Π. Γ. Μιχαηλίδης, Καθηγητής

Transcript

1 Πανεπιστήμιο Κρήτης Παιδαγωγικό Τμήμα Δημοτικής Εκπαίδευσης Π. Γ. Μιχαηλίδης, Καθηγητής Καθηγητής,, e michail@edc.uoc.gr Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών (*) Π. Γ. Μιχαηλίδης, Καθηγητής, michail@edc.uoc.gr Ρέθυμνο Μάιος 2008 (*) Η διαμόρφωση σε μάθημα επιμόρφωσης χρηματοδοτήθηκε μερικά από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή (έργο AESTIT - Affordable & Efficient Science Teacher In-service Training Ούτε η Επιτροπή ούτε ο συγγραφέας μπορούν να θεωρηθούν υπεύθυνοι για οποιαδήποτε χρήση της εργασίας αυτής. Θεοί μεν γαρ μελλόντων, άνθρωποι δε γιγνομένων, σοφοί δε προσιόντων αισθάνονται. Φιλόστρατος, Τα ες τον Τυανέα Απολλώνιον,, VIII, 7 Affordable & Efficient Science Teacher In-service Training Financed partially by the European Commission under Comenius 2.1 Neither the Commission nor the Contractor nor the Partners may be held responsible for any use of the information provided ( Contract CP GR-COMENIUS-C21

2 Βιβλιογραφία: αναζητείστε αναζητείστε στο INTERNET περισσότερες πληροφορίες. Η βιβλιογραφία που παρατίθεται είναι ενδεικτική. Η αναφορά τους εδώ δεν συνεπάγεται πως υιοθετούνται οπωσδήποτε οι απόψεις που εκφράζονται αλλά έχει σκοπό την παρουσίαση των διαφορετικών απόψεων και προσεγγίσεων του αντίστοιχου θέματος. STEDE 1a Science Teacher Education Development in Europe, Considerations on Primary Science Teacher Education, presented at the ESERA Conference in Thessaloniki, August 21-25, 25, 2001 ( University of Cyprus, 1st IOSTE Symposium in Southern Europe Science and Technology Education: Preparing Future Citizens,, Paralimni-Cyprus 29/4-2/5 2/5 2001, proceedings Vol. I & Vol. II. Advances in Research on Teaching,, Vol Teacher s s Knowledge of Subject Matter as it relates to their Teaching Practice,, edited by Jere Brophy, JAI Press Inc. The project declaration the way forward. UNESCO, France, ( Paris P. G. Michaelides, Everyday observations in relation with Natural Sciences,, University of Cyprus, Post Graduate Intensive Summer Program on the Didactics of mathematics matics and Science,, proceedings (A. Gagatsis, editor) Everyday Thoughts about Nature, William W. Cobern, KLUWER Academic Publishers Reasoning in Physics: The Part of Common Sense by Laurence Viennot, KLUWER Academic Publishers. Science, Technology, and Social Change, Edited by Diederik Aerts,, Serge Gutwirth, Sonja Smets and Luk Van Langehove, KLUWER Academic Publishers, Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

3 Βιβλιογραφία: (συνέχεια συνέχεια). Η βιβλιογραφία που παρατίθεται είναι ενδεικτική. Η αναφορά τους εδώ δεν συνεπάγεται πως υιοθετούνται οπωσδήποτε οι απόψεις που εκφράζονται αλλά έχει σκοπό την παρουσίαση των διαφορετικών απόψεων και προσεγγίσεων του αντίστοιχου θέματος. Science Teacher Education: An International Perspective, Edited by Sandra K. Abell, KLUWER Academic Publishers. Place of Science in a World of Values and Facts, Loucas G. Christophorou, Kluwer Science, Technology, and Society: A Sourcebook on Research and Practice, P Edited by David D. Kumar and Daryl E. Chubin, Kluwer Academic Publishers Ραβάνης Κώστας, Οι φυσικές επιστήμες στην προσχολική εκπαίδευση, εκδόσεις Τυπωθήτω Clive Sutton, Οι Λέξεις, οι Φυσικές Επιστήμες και η Μάθηση, εκδόσεις Τυπωθήτω. Driver Ros., Squires Ann, Rushworth Pet., Wood- Robinson Val., Οικο-δομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών, εκδόσεις Τυπωθήτω. Ζησιμόπουλος Γ., Καφετζόπουλος κ., Μουτζούρη- Μανούσου Ε., Παπασταματίου Ν., Θέματα Διδακτικής για τα μαθήματα των Φυσικών Επιστημών, εκδόσεις ΠΑΤΑΚΗ. Herlen Wynne- Elstgeest Jos, Διδασκαλία και Μάθηση των Φυσικών Επιστημών στην Πρωτοβάθμια εκπαίδευση, εκδόσεις Τυπωθήτω Lemeignan G., Weil-Barais Annick, Η οικοδόμηση των εννοιών στη φυσική Η διδασκαλία της Μηχανικής, εκδόσεις Τυπωθήτω. Π., Μιχαηλίδης Π., Βελεγράκη Ε., Λαμπράκη Ε.,.,Καλοψυχάκη Ε., Σταυρακάκη Σ, Η διδασκαλία της φυσικής Σχέια μαθημάτων -περιλήψεις - Πειράματα για την Γ γυμνασίου, εκδόσεις Έλλην Καλκάνης Γεωρ., Εκπαιδευτική Φυσική Από το μικρόκοσμο στο Μακρόκοσμο 3-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

4 Βιβλιογραφία: (συνέχεια συνέχεια). Η βιβλιογραφία που παρατίθεται είναι ενδεικτική. Η αναφορά τους εδώ δεν συνεπάγεται πως υιοθετούνται οπωσδήποτε οι απόψεις που εκφράζονται αλλά έχει σκοπό την παρουσίαση των διαφορετικών απόψεων και προσεγγίσεων του αντίστοιχου θέματος. Michael R. Mathews, διδάσκοντας φυσικές επιστήμες,, (επιμέλεια( Φανή Σερόγλου), εκδόσεις επίκεντρο. Practical Work in Science Education: Recent Research Studies, Editors: John Leach and Albert Paulsen, Roskilde University Press, KLUWER Science & Technology Education Library VOLUME 12, Formative Assessment ssment and Science Education by Beverley Bell And Bronwen Cowie KLUWER Academic Publishers. Children and Primary Science, Tina Jarvis, NICHOLS PUBLISHING Constructivist Teaching In Primary School, Social Studies, Mathematics, Science, ICT, Design And Technology Suzanne Gatt & Yosanne Vella, Published by Agenda - Malta, New Teacher Education for the Future International Perspectives Edited by Yin Cheong CHENG, King Wai CHOW, Kwok Tung TSUI, KLUWER Academic Publishers, Advances In Research On Teaching, Editor: Jere Brophy, Volume 2, Teachers' Knowledge Of Subject Matter As It Relates To Their Teaching Practice, JAI Press Inc Science Teacher Education: An International Perspective, Edited by Sandra K. Abell, KLUWER Academic Publishers. Π.Γ.Μιχαηλίδη, Σ.Παπαγιαννάκη, Λ.Τζιανουδάκη,, "Γνωριμία" με τις Φυσικές Επιστήμες", Εκδόσεις ΕΛΛΗΝ.. ( Lewis Epstein, στις γειτονιές της φυσικής, εκδόσεις κάτοπτρο. Paul G. Hewitt, Οι έννοιες της Φυσικής, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης. 4-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

5 Βιβλιογραφία: (συνέχεια συνέχεια). Η βιβλιογραφία που παρατίθεται είναι ενδεικτική. Η αναφορά τους εδώ δεν συνεπάγεται πως υιοθετούνται οπωσδήποτε οι απόψεις που εκφράζονται αλλά έχει σκοπό την παρουσίαση των διαφορετικών απόψεων και προσεγγίσεων του αντίστοιχου θέματος. Ελένη Σταυρίδου, Συνεργατική Μάθηση στις Φυσικές Επιστήμες, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Θεσσαλίας. Παύλος Μίχας, η Διδακτική της Οπτικής μέσα από μια Διαχρονική Ματιά, εκδόσεις Τυπωθήτω Γιάννη Χατζηγεωργίου, η Φυσική μέσα από τα μάτια του μικρού παιδιού, εκδόσεις Γρηγόρη Φανή Σερόγλου, φυσικές επιστήμες για την εκπαίδευση του πολίτη, εκδόσεις επίκεντρο David Layton, Η πρόκληση της Τεχνολογίας στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών, εκδόσεις Μεταίχμιο Π. Γ. Μιχαηλίδης, Οι Φυσικές Επιστήμες στο Παιδαγωγικό Τμήμα Δημοτικής Εκπαίδευσης του Πανεπιστημίου Κρήτης", εργασία που παρουσιάστηκε στο Πανελλήνιο συνέδριο της Παιδαγωγικής Εταιρίας Ελλάδος με τίτλο "Ελληνική Παιδαγωγική και Εκπαιδευτική Έρευνα", Ναύπακτος Νοεμβρίου Π. Γ. Μιχαηλίδη,, "Πολυμορφικές" Ασκήσεις Φυσικής", πρακτικά 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών και Εφαρμογής των Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση, ΠΤΔΕ Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη 29 Απριλίου-1 Μαΐου Π. Γ. Μιχαηλίδης, Δυσκολίες Κατανόησης στις Παρατηρήσεις Φυσικών Φαινομένων παρουσιάστηκε στο 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο με τίτλο Η Διδακτική των Φυσικών Επιστημών και η Εφαρμογή Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση, Λευκωσία,, 3-53 Μαΐου 2000, Τμήμα Επιστημών της Αγωγής, Πανεπιστήμιο Κύπρου. Τμήμα της παρουσιάστηκε επίσης ως προσκεκλημένη ομιλία στο 7ο Κοινό Συνέδριο Φυσικής της Ένωσης Ελλήνων Φυσικών και της Ένωσης Κυπρίων Φυσικών, Ζάκυνθος Φεβρουαρίου Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

6 Θεοί μεν γαρ μελλόντων, άνθρωποι δε γιγνομένων, σοφοί δε προσιόντων αισθάνονται. Φιλόστρατος, Τα ες τον Τυανέα Απολλώνιον,, VIII, 7 Οι άνθρωποι γνωρίζουν τα γινόμενα. Τα μέλλοντα γνωρίζουν οι θεοί, πλήρεις και μόνοι κάτοχοι πάντων των φώτων. Εκ των μελλόντων οι σοφοί τα προσερχόμενα αντιλαμβάνονται. Η ακοή αυτών εν ώραις σοβαρών σπουδών ταράττεται. Η μυστική βοή τούς έρχεται των πλησιαζόντων γεγονότων. Και την προσέχουν ευλαβείς. Ενώ εις την οδόν έξω, ουδέν ακούουν οι λαοί. Σοφοι δε προσιοντων - Κωνσταντίνος Π. Καβάφης (1905) They sense: gods of future, humans of current, wise men of approaching. aching. Philostratus, About Apollonius of Tyana, VIII, 7. Humans know the current events. Gods know the future, as full and sole possessors of all enlightment. Wise men sense the approaching from the future. During serious considerations their hearing is disturbed. The mystical thundering of approaching events reaches them. And they mind it with devotion. While, in the street, people hear nothing at all. Wise men of approaching - Constantine P. Kavafis (1905) 6-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

7 Ό,τι για κάποιον περνά απαρατήρητο για έναν άλλο αποτελεί σπουδαία πληροφορία. Οι Φυσικές Επιστήμες βασίζονται σε σημαντικό βαθμό στην άντληση δεδομένων από (συστηματικές) παρατηρήσεις. Η δεξιότητα παρατήρησης από την οποία αντλούνται δεδομένα με βάση τα οποία δημιουργούνται σχετικά μοντέλα και επάγονται συμπεράσματα, (πρέπει να) αποτελεί βασική επιδίωξη για τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών. Στην εργασία αυτή: παρουσιάζονται ορισμένα απλά παραδείγματα από την καθημερινή ζωή στα πλαίσια ανάπτυξης δεξιότητας παρατηρήσεων. 7-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

8 Προβληματιστείτε: είστε απορροφημένοι στις σκέψεις σας ένα γαύγισμα αποσπά τη προσοχή σας τι θα σκεφθείτε; τι ιδέες κάνετε; 8-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

9 Μερικές απαντήσεις (από δειγματικές διδασκαλίες): 1α 1β 1γ 2 3 είναι ένα σκυλί, είναι ένα μεγάλο δανέζικο σκυλί, είναι ένα άσπρο πεκινουά, που βρέθηκε το αδέσποτο; να προσέξω το τσοπανόσκυλο, βρέθηκε λαγός ο φόξ θέλει βόλτα, κάτι ενόχλησε το σκυλί ο γείτονας έχει ψηλά τη τηλεόραση, πάλι κάνει μιμήσεις ο Γιάννης, μπα, η γάτα κάνει προόδους στις ξένες γλώσσες, 9-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

10 Μερικές απαντήσεις: 1α 1β 1γ στα πλαίσια γαύγισμα προέρχεται από σκυλί 1α 1β 1γ περιγράφει την παρατήρηση στα ανωτέρω πλαίσια η εξειδίκευση σε συγκεκριμένη ράτσα απαιτεί επιπλέον δεδομένα (π.χ. χροιά γαυγίσματος) αναφέρονται σε διαφορετικές καταστάσεις (εξωτερικός χώρος, εξοχή, κυνήγι, ) 2 στα πλαίσια πρόκειται για μίμηση ή για αναπαραγωγή 3 αστεϊσμός κατά γνωστό ανέκδοτο Οι απαντήσεις: Βασίζονται στα πλαίσια κάποιου μοντέλου υπόθεσης περιβάλλοντος, Αποτελούν πιθανές ερμηνείες των παρατηρήσεων, Απαιτούν σε πολλές περιπτώσεις και άλλα δεδομένα, Ποιες απαντήσεις είναι πιο πιθανές, ποιες μπορούν να αποκλειστούν? Τι έλεγχος απαιτείται? (Διερώτηση Επιστημονική αναζήτηση) 10-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

11 Διερώτηση Επιστημονική αναζήτηση: Συνδυάζει ανοιχτού και εστιασμένου τύπου ερωτήσεις ερωτήσεις αποκλίνουσας δημιουργικής και συγκλίνουσας σκέψης. Αναπτύσσουν τη δημιουργική και την κριτική σκέψη, γνωστική στρατηγική Δεξιότητα επίλυσης προβλημάτων. Αποτελεί ρητή πρόβλεψη του Αναλυτικού προγράμματος του σχολείου, εφαρμόζεται? Εφαρμόζεται σωστά? Η συστηματική διδακτική προσέγγιση μεσω διερώτησης με την επαγόμενη ανάπτυξη του ορθολογισμού μπορεί να αποτελέσει αποτελεσματική αντιμετώπιση έναντι των προλήψεων, των προκαταλείψεων, των δυσειδαιμονιών και των δογματισμών που φαίνεται να επεκτείνονται στις μέρες μας 11-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

12 Σκοπός της Διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών. Γιατί πρέπει να διδάσκονται οι Φυσικές Επιστήμες? στην υποχρεωτική εκπαίδευση (Δημοτικό στο Νηπιαγωγείο, στη Γενική Εκπαίδευση, στην Τεχνική Επαγγελματική Εκπαίδευση, στην Τριτοβάθμια εκπαίδευση,. Δημοτικό και Γυμνάσιο), Η απάντηση συναρτάται με τον σκοπό του αντίστοιχου Σχολείου (τύπος και βαθμίδα). Παραδείγματα? 12-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

13 Σκοπός της Διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών (συνέχεια). συνιστούν πολιτιστικό αγαθό (φιλοσοφική θεώρηση) όπως και όλα τα μαθήματα του Σχολείου. αποτελούν τη βάση της τεχνολογικής γνώσης (ωφελιμιστική άποψη) ισχύει και για άλλα αντικείμενα (ίσως και σε μεγαλύτερη έκταση). προϋπόθεση για την ύπαρξη της Δημοκρατίας (UNESCO: δικαίωμα στη Δημοκρατία). βοηθούν στη διανοητική και συναισθηματική ανάπτυξη του παιδιού (νοητικές δεξιότητες γνωστική στρατηγική και τόνωση αυτοσυναισθήματος). Ο Επιστημονικός και Τεχνολογικός Αλφαβητισμός: Δημοκρατικό Δικαίωμα Για κάθε πολίτη προκειμένου να μπορεί να συμμετέχει στα κοινωνικά δρώμενα 13-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

14 Η Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στο Δημοτικό Σχολείο παρουσιάζει συγκριτικά πλεονεκτήματα έναντι άλλων μαθημάτων Ως αντικείμενο διδασκαλίας (φαινόμενα αντιληπτά με τις αισθήσεις) (στάδιο συγκεκριμένων ενεργειών προς στάδιο τυπικής λογικής) Ως εκπαιδευτικό περιβάλλον για τη διδασκαλία άλλων μαθημάτων. (ιδιαίτερα χρήσιμο στις μικρές ηλικίες Νηπιαγωγείο και Δημοτικό) Ιδιαίτερα όταν συνδυάζεται με την Πληροφορική π.χ. Εργαστήριο Εκπαιδευτικής Ρομποτικής. 14-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

15 Σκοπός της Διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών (συνέχεια). Σκοπός του Σχολείου: Ποιός τον καθορίζει; Ποιός τον υλοποιεί; (μόνο μόνο ο δάσκαλος;) Ποιοί παράγοντες υπεισέρχονται; Επίσημα κείμενα: Άρθρο 16 του Συντάγματος, Νομοθεσία για επιμέρους τύπους και βαθμίδες εκπαίδευσης, π.χ.:.: Ν 1566/85 και άλλοι "Δομή και λειτουργία της Πρωτοβάθμιας και Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης και άλλες διατάξεις" Ν 1304/82 και άλλοι"μέση Τεχνική Επαγγελματική Εκπαίδευση" Ν 1404/83 και άλλοι ΤΕΙ Ν 1268/82 και άλλοι ΑΕΙ Προεδρικά διατάγματα και Υπουργικές Αποφάσεις για τα επιμέρους μαθήματα, π.χ.:.: ΠΔ 583/1982 ΦΕΚ 107Α,, 528/1984 ΦΕΚ 185Α,, 449/1983 ΦΕΚ 168Α,, 399/1985 ΦΕΚ 140Α,, 215/1987 ΦΕΚ 110Α κλπ. 15-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

16 Βασικός σκοπός του Αναλυτικού Προγράμματος του Σχολείου, ο αλφαβητισμός των πολιτών στην Επιστήμη και στη Τεχνολογία Το Αναλυτικό πρόγραμμα (πρέπει να) εστιάζεται: σε γενικές αρχές και μεθόδους, σε τρόπους αντιμετώπισης καταστάσεων, σε μεθοδολογία (και όχι περιπτωσιολογική περιπτωσιολογική παρουσίαση) Οι εξειδικευμένες γνώσεις και τεχνικές καθώς και η μάθηση πληροφοριών μόνο για την υποστήριξη του βασικού σκοπού κυρίως στην Τεχνική και στην Επαγγελματική Εκπαίδευση πληροφοριών (απομνημόνευση) Τα πειράματα και οι συστηματικές παρατηρήσεις: αποτελούν συστατικό της Διδακτικής των Φυσικών και της Τεχνολογίας, αναπτύσσουν και διατηρούν το ενδιαφέρον των μαθητών, περιορίζουν τις παρανοήσεις που μπορεί να αναπτυχθούν κατά την αφηγηματική συνιστούν εναλλακτικό τρόπο επικοινωνίας αφηγηματική διδασκαλία, χρήσιμο σε περιπτώσεις π.χ. μεταναστών ή άλλων μειονεκτούντων προσώπων Η παρατηρούμενη απουσία πειραμάτων συστηματικών παρατηρήσεων από τα σχολεία ίσως εξηγεί σε κάποιο βαθμό την παρατηρούμενη αποτυχία αλφαβητισμού του πληθυσμού σε θέματα Φυσικών Επιστημών και Τεχνολογίας. 16-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

17 Μεθοδολογία (συστηματικών) Παρατηρήσεων συστηματικές παρατηρήσεις (π.χ. πειράματα) για άντληση δεδομένων σχετικά με το θέμα μελέτης π.χ. με τη μορφή εκτίμησης ή μέτρησης των τιμών φυσικών μεγεθών, εξέταση των δεδομένων για ανακάλυψη δομών, π.χ. σχέσεων μεταξύ των δεδομένων ή μεταξύ αυτών και δεδομένων από άλλες παρατηρήσεις, σχηματισμός εναλλακτικών μεταξύ τους υποθέσεων, ως προς την εγκυρότητα των δομών που εντοπίστηκαν - όχι μόνο η μία και σωστή έλεγχος των υποθέσεων - διερώτηση ( scientific inquiry ), π.χ. ειδικά πειράματα - στόχος ο αποκλεισμός των υποθέσεων πλην ίσως μιας σχηματισμός μοντέλων με βάση τις δεκτές υποθέσεις, εφαρμογή των μοντέλων για το σχηματισμό προβλέψεων έλεγχος των προβλέψεων διατήρηση, προσαρμογή ή απόρριψη του μοντέλου, επαγωγική κατασκευή θεωριών για το Φυσικό Κόσμο, ακριβής και σαφής τρόπος επικοινωνίας και κοινοποίησης των ευρημάτων, σκέψεων και εννοιών π.χ. με γραφήματα, σχέδια, γραφικές παραστάσεις, πίνακες, τεχνικές αναφορές, κλπ. 17-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

18 Πείραμα: από το πειρώμαι (= δοκιμάζω, προσπαθώ παράγωγο: πείρα) Experiment: Old French: experiment, Latin experimentum (see also experience) Συστηματική (εστιασμένη) παρατήρηση: Πείραμα: Ελεγχόμενη γνωστοί και ρυθμιζόμενες παράμετροι μελέτη εξέταση που αφορά συγκεκριμένο τομέα του επιστητού. Συστηματική παρατήρηση δοκιμή ή απόπειρα που πραγματοποιείται προσεκτικά Με σκοπό: Απόκτηση γνώσης (π.χ. μελέτη φαινομένου) Επεξήγηση ή έλεγχο (όχι επαλήθευση Δοκιμή αποτελεσματικότητας (π.χ. βιομηχανικό επαλήθευση) προηγούμενων γνώσεων, υποθέσεων, θεωριών βιομηχανικό πρωτότυπο) 18-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

19 Μεθοδολογία (συστηματικών) Παρατηρήσεων (συνέχεια) 1.-Δεδομένα από παρατηρήσεις, πειράματα, μετρήσεις - με τις αισθήσεις, με όργανα 2.-Επεξεργασία ταξινόμηση, σύγκριση, ομοιότητες διαφορές αναλογίες, συσχετίσεις 3.-Υποθέσεις Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών Γιατί γίνεται αυτό; Πως επηρεάζει μια διαδικασία μια άλλη; τι σχέση υπάρχει ανάμεσα σε διαφορετικά φαινόμενα; υπάρχει αναλογία με κάτι άλλο και σε ποιο βαθμό; 4.-Πειραματικός έλεγχος σχεδιασμός πειράματος, επιλογή υλικών, τρόπος εκτέλεσης, μεροληπτικός και αμερόληπτος έλεγχος, ακρίβεια μετρήσεων, 5.-Ερμηνεία και γενικεύσεις από επιμέρους παρατηρήσεις σε συνολικό μοντέλο Επαγωγή, πρόβλεψη για καταστάσεις νέες 6.-Κοινοποίηση - Επικοινωνία αφίσες, εικόνες, σχήματα, φωτογραφίες, ιστογράμματα, γραφικές παραστάσεις, διαγράμματα και πίνακες, γραπτό κείμενο και προφορικός λόγος με χρήση της ορθής ορολογίας, με συνοχή και συνέπεια, χωρίς αξιολογικούς χαρακτηρισμούς. 19-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

20 Γόνιμη Φιλοσοφική (επιστημολογική) διαμάχη: Προηγούνται οι παρατηρήσεις (Επαγωγιστές Inductionists) ή οι Υποθέσεις (Συμπερασματολόγοι - Deductionists) Επαγωγιστές: για να φτιάξεις θεωρία χρειάζονται οι παρατηρήσεις Συμπερασματολόγοι: οι παρατηρήσεις όμως είναι συστηματικές δηλ. σχετικές με το αντικείμενο μελέτης άρα έχεις ήδη μια θεωρία που σου επιτρέπει να διακρίνεις τι είναι σχετικό τι όχι. Σχόλιο: Η διαδικασία Παρατηρήσεις Επεξεργασία Επεξεργασία Υποθέσεις Έλεγχος Ερμηνεία&ΕπαγωγήΕπαγωγή Παρατηρήσεις κλπ είναι συνεχής. Η θεωρία στις Παρατηρήσεις και η θεωρία στον Έλεγχο (και η μετέπειτα θεωρία στις παρατηρήσεις) δεν είναι οι ίδιες ( εξέλιξη θεωριών ). 20-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

21 Μεθοδολογία (συστηματικών) Παρατηρήσεων (συνέχεια) 1.-Δεδομένα 2.-Επεξεργασία 3.-Υποθέσεις 4.-Πειραματικός έλεγχος 5.-Ερμηνεία και γενικεύσεις 6.-Κοινοποίηση Επικοινωνία 1.- Η Δημιουργική σκέψη είναι απαραίτητη ασκείται με: εξέταση των δεδομένων για ανακάλυψη δομών επισήμανση σχέσεων εντοπισμός δομών σχηματισμός εναλλακτικών μεταξύ τους υποθέσεων - (εφ)ευρετικήευρετική δεξιότητα σχηματισμός μοντέλων με βάση τις δεκτές υποθέσεις - δεξιότητα ανάλυσης και σύνθεσης επαγωγή οδηγεί σε κοσμολογικές θεωρίες Είναι επίσης απαραίτητη για: έλεγχο των υποθέσεων - απαιτούνται περισσότερες από μια υποθέσεις έλεγχος των προβλέψεων εφαρμογής μοντέλων - απαιτούνται περισσότερα από ένα μοντέλα, 21-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

22 Μεθοδολογία (συστηματικών) Παρατηρήσεων (συνέχεια) 1.-Δεδομένα 2.-Επεξεργασία 3.-Υποθέσεις 4.-Πειραματικός έλεγχος 5.-Ερμηνεία και γενικεύσεις 6.-Κοινοποίηση Επικοινωνία 1.- Η μέθοδος αυτή ευνοεί την ανάπτυξη δημιουργικής και κριτικής σκέψης, εφόσον. αναζητούνται για έλεγχο περισσοτέρες της μιας εναλλακτικές υποθέσεις, που όμως στηρίζονται στα δεδομένα. Η συνηθισμένη πρακτική στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών όπου μόνο ένα (το ορθό ) συμπέρασμα συνάγεται απόδειξη(!) της θεωρίας, δυσχεραίνει την ανάπτυξη δημιουργικής και κριτικής σκέψης παρουσιάζει και άλλα μειονεκτήματα, π.χ. (. (υπερ)θετικισμός - ντετερμινισμός. 22-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

23 Πειραματικός έλεγχος προβλέψεις τυπική λογική Πειραματικός έλεγχος - πρόβλεψη π.χ.. : προεκβολή παρεμβολή τιμών σε έναν πίνακα ή σε ένα διάγραμμα τι θα συμβεί αν.. πρόβλεψη του τι αναμένεται να παρατηρηθεί σε δεδομένη κατάσταση κλπ. Γενικότερα: έλεγχος των υποθέσεων των μοντέλων Σύγκριση των αναμενόμενων από την υπόθεση ή μοντέλο παρατηρήσεων με τα πράγματι παρατηρούμενα Στη διαδικασία αυτή χρησιμοποιούνται συλλογισμοί της τυπικής λογικής 23-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

24 Πειραματικός έλεγχος προβλέψεις τυπική λογική (συνέχεια) Έλεγχος Πρόβλεψης 1. Πραγματική κατάσταση (παρατηρήσιμο φαινόμενο ή πείραμα) 2. Πρόβλεψη Θεωρίας υπόθεσης ως προς το τι θα συμβεί. 3. Παρατηρείται πράγματι το συμπέρασμα? Υπάρχει συμφωνία? Αν Ναι Εμπιστοσύνη στη θεωρία Αν Όχι Επανεξέταση (συνήθως της θεωρίας υπόθεσης) Λόγοι ασυμφωνίας παρατήρησης θεωρίας: :??? 24-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

25 Πειραματικός έλεγχος προβλέψεις τυπική λογική (συνέχεια) Πιθανοί λόγοι ασυμφωνίας παρατήρησης θεωρίας: 1Α- Λάθος παρατήρηση π.χ. λάθος μέτρηση, περιορισμένη ακρίβεια μέτρησης 1Β- Άλλη παρατήρηση (αφορά άλλη κατάσταση και όχι αυτό που νομίζεται) 2Α- Λάθος εφαρμογή της θεωρίας 2Β- Λανθασμένη θεωρία 3Α- Λάθος Λογικής (ο συλλογισμός δεν είναι έγκυρος) 3Β- Ασυμφωνία - το συμπέρασμα δεν συμφωνεί με τα δεδομένα Ποια περίπτωση ισχύει κάθε φορά δεν αποτελεί απλό θέμα. Γενικά: 1Α-, 2Α-, 2, 3Α- 3 " εύκολος" εντοπισμός 3Β- προσαρμογή απόρριψη θεωρίας 1Β- & 2Β-2 επισταμένη μελέτη παραδείγματα: Ανακάλυψη Ποσειδώνα Θεωρητική πρόβλεψη του νετρίνο κλπ. 25-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

26 Δεξιότητα της Παρατήρησης και παρανοήσεις Π. Γ. Μιχαηλίδης, Προβλήματα Κατανόησης στις Παρατηρήσεις Φυσικών Φαινομένων,, 7 ο Κοινό Συνέδριο Φυσικής της Ένωσης Ελλήνων Φυσικών και της Ένωσης Κυπρίων Φυσικών, Ζάκυνθος Φεβρουαρίου Π. Γ. Μιχαηλίδης, Δυσκολίες Κατανόησης στις Παρατηρήσεις Φυσικών Φαινομένων 2 ο Πανελλήνιο Συνέδριο με τίτλο Η Διδακτική των Φυσικών Επιστημών και η Εφαρμογή Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση, Λευκωσία,, 3-53 Μαΐου 2000, Πανεπιστήμιο Κύπρου, περιλήψεις σ P. G. Michaelides, Everyday observations in relation with Natural Sciences, Post Graduate Intensive Summer Program on the Didactics of mathematics and Science,, University of Cyprus, proceedings (A. Gagatsis, editor). Προβληματικές περιοχές κατά τη διδασκαλία (δημιουργούν παρανοήσεις): Διάκριση μεταξύ παρατήρησης και ερμηνείας θεωρίας Διάκριση μεταξύ μετρήσιμου αντιστοιχούμενου μεγέθους. Σφάλμα ευαισθησία μέτρησης Μεροληπτικός- αμερόληπτος πειραματικός έλεγχος Παρουσίαση, π.χ. διαγράμματα Απαντώνται σε όλα τα επίπεδα εκπαίδευσης δημιουργεί προβληματισμό 26-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

27 Διάκριση μεταξύ παρατήρησης και ερμηνείας θεωρίας Η διάκριση μεταξύ ηλεκτροστατικής και μαγνητικής δύναμης. Και στις δύο περιπτώσεις υπάρχει έλξη ή άπωση Παρατηρήσιμες διαφορές? (π.χ. η μαγνητική απαντάται σε ορισμένα μόνο υλικά). Τι παρατηρούμε όταν αφήνουμε ελεύθερο ένα σώμα Παρατηρούμε ότι η Γη έλκει το σώμα και αυτό πέφτει. Παρατηρούμε πως το σώμα πέφτει Παρατηρούμε πως το σώμα κινείται προς τη Γη Ποιες απαντήσεις είναι σωστές ποιες είναι λάθος? Τι παρατηρούμε όταν κλείσουμε τον διακόπτη Παρατηρούμε ότι περνά ηλεκτρικό ρεύμα. Παρατηρούμε πως το λαμπάκι ανάβει. Ποιες απαντήσεις είναι σωστές ποιες είναι λάθος? Αν δεν ανάβει το λαμπάκι περνά ρεύμα? 27-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

28 Διάκριση μεταξύ μετρήσιμου αντιστοιχούμενου μεγέθους. τι μέγεθος μετράμε σε τι μέγεθος το αντιστοιχούμε με ποιες προϋποθέσεις (θεωρία). π.χ.:.: Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών Τι μετράμε με τον ζυγό τι μετράμε με το δυναμόμετρο (κανταράκι)? Είναι σωστή η φράση: Ο ζυγός μετρά μάζα το κανταράκι μετρά βάρος? Ζυγός: σύγκριση ροπών με μέτρηση απόκλισης από την οριζόντιο Σύγκριση δυνάμεων σύγκριση βαρών (ίδιο βαρυτικό πεδίο) σύγκριση μαζών. Δυναμόμετρο: Μέτρηση απομάκρυνσης Δύναμη Βάρος. Ακρίβεια και ευαισθησία μέτρησης σφάλμα μέτρησης. σφάλμα μέτρησης (συχνά είναι άγνωστο και ως έννοια) εκτίμηση σφάλματος, τυχαίο και συστηματικό σφάλμα ακρίβεια μέτρησης συγχέεται με το σφάλμα της μέτρησης ευαισθησία μέτρησης (συχνά ταυτίζεται με το λάθος σφάλμα μέτρησης) 28-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

29 Μεροληπτικός- αμερόληπτος πειραματικός έλεγχος. τι μέγεθος μετράμε σε τι μέγεθος το αντιστοιχούμε με ποιες προϋποθέσεις (θεωρία). π.χ.:.: το φως διαδίδεται ευθύγραμμα (ισχύει μόνο κάτω από ορισμένες συνθήκες) όμως ευθυγράμμιση με το μάτι τα σώματα πέφτουν κατακόρυφα όμως η κατακόρυφος με το νήμα της στάθμης (που δεν περνά από το κέντρο της Γης) τα φυτά που ποτίζονται αυξάνονται περισσότερο (δεν ισχύει απόλυτα) χωρίς να ελέγχονται άλλοι σημαντικοί παράγοντες (π.χ. αερισμός, φωτισμός, έδαφος, λίπανση) 29-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

30 Παρουσίαση, π.χ. διαγράμματα απεικονιζόμενο μέγεθος εξομάλυνση (ιδιαίτερο πρόβλημα όταν αφορά μήκος) ( στα βιβλία τα σημεία πέφτουν πάνω στις γραμμές ) επιλογή κατάλληλης κλίμακας μορφή (γραμμική, λογαριθμική,.) μέγεθος διαστάσεις διαγράμματος (αναγνωσιμότητα) τυπική ακρίβεια των μετρήσεων, χρηστικότητα κλιμάκων και περιοχή κάλυψης. Χρήση των διαγραμμάτων, και βαθμονόμησης, αντί για τις πρωτογενείς μετρήσεις, π.χ. 30-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008

31 Ηλιοβασίλεμα από την Πανεπιστημιούπολη στο Ρέθυμνο Ευχαριστώ 31-Π. Γ. Μιχαηλίδης, Θέματα Πειραματικής Διδασκαλίας Φυσικών Επιστημών, Ρέθυμνο Μάιος 2008