Ψηφιακό vs πραγματικό εργαστήριο

στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών

Αντώνιος Γ. Περδικάρης

Σχολικός Σύμβουλος κλ.ΠΕ04

Ιονίων Νήσων

Tα Ιόνια Νησιά

Το πείραμα (I)

• “O μαθητής που διδάσκεται Φυσική λειτουργεί στην ουσία όπως ένας φυσικός και συνεπώς ποιο εύκολο γι’ αυτόν να μάθει την Φυσική, είναι να συμπεριφέρεται ως φυσικός, παρά να κάνει κάτι άλλο"

(Bruner, 1960, p. 14).

Jerome Seymour Bruner (1915-)

(ανακαλυπτική θεωρία µάθησης)”

Το πείραμα (ΙΙ)

«Καμία ποσότητα πειραμάτων δεν μπορεί να αποδείξει ότι έχω δίκιο, όμως, μόλις ένα και μόνο πείραμα μπορεί να αποδείξει ότι έχω

άδικο.»

Albert Einstein (1879-1955)

Εισαγωγή του πραγματικού πειράματος στη διδασκαλία των Φ.Ε.

• Για μια διετία (1907-8) η Μ.Curie σε συνεργασία με άλλα μεγάλα πνεύματα της εποχής, έδινε τη δυνατότητα σε παιδιά να εκτελούν πειράματα Φυσικής και Χημείας ωθώντας τα με κατάλληλες ερωτήσεις στην ανακάλυψη των βασικών αρχών των Φυσικών Επιστημών

Marie Skłodowska – Curie

(1867-1934)

Η εισαγωγή του ψηφιακού εργαστηρίου στη διδασκαλία

των Φ.Ε.• Προσομοιώσεις (εικονικά εργαστήρια): MCATEER,

E., NEIL, D., BARR, N., BROWN, M., DRAPER, S., AND HENDERSON, F. 1996. «Simulation software in a life sciences practical laboratory.» Comput. and Education 26, 1–3, 102–112.

• Εξ αποστάσεως εργαστήρια:ABURDENE, M. F., MASTASCUSA, E. J., AND MASSENGALE, R. 1991. «A

proposal for a remotely shared control systems laboratory» In Proceedings of the Frontiers in Education 21st Annual Conference.West Lafayette,IN.

589–592.

Τι προσφέρει το πραγματικό εργαστήριο (I)

• Η έρευνα απέδειξε ότι το εργαστήριο προσφέρει:

• 1) Πιο αποτελεσματική διδασκαλία

• 2) Περισσότερα κίνητρα για μάθηση.

• 3) Μεγαλύτερη ικανοποίηση από την μαθησιακή διαδικασία.

• 4) Ανάπτυξη των δεξιοτήτων των μαθητών και κυρίως των δεξιοτήτων επικοινωνίας

Τι προσφέρει το πραγματικό εργαστήριο (II)

• 5) Ανάπτυξη ανεξάρτητης σκέψης από τους μαθητές

• 6) Ανάπτυξη της ικανότητας λήψης αποφάσεων που βασίζονται στην εμπειρία

• 7) Αυξημένη αντίληψη και δημιουργικότητα

• 8) Γενικά κάνει απολαυστική την αλληλεπίδραση διδάσκοντος και διδασκομένων

Πλεονεκτήματα της προσομοίωσης (εικονικό εργαστήριο) (I)

• 1) Δεν απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό

• 2) Το πείραμα είναι λιγότερο χρονοβόρο

• 3) Αυξάνει την αποδοτικότητα και την παραγωγικότητα της μαθησιακής διαδικασίας.

• 4) Ευνοεί την ανάπτυξη αφηρημένων εννοιών που δεν είναι δυνατό να γίνει με πραγματικά υλικά

Πλεονεκτήματα της προσομοίωσης (εικονικό εργαστήριο) (II)

• 5) Ευνοεί την θεωρητική μελέτη (π.χ παρέχοντας δυναμικά μεταβαλλόμενες γραφικές παραστάσεις)

• 6) Είναι ασφαλής (δεν υπάρχει κίνδυνος τραυματισμού)

Πλεονεκτήματα του εργαστηρίου εξ αποστάσεως (I)

• 1) Δεν υπάρχουν τοπικοί περιορισμοί (μπορούν να διεξαχθούν από οποιαδήποτε περιοχή της Γης)

• 2) Δεν υπάρχουν χρονικοί περιορισμοί (γίνονται πειράματα όλες τις ώρες του 24ωρου και όλες τις μέρες του έτους)

• 3) Δεν υπάρχει θέμα δυναμικότητας του εργαστηρίου (μπορεί να χρησιμοποιηθεί από απεριόριστο αριθμό μαθητών)

Πλεονεκτήματα του εργαστηρίου εξ αποστάσεως (II)

• 4) Ασφαλής λειτουργία (κανένας κίνδυνος τραυματισμού)

• 5) Διευκολύνει την συνεργασία μεταξύ εκπαιδευτικών ιδρυμάτων, εκπαιδευτικών και μαθητών

• 6) Μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μαθητές με αναπηρία και σε διδασκαλία από απόσταση

Σύγκριση(Η. Keller,2009) https://etcjournal.files.wordpress.com/2009/06/vlab.jpgZ

Κριτήριο σύγκρισης ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΞ ΑΠΟΣΤΑΣΕΩΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ

Κόστος Μέσο προς υψηλό Χαμηλό Χαμηλό προς μέτριο

Ακρίβεια δεδομένων Χαμηλή Χαμηλή Υψηλή

Επαναληψιμότητα Χαμηλή Μέση προς υψηλή Υψηλή

Δυνατότητα σχεδιασμού του πειράματος

Υψηλή Μέση Χαμηλή

Σχέση με την πραγματικότητα Υψηλή Μέση Χαμηλή

Γκάμα μετρήσεων Μέση Υψηλή Υψηλή

Πόσο αποτελεσματικά είναι;

ΠΟΙΟ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΕΠΙΛΕΞΩ; (I)

• Εξαρτάται από τις συνθήκες/ τις δυνατότητες που έχουμε.

• Ως καθηγητές Β/βαθμιας Εκπαίδευσης συνήθως έχουμε ένα στοιχειωδώς εξοπλισμένο εργαστήριο Φ.Ε, εργαστήριο πληροφορικής, τάξεις δυναμικότητας 20-30 ατόμων, που παρακολουθούν αυτοπροσώπως το μάθημα και όχι από απόσταση.

ΠΟΙΟ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΕΠΙΛΕΞΩ; (II)

• Υπάρχει συνήθως η δυνατότητα και για τις δύο μορφές εργαστηρίου.

• Θα μπορούσε θεωρητικά να γίνουν και τα δύο.. Συνήθως ο χρόνος δεν επαρκεί

• Εδώ θα πρέπει να σκεφτούμε ποιος είναι ο στόχος του πειράματος, σύμφωνα με τις: α) παλαιότερες απόψεις («ανακαλυπτικό ρεύμα»)

• β)νεώτερες απόψεις («εποικοδομητικό ρεύμα»)

Πειραματική διδασκαλία στο «αποκαλυπτικό μοντέλο»

Η ουσιαστική διαφορά με το παραδοσιακό ρεύμα έγκειται στη συμμετοχή των μαθητών στην αναζήτηση.

Στόχος του πειράματος είναι να ανακαλύψει μόνος του ο μαθητής κάποιο φυσικό νόμο που δεν γνωρίζει

• Το ιδανικό είναι η συμμετοχή να είναι πραγματική μέσα από την εκτέλεση των πειραμάτων από τους ίδιους τους μαθητές .

• Οι εκπαιδευόμενοι, με την βοήθεια ενός «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.

• Η εργασία σε ομάδες, τους δίνει την δυνατότητα αλληλεπίδρασης μεταξύ ισοτίμων προσώπων, που ως διαδικασία μάθησης είναι ισχυρότερη από την επίδραση και του πιο χαρισματικού δασκάλου.

Πειραματική διδασκαλία στο «εποικοδομητικό μοντέλο»

• Όπως και στο ανακαλυπτικό μοντέλο απαιτείται εκτέλεση των πειραμάτων από τους ίδιους τους μαθητές .

• Η διαφορά έγκειται στην επιλογή και στον σχεδιασμό των πειραμάτων, ώστε αυτά να μην εξαντλούνται, στον εντυπωσιασμό ή στην παροχή νέων γνώσεων στους μαθητές, αλλά να προκαλούν σ’ αυτούς «γνωστική σύγκρουση», οι οποία θα αποδομήσει τις πρότερες λανθασμένες ιδέες των, ώστε να εγκατασταθεί στο μυαλό τους την νέα «σχολική» επιστήμη.

• Τα πειράματα επομένως μπορεί να διαφέρουν ή να χρειασθεί επανασχεδιασθούν, ανάλογα με τους συμμετέχοντες, καθώς δεν αρκεί να είναι επιστημονικά ορθά, αλλά χρειάζεται να λαμβάνουν υπ’ όψη τις ιδέες των μαθητών .

Είναι σημαντικό τα πειράματα να σχεδιάζονται ώστε να προκαλούν «γνωστική σύγκρουση» στους

μαθητές μας; (I)

• Τα ερευνητικά δεδομένα των τελευταίων 30 ετών αποδεικνύουν ότι τα παιδιά έρχονται στο μάθημα έχοντας δικές τους ιδέες ή εναλλακτικές αντιλήψεις για τα φαινόμενα και τις έννοιες που διδάσκονται στα μαθήματα των Φ.Ε.

• Οι ιδέες αυτές χαρακτηρίζονται από παγκοσμιότητα, είναι βιωματικές , ανθεκτικές και δεν τροποποιούνται εύκολα

Είναι σημαντικό τα πειράματα να σχεδιάζονται ώστε να προκαλούν «γνωστική σύγκρουση» στους

μαθητές μας; (II)

Παραδείγματα ιδεών μαθητών (και ενηλίκων)- Η δράση και η αντίδραση ασκούνται στο ίδιο

σώμα- Η ενέργεια είναι μία δύναμη / η ορμή είναι μια

δύναμη- Η θερμότητα και η θερμοκρασία είναι το ίδιο.- Το νερό αποτελείται από μόρια Η2Ο που

μεταξύ τους παρεμβάλλεται… νερό- Τα φυτά εισπνέουν διοξείδιο του άνθρακα και

εκπνέουν οξυγόνο

Οι ιδέες των μαθητών και των ..δασκάλων

• Η έρευνα έδειξε ότι οι μαθητές διατηρούν τις προϋπάρχουσες αντιλήψεις τους και μετά την αποφοίτησή τους από το σχολείο, παρ’ όλο που έχουν διδαχθεί Φ.Ε. 8-10 χρόνια.

• Το ερώτημα είναι: «Έχουν μήπως και οι εκπαιδευτικοί που διδάσκουν Φ.Ε. εναλλακτικές ιδέες για τις φυσικές διεργασίες;» Η απάντηση είναι «ΝΑΙ και τις μεταδίδουν στους μαθητές τους»

Οι ιδέες των δασκάλων (Ι)

Οι ιδέες των δασκάλων (ΙI)

Ψηφιακό Εργαστήριο (Ι)

• Επομένως:

• Το ψηφιακό εργαστήριο στο βαθμό που δίνει ενεργό ρόλο στους μαθητές είναι εξ ίσου αποτελεσματικό με το πραγματικό εργαστήριο και αρκετά πιο παραγωγικό στη διαδικασία της μάθησης.

• Όμως δεν προκαλεί την απαραίτητη «γνωστική σύγκρουση» στους μαθητές αφού αυτοί γνωρίζουν ότι είναι «εικονικό» και τα αποτελέσματα είναι προγραμματισμένα.

Ψηφιακό Εργαστήριο (ΙΙ)

• Επίσης το ψηφιακό εργαστήριο, ως δημιούργημα των εκπαιδευτικών, μεταφέρει τις λάθος αντιλήψεις αυτών για τα φυσικά φαινόμενα και τις αναπαράγει στα μυαλά των νέων επιστημόνων, εμποδίζοντας την εξέλιξη της επιστήμης.

• Μήπως θα πρέπει να προβληματισθούμε γιατί έχουμε πολλά αποτυχημένα πραγματικά πειράματα, αλλά ποτέ (αποτυχημένα )ψηφιακά;

Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας