A FIZIKATANÍTÁS AKTUÁLIS IRÁNYZATAI NÉMETORSZÁGBAN

Rainer Götz
Freiburgi Pedagógiai Főiskola

A fizikatanítás aktuális irányzatait a szakdidaktika kutatása és oktatása terén szerzett saját tapasztalataim, valamint a fizikatanári továbbképzéseken gyűjtött tapasztalatok alapján szeretném felvázolni.

Mit hangsúlyoztunk leginkább az elmúlt években? Azt hogy a fizikatanításnak tanulócentrikusnak és ugyanakkor szakorientáltnak kell lennie, teljesen természetes. De mi új hangsúlyokra és értékekre találunk.

Tanulócentrikus tanítás

Fontos, hogy a tanuló saját tanulási folyamatának alanya, ne pedig a tanítás tárgya legyen. Az tanulás az egyén előrehaladása, amelyhez az előképzettség, a képesség és az érdeklődés szolgál alapul.

Követelmény, hogy e tanítási folyamat a tanuló önálló tevékenységére épüljön. Bebizonyosodott, hogy az értelmi struktúrák, a beállítódás és az érdeklődés mindenek előtt aktív önálló tevékenységgel alakuljon ki. Ezért az általános munkaformákat egy szükséges minimumra kell redukálni és egyéni tanítási formákkal kell helyettesíteni. Ha az önálló gondolkodás és cselekvés lehetővé válik, akkor a tanulók rendszerint sikerélményhez jutnak. A tanulói részvétel növekedése a tanulási folyamatban a tapasztalatok szerint új motivációs lehetőségeket teremt.

A fent leírt tanulási módot Ernst von Glaserfeld után konstruktivizmusnak nevezzük. Minden tanuló saját elképzeléseiből, saját gondolataiból vagy téves elképzeléseiből indul ki. Új ismeretekre csak úgy tehet szert, hogy ezeket a már meglévő saját gondolati eszközeivel alakítja ki. Önálló és öntevékeny tanulás folyik, amely az előismeretekből, tapasztalatokból indul ki.

Szakorientált fizikaoktatás

A fizikaoktatás során a közvetlen valóság tárgyaival és folyamataival való találkozást kell keresnünk. Itt nemcsak a fizika tartalmáról van szó, hanem munkamódszerekről is. Meg kell tapasztalnunk a fizika megállapítása érvényességének határait. A fizikatanulást ki kell egészíteni a fizikáról szóló tanításokkal. Tisztában kell lennünk a fizika születésével, kultúrtörténeti jelentőségével.

Fizikatanítás aktuális irányzata: az élményorientáció

A szociológusok úgy jellemzik társadalmunkat, mint élménytársadalmat. A fizikatanításban szerzett élményanyag a természeti jelenségekhez kötődő érzelmekből alakul ki. Ez lehet egy intellektuális "Aha-felfedezésélmény" a természethez fűződő kapcsolatban. Ez kiegészíti

a megértést segítő szakmai lépéseket. Ágy a fizikaoktatásban az ésszerűség mellett az érzelmek is fontos szerepet játszanak.

Hogyan valósulnak meg ma ezek az irányzatok a fizikaoktatásban? Ennek illusztrálására szeretném ismertetni a Baden-Württemberg-i reáliskolákban szerzett tapasztalataimat.

1995-ben a tartomány továbbképző központjában egyhetes konferenciát rendeztünk "A reáliskolákban folyó természettudományos oktatás" címmel. A mintegy 100 meghívott tanár egyetértett abban, hogy a tanár sokfajta módszerrel tanítson azért, hogy a fizikaoktatás
- élményorientált legyen,
- és a tanulók önállóan, öntevékenyen és eredményesen tanuljanak.
Több munkacsoport alakult, amelyek egy-egy téma kimunkálásával foglalkoztak. A teljesség igénye nélkül néhány ezek közül:
- Tevékeny tanulás - a megismerés másik útja. (Itt a sajátos tanulói kísérletek kiválasztásáról és megvalósításáról volt szó.)
- Bevezető beszélgetések a fizikáról - tanulói kiselőadások a fizika történetéből.
- "Értve tanítani."
- A "megértés" a fizikatanítás fő célja.
A megértés az a kategória, amely a személy értelmi és érzelmi szférájának közös területét jelöli. Ez több a betéve megtanult tananyag egyszerű visszaadásánál. A megértés ezért nemcsak az értelem kérdése, hanem az érzelemé is.
- "Szabadon választott munkaformák a fizikaoktatásban"
Ebben a csoportban a munkamegosztáson alapuló csoportfoglalkozások módszereivel és tapasztalataival foglalkoztak. A tanulócsoportok a tanár háttérben maradása mellett önállóan és öntevékenyen dolgozzák fel a témát. Kidolgozzák, elvégzik és kiértékelik a szükséges kísérleteket. Ez a témakör különös érdeklődést váltott ki a kollégák körében. Tükrözte, hogy a fizikatanárok milyen témák iránt érdeklődnek fokozottabban. Ezek például:
- "Az egész több, mint részeinek összege - szaktárgyi oktatás"
- "Ökológia és környezeti nevelés"
- "Lányok érdeklődése a fizikaoktatásban"
- "Számítógép szerepe a fizikaoktatásban"
- "Káoszelmélet"
A káoszelmélethez, a nemlineáris rendszerek dinamikájához egy kísérletet mutatok be: a mágneses ingát. Ez a 9., 10. osztályban kerülhet demonstrálásra. Ismeretes, hogy minden, a természet törvényeire irányuló kutatás azon az alapfeltételezésen nyugszik, hogy ugyanazok az okok hasonló hatásokhoz vezetnek. Ez a tapasztalat a fizika jelenlegi tézisein alapul és ezért nagymértékben megbízható. Azt mondjuk: Hasonló okok hasonló hatásokhoz vezetnek (erős ok-okozati összefüggés.)

1. ábra. Az inga, mint szerencsejáték.

De minden bizonnyal vannak más tapasztalataink is. A meteorológia a fizika egyik ága. Mi a helyzet az időjárás-jelentések megbízhatóságával? Edward Lorenz meteorológus a következő fontos felfedezést tette: számítógépén szimulálta az időjárást, megismételte a számítást hasonló, csak kicsit eltérő kezdeti feltételekkel és a mesterségesen létrehozott időjárási folyamat nagyon finom összefüggéseit figyelte meg. Lorenz ezt pillangóhatásnak nevezte el: egy pillangó szárnycsapása lehet egy forgószél előidézője.

Általánosan kijelenthetjük a kaotikus rendszerekről: a kezdeti feltételekben lévő kis különbségek nagyon eltérő viselkedéshez vezetnek. Az erős ok-okozati összefüggéstől eltérően a gyenge ok-okozati összefüggést a következőképpen fogalmazhatjuk meg: "Hasonló okok teljesen eltérő hatásokhoz vezethetnek."

A kaotikus rendszerek legfőbb ismérvei:

a) A rendszer következő állapotát a múltja, tehát a megelőző állapota visszacsatolás útján határozza meg. Az állapotok sora megfelel egy ismételt - azaz mindig ismétlődő egyszerű művelet alkalmazásának. (A kamatos kamat számítás például egy ilyen iterációs eljárás.)

Lengessünk egy vasgolyót a Föld gravitációs erőterében és egy egyenlő oldalú háromszög csúcsaiban elhelyezett mágnesek között kialakult mágneses mezőben (1. ábra). A közegellenállás miatt csillapodik a lengés, a pálya irányítatlanná válik, végül az inga eléri a nyugvópontot, anélkül, hogy a végső helyzet előre meghatározható lett volna.

b) A visszacsatolás nem lineáris

Példánkban a golyóra több erő vektori eredője hat, amely az F = m · a Newton-axióma szerint " a " gyorsulást eredményez. Az általa igen rövid idő alatt megtett utat differenciálegyenlettel számoljuk ki. Az új helyzetből kiindulva a számítást az ott ható, kicsit megváltozott erővel ismételjük meg. Figyelembe kell vennünk a közegellenállási erőt is, ami a sebességtől négyzetesen függ. Így ezt egy számítógép-programmal nagyon-nagyon sok lépésben ki lehet számolni. A számolás eredménye a képernyőn megjeleníthető (2. ábra).

2.ábra Analógiák az inga viselkedésére.

Ebből látható, hogy három olyan terület van, ahonnan kiindulva a golyó végső helyzete előre meghatározható, de mindenütt, ahol két ilyen terület találkozik, érinti a harmadikat. A golyó mindenkor a mezők közötti keskeny sávon található és senki sem tudja előre megmondani, hogy melyik mezőbe kerül be.

A kaotikus rendszerekre átfogóan érvényes, hogy kimenetelük törvényszerűen következik be labilis a közbenső helyzetekkel, amelyeknél a "billenés" a legkisebb változásoktól függ.

Megemlítem, hogy a konferencia fentebb felsorolt témái között kiemelten foglalkoztunk még az:

- önálló, öntevékeny tanulás (konstruktivizmus)

- élményorientáltság (párosítva a módszerek sokféleségével) a fizikaoktatásban témákkal.

Tapasztalataink alapján mondhatjuk, hogy sok olyan elkötelezett tanár kollégát ismerünk, akik azon fáradoznak, hogy ezeket az ajánlásokat az iskolai életben megvalósítsák. A Baden-Württemberg-i reáliskolákban ilyen tanárokból 4 munkacsoport alakult azzal a céllal, hogy tapasztalatcserét tartsanak az új eljárásmódok kölcsönös megvitatására. A Művelődési Minisztérium ki a reáliskolák minden osztályának versenyt írt, hogy évente valamelyik természettudományos tantárgy, vagy a technika tantárgy egy témakörével pályázat formájában önálló és öntevékeny módon foglalkozzanak. Nem az egyéni, hanem a csapatmunka a keresettebb: A különösen jól sikerült dolgozatokat megjelenthetjük. A zsüri (amelynek én is tagja vagyok) 10 dolgozatot kiválaszt és a három legjobbat jutalmazza. A minisztérium reméli, hogy ilyen módon motiválhatjuk a tanárokat és az osztályokat. Mindannyian tudjuk, hogy az általam leírt aktuális irányzatok törekvései alapvetően nem tartalmaznak újat, de fontos, hogy minden tanárgeneráció megismerje ezeket, s ezekből kiindulva tervezze és szervezze oktatását.

________________________

Előadás a Bessenyei György Tanárképző Főiskolán. Fordította Hadházy Tibor