نظريه اي بر روش آموزش مقدماتي فيزيک

در آموزش مقدماتي فيزيک آنچه که هدف و مدنظر قرارمي گيرد ؛ عبارتست از : انتخاب متن ها و درسها، انتخاب روش مناسب تدريس و آزمايشگاه که به کمک همديگر يک روش کامل را در جهت آموزش ارائه مي دهند.
اگرچه آزمايشگاه به خودي خود، مبحثي جداگانه است وليکن به جهت نقش خاصي که در درک مطلب يک دورة آموزشي دارد موضوع مورد بحث ما قرار مي گيرد. براي اينکه به هدف نهايي مان که همان شفافيت در آموزش و حفظ پيوستگي مطالب فيزيکي است، نائل شويم لازمست دورة مورد نظر را با پنج مشخصه تعريف کنيم که عبارتند از پيوستگي، وابستگي، سازگاري، نظم و ترتيب، همگام سازي.

مقدمه
همواره در انجمن هاي فيزيک پرداختن به دوره هاي مقدماتي آموزشي فيزيک از اهميت خاصي برخوردار بوده است. مثلاً درسال 1980 ( فرانسه به عنوان ميزبان،) به بررسي ابهامات فيزيکي که در رابطه با توجيه و تفسير جهان مي باشد در نظر گرفته شد. درسال 1984 ريدگن فرضيه هايي را در ستون سر مقاله روز نامه ي آمريکايي فيزيک مطرح نموده است .
به عقيدة بسياري از دانشمندان فيزيک از سراسر جهان طي سالهاي گذشته، بيان اين پرسش از خودمان که : چرا اين موضوع در دانشگاه جامعيتي فراگير نيافته ؛ اين فرصت را ايجاد مي نمايد که به آن صورتي ويژه بپردازيم .

از دير باز همواره اين علاقه براي پرداختن به مباني فيزيکي وجود داشته است . مثلاً پيش گرفتن يونسکو از شبکه آموزش و پرورش فيزيک آسيا (ASPEN)، تلاش کميته مطالعات علوم فيزيکي (PSSC) که تحت نظارت دانشگاه (MIT) در شاخه هاي مختلف مباني فيزيک انجام مي دهد؛ از جمله ي اين موارد است . در واقع تمامي اين تلاشها و بازنگريها پاسخي است به تغيیرات سريع جهان در مدل شبکه آموزش و پرورش.

در فيزيک آسيا (ASPEN)؛ فيزيک و آموخته هاي آن به صورت يک روش کامل در نظر گرفته مي شوند که عبارتند از درس کلاس، آزمايش تئوري، الگو سازي، اثبات فرضيه ها و غيره . در اين روش تئوري و آزمايش حتماً بايد با هم در تعادل باشند تا يکپارچگي حفظ شود.
روش (PSSC) نيز همين اهداف را دنبال مي کند .
در روش (PSSC) هدف تحريک علاقه و هدايت دانش آموزان به سمت انجام آزمايش به همراه درک مفاهيم علمي است بدين ترتيب آنها به جاي حفظ نمودن مطالب، روشهاي فکرکردن را هم مي آموزند .

هر دو اين روشها در واقع بر اين مفهوم تأکيد دارند که تئوري و عمل مکمل يکديگرند، به اين معني که هدف حفظ ماهيت فيزيکي است؛ يعني همان چيزي که در طبيعت تاًکيد فوق العاده اي بر آن شده است .
فيزيک با طبيعت همبستگي و تأثير پذيري متقابل دارد. همچنين در مطالعات دانشگاهي داراي دو نقش مي باشد يکي اصول و مباني علمي است و ديگري خدماتي است که به دانشجويان پزشکي، مهندسي يا هنرهاي تجسمي ميدهد. اگر چه اين يک امر بديهي است، ليکن بايد توجه داشته که توانايي درک موضوع به ميزان علاقه، سخت کوشي، نظم و انضباط و تمرکز فکر شخص بستگي دارد. به گفته (Koh 1990) اين همان موضوعي است که ذهن نوابغي همچون گاليله، نيوتن، انيشتين را به واکنش و رقابت علمي در جهت کشف موضوع وا داشته است .
اگر به بررسي موضوعات فيزيکي بپردازيم نکته اي که مي توان حدس زد، يگانگي و وحدت در مورد قوانين فيزيکي است. اکوسيتک را مي توان به عنوان بخشي از مکانيک و مغناطيس دانست و اپتيک را جزئي از الکترو ديناميک در نظر گرفت (Amaldi 1973 : Sheibo 1986) و اينها بايد به نوعي در دوره ي مقدماتي آموزش فيزيک گنجانده شود .
چکيده و خلاصه ي مقاله اندرسن برنده ي جايزه ي نوبل 1990 اين بوده که فيزيک جزئي تفکيک ناپذير از کليه علوم است و اين تفکيک ناپذيري بايد در کليه دوره هاي درسي مقدماتي، در نظر گرفته شود.

حال مي پردازيم به سه روش مقدماتي آموزش فيزيک که عبارتند از: درس ها، روش مناسب ارائه مطلب و آزمايشگاه .

متن مورد استفاده در روش مقدماتي آموزش فيزيک

هر مفهوم يک روش منحصر به فرد به عنوان پايه و اصول دارد. يعني يک تعريف واضح و مشخصي دارد که به عنوان الگو و مرجع محسوب مي شود. کتاب فيزيک هاليدي-رسنيک (1981) از کتابهاي مرجع فيزيک پايه مي باشد و به عنوان کتابهاي عمومي فيزيک معرفي مي گردد و هيچ منبع ديگري را که به خوبي اين کتاب به آموزش مباني فيزيکي پرداخته باشد، پيدا نمي شود .
در تلاش براي شناخت مباني فيزيک، همواره با نقطه نظرات متفاوتي درکتابهاي درسي مواجهه مي گرديم که همه ي آنها در معرفي ارائه روش متن و فرمت، عموماً نقطه نظرات متفاوتي دارند. بعضي از آنها تأکيد بر رياضيات مسئله داشتند بعضي ديگر به کيفيت مطالب طبقه بندي شده تأکيد دارند برخي ديگر به شکستن موضوعات و تلفيق آنها با تجربيات علمي و صنعتي تاکيد دارند و بعضي ديگر بر اين عقيده هستند که تأکيد بر درک مفاهيم و عقايد فيزيکي به طور مستقيم نباشد (نظريه Tzanakis & coutsmitros 1988).

به طور خلاصه ميتوان گفت که متون فيزيکي بسيار اندکي را مي توان يافت که مناسب دوره هاي فيزيک مقدماتي باشد .
طرز نوشتن يک قانون بنيادي فيزيک، مسئوليت سنگيني و بيان و توضيح دادن اين قوانين براي کساني که سر رشته اي از فيزيک ندارند، کاري سخت و طاقت فرسا است .
در کتاب (Hans Breuer 1975) با عنوان فيزيک براي زندگي دانشجويان فيزيکدان، آورده شده که : اگر يک فيزيکدان بيايد چکيده و خلاصه اي از بخشهايي را که در زيست شناسي يا پزشکي مطرح شده، انتخاب کند و آموزش دهد باعث از بين رفتن علاقه و انگيزه دانش آموزان مي شود ولي اگر در آموزش مطالب درسي، به طور جدي و متفکرانه مطالبي انتخاب شوند که با هم سازگاري داشته باشند و نظم و ترتيب خاصي بين مطالب آن ديده شود، انگيزه ي مطالعه در دانش آموزان بیشتر شده و دانش آموزان راضي و راغب خواهند بود .
يک نويسنده ي ماهر و توانا مي تواند در شروع آموزش سر فصلها، ابتدا سوالاتي مربوط به آن درس را مطرح کند و سپس به طور عميق به بيان اين سر فصلها بپردازد .

آيا رياضيات زبان فيزيک است يا نه ؟
اگر چه رياضيات زير بناي بيان قوانين فيزيکي هستند و قوانين فيزيکي به کمک معادلات رياضي قابل فهم بيان ميشود ولي لزوماً قوانين فيزيکي به درس نهايي از طريق رياضيات نمي رسند.بلکه به طور تقريبي مي توان با کمک رياضيات قوانين فيزيکي را کشف و بررسي کرد. تنها در فيزيک محض است که به تقريب ها و تخمين هاي فيزيکي مي پردازيم .
صورت مسائلي که يک نويسنده براي مفهوم فيزيک پايه مي نويسد، بايد شامل تعاليم دوره ي مقدماتي فيزيک باشد. روش هاي آموزش فيزيک مقدماتي بايد به گونه اي باشد که بتوان آن را به طور کامل از روش هاي پيشرفته آموزش فيزيک، تمیيز داد؛ يعني بايد فصل مشترکي بين دوره ي درسي فيزيک دبيرستان و فيزيک دانشگاهي وجود داشته باشد تا يک پل ارتباطي مشخص و پيوسته بين آنها برقرارگردد .

همانطور که پيشتر گفته شد زماني که سعي در ايجاد يک دوره ي مقدماتي فيزيک داريم بايد سعي شود که هيچ گسستگي در مطالب اتفاق نيفتد تا فرد دچار مشکل نشود، البته شايد در بعضي از مطالب، اندکي درهم افتادگي وجود داشته باشد اما اين تلفيق نبايد بيش از اندازه باشد ؛ در غير اين صورت از هدف غائي آموزش اين دوره، دور مي شويم .به ياد داشته باشيم که دوره ي آموزشي را تکراري هم نکنيم.

آنچه که گفتيم از مشکلات و معضلات پايه ريزي دوره آموزش مقدماتي مي باشد. لذا يک مدرس خوب سعي خواهد نمود که با تلفيق ايده ها و نظرات قديم و جديد بهترين نتيجه را بدست آورد. موضوع ديگر بررسي کردن، ارزيابي کردن سوال ها از بابت مفهومي بودن و عمقي بودن مطالب مي باشد. البته به نظر مي رسد که اين دو با هم سازگاري ندارند يعني تاکيد بر يکي مستلزم حذف ديگري است .
زماني که موضوع جديدي مطرح می گردد، اهميت ارائه معنا يا مفهوم آشکار است. ولي زماني که مي خواهيد به عمق مطالب بپردازيد، بايد آموزش مقدماتي آن مطلب، قبلاً داده شده باشد. لذا چنين به نظر مي آيد که پرداختن به عمق يک موضوع راحت تر و نماي تازه تري را به آن مي دهد. (فرانسه Less (1988 گفته که: بهتر است موضوع در مقايسه با متن کوتاه و مختصر باشد و اين همان چيزي است که در روش ASPEN گفته شد.

بر اساس آنچه که تاکنون گفته شد در روش هاي ارائه شده در آموزش مقدماتي فيزيک، حقايقي بسيار زيادي وجود دارد که دانشجويان مي توانند در زندگي روزمره خود تجربه کنند . يک روش آموزش مقدماتي فيزيک بايد آميخته از اصول بنيادي و پايه فيزيک بوده و عاري از مطالب اضافي باشد يعني همانند يک دايرة المعارف نباشد .
(Weidner (1985 گفته : ارائه دوره مقدماتي فيزيک بايد عاري از روش هاي محاوره اي و غير معمول باشد. اگر در آموزش مبنا بر جزئيات و رياضيات مسئله شود يادگيري بسيار سخت و طاقت فرسا مي شود. در حد امکان، هر درس يا مفهوم فيزيکي بايد به صورت يک داستان بيان شود همانند آنچه که در زندگي روزمره با آن سر و کار داريم بيان شود. تا در دانش آموزان علاقه و انگيزه براي بهتر يادگرفتن ايجاد شود و البته در روند اين داستان مي توان به اکتشاف تصادفي، حدسيات و فرضيات يا افکار ذهني بشر، اشاره کرد .
حقيقت آن است که در آموزش فيزيک، بايد آموزش را به صورت تدريجي ، مستمر و به صورت يک اصل قلمداد کرد. در بهترين حالت، اين رويه بايد به گونه اي باشد که وابستگي و تمرکز آن بر اصل وحدت فيزيکي معلوم و مشهود باشد. بايد در آموزش فيزيک مقدماتي اين امر مدنظر قراربگيرد که چگونگي توسعه ي علوم فعلي، حتماً در آن منظور شده باشد. به طور خلاصه در روش آموزش فيزيک مقدماتي بايد به پنج شاخص توجه کرد که عبارتند از پيوستگي، وابستگي، سازگاري، نظم و ترتيب، همگام سازي. البته ميزان مفهومي بودن، عمقي بودن و تلاقي معنا در سؤالات بستگي به ميزان درک و توانايي مدرسين دارد .

آموزش به روش آزمايشگاهي

روش آزمايشگاه يکي از بخش هاي برگرفته شده از دوره ي آموزش مقدماتي است که اهداف آن شامل چند گروه است. براي مثال (Chambers (1963 به پنج مورد اشاره کرد که يکي از آنها درک نکات درسي و توضيح و تکميل مفاهیم آنهاست. يعني آزمايشگاه يک نقش کمک درسي و تقويتي را ايفا مي کند (Spears & Zollman (1977 عقيده داشتند که آزمايشگاه اين فرصت را به دانش آموزان مي دهد که نخست ماهيت علم را فرابگيرند.

عليرغم مخالفتهايي که با نقش آزمايشگاه وجود دارد ولي اثر گذاري آن کاملاً واضح و مبرهن است و به همين دليل است که : مثلاً (Toothacker (1983 گفته که : اگر آزمايشگاه از دروس پايه تحصيلي دبيرستان حذف شود به سه هدف اصلي نمي رسيم، هدف اول محتوا بخشيدن به متن و هدف دوم توسعه نقش آزمايشگاه در درک مفاهيم و هدف سوم عبارت است پيشرفت و پيشبرد مهارتهاي علمي و عملي در انجام دادن آزمايش .
(Nedesky) مي گويد :در آموزش دوره ي راهنمايي آزمايشهاي اندکي وجود دارد و همين باعث مي شود تا دانش آموزان قادر به فهم کامل موضوعات علوم اين دوره نباشند همچنين پيشرفت در مورد روش هاي تجربي آزمايشگاهي بسيار کم و اندک است يعني در واقع در مورد دروس آزمايشگاهي به يک حالت سکون و ايستاده رسيده ايم. بر اساس گفته ی (Potter & Burns (1984 آزمايشگاه ها زمينه ي تجربي مفاهيم فيزيکي را با تمرکز بر تجزيه و تحليل نتايج بدست آمده فراهم مي کنند. عقيده ي (Eades (1976 هم همين است که انجام آزمايش مي تواند در درک مفاهيم تئوري که به نوعي به نتايج آزمايشگاهي وابسته هستند، کمک بسيار شاياني به دانش آموزان بکند. در واقع او معتقد است که آزمايش و تئوري کاملاً به هم وابسته هستند .
به راستي قراردادن دوره ي درسي آزمايشگاه در پايه ريزي فيزيک مقدماتي و بالابردن مهارت هاي علمي و عملي و رسيدن به تکنيک هاي آزمايشگاهي و کاربرد نتايج آزمايشگاهي بايد يک کار جدي تلقي شود .

خلاصه ی بحث
در آموزش فيزيک مقدماتي همزمان بايد به دو روش تئوري و آزمايش تکيه شود اين دو از هم تفکيک ناپذيرند. البته بعضي از کارشناسان براين اعتقادند که درمورد آزمايش بعضي از قوانين استثنائاتي هم وجود دارد. به طور کلي هدف بايد اين باشد که بتوانيم حق مطلب را ادا کنيم و بگوييم که درس فيزيک با آنچه که در ماهيت جهان وجود دارد تفکيک ناپذيرند . فيزيک علم زندگي است و آثار آن را مي توانيم در طبيعت مشاهده کنيم. همچنين اغلب کارشناسان دوره ي راهنمايي معتقدند که جزئيات و خلاصه اي از دانشي که در آموزش و تربيت علم دانش آموزان نقش دارد بايد بيان شود و نيز چکيده اي از اکتشافات علمي بشر براي دانش آموزان بيان گردد. (Ridgen 1989)
فيزيک فقط حل يک مسئله ي رياضي نيست بلکه راه و روشي است که بشر را به اين نتيجه مي رساند که : علم فيزيک، علم يگانه و واحدي است و توانايي درک وقايعي را مي دهد که در جهان اتفاق مي افتد .Ronowski 1952))
Armstrong(1984) گفته است: فيزيکدانان نبايد فقط به روش هاي سخت و پيچيده ي اثبات فرمول هاي فيزيک تکيه کنند بلکه بايد فيزيک را در پيرامون طبيعت مورد مطالعه و بررسي قرار مي دهند و به دنبال معماهاي بسيار پيچيده و رياضيات مسئله نباشند .بلکه از بررسي مسائل آسان شروع کنند تا به عمق مطلب برسند.

کمترين کاري که يک آزمايش فيزيکي مي تواند انجام دهد اين است که دانش آموزان را وادار به کشف و بررسي قانون هاي فيزيک مي کند. درست است که با انجام يک آزمايش به يک جواب صددرصد مطمئن و کاملا دقيق نمي رسيم ولي نبايد آزمايش را به طور کامل کنار بگذاريم .
همانگونه که گفته شد سه روش آموزش مقدماتي فيزيک عبارت بودند از: درس ها، راه و روش مناسب تدريس و آزمايشگاه. بر اساس آنچه گفتيم تمامي دانش و آگاهي بشر بر دو رکن برابر استوارند که عبارتند از تئوري و آزمايش که به روش PSSC معروف است . اگر بين متن هاي علمي و آزمايشگاهي تعادل وجود نداشته باشد نمي توانيم ادعا کنيم که دانش آموزان آن مفهوم فيزيکي را به طور کامل درک کرده اند .
اين دو رکن مانند دو سمبل و نماد مکمل و تقويت کننده ي يکديگر هستند. با توجه به اين توانايي ها مي توانيم به ساختار و چگونگي پايه ريزي آموزش مقدماتي فيزيک دست پيدا کنيم. تعادل مناسب بين ارکان علم آموزشي باعث مي شود تا همه به يک نتيجه واحد برسند که همان اصول بنيادي فيزيک است که نشان مي دهد تمام اجزاي آن به هم مربوط هستند و همه از يک منشا سرچشمه مي گيرند .
در پايان بايد کاري براي پیشرفت آموزش در تدريس درس فيزيک براي دانش آموزان انجام دهيم. ابتدا بايد به آنها زمان دهيم تا کاملا مفاهيم پايه فيزيک و حقايق آن را درک کنند و از آزمونها سربلند و موفق بيرون بيايند. اگر مطالب فيزيک به طور واضح و شفاف بيان شوند و از انجام و پيوستگي در موضوع برخوردار باشند دانش آموزان به بهترين وجه مي توانند مطلب مورد نظر را درک کنند که اگر اينگونه نباشد دانش آموزان دچار ابهام و سردرگمي مي شوند .
خلاصه اگر دانش آموزان چگونگي راه و روش حل يک مسئله را متوجه نمي شوند و نمي دانند که چگونه بايد مسئله را حل کنند، اين ما هستيم که به آنها آموزش مي دهيم پس بياييد روش درست فکر کردن، درست خواندن و فهميدن را به آنها آموزش دهيم .

ترجمه و اقتباس: فاریا لزردوستي

References

French A P (1988) Am J Phys 56 110

Rigden J S (1984) Am J Phys 52 303

Koh A K (1992) Phys Ed 27, 11

Koh A K (1990) Physics and Society 19, 2

Amaldi E (1973) Physics Today 23

Scheibe E (1986) Interdisciplinary Science Reviews 11, 148

Anderson P W (1990) Physics Today 9

Halliday D and Resnick R (1981) 'Fundamentals of Physics' John Wiley & sons, Inc.

Tzanakis C and Coutsomitros C (1988) Eur J Phys 9, 276

Breuer H (1975) 'Physics for Life Science Students' Prentice-Hall, Inc