جایگاه فعالیتهای عملی در آموزش و یادگیری علوم تجربی

 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

فعاليت عملي به مجموعه‌اي از اعمال و فعاليتها گفته مي‌شود که به منظور شناخت پديده‌ها و در جهت سنجش فرضيه‌اي انجام گرفته و موجبات دست ورزي و کسب مهارت و تجربه را فراهم مي سازد.. در انجام فعاليتهاي عملي ممکن است از ابزار و وسايل خاصي استفاده شود. فعاليتهاي عملي فقط به انجام آزمايش در آزمايشگاه علوم تجربي ختم نمي‌شود و بسياري از فعاليتها مثل: گردش علمي، بازديد از موزه‌ها و مراکز مختلف علمي- صنعتي و حتي فعاليتهاي زندگي روزمره نيز مي‌توانند فعاليت عملي محسوب شوند. بدون شک فعالیتهای عملي و اجراي آزمايش، نقش زيربنايي در درک عميق مفاهيم دارد و مثال چيني که مي‌گويد:  مي‌شنوم، فراموش مي‌کنم؛ مي‌بينم، به ياد مي‌آورم؛ انجام مي‌دهم، مي‌فهمم، به خوبي بيانگر نقش و اهميت فعالیتهای عملي در يادگيري مفهومي مي‌باشد.

 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 ترديدها در مورد ارزش فعالیتهای عملي در مدارس دورة راهنمايي مطرح شد كه عمدتاً به خاطر امكانات محدود بود، و سپس از طرف پژوهشگران مورد نقد و بررسي قرار گرفت. پژوهشگران درباره علت پیدایش تردیدها نکات زير را يادآور شده‌اند:

•  تعداد کمي از معلمان دوره راهنمايي صلاحيت و توانايي استفاده از آزمايشگاه و فعالیتهای عملي را به نحو احسن دارند.
• تأکيد بيش از حد بر اجرای فعاليت‌هاي عملی، به درك نادرستی از کاوشگری علمی منجر مي شود.
• بسياري از آزمايش‌هاي انجام گرفته در مدارس، پايه علمي درستي نداشته و بي ارزشند.
• فعاليتهاي عملي انجام شده در مدارس، دور از توانايي ها و علائق دانش‌آموزان هستند.

در اواسط جنگ سرد، در سال 1957، با پرتاب اولين سفينه فضايي (اسپوتنيک) توسط شوروي سابق، شوک عظيمي در بعضی از کشورها ایجاد شد. در مورد آموزش علوم تجربی، از قبل انتقادهايي در زمينه عدم کارايي روشهاي آموزشي موجود وجود داشت و پرتاب سفينه اسپوتنيک سبب شد تا بسياري از کشورها، با شدت هر چه بيشتري به انجام اصلاحاتي در برنامه‌هاي درسي خود همت گمارند. اصلاحات برنامه درسي آموزش علوم نيز از جمله برنامه‌هايي بود که در بسياري از کشورها به آن پرداخته شد. از مهمترين برنامه‌هاي درسي جديد، مي‌توان به پروژه هاي نافيلد در مدارس ابتدايي، راهنمايي و متوسطه انگلستان و مطالعه و بررسي برنامه‌ درسي علوم زيست شناسي، فيزيک و شيمي در ايالات متحده اشاره کرد. اساس اين پروژه‌ها بر درک مفهومي و يادگيري بخش اعظم حقايق علمي استوار بود و روي اين اصل، دانش آموزان مجبور شدند تا از کتابهاي درسي جديد و ویژه ای استفاده نمايند. برنامه درسي جديد بر توسعه هر چه بيشتر مهارتهاي پايه، و نيز استفاده از فعاليتهاي عملي در کنار کلاس درس تأکيد داشت.

در سال 1980، جان سالومون با انتشار كتابي تحت عنوان «آموزش کودکان در آزمايشگاه» گفت: «شکي نيست که آموزش علوم تجربی بايد در آزمايشگاه صورت گيرد، زیرا كه علوم تجربی به آزمايشگاه تعلق دارد، همانطور كه آشپزي به آشپزخانه و کشاورزي به مزرعه تعلق دارد. سالومون اين الزام در اجراي فعالیتهای عملي را با الهام از نظريه‌ها و فعاليت‌هاي صورت گرفته توسط آرمسترانگ مطرح کرد و با اجراي پروژه‌هاي مختلف آموزش علوم، موجب گسترش اين نظريه شد. سولومون درکتاب خود خاطر نشان کرده است که سؤالات زيادي در رابطه با چگونگي تنظيم برنامه فعالیتهای عملي و اجراي آن در مدارس وجود دارد، اما در کتاب او اشاره‌اي به ميزان فعالیتهای  عملي در مدارس نشده بود. با اين حال ميزان فعالیتهای  عملي در مدارس را ک‍‍ِر (1963) که در زمينه انجام فعالیتهای  عملي در مدارس پژوهش مي‌کرد، مشخص کرد. کِر با الهام از نظریه رشد شناختی پیاژه متذکر شد که معلمان علوم براي تنظیم ميزان فعالیتهای  عملي در مدارس، بايد تلاش کنند تا در دورة تحصيلي ابتدایی (يعني سنين 7 تا 11 سالگي)، با نمایش آزمایشهای ساده و جذاب و نیز انجام آزمایشهای بسیار ساده توسط دانش‌آموزان، آنها را به علوم تجربی علاقمند كنند. در دوره تحصیلی راهنمایی نیز باید روشهای علمی به دانش آموزان آموخته شود؛ ولي از سنين 14 و 15 سالگي، ارتقای روشهاي علمي و دست یابی به سطوح بالاتر تفکر را هدف اصلي خود قرار دهند.

نقش فعالیتهای عملی در آموزش و یادگیری علوم

هودسون (1990) با مرور پژوهشهاي انجام گرفته در زمينه نقش فعالیتهای عملي در آموزش علوم، ضرورت انجام فعالیتهای عملي در مدارس را براي تأمين اهداف مهمي لازم مي داند. اين اهداف عبارتند از: تقويت روش‌هاي ايجاد انگيزه، آموزش مهارت ها، غنا بخشيدن به روش‌هاي يادگيري مفاهيم، توسعه روش‌ها و نگرش‌هاي علمي نظير؛ تفکر آزاد، شفاف، آگاهانه، آينده‌نگر و نيز تقويت توانايي قضاوت منطقي در امور مختلف. پژوهش‌هاي هودسون در زلاندنو نشان‌مي‌دهد که 57% دانش‌آموزان 13 تا 16 ساله فعالیتهای عملي را دوست دارند، اما 40% آنها هنگامي که نمي‌دانند چه نوع فعالیتی انجام مي‌دهند و يا برداشت نادرستي از فعالیت‌ها دارند، انگيزة کمتري از خود نشان مي‌دهند. نتايج حاصل از بررسي‌ها و مطالعات هودسون نشان مي‌دهد که دانش‌آموزان هنگامي از فعالیتهای عملي بيشترين بهره‌ را مي‌برند که موارد زير به درستي اجرا شود:

• فعالیتهای عملي، به صورت مشخص و آگاهانه انجام شوند.
• فعالیتهای عملي داراي يک هدف شفاف و عملي باشند.
• فعالیتهای عملي به صورت مستقل و با کنترل محدود انجام پذيرند.

نوع فعالیتهای عملي که بسياري از دانش‌آموزان عهده‌دار انجام آن مي‌شوند، با انتقال از دورة ابتدايي به دورة راهنمايي تغيير مي‌کند. در ابتداي امر شايد انجام فعالیتهای عملي داراي ساختار مشخصي نباشد و  فقط به انجام چند فعالیت عملي بوسيله دانش‌آموزان محدود شود، اما در دورة راهنمايي، ممکن است فعالیتهاي عملي معلم محور انجام گيرد که در آنها امکاناتي مثل آزمايشگاه مستقل و نيز انجام فعاليت‌هايي که در زندگي روزمره کاربردهایی داشته و همه‌گير باشند، در نظر گرفته شود. هنگامي که فعالیتهای عملي نتواند سبب افزايش رشد تحصيلي شود، آميخته‌اي از ناتواني و بي‌ربط بودن مطالب علمي و فعالیتهای عملي، مي‌تواند جايگزين انگيزه اصلی فعاليت‌هاي عملي گردد.

هودسون (1993) در رابطه با ميزان فعالیتهای  عملي در مدارس، دو نوع الگو را پيشنهاد کرده است. اولين مورد ياددهي الگوهاي رايج و معمول مي‌باشد که ممکن است در خارج از آزمايشگاه نيز موجود باشد، و دومين مورد آموزش الگوهايي است که براي تربيت دانشمندان آينده لازم است. او دلايل خود را براي اجراي الگوي اول تحت عنوان «کناره‌گيري از موضوعات بي‌معني» چنين بيان مي كند:

«واقعاً سخت است که مثلاً تصور کنيم امکان فعاليت با يک پيپت و بورت در عمليات حجم‌ سنجي در درس شيمي، فقط بايد در يک آزمايشگاه مجهز صورت گيرد، يا از يک اسيلوسکوپ و يا ميکروسکوپ نمي‌توان در محيط غيرآزمايشگاهي مثل کلاس درس استفاده کرد. بسياري از الگوهاي رایج يادگيري را مي‌توان به صورت فعاليت‌هاي عملي در خارج از محيط مدرسه و آزمايشگاه نیز انجام داد».

بدون شک انجام فعاليتهاي علمي، بخشي از فرايند آموزش علوم مي‌باشد. اما شواهد نشان مي‌دهد که دانش‌آموزان نمي‌توانند برخي از فعاليت‌هاي علمي را به خوبي انجام دهند. هر چند بعضي از آزمايش‌ها را نمي‌توان بوسيله وسايل دست ساز انجام داد؛ اما اين آزمايش‌ها را مي‌توان با استفاده از فعاليت‌هاي رايانه‌اي، مثل مدل سازی، پردازش اطلاعات و یا شبيه‌سازي 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 فعالیتهاي 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

بيشتر معلمان به اهميت استفاده از فعاليتهاي عملي در آموزش اثر بخش فيزيک، شيمي و زيست شناسي واقفند و معتقدند که بايد در آموزش علوم از فعاليتهاي عملي استفاده شود؛ اما در بيشتر مواقع اين امر محقق نمي شود. موانع متعددي وجود دارد که باعث مي شود تا معلمان نتوانند به راحتي از فعاليتهاي عملي در آموزش علوم استفاده نمايند. صرفنظر از نظام آموزشي، کتابهاي درسي، سنجش و ارزشيابي و نيز عوامل بيروني مثل آزمونهاي ورودي دانشگاهها و فرهنگ جامعه، مي توان به سه عامل: کمبود امکانات، محدوديت زمان و اندازه کلاس درس و آزمايشگاه اشاره کرد که به نوعي بر ميزان استفاده از فعاليتهاي عملي در مدارس تاثير مي گذارند.

اگر در يکي از مدارس دولتي حضور يافته و پاي صحبت دانش آموزان بنشينيد، آنان خواهند گفت: «در مدرسه ما امکانات خوب آزمايشگاهي وجود ندارد، به سختي وسيله يا مواد شيميايي سالم پيدا می شود و متصدي آزمايشگاه ماهر نيز نداريم». مدرسه اي که در برنامه درسي خود بدون فراهم ساختن امکانات آزمايشگاهي به آموزش علوم تجربي مي پردازد، از ارائه حداقل حمايتهاي خود از دانش آموزان کوتاهي کرده است. مسئولين مدرسه نبايد در تامين امکانات آزمايشگاهي خود را فريب داده و يا کوتاهي نمايند. مدارسي که داراي منابع و امکانات محدودتري هستند، لازم است تا فعاليتهاي عملي را که نيازمند حداقل امکانات آزمايشگاهي بوده و قابل اجرا در کلاس درس باشند، و يا حتي به صورت مطالعه ميداني يا پژوهش در بيرون از کلاس درس قابل اجرا باشند، انتخاب کرده و اجرايي نمايند. حتي هنگامي که به علت محدوديت امکانات آزمايشگاهي، معلم ناچار به اجراي نمايشي فعاليتهاي عملي مي شود، دانش آموزان مي توانند به طور فعال در رويکردهاي انتخاب شده فعالانه شرکت نموده و حالت يادگيري را از حالت غير فعال خارج سازند. بيشتر مدارس فاقد تکنسين يا متصدي آزمايشگاهي ماهر هستند؛ اما در غياب آنها نيز مي توان با بهره گيري از يک يا چند نفر از دانش آموزان، بخش اعظم فعاليتهاي آزمايشگاهي را انجام داد.

بسياري از معلمان فيزيک، شيمي و زيست شناسي معتقدند که اگر بخشي از زمان کلاس درس را به انجام فعاليتهاي عملي اختصاص دهند، در اين صورت نمي توانند کتاب را در مدت زمان مقرر شده به پايان برسانند. در برنامه درسي مدارس متوسطه، انجام فعاليتهاي عملي بخشي از برنامه درسي قصد شده بوده و زمان لازم براي انجام اينگونه فعاليتها در برنامه درسي در نظر گرفته شده است و با يک برنامه ريزي دقيق و منظم مي توان از وقت کلاس به نحو شايسته اي هم براي آموزش مفاهيم و هم براي انجام فعاليتهاي عملي استفاده کرد. از آنجايي که در برنامه درسي آموزش علوم، حدود 20 درصد نمره پاياني هر درسي به فعاليتهاي عملي اختصاص دارد، بنابراين منطقي خواهد بود که 20 درصد کل زمان کلاس در يک سال تحصيلي به انجام فعاليتهاي عملي اختصاص داده شود. همچنين بايد دقت کرد که معلمان در چارچوب برنامه درسي فعاليت نمايند. معمولاً معلماني که به انجام فعاليتهاي عملي مبادرت نمي ورزند، تلاش مي کنند تا به ارائه مطالب و مفاهيمي فراتر از موضوعهاي مورد بحث برنامه درسي بپردازند. اين عمل نه تنها موجب اتلاف وقت کلاس درس مي شود، بلکه در صورت ارائه مفاهيمي سخت و خارج از کتاب درسي، موجبات منفعل شدن دانش آموزان را فراهم مي سازد.

بعضي از معلمان از کوچک بودن اندازه کلاس درس، آزمايشگاه و يا زياد بودن تعداد دانش آموزان شکايت کرده و مي گويند که در کلاس درس آنها بين 40 تا 50 نفر دانش آموز حضور داشته و فضاي کافي براي انجام فعاليت عملي وجود ندارد و با حرکت و جابه جايي دانش آموزان نظم کلاس به هم خورده و کنترل آنها بسيار دشوار است. شکي نيست که انجام فعاليت عملي در يک کلاس درس شلوغ مشکل است. معمولاً ميانگين تعداد دانش آموزان در هر کلاس درس باید حداکثر30 نفر در نظر گرفته شده و فضاي کافي براي آنها لحاظ شود. در  صورت زياد بودن تعداد دانش آموزان و يا کوچک بودن اندازه آزمايشگاه، مي توان فعاليت عملي را در يک سالن بزرگتر انجام داد و يا اينکه دانش آموزان را به گروههاي کوچکتري تقسيم کرده و به نوبت اقدام به انجام فعاليتهاي عملي نمود.

نتيجه گيري:

فعاليتهاي عملي يکي ار ارکان اصلي آموزش علوم تجربي محسوب شده و موجبات رشد دانش علمي، مهارتي و نگرشهاي علمي دانش آموران را فراهم مي سازند. انجام فعاليتهاي عملي علاوه بر تثبيت يادگيري و افزايش طول عمر ماندگاري مفاهيم آموخته شده، سبب دست ورزي و کسب مهارتهايي مي گردد که در زندگي روزانه مورد استفاده قرار گرفته و زمينه هاي نوآوري دانش آموزان را فراهم مي سازد. هر چند مشکلات متعددي در انجام فعاليتهاي عملي در مدارس وجود دارد؛ اما برهمه افراد دخيل در آموزش علوم تجربي واجب است تا با برطرف نمودن مشکلات، شرايط استفاده از فعاليتهاي عملي 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.

Solomon, J., Duvee, J., Scott, J. & McCarthy, S. (1992) Teaching about the nature of science through history: action research in the classroom. Journal of Research in Science Teaching, (29): 409–421.