جایگاه فعالیتهای عملی در آموزش و یادگیری علوم تجربی
اشاره
امروزه آموزش علوم تجربی بالاخص؛ فیزیک، شیمی، و زیست شناسی در مدارس، به یکی از موضوعهای دشوار و مورد توجه تبدیل شده است. تعداد اندکی از معلمان می توانند علوم تجربی را به نحو احسن و منطبق با اهداف آموزشی قصد شده آموزش دهند. موانع و مشکلات زیادی وجود دارد که هرگونه تلاش برای ارتقای کیفی آموزش علوم تجربی در مدارس و حتی دانشگاهها را بی اثر می سازد. در مدارس، در آموزش علوم تجربی بالاخص؛ فیزیک، شیمی، و زیست شناسی که همگی علوم آزمایش محور محسوب می شوند، بیشتر به تشریح و بیان حقایق و اصول اولیه شناخته شده علمی پرداخته می شود که پس از مدت کوتاهی به فراموشی سپرده می شوند. برای آموزش اثر بخش علوم تجربی حتماً باید از فعالیتهای عملی و آزمایشگاهی استفاده شود تا ساخت شناختی دانش آموزان تقویت شده و همچنین مهارتهای عملی لازم را فرا بگیرند.
در این مقاله سعی خواهد شد تا به اهمیت و جایگاه فعالیتهای عملی در آموزش و یادگیری علوم تجربی و نیز بررسی موانع موجود در اجرای این گونه فعالیتها پرداخته شود.
علوم تجربی یکی از دانشها و معرفتهای بشری است که یافته های آن از راه مشاهده تجربی به دست می آید و ملاک یا معیار درستی آنها، انطباق داشتن با مشاهدات تجربی است. هدف از آموزش علوم تجربی، آموزش پدیده هایی است که در زندگی روزانه مشاهده می شود. در همه نظامهای آموزشی جهان، آموزش و یادگیری علوم تجربی از جایگاه ویژه ای برخوردار بوده و تلاش می شود تا همه دانش آموزان، ضمن آشنایی با اصول و مفاهیم علوم تجربی و کسب سواد علمی لازم، آگاهیهای لازم برای یک شهروند مطلوب را کسب کنند. دانش آموزان با کسب آگاهی و مهارت لازم در زمینه های مختلف علوم، قادر خواهند بود تا در زندگی خود تصمیمات آگاهانه و منطقی بگیرند.
پژوهشهای علمی در دانشگاهها بودجه اندکی داشته و به صورت ضعیفی سازماندهی می شوند. معلمانی که در دانشگاهها و مراکز تربیت معلم آموزش می بینند، به علت کافی نبودن امکانات آزمایشگاهی و فعالیتهای عملی، تبحر و تجربه کمتری در زمینه پدیده های علمی- عملی دارند. دانش آموزانی که با اتمام تحصیلات وارد بازار کار و یا دانشگاهها می شوند، مهارت و تواناییهای لازم در انجام فعالیتهای عملی را ندارند. از لحاظ سیاسی و اقتصادی، به نظر می رسد که آموزش اثربخش علوم تجربی برای رشد و توسعه اقتصادی هر کشوری ضروری است و باید به طور جدی به این امر اهتمام ورزید. در هر کشوری که به سوی صنعتی شدن پیش می رود، نیاز به کارگران ماهر و افراد تحصیل کرده و آشنا به پدیده های علمی- فناورانه و نیز مهارتهای عملی روز به روز افزونتر می شود؛ اما واحدهای صنعتی نمی توانند به آموزش ویژه و اختصاصی افراد مورد نیاز خود بپردازند. همه کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه به این نتیجه رسیده اند که پرداختن به آموزش اثربخش علوم تجربی و مهارتهای علمی- عملی در مدارس، مناسبترین و اقتصادیترین راه ممکن است و همه دانش آموزان باید علوم تجربی و مهارتهای عملی لازم را فرا گیرند.
تاریخچه استفاده از فعالیتهای عملی در آموزش علوم
فعالیت عملی به مجموعه‌ای از اعمال و فعالیتها گفته می‌شود که به منظور شناخت پدیده‌ها و در جهت سنجش فرضیه‌ای انجام گرفته و موجبات دست ورزی و کسب مهارت و تجربه را فراهم می سازد.. در انجام فعالیتهای عملی ممکن است از ابزار و وسایل خاصی استفاده شود. فعالیتهای عملی فقط به انجام آزمایش در آزمایشگاه علوم تجربی ختم نمی‌شود و بسیاری از فعالیتها مثل: گردش علمی، بازدید از موزه‌ها و مراکز مختلف علمی- صنعتی و حتی فعالیتهای زندگی روزمره نیز می‌توانند فعالیت عملی محسوب شوند. بدون شک فعالیتهای عملی و اجرای آزمایش، نقش زیربنایی در درک عمیق مفاهیم دارد و مثال چینی که می‌گوید: می‌شنوم، فراموش می‌کنم؛ می‌بینم، به یاد می‌آورم؛ انجام می‌دهم، می‌فهمم، به خوبی بیانگر نقش و اهمیت فعالیتهای عملی در یادگیری مفهومی می‌باشد.
هر چند از زمانهای بسیار دور به طور غیر رسمی از فعالیتهای عملی در آموزش علوم استفاده می شد؛ اما در سال 1880، برای اولین بار آرمسترانگ پژوهشگر و معلم علوم تجربی در انگلستان، نظریه هیوریسم یا یادگیری اکتشافی را مطرح کرده و با تلفیق بعضی از نظریه های یادگیری علوم تربیتی، از آن در آموزش علوم تجربی استفاده کرد. این الگوی آموزشی به پرورش مهارتهایی چون: مشاهده، اندازه گیری و کاربرد این مهارتها در حل مسائل تاکید داشت. این نظریه دانش آموزان را قادر می ساخت تا اصول نظریه های علمی را به خوبی یاد بگیرند. نظریه یادگیری اکتشافی آرمسترانگ مورد استقبال قرار گرفت و برای پرداختن به این رویکرد آموزشی، آزمایشگاههای ساده ای در بعضی از مدارس احداث گردید و در سال 1896، وجود آزمایشگاه به عنوان بخش مهم و ضروری در آموزش علوم تجربی در انگلستان به تصویب رسید.
در اوایل قرن نوزدهم، توسعه ماشینهای بخار و کاربرد آنها در صنعت و حمل و نقل، و نیز رشد روزافزون فعالیتهای فناورانه و علمی- صنعتی سبب شد تا تقاضا برای کارگران ماهر، کارشناسان و مهندسان خبره و نیز دانشمندان و پژوهشگران علوم تجربی روز به روز بیشتر شود. هر چند آزمایشگاههای اولیه در انگلستان با الهام از آزمایشگاههای شیمی کشور آلمان احداث گردیده بودند؛ اما با گذشت زمان آزمایشگاههای مجهز فیزیک و زیست شناسی نیز در مدارس ساخته شد.
در ابتدای قرن بیستم، بسیاری از اشراف زادگان اروپایی مقاومتهایی را به خاطر اجباری بودن فعالیتهای عملی در مدارس از خود نشان دادند. این امر باعث شد تا تردیدهایی در ارتباط با لزوم اجرای فعالیتهای عملی در مدارس ایجاد شود. اولین تردیدها در مورد ارزش فعالیتهای عملی در مدارس دورة راهنمایی مطرح شد که عمدتاً به خاطر امکانات محدود بود، و سپس از طرف پژوهشگران مورد نقد و بررسی قرار گرفت. پژوهشگران درباره علت پیدایش تردیدها نکات زیر را یادآور شده‌اند:
· تعداد کمی از معلمان دوره راهنمایی صلاحیت و توانایی استفاده از آزمایشگاه و فعالیتهای عملی را به نحو احسن دارند.
· تأکید بیش از حد بر اجرای فعالیتهای عملی، به درک نادرستی از کاوشگری علمی منجر می شود.
· بسیاری از آزمایشهای انجام گرفته در مدارس، پایه علمی درستی نداشته و بی ارزشند.
· فعالیتهای عملی انجام شده در مدارس، دور از توانایی ها و علائق دانش‌آموزان هستند.
در اواسط جنگ سرد، در سال 1957، با پرتاب اولین سفینه فضایی (اسپوتنیک) توسط شوروی سابق، شوک عظیمی در بعضی از کشورها ایجاد شد. در مورد آموزش علوم تجربی، از قبل انتقادهایی در زمینه عدم کارایی روشهای آموزشی موجود وجود داشت و پرتاب سفینه اسپوتنیک سبب شد تا بسیاری از کشورها، با شدت هر چه بیشتری به انجام اصلاحاتی در برنامه‌های درسی خود همت گمارند. اصلاحات برنامه درسی آموزش علوم نیز از جمله برنامه‌هایی بود که در بسیاری از کشورها به آن پرداخته شد. از مهمترین برنامه‌های درسی جدید، می‌توان به پروژه های نافیلد در مدارس ابتدایی، راهنمایی و متوسطه انگلستان و مطالعه و بررسی برنامه درسی علوم زیست شناسی، فیزیک و شیمی در ایالات متحده اشاره کرد. اساس این پروژه‌ها بر درک مفهومی و یادگیری بخش اعظم حقایق علمی استوار بود و روی این اصل، دانش آموزان مجبور شدند تا از کتابهای درسی جدید و ویژه ای استفاده نمایند. برنامه درسی جدید بر توسعه هر چه بیشتر مهارتهای پایه، و نیز استفاده از فعالیتهای عملی در کنار کلاس درس تأکید داشت.
در سال 1980، جان سالومون با انتشار کتابی تحت عنوان «آموزش کودکان در آزمایشگاه» گفت: «شکی نیست که آموزش علوم تجربی باید در آزمایشگاه صورت گیرد، زیرا که علوم تجربی به آزمایشگاه تعلق دارد، همانطور که آشپزی به آشپزخانه و کشاورزی به مزرعه تعلق دارد. سالومون این الزام در اجرای فعالیتهای عملی را با الهام از نظریه‌ها و فعالیتهای صورت گرفته توسط آرمسترانگ مطرح کرد و با اجرای پروژه‌های مختلف آموزش علوم، موجب گسترش این نظریه شد. سولومون درکتاب خود خاطر نشان کرده است که سؤالات زیادی در رابطه با چگونگی تنظیم برنامه فعالیتهای عملی و اجرای آن در مدارس وجود دارد، اما در کتاب او اشاره‌ای به میزان فعالیتهای عملی در مدارس نشده بود. با این حال میزان فعالیتهای عملی در مدارس را کِر (1963) که در زمینه انجام فعالیتهای عملی در مدارس پژوهش می‌کرد، مشخص کرد. کِر با الهام از نظریه رشد شناختی پیاژه متذکر شد که معلمان علوم برای تنظیم میزان فعالیتهای عملی در مدارس، باید تلاش کنند تا در دورة تحصیلی ابتدایی (یعنی سنین 7 تا 11 سالگی)، با نمایش آزمایشهای ساده و جذاب و نیز انجام آزمایشهای بسیار ساده توسط دانش‌آموزان، آنها را به علوم تجربی علاقمند کنند. در دوره تحصیلی راهنمایی نیز باید روشهای علمی به دانش آموزان آموخته شود؛ ولی از سنین 14 و 15 سالگی، ارتقای روشهای علمی و دست یابی به سطوح بالاتر تفکر را هدف اصلی خود قرار دهند.
نقش فعالیتهای عملی در آموزش و یادگیری علوم
هودسون (1990) با مرور پژوهشهای انجام گرفته در زمینه نقش فعالیتهای عملی در آموزش علوم، ضرورت انجام فعالیتهای عملی در مدارس را برای تأمین اهداف مهمی لازم می داند. این اهداف عبارتند از: تقویت روشهای ایجاد انگیزه، آموزش مهارت ها، غنا بخشیدن به روشهای یادگیری مفاهیم، توسعه روش‌ها و نگرشهای علمی نظیر؛ تفکر آزاد، شفاف، آگاهانه، آینده‌نگر و نیز تقویت توانایی قضاوت منطقی در امور مختلف. پژوهشهای هودسون در زلاندنو نشان‌می‌دهد که 57% دانش‌آموزان 13 تا 16 ساله فعالیتهای عملی را دوست دارند، اما 40% آنها هنگامی که نمی‌دانند چه نوع فعالیتی انجام می‌دهند و یا برداشت نادرستی از فعالیتها دارند، انگیزة کمتری از خود نشان می‌دهند. نتایج حاصل از بررسی‌ها و مطالعات هودسون نشان می‌دهد که دانش‌آموزان هنگامی از فعالیتهای عملی بیشترین بهره را می‌برند که موارد زیر به درستی اجرا شود:
· فعالیتهای عملی، به صورت مشخص و آگاهانه انجام شوند.
· فعالیتهای عملی دارای یک هدف شفاف و عملی باشند.
· فعالیتهای عملی به صورت مستقل و با کنترل محدود انجام پذیرند.
نوع فعالیتهای عملی که بسیاری از دانش‌آموزان عهده‌دار انجام آن می‌شوند، با انتقال از دورة ابتدایی به دورة راهنمایی تغییر می‌کند. در ابتدای امر شاید انجام فعالیتهای عملی دارای ساختار مشخصی نباشد و فقط به انجام چند فعالیت عملی بوسیله دانش‌آموزان محدود شود، اما در دورة راهنمایی، ممکن است فعالیتهای عملی معلم محور انجام گیرد که در آنها امکاناتی مثل آزمایشگاه مستقل و نیز انجام فعالیت‌هایی که در زندگی روزمره کاربردهایی داشته و همه‌گیر باشند، در نظر گرفته شود. هنگامی که فعالیتهای عملی نتواند سبب افزایش رشد تحصیلی شود، آمیخته‌ای از ناتوانی و بی‌ربط بودن مطالب علمی و فعالیتهای عملی، می‌تواند جایگزین انگیزه اصلی فعالیتهای عملی گردد.
هودسون (1993) در رابطه با میزان فعالیتهای عملی در مدارس، دو نوع الگو را پیشنهاد کرده است. اولین مورد یاددهی الگوهای رایج و معمول می‌باشد که ممکن است در خارج از آزمایشگاه نیز موجود باشد، و دومین مورد آموزش الگوهایی است که برای تربیت دانشمندان آینده لازم است. او دلایل خود را برای اجرای الگوی اول تحت عنوان «کناره‌گیری از موضوعات بی‌معنی» چنین بیان می کند:
«واقعاً سخت است که مثلاً تصور کنیم امکان فعالیت با یک پیپت و بورت در عملیات حجم سنجی در درس شیمی، فقط باید در یک آزمایشگاه مجهز صورت گیرد، یا از یک اسیلوسکوپ و یا میکروسکوپ نمی‌توان در محیط غیرآزمایشگاهی مثل کلاس درس استفاده کرد. بسیاری از الگوهای رایج یادگیری را می‌توان به صورت فعالیتهای عملی در خارج از محیط مدرسه و آزمایشگاه نیز انجام داد».
بدون شک انجام فعالیتهای علمی، بخشی از فرایند آموزش علوم می‌باشد. اما شواهد نشان می‌دهد که دانش‌آموزان نمی‌توانند برخی از فعالیتهای علمی را به خوبی انجام دهند. هر چند بعضی از آزمایش‌ها را نمی‌توان بوسیله وسایل دست ساز انجام داد؛ اما این آزمایش‌ها را می‌توان با استفاده از فعالیتهای رایانه‌ای، مثل مدل سازی، پردازش اطلاعات و یا شبیه‌سازی انجام داد.
اهمیت انجام فعالیتهای عملی در آموزش علوم
دلایل زیادی وجود دارد که به نوعی بیان کننده اهمیت انجام فعالیتهای عملی در آموزش اثر بخش علوم می باشند. برخی از این دلایل عبارتند از:
1- انجام فعالیتهای عملی به دانش آموز کمک می کند تا مهارتهای لازم برای یک دانشمند را کسب کند. این مهارتها عبارتند از: برنامه ریزی، مشاهده دقیق، اندازه گیری، ثبت دقیق و درست اطلاعات، نمایش شفاف و به دور از اغراق اطلاعات، ارائه صحیح نتایج و یافتن ارتباط منطقی بین متغیرها.
2- پرداختن به فعالیتهای عملی سبب می شود تا دانش آموزان حقایق و مفاهیم علمی را بهتر درک نمایند.
3- استفاده از فعالیتهای عملی سبب فعال شدن یادگیری شده و دانش آموزان را وادار می کند تا درباره اهداف فعالیت عملی فکر کنند. بنابراین با اجرای فعالیتهای عملی، به جای اینکه دانش آموزان در مقابل بارش یک طرفه اطلاعات از طرف معلم تسلیم شوند، به طور فعال در مبادله اطلاعات و تجربه با معلم شریک می شوند.
4- انجام فعالیتهای عملی سبب واقعی تر جلوه دادن حقایق علمی می شود.
5- انجام فعالیتهای عملی به دروس علوم تجربی هیجان و علاقه بیشتری می بخشد.
6- انجام فعالیتهای علمی سبب رشد مهارتهای مورد نظر برنامه درسی و اهداف آموزشی نظیر: رشد ارتباطهای علمی، رشد سواد علمی، و توانایی استفاده از فناوریهای اطلاعات و ارتباطات می شود.
مشکلات موجود در انجام فعالیتهای عملی
بیشتر معلمان به اهمیت استفاده از فعالیتهای عملی در آموزش اثر بخش فیزیک، شیمی و زیست شناسی واقفند و معتقدند که باید در آموزش علوم از فعالیتهای عملی استفاده شود؛ اما در بیشتر مواقع این امر محقق نمی شود. موانع متعددی وجود دارد که باعث می شود تا معلمان نتوانند به راحتی از فعالیتهای عملی در آموزش علوم استفاده نمایند. صرفنظر از نظام آموزشی، کتابهای درسی، سنجش و ارزشیابی و نیز عوامل بیرونی مثل آزمونهای ورودی دانشگاهها و فرهنگ جامعه، می توان به سه عامل: کمبود امکانات، محدودیت زمان و اندازه کلاس درس و آزمایشگاه اشاره کرد که به نوعی بر میزان استفاده از فعالیتهای عملی در مدارس تاثیر می گذارند.
اگر در یکی از مدارس دولتی حضور یافته و پای صحبت دانش آموزان بنشینید، آنان خواهند گفت: «در مدرسه ما امکانات خوب آزمایشگاهی وجود ندارد، به سختی وسیله یا مواد شیمیایی سالم پیدا می شود و متصدی آزمایشگاه ماهر نیز نداریم». مدرسه ای که در برنامه درسی خود بدون فراهم ساختن امکانات آزمایشگاهی به آموزش علوم تجربی می پردازد، از ارائه حداقل حمایتهای خود از دانش آموزان کوتاهی کرده است. مسئولین مدرسه نباید در تامین امکانات آزمایشگاهی خود را فریب داده و یا کوتاهی نمایند. مدارسی که دارای منابع و امکانات محدودتری هستند، لازم است تا فعالیتهای عملی را که نیازمند حداقل امکانات آزمایشگاهی بوده و قابل اجرا در کلاس درس باشند، و یا حتی به صورت مطالعه میدانی یا پژوهش در بیرون از کلاس درس قابل اجرا باشند، انتخاب کرده و اجرایی نمایند. حتی هنگامی که به علت محدودیت امکانات آزمایشگاهی، معلم ناچار به اجرای نمایشی فعالیتهای عملی می شود، دانش آموزان می توانند به طور فعال در رویکردهای انتخاب شده فعالانه شرکت نموده و حالت یادگیری را از حالت غیر فعال خارج سازند. بیشتر مدارس فاقد تکنسین یا متصدی آزمایشگاهی ماهر هستند؛ اما در غیاب آنها نیز می توان با بهره گیری از یک یا چند نفر از دانش آموزان، بخش اعظم فعالیتهای آزمایشگاهی را انجام داد.
بسیاری از معلمان فیزیک، شیمی و زیست شناسی معتقدند که اگر بخشی از زمان کلاس درس را به انجام فعالیتهای عملی اختصاص دهند، در این صورت نمی توانند کتاب را در مدت زمان مقرر شده به پایان برسانند. در برنامه درسی مدارس متوسطه، انجام فعالیتهای عملی بخشی از برنامه درسی قصد شده بوده و زمان لازم برای انجام اینگونه فعالیتها در برنامه درسی در نظر گرفته شده است و با یک برنامه ریزی دقیق و منظم می توان از وقت کلاس به نحو شایسته ای هم برای آموزش مفاهیم و هم برای انجام فعالیتهای عملی استفاده کرد. از آنجایی که در برنامه درسی آموزش علوم، حدود 20 درصد نمره پایانی هر درسی به فعالیتهای عملی اختصاص دارد، بنابراین منطقی خواهد بود که 20 درصد کل زمان کلاس در یک سال تحصیلی به انجام فعالیتهای عملی اختصاص داده شود. همچنین باید دقت کرد که معلمان در چارچوب برنامه درسی فعالیت نمایند. معمولاً معلمانی که به انجام فعالیتهای عملی مبادرت نمی ورزند، تلاش می کنند تا به ارائه مطالب و مفاهیمی فراتر از موضوعهای مورد بحث برنامه درسی بپردازند. این عمل نه تنها موجب اتلاف وقت کلاس درس می شود، بلکه در صورت ارائه مفاهیمی سخت و خارج از کتاب درسی، موجبات منفعل شدن دانش آموزان را فراهم می سازد.
بعضی از معلمان از کوچک بودن اندازه کلاس درس، آزمایشگاه و یا زیاد بودن تعداد دانش آموزان شکایت کرده و می گویند که در کلاس درس آنها بین 40 تا 50 نفر دانش آموز حضور داشته و فضای کافی برای انجام فعالیت عملی وجود ندارد و با حرکت و جابه جایی دانش آموزان نظم کلاس به هم خورده و کنترل آنها بسیار دشوار است. شکی نیست که انجام فعالیت عملی در یک کلاس درس شلوغ مشکل است. معمولاً میانگین تعداد دانش آموزان در هر کلاس درس باید حداکثر30 نفر در نظر گرفته شده و فضای کافی برای آنها لحاظ شود. در صورت زیاد بودن تعداد دانش آموزان و یا کوچک بودن اندازه آزمایشگاه، می توان فعالیت عملی را در یک سالن بزرگتر انجام داد و یا اینکه دانش آموزان را به گروههای کوچکتری تقسیم کرده و به نوبت اقدام به انجام فعالیتهای عملی نمود.
نتیجه گیری:
فعالیتهای عملی یکی ار ارکان اصلی آموزش علوم تجربی محسوب شده و موجبات رشد دانش علمی، مهارتی و نگرشهای علمی دانش آموران را فراهم می سازند. انجام فعالیتهای عملی علاوه بر تثبیت یادگیری و افزایش طول عمر ماندگاری مفاهیم آموخته شده، سبب دست ورزی و کسب مهارتهایی می گردد که در زندگی روزانه مورد استفاده قرار گرفته و زمینه های نوآوری دانش آموزان را فراهم می سازد. هر چند مشکلات متعددی در انجام فعالیتهای عملی در مدارس وجود دارد؛ اما برهمه افراد دخیل در آموزش علوم تجربی واجب است تا با برطرف نمودن مشکلات، شرایط استفاده از فعالیتهای عملی در آموزش علوم را فراهم سازند.
منابع:
Hodson, D. (1990) A critical look at practical work in school science. School Science Review, (70): 33–40.
Hodson, D. (1993) Re-thinking old ways: towards a more critical approach to practical work in school science. Studies in Science Education, (22): 85–142.
Kerr, J.F. (1963) Practical Work in School Science. Leicester: Leicester University Press.
Millar, R. (2004) The Role of Practical Work in the Teaching and Learning of Science, The University of York, National Academy of Science, Washington DC.
