Διερευνητική διδασκαλία Δρ. Κ. Αποστολόπουλος Σχολικός Σύμβουλος ΠΕ04 Επιμορφωτικά σεμινάρια Μάρτιος 2015
Η διερευνητική μέθοδος διδασκαλίας Στη διερευνητική διδασκαλία (inquiry-based teaching) το αντικείμενο μάθησης τίθεται με τη μορφή ενός ενδιαφέροντος ερωτήματος/προβλήματος που χρήζει απάντησης. Οι μαθητές αναζητούν πληροφορίες και στη συνέχεια διεξάγουν κάποια διερεύνηση ή μικρή έρευνα προκειμένου να απαντήσουν στο ερώτημα /πρόβλημα. Με την διερευνητική προσέγγιση επιδιώκεται οι μαθητές να μάθουν να χρησιμοποιούν συστηµατικά τους κανόνες της λογικής και της επιστήµης για την επαλήθευση εννοιών και ιδεών (Μασσιάλας,1989:331 τ. 1 ος ).
Οι μαθητές προκειμένου να απαντήσουν στο ερώτημα ή να επιλύσουν το πρόβλημα Παρατηρούν Διατυπώνουν ερωτήσεις Κάνουν υποθέσεις Συγκεντρώνουν πληροφορίες Σχεδιάζουν πειράματα Ανταλλάσσουν απόψεις Ελέγχουν την ορθότητα ή μη των υποθέσεών τους Βρίσκουν εναλλακτικές λύσεις Βγάζουν συμπεράσματα Παρουσιάζουν τις απαντήσεις τους, κ.ά.
Η διερευνητική μέθοδος διδασκαλίας Βασίζεται στην αναλυτική σκέψη Απαιτεί λογική ακολουθία Γίνονται βαθµιαία βήµατα Υπάρχει πλήρης συνείδηση του σκοπού του κάθε βήµατος Έχει χαρακτήρα αντικειµενικό Προϋποθέτει εξοικείωση µε τους κανόνες της λογικής
Το εκάστοτε ερώτημα/πρόβλημα που θα διατυπώσει ο εκπαιδευτικός θα πρέπει να είναι σχετικό με το προς μελέτη θέμα, είναι απλό, είναι προσιτό στους μαθητές, συνδέεται με την καθημερινή τους εμπειρία ή να είναι συναφές με όσα έχουν μέχρι στιγμής διδαχθεί και εμπεδώσει, ώστε να τους διεγείρει το ενδιαφέρον.
Ο βαθμός ελευθερίας της «ερευνητικής» αυτονομίας των μαθητών εξαρτάται από το βαθμό που οι μαθητές έχουν εξασκηθεί σε τέτοιας μορφής επιστημονικές δεξιότητες και από την ηλικία τους. Η μέθοδος δίνει καλύτερα αποτελέσματα όταν η καθοδήγηση / βοήθεια είναι η ελάχιστη δυνατή. Η συγκεκριμένη διδακτική προσέγγιση κινείται στη λογική του «μαθαίνω πως να μαθαίνω». Είναι σημαντικό να τονιστεί ότι οι διαδικασίες της επιστημονικής διερεύνησης καλό είναι να πραγματοποιούνται στο πλαίσιο της ομαδικής εργασίας των μαθητών, επειδή επιτρέπει την ελεύθερη διαπραγμάτευση των ιδεών μεταξύ των μελών της ομάδας, ώστε να προκύψουν δημιουργικές προτάσεις για την επίλυση του αρχικού ερωτήματος ή προβλήματος.
Πλεονεκτήματα Η διερεύνηση συνδέεται με μια σειρά θετικών επιδράσεων στους μαθητές, όπως (Collins 1988, Zachos et al. 2000, Duschl 2004, Lee et al. 2004, Wallace & Kang 2004). η αύξηση της κατανόησης εννοιών η ανάπτυξη κριτικών δεξιοτήτων η παρακίνηση των μαθητών να εξερευνούν και να ερμηνεύουν τα φαινόμενα που συμβαίνουν γύρω τους προβαίνοντας σε διαδικασίες όμοιες με αυτές που εκτελεί ένας επιστήμονας. το ανοικτό κλίμα στη συζήτηση με επιχειρήματα που επικρατεί στη σχολική τάξη.
Οι φάσεις της διερευνητικής µεθόδου Ο Ματσαγγούρας (2000:500) περιγράφει οκτώ βήματα για την υλοποίηση της διερευνητικής μεθόδου: Προετοιμασία ψυχολογική και γνωσιολογική ιατύπωση υποθέσεων Συλλογή και οργάνωση δεδομένων Αναλυτική επεξεργασία δεδομένων Υπέρβαση δεδομένων Εφαρμογές Ανακεφαλαίωση Μαθησιακή και μεταγνωστική αξιολόγηση Επίσης, επισημαίνει ότι ανάλογα με τη φύση του αντικειµένου και τη εξέλιξη της διαδικασίας οι εκπαιδευτικοί μπορούν να τροποποιούν, συγχωνεύουν ή παραλείπουν κάποιες από τις παραπάνω φάσεις.
Οι Καλκάνης κ.ά. (2014) περιγράφουν 5 βήματα: παρατηρώ, πληροφορούμαι, ενδιαφέρομαι συζητώ, αναρωτιέμαι, υποθέτω ενεργώ, πειραματίζομαι, συμπεραίνω, καταγράφω εφαρμόζω, εξηγώ, γενικεύω τα οποία θεωρούν ως ακριβώς αντίστοιχα με τα βήματα της επιστημονικής μεθόδου, δηλαδή έναυσμα ενδιαφέροντος διατύπωση υποθέσεων Πειραματισμός διατύπωση θεωρίας συνεχής έλεγχος.
Ο Ραγιαδάκος (2011) περιγράφει το μοντέλο της καθοδηγούμενης έρευνας ως εξής Φάση 1: Ανάδειξη του φαινομένου σε πρόβλημα Παρουσίαση από τον καθηγητή, και συζήτηση με τους μαθητές Φάση 2: Προτάσεις για την αντιμετώπιση του προβλήματος Οι μαθητές κάνουν υποθέσεις, προβλέψεις και προτάσεις για αντιμετώπιση του προβλήματος. Φάση 3: Εφαρμογή μιας πρότασης Οι μαθητές στήνουν το πείραμα με την υποστήριξη του καθηγητή κάνουν μετρήσεις και καταγράφουν τα ευρήματά τους. Φάση 4: Θεωρίκευση των ευρημάτων Σύγκριση ευρημάτων με την πρόβλεψη και συζήτηση των θεωρητικών ζητημάτων/θεμάτων που προκύπτουν από τις πειραματικές δραστηριότητες Φάση 5: Παγίωση Ο καθηγητής κάνει ερωτήσεις και αναθέτει ασκήσεις και εργασίες με σκοπό την παγίωση της αποκτηθείσας γνώσης
Η Χαλκιά (2010) περιγράφει τα εξής βήματα: 1. Σχεδιασμός της διερεύνησης ενός ερωτήματος Επιλογή ή σχεδιασμός ερωτήματος ή προβλήματος Επιλογή ενός γενικού ερωτήματος ή προβλήματος στο πλαίσιο των δυνατοτήτων, των εμπειριών και των ενδιαφερόντων μαθητών. Προσδιορισμός των ανεξάρτητων και εξαρτημένων μεταβλητών. Έλεγχος των ανεξάρτητων μεταβλητών. Η διατύπωση προβλέψεων. Επιλογή και χρήση του κατάλληλου εξοπλισμού (υλικών, οργάνων, συσκευών, Η/Υ, λογισμικών). Έλεγχος των κινδύνων, κανόνες ασφαλείας στο εργαστήριο.
2. Λήψη και παρουσίαση των δεδομένων Προσδιορισμός μεθόδου συλλογής δεδομένων. Πραγματοποίηση μετρήσεων στο εργαστήριο ή σε εικονικό-ψηφιακό περιβάλλον. Καταγραφή των δεδομένων. 3. Αξιολόγηση των δεδομένων Συνοπτική περιγραφή των δεδομένων, αναζήτηση κανονικοτήτων και συσχετίσεων και ερμηνεία τους. Εξαγωγή συμπερασμάτων. Η αξιολόγηση της διαδικασίας (σπουδαιότητα ευρημάτων και περιορισμοί)
Δεξιότητες επιστημονικής μεθοδολογίας
Παρατήρηση Η παρατήρηση αποτελεί το ερέθισμα για την για την δραστηριοποίηση της επιστημονικής σκέψης. Παρατηρώ δεν σημαίνει «κοιτάζω», αλλά εξετάζω κάτι ενεργά σε όλες του τις διαστάσεις. Διακρίνω τα δομικά στοιχεία του παρατηρούμενου όντος καθώς και ομοιότητες και διαφορές. Επίσης, ότι μπορώ πλέον να το περιγράψω με σχετική λεπτομέρεια χωρίς να το κοιτάζω. Ως εκ τούτου, πρόκειται για μια νοητική / γνωσιακή λειτουργία.
Όσο παράξενο και αν φαίνεται το επίπεδο της παρατήρησης καθορίζεται από την προϋπάρχουσα γνώση. Έτσι όταν παρατηρούμε ένα σώμα π.χ. ένα φυτό ή την εξέλιξη ενός φαινομένου π.χ. την καύση του μαγνησίου δεν βλέπουμε όλοι τα ίδια πράγματα. Άλλου επιπέδου παρατήρηση θα κάνει ο επιστήμονας, άλλου ένας απόφοιτος Λυκείου και άλλου ένας μαθητής Δημοτικού.
Συχνά οι μαθητές συγχέουν την παρατήρηση με την εξαγωγή συμπεράσματος. Χρήσιμο είναι να διακρίνονται τις δύο διαδικασίες. Παράδειγμα: Στο δωμάτιο υπάρχει ένα άδειο ενυδρείο (παρατήρηση) Το ενυδρείο έχει σχήμα ορθογώνιο (παρατήρηση) Το ενυδρείο χρησιμοποιείται για να βάζουμε μέσα ζωντανά ψάρια (συμπέρασμα όχι παρατήρηση) Το ενυδρείο είναι υδατοστεγές (συμπέρασμα όχι παρατήρηση)
Να καταγράψετε πέντε ποιοτικές παρατηρήσεις που αφορούν την παραπάνω εικόνα. Να καταγράψετε τρεις ποσοτικές παρατηρήσεις που αφορούν την παραπάνω εικόνα. Ποιες από τις δηλώσεις που ακολουθούν είναι παρατηρήσεις και ποιες συμπεράσματα; Η καταστροφή του σπιτιού έγινε την ίδια χρονική στιγμή με την πτώση των τηλεφωνικών πυλώνων Οι καταστροφές που έχουν συμβεί είναι σοβαρές και το κόστος επιδιόρθωσης τους θα είναι μεγάλο Η βορειοανατολική πλευρά της περιοχής υπέστη λιγότερες καταστροφές Η καταστροφές που παρατηρούμε είναι το αποτέλεσμα κάποια έκρηξης
Δραστηριότητες που βοηθούν στην ανάπτυξη της δεξιότητας της παρατήρησης Εστιασμένες παρατηρήσεις από μικρή ηλικία. Έμφαση στη διάκριση ομοιοτήτων και διαφορών μεταξύ διαφόρων σωμάτων ή διαδικασιών. Συνήθως οι μαθητές είναι ικανοί στον εντοπισμό των διαφορών όχι όμως των ομοιοτήτων. Οι δραστηριότητες παρατήρησης να γίνονται πιο σύνθετες σε μεγαλύτερες ηλικίες.
Παράδειγμα 1 ο : Δίνουμε στα παιδιά υλικά με παρόμοια μορφή π.χ. ζάχαρη, αλάτι, ταλκ, σκόνη απορρυπαντικού και κιμωλία και μεγεθυντικό φακό και ζητάμε να εντοπίσουν ομοιότητες και διαφορές. Επιπρόσθετα μπορούμε να ζητήσουμε να μελετήσουν τη διαλυτότητα των υλικών αυτών. Παράδειγμα 2 ο : Δίνουμε στα παιδιά υλικά διάφορα είδη αμυλόκκοκων π.χ. από πατάτα, σιτάρι και καλαμπόκι και μικροσκόπιο και ζητάμε να εντοπίσουν ομοιότητες και διαφορές και να σχεδιάσουν αυτό που βλέπουν.
Εξαγωγή συμπεράσματος από δεδομένα παρατήρησης Είναι η ερμηνεία ή η εξήγηση κάποιου γεγονότος που παρατηρήσαμε ή κάποιας δήλωσης. Είναι λογικό όταν προκύπτει σχετικά ευθέως από την παρατήρηση/δήλωση και το άτομο που το διατυπώνει έχει κάποια γνώση για το παρατηρούμενο γεγονός ή δήλωση.
Παρατήρηση: Τα βοοειδή και οι αντιλόπες στέκονται ήσυχα το ένα δίπλα στο άλλο. Συμπέρασμα 1: Τα βοοειδή και οι αντιλόπες δεν επιτίθενται το ένα στο άλλο. Συμπέρασμα 2: Κανένα ζώο που ζει στην περιοχή δεν επιτίθεται στα άλλα (μη λογικό). Παρατήρηση: Μερικά από τα βοοειδή τρώνε χορτάρι. Συμπέρασμα 1: Το χορτάρι αποτελεί τροφή για τα βοοειδή. Συμπέρασμα 2: Το περισσότερο χορτάρι στην περιοχής το τρώνε τα βοοειδή. Παρατήρηση: Η αντιλόπες κοιτούν γύρω τους. Συμπέρασμα 1: Οι αντιλόπες ελέγχουν για αρπακτικά Συμπέρασμα 2: Οι αντιλόπες κοιτούν για ταίρι.
Ταξινόμηση Είναι πιο σύνθετη δραστηριότητα από την παρατήρηση και βοηθά στην πληρέστερη διάκριση ομοιοτήτων και διαφορών στα υπό μελέτη σώματα. Παράδειγμα 1 ο : Δίνουμε μια σειρά από οργανικές ενώσεις και ζητάμε να τις ταξινομήσουν σε π.χ. - Κορεσμένες και ακόρεστες ή - Αλκοόλες αλδεΰδες και καρβοξυλικά οξέα Παράδειγμα 2 ο : Έχουμε χωρίσει σε δύο ομάδες κάποια όργανα και κάποιους προσαρτημένους αδένες του πεπτικού. Δίνουμε στα παιδιά κάποια όργανα και αδένες ακόμη και ζητάμε να κατατάξουν το καθένα σε μία από τις δύο ομάδες και να εξηγήσουν με βάση πιο κριτήριο κατέταξαν το κάθε αντικείμενο.
Μέτρηση Κατά τη μέτρηση το παιδί βρίσκει την τιμή ενός μεγέθους (μήκος, βάρος, όγκος, επιφάνεια, θερμοκρασία, χρόνος κλπ.) χρησιμοποιώντας μια μονάδα μέτρησης συμβατική (μετροταινία, χρονόμετρο, ζυγαριά ) ή μη συμβατική (η παλάμη, το μολύβι, η κλεψύδρα).
Υπολογισμός Πρόκειται για τη διαδικασία που επί ορισμένων δεδομένων επιτελούμε μια σειρά από μαθηματικές πράξεις προκειμένου να προσδιορίσουμε την τιμή κάποιου μεγέθους. Μετατροπή μονάδων Εύρεση ταχύτητας Εύρεση μάζας προϊόντων Εύρεση πιθανού φαινότυπου
Πρόβλεψη Πρόβλεψη: Ένα συμπέρασμα που αφορά σε μια μελλοντική κατάσταση ή γεγονός που βασίζεται σε τρέχοντα δεδομένα και σε προϋπάρχουσες γνώσεις και εμπειρίες. Η ορθότητα μιας πρόβλεψης υποβοηθείται αν προσδιορίσουμε κάποια κανονικότητα ή μοτίβο στα δεδομένα που διαθέτουμε. αναζητήσουμε περισσότερες πληροφορίες/δεδομένα για το θέμα ή για παρόμοια θέματα. Ακόμη και αν μια πρόβλεψη αποδειχθεί λανθασμένη, μπορούμε να μάθουμε πολλά από αυτήν. Είναι σημαντικό να ζητάμε από τον μαθητή να δικαιολογεί την πρόβλεψή του.
Επικοινωνία Η δεξιότητα της επικοινωνίας καλλιεργείται όταν οι μαθητές: Περιγράφουν ή καταγράφουν αυτά που παρατηρούν. Υποβάλλουν ερωτήσεις, διατυπώνουν υποθέσεις, κάνουν προβλέψεις, δίνουν ερμηνείες (γραπτά ή προφορικά). Ακούν εξηγήσεις, συζητούν τις εμπειρίες τους με τους συμμαθητές τους και τον καθηγητή. Καταγράφουν, αναπαριστούν και παρουσιάζουν τα δεδομένα τα δικά τους ή της ομάδας τους. Χρησιμοποιούν το συμβολισμό που είναι αναγκαίος στα μαθήματα των Φ.Ε.
Έλεγχος μεταβλητών Σημαντική δεξιότητα για τη διεξαγωγή διερευνητικού πειραματισμού είναι η ικανότητα εκ μέρους των μαθητών Να προσδιορίζουν τις μεταβλητές που μπορούν να επηρεάσουν το αποτέλεσμα του πειράματος. Να τις διακρίνουν σε ανεξάρτητες και εξαρτημένες. Η διαχειρίζονται μιας μόνο ανεξάρτητης μεταβλητής σε κάθε πειραματισμό (οι υπόλοιπες θα είναι σταθερές), προκειμένου να μελετήσουν την εξέλιξη της εξαρτημένης μεταβλητής. Πείραμα: Ανάπτυξη φυτών φακής Ανεξάρτητες μεταβλητές: Φώς, παροχή νερού, παροχή θρεπτικών συστατικών, θερμοκρασία, χρόνος. Εξαρτημένη μεταβλητή: Ανάπτυξη του φυτού.
Λειτουργικός ορισμός μεταβλητών Το να δίνουν ορισμούς για αντικείμενα ή γεγονότα που να βασίζονται σε παρατηρήσιμα / μετρήσιμα χαρακτηριστικά τους. Πείραμα: Ανάπτυξη φυτών φακής Η ανάπτυξη του φυτού προσδιορίζεται από την αύξηση του ύψους του, την οποία μετράμε σε cm.
Διαμόρφωση υπόθεσης Μια δήλωση σχετικά με το αναμενόμενο αποτέλεσμα ενός πειράματος. Πείραμα: Ανάπτυξη φυτών φακής Όσο μεγαλύτερη ποσότητα οργανικών υλικών βάζουμε στο έδαφος τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ανάπτυξη τους ή Όσο περισσότερο τις ποτίζουμε τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ανάπτυξη τους ή Όσο περισσότερο εκτίθενται στο φως (του ήλιου) τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ανάπτυξη τους.
Διεξαγωγή πειράματος Η διεξαγωγή ενός πειράματος περιλαμβάνει Τη διατύπωση του ερευνητικού ερωτήματος Τη υπόθεση εργασίας Τον προσδιορισμό και τον έλεγχο των μεταβλητών Τον λειτουργικό ορισμό των μεταβλητών Το σχεδιασμό ενός «αμερόληπτου» πειράματος Τη διεξαγωγή του πειράματος Τη συλλογή και ερμηνεία των δεδομένων Την εξαγωγή συμπερασμάτων Την παρουσία των ευρημάτων
Ερμηνεία δεδομένων Ικανότητα: Οργάνωσης των δεδομένων. Αναγνώρισης κανονικοτήτων ή μοτίβων. Εξαγωγής συμπερασμάτων. Αξιολόγησης συμπερασμάτων που άλλοι έχουν βγάλει από τα δεδομένα.
Ο σχεδιασμός της διερεύνησης ενός ερωτήματος στη σχολική τάξη Υπενθυμίζεται ότι το ερώτημα/πρόβλημα πρέπει: Να κινεί το ενδιαφέρον των μαθητών. Να είναι εντός των δυνατοτήτων τους. Να συνδέεται με την καθημερινή ζωή των μαθητών, ώστε να έχει γι αυτούς νόημα.
Αν πρόκειται για ολοκληρωμένη διερεύνηση συνήθως ακολουθούνται τα εξής βήματα (Χαλκιά, 2010): Βήμα 1 ο : Αρχική διατύπωση του ερωτήματος/προβλήματος. Προσδιορισμός των μεταβλητών. Με βάση τις μεταβλητές που προσδιορίσθηκαν, μπορεί να αναδιατυπωθεί το αρχικό ερώτημα/πρόβλημα ή/και να αναλυθεί σε επιμέρους ερωτήματα.
Σχεδιασμός της δραστηριότητας/ πειράματος, έλεγχος μεταβλητών: Θα πρέπει να μεταβάλλεται μια μόνο ανεξάρτητη μεταβλητή κάθε φορά, ενώ οι άλλες θα πρέπει να διατηρούνται σταθερές. Διατύπωση προβλέψεων. Επιλογή και χρήση κατάλληλου εξοπλισμού. Βήμα 2 ο : Μέθοδος συλλογής δεδομένων Λήψη μετρήσεων Καταγραφή των δεδομένων. Βήμα 3 ο : Ερμηνεία των δεδομένων. Εξαγωγή συμπερασμάτων. Αξιολόγηση της όλης διαδικασίας.
Παράδειγμα Βήμα 1 ο : Αρχικό ερώτημα: Η αντίδραση ανάμεσα σε ένα διάλυμα οξέος και σε ένα διάλυμα βάσης (πλήρης εξουδετέρωση) είναι ενδόθερμο ή εξωθερμο φαινόμενο; Ανεξάρτητες μεταβλητές: Το είδος του οξέος και της βάσης. Οι συγκεντρώσεις των διαλυμάτων. Οι ποσότητες των διαλυμάτων. Εξαρτημένη μεταβλητή: Η μεταβολή της θερμοκρασίας κατά την αντίδραση. Αναδιατυπωμένο ερώτημα: Πώς μεταβάλλεται η θερμοκρασία κατά την πλήρη εξουδετέρωση μεταξύ ισχυρού οξέος και ισχυρής βάσης και μεταξύ ασθενούς οξέος και ισχυρής βάσης; Οι μεταβλητές i) συγκεντρώσεις διαλυμάτων και ii) ποσότητες διαλυμάτων διατηρούνται σταθερές.
Διατύπωση προβλέψεων:... Θερμομονωτικό ποτήρι (από φελιζολ), θερμόμετρο, διαλύματα οξέων και βάσεων, ογκομετρικός κύλινδρος, ράβδος ανάδευσης Βήμα 2 ο : Μέθοδος συλλογής δεδομένων: μετρήσεις της θερμοκρασίας πριν και μετά την αντίδραση Πραγματοποίηση του πειραματισμού: Καταγραφή των μετρήσεων: π.χ. σε κατάλληλο πίνακα Βήμα 3 ο : Ερμηνεία των δεδομένων: Συμπεράσματα: π.χ. ενδόθερμη ή εξώθερμη και προσδιορισμός διαφοροποιήσεων ανάλογα με το είδος των ηλεκτρολυτών Αξιολόγηση της διαδικασίας:
Δραστηριότητα 1 η Παρουσίαση και συζήτηση επί διερευνητικού σχεδίου μαθήματος για τη διδασκαλία του 1ου Ν. Νεύτωνα (Β Γυμνασίου)
Δραστηριότητα 2 η Παρουσίαση και συζήτηση επί διερευνητικού σχεδίου μαθήματος για τη διδασκαλία της φωτοσύνθεσης (Α Γυμνασίου)
Δραστηριότητα 3 η Παρουσίαση και συζήτηση επί διερευνητικού σχεδίου μαθήματος για τη διδασκαλία του Ιοντικού δεσμού (Α Λυκείου)
Δραστηριότητα 4 η Παρουσίαση και συζήτηση επί διερευνητικού σχεδίου μαθήματος για τη διδασκαλία του 3ου Ν. Νεύτωνα (Α Λυκείου)
Δραστηριότητα 5 η Παρουσίαση και συζήτηση επί διερευνητικού σχεδίου μαθήματος για τη διδασκαλία της ροής ενέργειας στο οικοσύστημα (Γ Λυκείου)