Λυκείου στην κατανόηση των εννοιών που σχετίζονται με το φως. Μελετώνται θέματα Βιολογίας (λειτουργία ματιού, φωτοσύνθεση), ένα γενικό θέμα για τη φωτογραφική μηχανή, ενώ η ενότητα της σκιάς για το Γυμνάσιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στο μάθημα της Αστρονομίας στο Λύκειο. Λογισμικό PhenΟpt 1. Ενσωματώνεται εύκολα στη διδακτική πράξη διευκολύνοντας την υλοποίηση των διδακτικών στόχων 2. Είναι αλληλεπιδραστικό, επιτρέποντας τον άμεσο χειρισμό των παραμέτρων καθώς και την λήψη μετρήσεων 3. Διευκολύνει την ενεργητική και διερευνητική μάθηση

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[57]

4. Παρουσιάζει πολλαπλές αναπαραστάσεις των φαινομένων (γεωμετρική και κυματική αναπαράσταση) 5. Είναι διαθέσιμο στο Διαδίκτυο και προσφέρεται για εγκατάσταση σε προσωπικό υπολογιστή. Έτσι κάποιες εργασίες μπορούν να υλοποιηθούν εκτός της σχολικής τάξης κατά την κρίση του διδάσκοντα.

Eικόνα 4: Από το περιβάλλον του PhenOpt

Λογισμικό Phet Η επόμενη εικόνα (Εικόνα 5) αναφέρεται στην προσομοίωση του λογισμικού Phet για τη διάθλαση με την οποία μπορεί να μελετηθεί το φαινόμενο και ο νόμος του Snell. Ένα δείγμα μαθησιακών στόχων που τίθενται από την συγκεκριμένη προσομοίωση είναι οι μαθητές: 



Να εξηγήσουν γιατί το φως κάμπτεται στο όριο ανάμεσα σε δύο υλικά και τι είναι αυτό που καθορίζει τη γωνία Να εφαρμόσουν τον νόμο του Snell την περίπτωση μιας δέσμης laser που προσπίπτει στο όριο δύο μέσων Να περιγράψουν πώς η ταχύτητα και το μήκος κύματος του φωτός μεταβάλλεται σε διαφορετικά μέσα διάδοσης

[58]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________



Να περιγράψουν πώς η μεταβολή του μήκους κύματος επηρεάζει τη γωνία διάθλασης. Να εξηγήσουν πώς από ένα πρίσμα δημιουργείται ουράνιο τόξο

Άλλα θέματα Οπτικής που προσεγγίζονται με τη βοήθεια του Phet είναι η συμβολή, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, η αλληλεπίδραση μορίων και φωτός, γεωμετρική οπτική, Laser κ.ά. Τα προαναφερθέντα λογισμικά ανήκουν στην κατηγορία των προσομοιώσεων, των οποίων η χρήση καθιστά δυνατή τη μελέτη φαινόμενων που θα ήταν αδύνατο να μελετηθούν διαφορετικά, εξ αιτίας της μη εύκολης προσπέλασης τους, της εξέλιξης σε πολύ σύντομο ή μεγάλο χρονικό διάστημα ή ακόμα της υψηλής επικινδυνότητάς τους. Παράλληλα συμβάλλουν στην κατανόηση, στη συνειδητοποίηση των εννοιών μέσω της ενεργητικής αλληλεπίδρασης με τις αναπαραστάσεις των φαινομένων και τέλος στην ανάπτυξη δεξιοτήτων και θετικών στάσεων για τις Φυσικές Επιστήμες.

Εικόνα 5: Περιβάλλον Phet-Διάθλαση

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[59]

Επίλογος Το φως που οδήγησε τον άνθρωπο στις μεγάλες ανακαλύψεις της Φυσικής, είναι στην πραγματικότητα αυτό που χαρίζει και συντηρεί τη ζωή. Αυτό που δημιουργεί τα απαράμιλλης ομορφιάς οπτικά φαινόμενα: Βόρειο Σέλας, φωταύγεια, ουράνιο τόξο… Το αρχέγονο φως μετράει δεκατέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια ζωής και ανεπανάληπτες στιγμές ευτυχίας. Είναι ίσως μοναδικός μάρτυρας της γένεσης του Σύμπαντος, μα και πιστός του συνοδοιπόρος. Το μέλλον του είναι αδιάρρηκτα δεμένο με την εξέλιξη του Σύμπαντος. Από όλη αυτή τη μαγεία οι μαθητές διδάσκονται στο σχολείο ένα απειροελάχιστο μόνο μέρος. Αυτό είναι κάτι που πρέπει να απασχολήσει όσους σχεδιάζουν τα αναλυτικά προγράμματα σπουδών. Παρόλα αυτά, το φως αν και καθιστά καθετί ορατό, το ίδιο παρέμεινε και εξακολουθεί να παραμένει ενοχλητικά αόρατο για την ανθρώπινη γνώση. Υπάρχουν ερωτήματα αναπάντητα, μα ακριβώς εδώ βρίσκεται η γοητεία του. Η ατέρμονη διαδρομή του συνεχίζεται και ποιος ξέρει τι άλλο επιφυλάσσει στο μέλλον.

[60]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΕΛΛΗΝΙΚΗ Αλιμήσης Δ. (1993): Η Σύγχρονη έρευνα για τις δυσκολίες των μαθητών στη Φυσική. Πρακτικά Επιμορφωτικού Σεμιναρίου Καθηγητών Φυσικών, Καλαμάτα – Σπάρτη. Αποστολόπουλος, Κ., Ψαλίδας, Α. & Χατζηνικήτα, Β. (2008). Επιδόσεις των Ελλήνων μαθητών σε θέματα Φ.Ε. του PISA: Ερμηνευτικές προσεγγίσεις. Στο Π. Κουμαράς, & Φ. Γ.Γραμματικάκης.(2006) Η αυτοβιογραφία του φωτός, Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης Ηράκλειο. Γ.Γραμματικάκης(2009). Συνομιλίες με το φως, Εκδόσεις Ιανός, Θεσσαλονίκη Ζήση Π. (1983). Θεώρηση του φαινοµένου της µάθησης. Θεσσαλονίκη. Ζωγόπουλος Στ.(2001), Νέες Τεχνολογίες και Μέσα Επικοινωνίας στην Εκπαιδευτική Διαδικασία, Κλειδάριθμος Ιωαννίδης Χ. (1991) Η εξέλιξη της έννοιας της δύναμης Αδημ. Διδ. Διατρ., Θεσ/νίκη Καρανίκας Ι,1996., Διδακτορική διατριβή Καψάλης, Α., (1989), Παιδαγωγική Ψυχολογία. Θεσσαλονίκη: Κυριακίδη. Κολιόπουλος Δ. (2003). Η εποικοδομητική προσέγγιση της διδασκαλίας των φυσικών επιστημών ως εργαλεία σχεδιασμού περιεχομένου διδασκαλίας. Κολιόπουλος, Δ. (2004). Θέματα διδακτικής φυσικών επιστημών: η συγκρότηση της σχολικής γνώσης, Αθήνα: ΜΕΤΑΙΧΜΙΟ. Κόμης, Β. (2004). Εισαγωγή στις εκπαιδευτικές εφαρμογές των ΤΠΕ. Αθήνα: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών. Κόκκοτας Π. (1997). Σύγχρονες προσεγγίσεις στη διδασκαλία των Φυσικών επιστηµών. Η εποικοδοµητική προσέγγιση της διδασκαλίας και της µάθησης. Αθήνα. Κόκκοτας Π.,(2003) ∆ιδακτική Φυσικών Επιστηµών, µέρος 2, Σύγχρονες Προσεγγίσεις στη ∆ιδασκαλία των Φυσικών Επιστηµών, Αθήνα Κουμαράς Π. (1989) Μελέτη της εποικοδομητικής προσέγγισης στην πειραματική διδασκαλία του ηλεκτρισμού. Αδημοσίευτη Αδακτορική Διατριβή. Θεσ/νίκη. Κουμαράς Π.,(2009) Διδακτική των Φυσικών Επιστημών. Εκδ. Επίκεντρο, Αθήνα

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[61]

Μάνου Κ. (1993). Παιδαγωγική Ψυχολογία – Ψυχοπαιδαγωγική. Αθήνα : Γρηγόρη. Ματσαγγούρας, Η. (2003). Η Διαθεματικότητα στη Σχολική Γνώση. Αθήνα: εκδόσεις Γρηγόρη Μητροπούλου Β. (2005). Σχεδιασµός και ανάπτυξη εκπαιδευτικού λογισµικού για το µάθηµα των θρησκευτικών. Αθήνα : Αφοί : Κυριακίδη. Πετράκης Ι. (2008), Πλάτων, Μένων μτφ εκδόσεις Πόλις Πάπυρος –Λαρούς-Μπριτάνικα Eκδόσεις Πάπυρος 60ός τόμος σελ.264 Πασσάκου Κ. (1973). Εισαγωγή εις την Παιδαγωγικήν Ψυχολογίαν, Β΄ τόµος. Αθήνα Πρακτικά Α Πανελλήνιου συνεδρίου ΕΕΦ (1977)σελ 218 Ράπτης Α & Ράπτη A, (2001): Μάθηση και διδασκαλία στην εποχή της Πληροφορίας, Τόμος Α? και Τόμος Β?, εκδ. Α. Ράπτη, Αθήνα Ράπτης Α., Ράπτη Α., (2006) Μάθηση και διδασκαλία στην εποχή της πληροφορικής, τ.Α΄, Αθήνα Ραβάνης Κ., (2003) Δραστηριότητες για το νηπιαγωγείο από τον κόσμο της φυσικής, Αθήνα, εκδ. Δίπτυχο, Ραβάνης, Κ. (2003). Εισαγωγή στη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών, Αθήνα: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών Σολοµωνίδου Χ., (1999). Εκπαιδευτική τεχνολογία, Μέσα, υλικά, διδακτική χρήση και αξιοποίηση. Αθήνα : Καστανιώτη. Σολομωνίδου, Χ., & Κολοκοτρώνης, Δ. (2009). Ο υπολογιστής στη διδασκαλία και μάθηση των φυσικών επιστημών. Αθήνα: Β. Γκιούρδας. Σπυροπούλου- Κατσάνη, Δ. (2000), Διδακτικές και παιδαγωγικές προσεγγίσεις στις Φυσικές Επιστήμες, Εκδόσεις Τυπωθήτω, Αθήνα Σπυροπούλου –Κατσάνη, Δ. (2002). Διδακτικές και Παιδαγωγικές προσεγγίσεις στις Φυσικές Επιστήμες. Αθήνα: Τυπωθήτω Γ. Δαρδανός. Τέκος Γ (2012) Αδημοσίευτη Διατριβή, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Τριλιανός,(2003). Μεθοδολογία της Σύγχρονης Διδασκαλίας: Καινοτόμες επιστημονικές προσεγγίσεις στη διδακτική πράξη, Τομ. Α & Β, Αθήνα. Φλουρής, Γ. (1995). Αναλυτικά Προγράμματα. Αθήνα: Μ.Π. Γρηγόρης Φλουρής, Γ. (2003). Μάθηση και Διδασκαλία, Αθήνα

[62]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

ΞΕΝΟΓΛΩΣΣΗ Andersson, B. & Karrqvist, C. (1983). How swedish pupils, aged 12–15 years, understand light and its properties. European Journal of Science Education Anderson, C.W. & Smith, E.L. (1983). Transparencies on light: Teacher’s manual. East Lansing, MI: Michigan State University. (ERIC Document Reproduction Service No. ED Ausubel, D.P. (1968). Educational psychology: a cognitive view, New York, Holt, Rinehart & Winston Auffassungen von Lehren und Lernen, Prinzipien und Methoden. In: Enzyklopädie der Psychologie. Band 4. S. Göttingen: Hogrefe. Bernstein J.(2006).Αϊνστάιν Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης Ηράκλειο Bruner, J. S. (1966) Toward a Theory of Instruction, Cambridge, Mass.: Belkapp Bruner J. (1977). The process of education. Harvard University. London Carey, S. (2000). Science education as conceptual change. Journal of Applied Developmental Psychology, 21(1), 13-19. Clark, B. R. (1983) The Higher Education System: Academic Organization in Cross national Perspective. Berkeley: University of California Press. Driver, R., Guesne, E., & Tiberghien, A. (1985). Children’s Ideas in Science, Philadelphia: Open University Press Driver R. and Bell B. (1986). Student’s thinking and the learning of Science. A constructivist view school Science Review, 67 Driver, R. and Oldham, V. 1986) “ A Constuctivist Approach to Curriculum Development in Science” Studies in Science Education 13 Driver, R. (1989). Students’ conceptions and the learning of science. International Journal ofScience Education Driver, R. Guesne, E., Tiberghien, A. (1993). Οι ιδέες των παιδιών στις φυσικές επιστήμες,Αθήνα: Τροχαλία-Ε.Ε.Φ. Duit, R. (1999). Conceptual change approaches in science education. In W. Schnotz, S. Driver R., Squires A., Rushworth P., Wood-Robinson V.(2000) Οικοδομώντας τις έννοιες των φυσικών επιστημών, Μια παγκόσμια σύνοψη των ιδεών των μαθητών, Αθήνα, σελ.242-243 Duit, R. (1999). Conceptual change approaches in science education. In W. Schnotz, S. Vosniadou & M. Carretero (eds.) New perspectives on conceptual change. Killington, Oxford: Elsevier Science. Duit, R. & Treagust, D. (2003). Conceptual change: A powerful framework for

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[63]

improving science teaching and learning. International Journal of Science Education, 25(6),. Fawaz, A. & Viennot, L. (1986). Image optique et vision: Enquête en classe de première au Liban. Bulletin de l ‘ Union des Physiciens, 686, 1125‐1146. Feher, E. & Meyer, K. (1992). Children’s conceptions of color. Journal of Research in Science Teaching, 29(5), Galili, I. & Hazan, A. (2000). Learners’ knowledge in optics: interpretation, structure and analysis. International Journal of Science Education 22(1) Gilbert, J.K., Osborne, R.J. & Fensham P.J. (1982). Children’s Science and its consequences for teaching. Science Education Guesne, E. (1985). Light. In R. Driver, E. Guesne and A. Tiberghien (Eds), Children's Ideas in Science Milton Keynes: Open University Press Goldberg, F.M. & McDermott, L.C. (1987). An investigation of student understanding of the real image formed by a converging lens or concave mirror. American Journal of Physics, 55(2) Hosson, C. & Kaminski, W. (2002). Les Yeux des Enfants sont-ils des «Porte-lumiere?». Bulletin de l’Union des Physiciens, 840, 143–160. Osborne, J., Black, P., Smith, M. & Meadows, J. (1990). Light (Primary SPACE Project research report). Liverpool: Liverpool University Press. Posner G.J and Strike, K.A. et. Ad (1982). Accommodation of a scientific conception: Towards a theory of conceptual change. Science Education 66 (2) Ronen, M. and Eylon, B., (1993). To see or not to see: The eye in geometrical optics-when and how? Phys. Educ., 28: 52-59. Reinen, M., Pea, R. and Shulman, D., (1995). Impact of simulator-based instruction on diagramming in geometrical optics by introductory Physics students, Journal of Science Education and Technology, 4(3), 199-226 Reinmann-Rothmeier, G. & Mandl, H. (1999): Lehren im Erwachsenenalter. Segal, G. & Cosgrove, M. (1993). The sun is sleeping now. Early learning about light and Philosophy Selley, N. J. (1996). Children’s ideas on light and vision. International Journal of Science Education, 18 (6), 713‐723. Selley, N. J. (1996). Towards a phenomenography of light and vision. International Journal of Science Education, 18 (7), 837‐846. Scott, P.et. al. (1987). A constructivist View of Learning and Teaching Science. University of Leeds.

[64]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Shapiro, B. (1994). What children bring to light: A constructivist perspective on Childrens’ learning in science. Columbia, New York: Teachers. College Press Tiberghien, A., Delacote, G., Ghiglione, R. & Matalon B. (1980). Conceptions de la lumière chez l’enfant de 10 - 12 ans. Revue Française de Pédagogie, 50, 24–41. Viennot, L. (1979). Spontaneous reasoning in elementary dynamics. European Journal of Science Education, 1 (2). Vosniadou, & M. Carretero (Eds.), New perspectives on conceptual change (pp. 263282).Amsterdam NL: Pergamon. Vygotsky, L. S. (1978). Mind and Society. Cabridge, MA: Harvard University Press Watts, M. (1985). ‘Student Conceptions of Light: a Case Study’. Physics Education, 20, 183–187 Watts, M. & Gilbert, J.K. (1985). Appraising the understanding of science concepts: Light. Department of Educational Studies, University of Surrey, Guildford Woodfield, A. (1993). Do your concepts develop? Teoksessa C. Hookway & D. Peterson (toim.),shadows. Research in Science Education Zhang, W. and Fuller, R., (1997). Combining cognitive research and multimedia for teaching light and optics, AIP conference proceedings 399(1), 871-874

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[65]

Ιστοσελίδες http://users.sch.gr/xtsamis/OkosmosMas/Fos/PeriFotos.htm Ανακτήθηκε στις 2/12/2014 http://www.teiath.gr/userfiles/eee/periodiko_27_gia_internet_2.pdf Ανακτήθηκε στις 2/12/2014 http://users.sch.gr/kassetas/historLight.htm Ανακτήθηκε στις 30/11/2014

Εικόνες 1. Καρανίκας, Διδακτορική Διατριβή, 1996:65 2. Driver, R. Guesne, E., Tiberghien, A. (1993). Οι ιδέες των παιδιών στις φυσικές επιστήμες, Αθήνα: Τροχαλία-Ε.Ε.Φ.σελ.38 3. http://users.sch.gr/(Ανακτήθηκε στις 21/3/2015) 4. ekfe-chalandr.att.sch.g (Ανακτήθηκε στις 21/3/2015) 5. https://phet.colorado.edu/el/simulation/bending-light (Ανακτήθηκε στις 19/3/2015)

[66]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Ταξιδεύοντας πάνω σε μια ακτίνα φωτός

[67]

Η ιδέα για τις Εκδόσεις Σαΐτα ξεπήδησε τον Ιούλιο του 2012 με πρωταρχικό σκοπό τη δημιουργία ενός χώρου όπου τα έργα συγγραφέων θα συνομιλούν άμεσα, δωρεάν και ελεύθερα με το αναγνωστικό κοινό. Μακριά από το κέρδος, την εκμετάλλευση και την εμπορευματοποίηση της πνευματικής ιδιοκτησίας, οι Εκδόσεις Σαΐτα επιδιώκουν να επαναπροσδιορίσουν τις σχέσεις ΕκδότηΣυγγραφέα-Αναγνώστη, καλλιεργώντας τον πραγματικό διάλογο, την αλληλεπίδραση και την ουσιαστική επικοινωνία του έργου με τον αναγνώστη δίχως προϋποθέσεις και περιορισμούς. Ο ισχυρός άνεμος της αγάπης για το βιβλίο, το γλυκό αεράκι της δημιουργικότητας, ο ζέφυρος της καινοτομίας, ο σιρόκος της φαντασίας, ο λεβάντες της επιμονής, ο γραίγος του οράματος, καθοδηγούν τη σαΐτα των Εκδόσεών μας. Σας καλούμε λοιπόν να αφήσετε τα βιβλία να πετάξουν ελεύθερα!

[68]

Μάλαμα Σιδηροπούλου

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

Το αρχέγονο φως ηλικίας δεκατεσσάρων δισεκατομμυρίων χρόνων είναι ο μοναδικός μάρτυρας της γένεσης του Σύμπαντος, μα και πιστός του συνοδοιπόρος. Οδήγησε τον άνθρωπο στις μεγάλες ανακαλύψεις της Φυσικής και υπήρξε αντικείμενο λατρείας, ζωής, προβληματισμών και έριδας. Σ’ αυτήν τη μαγική οντότητα αφιερώνεται τούτο το βιβλίο, με τη φιλοδοξία της απειροελάχιστης προσέγγισης του τεράστιου μεγαλείου του. Η προσέγγιση επιχειρείται μέσα από δυο διαφορετικές οπτικές γωνίες, την επιστημονική και την εκπαιδευτική. Στο πρώτο μέρος γίνεται μια ιστορική ανασκόπηση των θεωριών που από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα προτάθηκαν για να εξηγήσουν το φως και τα φαινόμενά του. Στο δεύτερο μέρος εξετάζονται οι αντιλήψεις των μαθητών για το φως, η διδασκαλία της Οπτικής στην πρωτοβάθμια και δευτεροβάθμια εκπαίδευση αλλά και η αξιοποίηση των νέων τεχνολογιών στην κατανόηση των οπτικών φαινομένων.

ISBN: 978-618-5147-34-1