نظریه ای بر روش آموزش مقدماتی فیزیک

در آموزش مقدماتی فیزیک آنچه که هدف و مدنظر قرارمی گیرد ؛ عبارتست از : انتخاب متن ها و درسها، انتخاب روش مناسب تدریس و آزمایشگاه که به کمک همدیگر یک روش کامل را در جهت آموزش ارائه می دهند.
اگرچه آزمایشگاه به خودی خود، مبحثی جداگانه است ولیکن به جهت نقش خاصی که در درک مطلب یک دورة آموزشی دارد موضوع مورد بحث ما قرار می گیرد. برای اینکه به هدف نهایی مان که همان شفافیت در آموزش و حفظ پیوستگی مطالب فیزیکی است، نائل شویم لازمست دورة مورد نظر را با پنج مشخصه تعریف کنیم که عبارتند از پیوستگی، وابستگی، سازگاری، نظم و ترتیب، همگام سازی.
همواره در انجمن های فیزیک پرداختن به دوره های مقدماتی آموزشی فیزیک از اهمیت خاصی برخوردار بوده است. مثلاً درسال ۱۹۸۰ ( فرانسه به عنوان میزبان،) به بررسی ابهامات فیزیکی که در رابطه با توجیه و تفسیر جهان می باشد در نظر گرفته شد. درسال ۱۹۸۴ ریدگن فرضیه هایی را در ستون سر مقاله روز نامه ی آمریکایی فیزیک مطرح نموده است .
به عقیدة بسیاری از دانشمندان فیزیک از سراسر جهان طی سالهای گذشته، بیان این پرسش از خودمان که : چرا این موضوع در دانشگاه جامعیتی فراگیر نیافته ؛ این فرصت را ایجاد می نماید که به آن صورتی ویژه بپردازیم .
از دیر باز همواره این علاقه برای پرداختن به مبانی فیزیکی وجود داشته است . مثلاً پیش گرفتن یونسکو از شبکه آموزش و پرورش فیزیک آسیا (ASPEN)، تلاش کمیته مطالعات علوم فیزیکی (PSSC) که تحت نظارت دانشگاه (MIT) در شاخه های مختلف مبانی فیزیک انجام می دهد؛ از جمله ی این موارد است . در واقع تمامی این تلاشها و بازنگریها پاسخی است به تغییرات سریع جهان در مدل شبکه آموزش و پرورش.
در فیزیک آسیا (ASPEN)؛ فیزیک و آموخته های آن به صورت یک روش کامل در نظر گرفته می شوند که عبارتند از درس کلاس، آزمایش تئوری، الگو سازی، اثبات فرضیه ها و غیره . در این روش تئوری و آزمایش حتماً باید با هم در تعادل باشند تا یکپارچگی حفظ شود.
روش (PSSC) نیز همین اهداف را دنبال می کند .
در روش (PSSC) هدف تحریک علاقه و هدایت دانش آموزان به سمت انجام آزمایش به همراه درک مفاهیم علمی است بدین ترتیب آنها به جای حفظ نمودن مطالب، روشهای فکرکردن را هم می آموزند .
هر دو این روشها در واقع بر این مفهوم تأکید دارند که تئوری و عمل مکمل یکدیگرند، به این معنی که هدف حفظ ماهیت فیزیکی است؛ یعنی همان چیزی که در طبیعت تاًکید فوق العاده ای بر آن شده است .
فیزیک با طبیعت همبستگی و تأثیر پذیری متقابل دارد. همچنین در مطالعات دانشگاهی دارای دو نقش می باشد یکی اصول و مبانی علمی است و دیگری خدماتی است که به دانشجویان پزشکی، مهندسی یا هنرهای تجسمی میدهد. اگر چه این یک امر بدیهی است، لیکن باید توجه داشته که توانایی درک موضوع به میزان علاقه، سخت کوشی، نظم و انضباط و تمرکز فکر شخص بستگی دارد. به گفته (Koh ۱۹۹۰) این همان موضوعی است که ذهن نوابغی همچون گالیله، نیوتن، انیشتین را به واکنش و رقابت علمی در جهت کشف موضوع وا داشته است .
اگر به بررسی موضوعات فیزیکی بپردازیم نکته ای که می توان حدس زد، یگانگی و وحدت در مورد قوانین فیزیکی است. اکوسیتک را می توان به عنوان بخشی از مکانیک و مغناطیس دانست و اپتیک را جزئی از الکترو دینامیک در نظر گرفت (Amaldi ۱۹۷۳ : Sheibo ۱۹۸۶) و اینها باید به نوعی در دوره ی مقدماتی آموزش فیزیک گنجانده شود .
چکیده و خلاصه ی مقاله اندرسن برنده ی جایزه ی نوبل ۱۹۹۰ این بوده که فیزیک جزئی تفکیک ناپذیر از کلیه علوم است و این تفکیک ناپذیری باید در کلیه دوره های درسی مقدماتی، در نظر گرفته شود.
حال می پردازیم به سه روش مقدماتی آموزش فیزیک که عبارتند از: درس ها، روش مناسب ارائه مطلب و آزمایشگاه .
● متن مورد استفاده در روش مقدماتی آموزش فیزیک
هر مفهوم یک روش منحصر به فرد به عنوان پایه و اصول دارد. یعنی یک تعریف واضح و مشخصی دارد که به عنوان الگو و مرجع محسوب می شود. کتاب فیزیک هالیدی-رسنیک (۱۹۸۱) از کتابهای مرجع فیزیک پایه می باشد و به عنوان کتابهای عمومی فیزیک معرفی می گردد و هیچ منبع دیگری را که به خوبی این کتاب به آموزش مبانی فیزیکی پرداخته باشد، پیدا نمی شود .
در تلاش برای شناخت مبانی فیزیک، همواره با نقطه نظرات متفاوتی درکتابهای درسی مواجهه می گردیم که همه ی آنها در معرفی ارائه روش متن و فرمت، عموماً نقطه نظرات متفاوتی دارند. بعضی از آنها تأکید بر ریاضیات مسئله داشتند بعضی دیگر به کیفیت مطالب طبقه بندی شده تأکید دارند برخی دیگر به شکستن موضوعات و تلفیق آنها با تجربیات علمی و صنعتی تاکید دارند و بعضی دیگر بر این عقیده هستند که تأکید بر درک مفاهیم و عقاید فیزیکی به طور مستقیم نباشد (نظریه Tzanakis & coutsmitros ۱۹۸۸).
به طور خلاصه میتوان گفت که متون فیزیکی بسیار اندکی را می توان یافت که مناسب دوره های فیزیک مقدماتی باشد .
طرز نوشتن یک قانون بنیادی فیزیک، مسئولیت سنگینی و بیان و توضیح دادن این قوانین برای کسانی که سر رشته ای از فیزیک ندارند، کاری سخت و طاقت فرسا است .
در کتاب (Hans Breuer ۱۹۷۵) با عنوان فیزیک برای زندگی دانشجویان فیزیکدان، آورده شده که : اگر یک فیزیکدان بیاید چکیده و خلاصه ای از بخشهایی را که در زیست شناسی یا پزشکی مطرح شده، انتخاب کند و آموزش دهد باعث از بین رفتن علاقه و انگیزه دانش آموزان می شود ولی اگر در آموزش مطالب درسی، به طور جدی و متفکرانه مطالبی انتخاب شوند که با هم سازگاری داشته باشند و نظم و ترتیب خاصی بین مطالب آن دیده شود، انگیزه ی مطالعه در دانش آموزان بیشتر شده و دانش آموزان راضی و راغب خواهند بود .
یک نویسنده ی ماهر و توانا می تواند در شروع آموزش سر فصلها، ابتدا سوالاتی مربوط به آن درس را مطرح کند و سپس به طور عمیق به بیان این سر فصلها بپردازد .
● آیا ریاضیات زبان فیزیک است یا نه ؟
اگر چه ریاضیات زیر بنای بیان قوانین فیزیکی هستند و قوانین فیزیکی به کمک معادلات ریاضی قابل فهم بیان میشود ولی لزوماً قوانین فیزیکی به درس نهایی از طریق ریاضیات نمی رسند.بلکه به طور تقریبی می توان با کمک ریاضیات قوانین فیزیکی را کشف و بررسی کرد. تنها در فیزیک محض است که به تقریب ها و تخمین های فیزیکی می پردازیم .
صورت مسائلی که یک نویسنده برای مفهوم فیزیک پایه می نویسد، باید شامل تعالیم دوره ی مقدماتی فیزیک باشد. روش های آموزش فیزیک مقدماتی باید به گونه ای باشد که بتوان آن را به طور کامل از روش های پیشرفته آموزش فیزیک، تمییز داد؛ یعنی باید فصل مشترکی بین دوره ی درسی فیزیک دبیرستان و فیزیک دانشگاهی وجود داشته باشد تا یک پل ارتباطی مشخص و پیوسته بین آنها برقرارگردد .
همانطور که پیشتر گفته شد زمانی که سعی در ایجاد یک دوره ی مقدماتی فیزیک داریم باید سعی شود که هیچ گسستگی در مطالب اتفاق نیفتد تا فرد دچار مشکل نشود، البته شاید در بعضی از مطالب، اندکی درهم افتادگی وجود داشته باشد اما این تلفیق نباید بیش از اندازه باشد ؛ در غیر این صورت از هدف غائی آموزش این دوره، دور می شویم .به یاد داشته باشیم که دوره ی آموزشی را تکراری هم نکنیم.
آنچه که گفتیم از مشکلات و معضلات پایه ریزی دوره آموزش مقدماتی می باشد. لذا یک مدرس خوب سعی خواهد نمود که با تلفیق ایده ها و نظرات قدیم و جدید بهترین نتیجه را بدست آورد. موضوع دیگر بررسی کردن، ارزیابی کردن سوال ها از بابت مفهومی بودن و عمقی بودن مطالب می باشد. البته به نظر می رسد که این دو با هم سازگاری ندارند یعنی تاکید بر یکی مستلزم حذف دیگری است .
زمانی که موضوع جدیدی مطرح می گردد، اهمیت ارائه معنا یا مفهوم آشکار است. ولی زمانی که می خواهید به عمق مطالب بپردازید، باید آموزش مقدماتی آن مطلب، قبلاً داده شده باشد. لذا چنین به نظر می آید که پرداختن به عمق یک موضوع راحت تر و نمای تازه تری را به آن می دهد. (فرانسه Less (۱۹۸۸ گفته که: بهتر است موضوع در مقایسه با متن کوتاه و مختصر باشد و این همان چیزی است که در روش ASPEN گفته شد.
بر اساس آنچه که تاکنون گفته شد در روش های ارائه شده در آموزش مقدماتی فیزیک، حقایقی بسیار زیادی وجود دارد که دانشجویان می توانند در زندگی روزمره خود تجربه کنند . یک روش آموزش مقدماتی فیزیک باید آمیخته از اصول بنیادی و پایه فیزیک بوده و عاری از مطالب اضافی باشد یعنی همانند یک دایرة المعارف نباشد .
(Weidner (۱۹۸۵ گفته : ارائه دوره مقدماتی فیزیک باید عاری از روش های محاوره ای و غیر معمول باشد. اگر در آموزش مبنا بر جزئیات و ریاضیات مسئله شود یادگیری بسیار سخت و طاقت فرسا می شود. در حد امکان، هر درس یا مفهوم فیزیکی باید به صورت یک داستان بیان شود همانند آنچه که در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم بیان شود. تا در دانش آموزان علاقه و انگیزه برای بهتر یادگرفتن ایجاد شود و البته در روند این داستان می توان به اکتشاف تصادفی، حدسیات و فرضیات یا افکار ذهنی بشر، اشاره کرد .
حقیقت آن است که در آموزش فیزیک، باید آموزش را به صورت تدریجی ، مستمر و به صورت یک اصل قلمداد کرد. در بهترین حالت، این رویه باید به گونه ای باشد که وابستگی و تمرکز آن بر اصل وحدت فیزیکی معلوم و مشهود باشد. باید در آموزش فیزیک مقدماتی این امر مدنظر قراربگیرد که چگونگی توسعه ی علوم فعلی، حتماً در آن منظور شده باشد. به طور خلاصه در روش آموزش فیزیک مقدماتی باید به پنج شاخص توجه کرد که عبارتند از پیوستگی، وابستگی، سازگاری، نظم و ترتیب، همگام سازی. البته میزان مفهومی بودن، عمقی بودن و تلاقی معنا در سؤالات بستگی به میزان درک و توانایی مدرسین دارد .
● آموزش به روش آزمایشگاهی
روش آزمایشگاه یکی از بخش های برگرفته شده از دوره ی آموزش مقدماتی است که اهداف آن شامل چند گروه است. برای مثال (Chambers (۱۹۶۳ به پنج مورد اشاره کرد که یکی از آنها درک نکات درسی و توضیح و تکمیل مفاهیم آنهاست. یعنی آزمایشگاه یک نقش کمک درسی و تقویتی را ایفا می کند (Spears & Zollman (۱۹۷۷ عقیده داشتند که آزمایشگاه این فرصت را به دانش آموزان می دهد که نخست ماهیت علم را فرابگیرند.
علیرغم مخالفتهایی که با نقش آزمایشگاه وجود دارد ولی اثر گذاری آن کاملاً واضح و مبرهن است و به همین دلیل است که : مثلاً (Toothacker (۱۹۸۳ گفته که : اگر آزمایشگاه از دروس پایه تحصیلی دبیرستان حذف شود به سه هدف اصلی نمی رسیم، هدف اول محتوا بخشیدن به متن و هدف دوم توسعه نقش آزمایشگاه در درک مفاهیم و هدف سوم عبارت است پیشرفت و پیشبرد مهارتهای علمی و عملی در انجام دادن آزمایش .
(Nedesky) می گوید :در آموزش دوره ی راهنمایی آزمایشهای اندکی وجود دارد و همین باعث می شود تا دانش آموزان قادر به فهم کامل موضوعات علوم این دوره نباشند همچنین پیشرفت در مورد روش های تجربی آزمایشگاهی بسیار کم و اندک است یعنی در واقع در مورد دروس آزمایشگاهی به یک حالت سکون و ایستاده رسیده ایم. بر اساس گفته ی (Potter & Burns (۱۹۸۴ آزمایشگاه ها زمینه ی تجربی مفاهیم فیزیکی را با تمرکز بر تجزیه و تحلیل نتایج بدست آمده فراهم می کنند. عقیده ی (Eades (۱۹۷۶ هم همین است که انجام آزمایش می تواند در درک مفاهیم تئوری که به نوعی به نتایج آزمایشگاهی وابسته هستند، کمک بسیار شایانی به دانش آموزان بکند. در واقع او معتقد است که آزمایش و تئوری کاملاً به هم وابسته هستند .
به راستی قراردادن دوره ی درسی آزمایشگاه در پایه ریزی فیزیک مقدماتی و بالابردن مهارت های علمی و عملی و رسیدن به تکنیک های آزمایشگاهی و کاربرد نتایج آزمایشگاهی باید یک کار جدی تلقی شود .
●خلاصه ی بحث
در آموزش فیزیک مقدماتی همزمان باید به دو روش تئوری و آزمایش تکیه شود این دو از هم تفکیک ناپذیرند. البته بعضی از کارشناسان براین اعتقادند که درمورد آزمایش بعضی از قوانین استثنائاتی هم وجود دارد. به طور کلی هدف باید این باشد که بتوانیم حق مطلب را ادا کنیم و بگوییم که درس فیزیک با آنچه که در ماهیت جهان وجود دارد تفکیک ناپذیرند . فیزیک علم زندگی است و آثار آن را می توانیم در طبیعت مشاهده کنیم. همچنین اغلب کارشناسان دوره ی راهنمایی معتقدند که جزئیات و خلاصه ای از دانشی که در آموزش و تربیت علم دانش آموزان نقش دارد باید بیان شود و نیز چکیده ای از اکتشافات علمی بشر برای دانش آموزان بیان گردد. (Ridgen ۱۹۸۹)
فیزیک فقط حل یک مسئله ی ریاضی نیست بلکه راه و روشی است که بشر را به این نتیجه می رساند که : علم فیزیک، علم یگانه و واحدی است و توانایی درک وقایعی را می دهد که در جهان اتفاق می افتد .Ronowski ۱۹۵۲))
Armstrong(۱۹۸۴) گفته است: فیزیکدانان نباید فقط به روش های سخت و پیچیده ی اثبات فرمول های فیزیک تکیه کنند بلکه باید فیزیک را در پیرامون طبیعت مورد مطالعه و بررسی قرار می دهند و به دنبال معماهای بسیار پیچیده و ریاضیات مسئله نباشند .بلکه از بررسی مسائل آسان شروع کنند تا به عمق مطلب برسند.
کمترین کاری که یک آزمایش فیزیکی می تواند انجام دهد این است که دانش آموزان را وادار به کشف و بررسی قانون های فیزیک می کند. درست است که با انجام یک آزمایش به یک جواب صددرصد مطمئن و کاملا دقیق نمی رسیم ولی نباید آزمایش را به طور کامل کنار بگذاریم .
همانگونه که گفته شد سه روش آموزش مقدماتی فیزیک عبارت بودند از: درس ها، راه و روش مناسب تدریس و آزمایشگاه. بر اساس آنچه گفتیم تمامی دانش و آگاهی بشر بر دو رکن برابر استوارند که عبارتند از تئوری و آزمایش که به روش PSSC معروف است . اگر بین متن های علمی و آزمایشگاهی تعادل وجود نداشته باشد نمی توانیم ادعا کنیم که دانش آموزان آن مفهوم فیزیکی را به طور کامل درک کرده اند .
این دو رکن مانند دو سمبل و نماد مکمل و تقویت کننده ی یکدیگر هستند. با توجه به این توانایی ها می توانیم به ساختار و چگونگی پایه ریزی آموزش مقدماتی فیزیک دست پیدا کنیم. تعادل مناسب بین ارکان علم آموزشی باعث می شود تا همه به یک نتیجه واحد برسند که همان اصول بنیادی فیزیک است که نشان می دهد تمام اجزای آن به هم مربوط هستند و همه از یک منشا سرچشمه می گیرند .
در پایان باید کاری برای پیشرفت آموزش در تدریس درس فیزیک برای دانش آموزان انجام دهیم. ابتدا باید به آنها زمان دهیم تا کاملا مفاهیم پایه فیزیک و حقایق آن را درک کنند و از آزمونها سربلند و موفق بیرون بیایند. اگر مطالب فیزیک به طور واضح و شفاف بیان شوند و از انجام و پیوستگی در موضوع برخوردار باشند دانش آموزان به بهترین وجه می توانند مطلب مورد نظر را درک کنند که اگر اینگونه نباشد دانش آموزان دچار ابهام و سردرگمی می شوند .
خلاصه اگر دانش آموزان چگونگی راه و روش حل یک مسئله را متوجه نمی شوند و نمی دانند که چگونه باید مسئله را حل کنند، این ما هستیم که به آنها آموزش می دهیم پس بیایید روش درست فکر کردن، درست خواندن و فهمیدن را به آنها آموزش دهیم .

ترجمه و اقتباس: ف- لزر دوستی
References
French A P (۱۹۸۸) Am J Phys ۵۶ ۱۱۰
Rigden J S (۱۹۸۴) Am J Phys ۵۲ ۳۰۳
Koh A K (۱۹۹۲) Phys Ed ۲۷, ۱۱
Koh A K (۱۹۹۰) Physics and Society ۱۹, ۲
Amaldi E (۱۹۷۳) Physics Today ۲۳
Scheibe E (۱۹۸۶) Interdisciplinary Science Reviews ۱۱, ۱۴۸
Anderson P W (۱۹۹۰) Physics Today ۹
Halliday D and Resnick R (۱۹۸۱) &#۰۳۹;Fundamentals of Physics&#۰۳۹; John Wiley & sons, Inc.
Tzanakis C and Coutsomitros C (۱۹۸۸) Eur J Phys ۹, ۲۷۶
Breuer H (۱۹۷۵) &#۰۳۹;Physics for Life Science Students&#۰۳۹; Prentice-Hall, Inc
Weidner R T &#۰۳۹;Physics&#۰۳۹; (۱۹۸۵) Allyn and Bacon Inc
Chambers R G (۱۹۶۳) Bull Inst Phys and Phys Soc ۱۴ ۱۸۱
Spears J and Zollman D (۱۹۷۷) J Res Sci Teach ۱۴ ۳۳
Toothacker W S (۱۹۸۳) Am J Phys ۵۱ ۵۱۶
Nedesky L (۱۹۵۸) Am J Phys ۲۶ ۷۱۰
Potter J G and J Burns (۱۹۸۴) Am J Phys ۵۲ ۱۲
Eades J A (۱۹۷۶) &#۰۳۹;New Trend in Physics Teaching&#۰۳۹; edited by John L Lewis (UNESCO, Paris) Vol III ۵۲
Ridgen J S (۱۹۸۹) Nature ۳۳۸ ۷۱۵
Bronowski J (۱۹۵۲) Science ۱۲۳ ۷۱۰
Armstrong H L (۱۹۸۴) Am J Phys ۵۲ ۱۱
Dunn R (۱۹۹۰) Ed Leadership ۴۸ ۱۵
KOH AIK KHOON AND MAZLAN OTHMAN School of Applied Physics Universiti Kebangsaan Malaysia

منبع : کانون دانش