ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΝΗΠΙΑΓΩΓΩΝ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΩΝ ΕΝΝΟΙΩΝ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΤΕΡΙΝΑ ΠΛΑΚΙΤΣΗ ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΡΙΑ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ kplakits@gmail.com

ΟΙ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΚΦΡΑΣΕΙΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΧΩΡΟΧΡΟΝΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ ΕΞΑΓΩΓΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΩΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ ΔΙΕΞΑΓΩΓΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ

Η ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ Παρατηρώ = εξετάζω προσεχτικά, ερευνώ Παρατήρηση = πηγή μάθησης Είναι τέχνη: Οι παρατηρήσεις από μόνες τους δεν έχουν αξία – απορρηματική κατάσταση Ότι δεν είναι παρατηρήσιμο δε σημαίνει ότι δεν υπάρχει Η γνώση δεν πρέπει να στηρίζεται μόνο στην παρατήρηση γιατί έτσι θα απορρίπταμε τις αφηρημένες έννοιες. ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Η ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ Κατά τον Popper: Κατά τον Piaget: Η παρατήρηση είναι επιλεκτική, δεν είναι απλή θέαση Απαιτείται η ύπαρξη ενός καθορισμένου αντικειμένου ή ενός προβλήματος Απορρίπτει την επαγωγική μέθοδο Η έρευνα δεν ξεκινάει από την παρατήρηση αλλά από το πρόβλημα Η παρατήρηση βοηθά στην κριτική θεώρηση των υποθέσεων Η παρατήρηση ξεκινάει από μια υπόθεση ή και το αντίστροφο Κατά τον Piaget: Η παρατήρηση είναι ουσιαστική αλλά ανεπαρκής Η λογική δεν βγαίνει από την παρατήρηση των αντικειμένων, αλλά από τις πράξεις με αυτά Παιδαγωγική αξία Βοηθά στη συγκέντρωση ενδείξεων αλλά και στην ακριβέστερη περιγραφή Βοηθά όμως μόνο όταν είναι πράξη προμελετημένη και σχεδιασμένη σωστά.

Η ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ Γενικά: Θεμελιώδης διαδικασία για τις Φ. Ε. Π.χ. ο περιοδικός πίνακας του Mendeleev Βοηθά στο να μπει τάξη στις έρευνες των επιστημόνων γύρω από τη φύση Βοηθά στην ανακάλυψη ιδιοτήτων με τις οποίες γίνεται η ταξινόμηση και η περιγραφή Η κατάλληλη ταξινόμηση δίνει την αίσθηση της ενότητας και την αναγνώριση της ποικιλίας Στο Σχολικό επίπεδο: Βοηθά τους μαθητές να ανακαλύψουν ιδιότητες με τις οποίες μπορούν να περιγράψουν τα αντικείμενα. Π.χ. η ταξινόμηση των σωμάτων σε οξέα, βάσεις και άλατα, η ταξινόμηση φύλλων διαφόρων φυτών ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΟΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ Πριν την επιστημονική επανάσταση η μελέτη των φαινομένων ήταν μόνο ποιοτική Μετά την επιστημονική επανάσταση αναδείχθηκε η ανάγκη των μετρήσεων και όχι μόνο η παρατήρηση (ποσοτική μελέτη) Ο αριθμός και η μέτρηση είναι η γραμματική της λογικής Όσο περισσότερο καλλιεργείται αυτή η λογική τόσο περισσότερο μεγαλώνει η οξυδέρκεια Στο Σχολικό επίπεδο: Απαιτείται η ικανότητα των μαθητών στη μέτρηση μεγεθών μιας και θα τη χρειαστούν Στην προσωπική τους ζωή Στην εφαρμογή γνωστών νόμων Οι μετρήσεις γίνονται με κανόνα, ζυγό, θερμόμετρο Οι μετρήσεις εμπεριέχουν το υποκειμενικό στοιχείο καθώς και την προσέγγιση ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΟΙ ΠΡΟΒΛΕΨΕΙΣ Γενικά: Είναι το έξυπνο μάντεμα, έχει σχέση με τη διαίσθηση και τη φαντασία. Αποτελούν σημαντικό μέρος της δουλειάς του επιστήμονα ο οποίος κάνει την ερώτηση: «τι θα συμβεί αν…» Ένα παράδειγμα στο οποίο καταξιώνεται η πρόβλεψη ως επιστημονική διαδικασία είναι: Η ανακάλυψη του πλανήτη Ποσειδώνα από το Γάλλο αστρονόμο Leverrier Στο Σχολικό επίπεδο: Οι μαθητές πρέπει να κάνουν προβλέψεις άσχετα αν είναι λανθασμένες. Στο ελληνικό σχολείο η πρόβλεψη είναι σχεδόν απαγορευμένη. ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στο Σχολείο: Γενικά: Είναι αντικειμενικές εξηγήσεις των παρατηρήσεων. Ξεκινάει από τις παρατηρήσεις αλλά φτάνει μέσω του συλλογισμού πολύ πιο πέρα από αυτές. Στο Σχολείο: Θα πρέπει ίσως να γίνεται πιο συχνά η ερώτηση «τι συμπεραίνετε …»

ΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ Γενικά: Παρέχουν οικονομία στην επικοινωνία Π.χ. με τον όρο «επιτάχυνση» εννοούμε «το ρυθμό μεταβολής της ταχύτητας». Υπάρχει λειτουργική σχέση μεταξύ των δύο όρων. Στο Σχολείο: Οι ορισμοί θα πρέπει να είναι αποτέλεσμα της δημιουργικής σκέψης του μαθητή. Όταν δίδονται έτοιμοι παρέχουν απλώς πληροφορίες. Οι έννοιες θα ήταν καλό να μη διδάσκονται μόνο με ορισμούς

Ο σχηματισμός υποθέσεων αποτελεί ανωτέρου επιπέδου δεξιότητες ΟΙ ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ Γενικά: Επιστήμονες όπως ο Αϊνστάιν, Νεύτωνας, Γαλιλαίος θεωρούσαν την υπόθεση ως μια από τις σημαντικότερες διαδικασίες της επιστημονικής μεθόδου. Οι υποθέσεις παράγονται από κατά εικασία υπολογισμούς, προέρχονται ίσως από έμπνευση ή σε πειραματικά δεδομένα. Στο Σχολείο: Ο σχηματισμός υποθέσεων αποτελεί ανωτέρου επιπέδου δεξιότητες Χαρακτηρίζονται ως ελεγχόμενες όταν μπορούν να ελεγχθούν από τους μαθητές πειραματικά. Ο εκπαιδευτικός θα ήταν καλό να ρωτάει τους μαθητές “τι είναι εκείνο που σε κάνει να υποθέτεις αυτό;” ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Η ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ Στο Σχολείο: Γενικά: Επιτρέπει στον ερευνητή να ανακοινώνει σκέψεις προσπάθειες και συμπεράσματα Γίνεται προφορικά ή γραπτά με τη βοήθεια των Μαθηματικών, των γραφικών παραστάσεων, των σχεδίων Η επικοινωνία με τη χρήση των μαθηματικών, των γραφικών παραστάσεων επιτρέπει στους επιστήμονες να είναι σύντομοι και περιεκτικοί Στο Σχολείο: Στο παραδοσιακό σχολείο η επικοινωνία είναι παραμελημένη Ο μαθητής χρειάζεται ευκαιρίες για να εκφράζει τις σκέψεις του προφορικά ή γραπτά, με διαγράμματα ή γραφικές παραστάσεις

ΟΙ ΧΩΡΟΧΡΟΝΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ Γενικά: Περιλαμβάνουν την έρευνα και τη χρήση σχημάτων, την απόσταση, την κίνηση, την ταχύτητα Οι μικροί μαθητές αντιλαμβάνονται μόνο ποιοτικά π.χ. τη σχέση διαστήματος – χρόνου ενώ οι μεγαλύτεροι προσεγγίζουν το θέμα πιο ολοκληρωμένα. ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΟΙ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΕΣ ΕΚΦΡΑΣΕΙΣ Γενικά: Τα Μαθηματικά: Βοηθούν στη διατύπωση των ορισμών, των νόμων, στην κωδικοποίηση των παρατηρήσεων και στις μετρήσεις. Παρέχουν μια «δυνατή» γλώσσα για τις επιστημονικές συνομιλίες Βοηθούν στην ενοποίηση φαινομένων της φύσης με αποτέλεσμα την καλύτερη κατανόηση π.χ. εξισώσεις Maxwell Αναλύονται καλύτερα τα συμπεράσματα και οι πληροφορίες Συνοψίζονται τα πειραματικά αποτελέσματα Στο σχολικό επίπεδο: Οι μαθητές κατανοούν ένα φαινόμενο ή νόμο όταν είναι διατυπωμένο σε απλή μαθηματική γλώσσα Υπάρχει όμως η ανάγκη όχι μόνο της μαθηματικής διατύπωσης αλλά και να βιώσουν οι μαθητές πως χρησιμοποιούνται οι νόμοι στην παραγωγική διαδικασία ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Η ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ Γενικά: Τα δεδομένα (π.χ. πληροφορίες, παρατηρήσεις, μετρήσεις) έχουν πολύ μικρή αξία από μόνες τους. Αξιοποιούνται καλύτερα όταν ερμηνευτούν κατάλληλα. Μάθηση = ερμηνεία δεδομένων & εξαγωγή συμπερασμάτων ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Η ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΚΑΙ Ο ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ Γενικά: Μεταβλητές είναι οι ελεγχόμενες και απομονωμένες καταστάσεις σε ένα πείραμα π.χ. θερμοκρασία, φως, πίεση, όγκος. Παραδείγματα ελέγχου μεταβλητών 1. Βλάστηση και ανάπτυξη φυτών 2. Έλξη του ηλεκτρομαγνήτη Στο σχολείο: Η ικανότητα των μαθητών να βρίσκουν και να ελέγχουν μεταβλητές εξαρτάται από 1. Την εμπειρία τους 2. Το στάδιο της νοητικής τους ανάπτυξης ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

Ο ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΣΜΟΣ Κατά τον Αριστοτέλη: Αποτελεί την αφετηρία της επιστημονικής έρευνας Παίζει ρόλο στη διαλεκτική εξέταση των προτεινόμενων ερμηνειών Οι πραγματικές αρχές μπορούν να αποδειχτούν αληθινές μόνο με βάση τα γεγονότα Κατά τον Bacon: Η γνώση αποκτιέται όχι με την παθητική θέαση αλλά με τον ενεργητικό πειραματισμό Οι γενικές λειτουργίες του πειράματος: Δοκιμάζεται η αλήθεια της υπόθεσης Δοκιμάζεται συνολικά μια θεωρία Αναζητούνται νέα φαινόμενα που προβλέφτηκαν θεωρητικά Δημιουργούνται νέα υλικά π.χ. στη Χημεία Δημιουργούνται νέα αντικείμενα

ΕΙΔΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Φυσικό Λογικομαθηματικό Θεμελιώδη ΕΙΔΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Φυσικό Λογικομαθηματικό Θεμελιώδη (Τα αρχικά πειράματα, που πλέον συγκαταλέγονται στην ιστορία των Φυσικών Επιστημών) Έρευνας Ερευνητικά πειράματα μαθητών: Αληθινά προβλήματα (Real problems) Εκείνα που εμπλέκουν τη φαντασία των παιδιών (Fantasy experiments) Πειράματα σκέψης (thought experiments) ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΚΑΙ ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ Παραδοσιακή προσέγγιση Πείραμα επίδειξης Αυστηρή καθοδήγηση Ανακαλυπτική Προσέγγιση Πείραμα επίδειξης – ομάδες – Ατομικό Δάσκαλος: ρόλος μεσάζοντα Βάση στήριξης: Η περιέργεια και το ενδιαφέρον ισχυρές παρωθητικές δυνάμεις για το μαθητή ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΚΑΙ ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ Εποικοδομητική προσέγγιση Πείραμα επίδειξης – Ομάδες - Ατομικό Εισάγεται στη διδασκαλία όταν προάγει τις γνωστικές εκείνες διεργασίες στους μαθητές που επιτρέπουν να γεφυρωθεί το χάσμα ανάμεσα στις γνώσεις που επιθυμούμε να οικοδομήσουν οι μαθητές και στις προϋπάρχουσες ιδέες τους. Αναδόμηση ιδεών Γνωστική σύγκρουση Συζήτηση Εφαρμογή - Εμπέδωση ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΚΡΙΤΙΚΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ Οι διαδικασίες είναι αυστηρές και οι μαθητές εργάζονται βάση συγκεκριμένων οδηγιών. Τα περιθώρια για αυτενέργεια είναι μικρά Οι έννοιες απλά παρουσιάζονται, δεν διαπραγματεύονται. Ασάφεια των εννοιών και διαδικασιών. Αίσθημα ανασφάλειας και άγχους για τους μαθητές Προβλήματα τεχνητά – Λύσεις προκαθορισμένες /όχι αυθόρμητη δράση Μη αυθεντική ανακάλυψη: Παιδαγωγικό πρόβλημα Πως θα προσανατολιστούν οι μαθητές να ανακαλύψουν αυτό που πρέπει και πως θα αντιμετωπιστούν ανακαλύψεις που αποκλίνουν από τις επιστημονικές πεποιθήσεις. Φιλοσοφικό πρόβλημα Το σχολικό πείραμα δεν αντανακλά τον τρόπο δουλειάς των Φυσικών Επιστημών. Υπερβολική έμφαση στις επιστημονικές δεξιότητες Αμφίβολη η αξία των «εντυπωσιακών» πειραμάτων ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΠΕΙΡΑΜΑ ΕΠΙΔΕΙΞΗΣ Στην Εποικοδόμηση Πείραμα επίδειξης για τη διδασκαλία κάποιας έννοιας Ο δάσκαλος διεξάγει το πείραμα και οι μαθητές μπορούν να συμμετέχουν περιγράφοντας τη διαδικασία ή και με άλλους τρόπους Πείραμα επίδειξης για την πρόκληση ενδιαφέροντος Στην αρχή της διδασκαλίας και με την προϋπόθεση ότι το «παράξενο» δεν θα το εξηγήσει ο ίδιος ο δάσκαλος, αλλά ότι θα προηγηθεί η διδασκαλία της νέας έννοιας και έπειτα θα ζητηθεί από τους μαθητές να εξηγήσουν το γιατί. ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ Το πείραμα περιλαμβάνει τη δημιουργία του περιβάλλοντος που είναι σχεδιασμένο να δώσει απάντηση σε μια ορισμένη ερώτηση γύρω από τις φυσικές διαδικασίες Ο πειραματιστής καθορίζει: Πώς θα γίνει η παρατήρηση, Ποιοι παράγοντες θα μεταβάλλονται, Ποιοι θα παραμένουν σταθεροί κ.τ.λ. ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ(ΠΡΟΤΥΠΩΝ) Οι ερευνητές στην προσπάθειά τους να εξηγήσουν μερικά φαινόμενα στα οποία υπεισέρχονται τα αόρατα συστατικά της ύλης όπως μόρια άτομα κ.τ.λ. καταφεύγουν στη χρήση μοντέλων. Ένα μοντέλο μπορεί να θεωρηθεί συμβατική αναπαράσταση της πραγματικότητας(θετικισμός). ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ(ΠΡΟΤΥΠΩΝ) Η πιο φανερή ιδιότητα ενός μοντέλου είναι ότι παρουσιάζει αναλογίες με τα φαινόμενα που πρόκειται να εξηγηθούν. Όταν το μοντέλο δε συμφωνεί με τα δεδομένα τροποποιείται ώστε να συμφωνεί με την πραγματικότητα. Τα μοντέλα μας επιτρέπουν να κάνουμε ακριβείς προβλέψεις. ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΜΟΝΤΕΛΩΝ (ΠΡΟΤΥΠΩΝ) Το πρότυπο μπορεί να είναι μια υπόθεση, μια κατασκευή ή ακόμα και μια εξίσωση. Η επιλογή του γίνεται με τα εξής κριτήρια: Να είναι το απλούστερο δυνατό. Να είναι σε συμφωνία με άλλες καλά θεμελιωμένες θεωρίες ή πρότυπα σε συγγενή πεδία της επιστήμης. Να επιτρέπει παραπέρα προβλέψεις, οι οποίες να μπορούν να ελεγχθούν πειραματικά. ΠΤΝ - ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ των εννοιών των ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ