Znaczenie doświadczenia w nauczaniu fizyki.

1. Czym jest doświadczenie w pracy fizyka?

 Eksperyment naukowy, nazywany potocznie doświadczeniem, od dawnych czasów jest źródłem wiedzy o prawach fizycznych i pomaga w ich weryfikacji. Wszyscy fizycy chwalą sobie sam fakt, jak przeprowadzanie doświadczeń ułatwia docieranie do prawdy i odkrywanie nowych praw fizycznych. Jednym z pierwszych ludzi chwalących taki tok postępowania naukowego był ksiądz Józef Rogaliński, znany nam jako autor pierwszego polskiego (!) podręcznika fizyki (wydanego w roku 1756 w Poznaniu, w drukarni zakonu jezuickiego). nazywa on doświadczenie fizyczne „dociekaniem prawdy, które „rozlewa na duszę niejaką słodycz i rozkosz”[1].

Jak ważny jest eksperyment dla współczesnej fizyki dowodzą setki urządzeń budowanych dla polepszenia jakości badań. Warto też podkreślić, że fizyka teoretyczna nie miałaby prawa bytu bez możliwości potwierdzenia własnych dociekań.

2. Fizyka, jej nauczanie a doświadczenie fizyczne.

Współcześnie niemożliwe wydaje się nauczanie przedmiotu, jakim jest fizyka, bez wprowadzenia do programu doświadczeń. Na szczęście nie ma już podręczników które pomijałyby tak ważną kwestię. Opis zjawisk fizycznych, przyrządów i doświadczeń jakim służą wydaje się niezbędny. Możliwe jest stworzenie programów opierających się

Wyłącznie na wykonywaniu doświadczeń i rozwiązywaniu problemów eksperymentalnych. Pozwolę sobie na przytoczenie celów i funkcji dydaktycznych nauczania doświadczenia fizycznego opracowane przez G. Gęburę[2]:

ˇ        Po pierwsze doświadczenie uczy:

ˇ        techniki pracy doświadczalnej- budowy przyrządów i sposobu ich obsługi,

ˇ        wykonywania pomiarów lub obserwacji,

ˇ        umiejętności łączenia obwodów elektrycznych i odczytywania schematów,

ˇ        notowania wyników

ˇ        wykonywania obliczeń i korzystania z wyników pomiarów.

ˇ        Po wtóre:

ˇ               poszerzenie i pogłębienie wiedzy= gruntowniejsze poznanie fizyki,

ˇ              przekonanie o obiektywności praw fizycznych,

ˇ              umiejętności stawiania problemów doświadczalnych i ich rozwiązywanie itd.

ˇ        Walory ogólno wychowawcze pracy doświadczalnej:

ˇ              uczy samodzielności,

ˇ              postępowania według ścisłej instrukcji,

ˇ              aktywizuje umysł,

ˇ              uczy współpracy, cierpliwości, pokonywania trudności, staranności, dokładności w pracy, samokontroli itd.

Przytoczone powyżej umiejętności uczniowie zdobywają tylko przez wykonywanie doświadczeń laboratoryjnych, gdzie sami rozwiązują wiele problemów. Doświadczenia pokazowe (prace wyk. nauczyciel, lub wybrani uczniowie) realizują w mniejszym stopniu wymienione założenia, ale mają też swoje zalety. Można w ten sposób zbudzić zainteresowanie, można pokazać pewne aspekty metodologiczne i mogą one stanowić wprowadzenie do samodzielnych doświadczeń. Jak starałem się dowieść, doświadczenie jest bardzo ważnym aspektem nauczania i nie można rezygnować z niego przy prowadzeniu zajęć.  

3. Wiedza powszechna w opozycji do doświadczenia?

W ostatnim czasie dowiedziono, że człowiek bardzo często korzysta z tak zwanej wiedzy spontanicznej. Decyduje ona o naszym postępowaniu w sytuacjach życia codziennego a szczególnie o czynnościach zautomatyzowanych, np.: przy ocenie odległości, kierunku ruchu i miejsca upadku piłki; przy ocenie czy siła mięśni wystarczy do podniesienia pewnego przedmiotu, czy szklanka z wrzątkiem nie sparzy ręki itp. Pomimo swojej powszechności wiedza spontaniczna zawiera wiele błędów.

Jednym z najczęstszych błędów jest łączenie siły z prędkością. Kiedy na torze, po którym porusza się ciało wskaże się wybrany punkt i poleci się narysować wektory siły działającej na ciało w tym punkcie, wtedy uczniowie rysują wektor zgodny z wektorem prędkości chwilowej.

Wiedza fizyczna nauczana w szkole powinna wzbogacać wiedzę spontaniczną. W wyniku tego powinna powstać wiedza potoczna. Z doświadczenia wiem, że wiedza spontaniczna potrafi przetrwać w ludziach nawet na studiach fizycznych. W tym momencie zawsze pojawia się pytanie jak nauczać aby takie sytuacje nie miały miejsca?

Najtrafniejsze wydaje się wywołanie wątpliwości u ucznia co do słuszności wiedzy spontanicznej. Można tego dokonać poprzez odpowiednio dobrane doświadczenia lub gry dydaktyczne, a nawet komputerowe. Lukę, która powstaje po wywołaniu wątpliwości należy szybko wypełnić, np. za pomocą metodą problemową lub tzw ”burzą mózgów”, metodą zbliżoną do badań naukowych. Dowodem przyjęcia wiedzy potocznej jest jej osiągnięcie biegłości w jej stosowaniu i rozwiązywaniu problemów dnia codziennego.  

4. przeprowadzenie doświadczenia a stopień eksperymentowania.

Œwiat laboratoriów jest elementem łączącym świat idei i świat rzeczywistości. W laboratoriach wzbogaca się świat idei, tworzy nowe teorie i weryfikuje wnioski wyciągane z teorii. Ich podstawową funkcją jest przeprowadzanie doświadczeń. Wartość laboratoriów wynika nie tylko z ich centralnej pozycji na rysunku nr1. zależy ona od stopnia eksperymentowania.

                                                 Rys.1.Ilustracja roli laboratoriów

Każde doświadczenie można przeprowadzić ściśle według instrukcji lub postępować według wskazań nauczyciela  i wtedy mimo, że wykonuje się doświadczenie nie ma mowy o eksperymentowaniu. Sytuację dobrze ilustrują wykresy, na których oś X oznacza stopień kierowania przez nauczyciela, oś Y- stopień kierowania instrukcją, a oś Z- stopień eksperymentowania. Wszystkie te zmienne przyjmują wartości od zera do jedności.

Doświadczenia przeprowadzane w laboratoriach można podzielić na:

ˇ        pokazy,

ˇ        doświadczenia rozwijające,

ˇ        doświadczenia z alternatywami,

ˇ        doświadczenia wolne.

Największą wartość kształtującą mają doświadczenia, które zapewniają swobodę eksperymentowania przez nikły stopień kierowania. Tu można zaliczyć badania naukowe.

5. Iluzja upodobnienia nauczania do badania naukowego.

Upodobanie procesu nauczania do badania naukowego jest rozumiane jako wykonywanie pomiarów, które prowadzą do odkrywania „nowych praw fizyki. Przykładem tego jest pomiar wydłużenia drutu od działającej siły i dochodzi się do prawa Hookea. Widać tu upodobnienie sposobu nauczania prawa Hookea do jego odkrywania. Jest to odkrycie dla ucznia. Często zapominaną metodą dochodzenia do prawdy naukowej jest restrukturyzacja wiedzy. Można to zilustrować odkryciem prawa zjawiska fotoelektrycznego dokonanego przez Einsteina. Reguły, które opisał Einstein były już znane dużo wcześniej. Tyle, że nie było to zrozumiałe przez obowiązującą wtedy falową teorię światła.  Einstein dokonał głównie restrukturyzacji wiedzy o świetle: fale świetlne zastąpił fotonami i napisał swoje równanie. Takie podejście pozwoliło na zrozumienie tego zjawiska przy zastosowaniu teorii falowej.

         Nauczanie fizyki może zmienić strukturę wiedzy spontanicznej i ją wzbogacić tylko jeżeli uczeń dokona restrukturyzacji własnej wiedzy. Nie dostrzeżemy istotnych zmian w nauczaniu jeżeli nie będzie ono prowadziło do owej restrukturyzacji wiedzy. Bez rozbudzenia emocji nie można liczyć na sukces, a emocje możemy wywołać działając na zmysły, a nie przez nudne wykłady czy przekształcenia matematyczne.

Podsumowując:

Do tradycyjnych celów doświadczenia fizycznego dodać należy jego rolę w ujawnianiu błędów struktury wiedzy spontanicznej, przydatność do wywoływania emocji i wiązania wiedzy z działalnością praktyczną, która gwarantuje jej trwałość. Ważne są też możliwości, które otwierają się przed doświadczeniem wraz z upowszechnieniem mikrokomputerów i nowszych metod.

mgr Bolesław Banot