Ιστότοπος του STEM

Είναι ήδη γνωστό ότι η επιστημονική πολυδιάσπαση των κλάδων που παρατηρείται στο σχολείο κατακερματίζει την ανθρώπινη σκέψη, χωρίς να δίνει στο μαθητή την ευκαιρία να συλλάβει τα κοινά σημεία των επιστημών και να αποκτήσει έτσι μια συνολικότερη και ενιαία εικόνα της πραγματικότητας. Στο επίπεδο του σχολείου η διεπιστημονικότητα συνιστά βασικό παιδαγωγικό στόχο για να κατανοήσει ο μαθητής ότι τα «απομονωμένα» γνωστικά πεδία στην πραγματικότητα επικοινωνούν μεταξύ τους και ότι η διεπιστημονική επιστήμη δημιουργείται με βάση αυτήν ακριβώς τη δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ των επιστημών.

Στις επόμενες ενότητες περιγράφεται μια διεπιστημονική διδακτική προσέγγιση της έννοιας «καθολικό υπόδειγμα συστημάτων», μια έννοια που συναντάται στη βιομηχανία, στην οικονομία, στις φυσικές και κοινωνικές επιστήμες, αλλά και σχεδόν σε όλες τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Στο σχολείο η έννοια αυτή συναντάται ρητά στο μάθημα της Τεχνολογίας Β’ Γυμνασίου.

Για τον σχεδιασμό της διδασκαλίας ελήφθησαν υπόψη οι αρχές, οι αξίες και τα συμπεράσματα της Θεωρίας της Πολλαπλής Νοημοσύνης (ΘΠΝ) του Gardner. Η διδασκαλία δηλαδή δεν εστιάζει στην καλλιέργεια μόνο της γλωσσικής και λογικομαθηματικής νοημοσύνης, αλλά επικεντρώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο και στην καλλιέργεια των υπολοίπων ανάμεσα στις οποίες βρίσκονται η μουσική, η χωροαντιληπτική, η κιναισθητική, η διαπροσωπική, η ενδοπροσωπική και η φυσιογνωστική νοημοσύνη. Βασικός σκοπός της πολλαπλής νοημοσύνης είναι η διαμόρφωση της εκπαίδευσης με βάση την ατομικότητα και τη μοναδικότητα του προσώπου και η οποία θα παίρνει σοβαρά υπόψη της τις ατομικές διαφορές. Δυστυχώς όμως σε μια πολυπληθή τάξη, όπως είναι οι τάξεις του γυμνασίου, ο εκπαιδευτικός είναι πολύ δύσκολο να εφαρμόσει εξατομικευμένη διδασκαλία, οπότε η «εύκολη λύση» είναι να διδάσκει και να αξιολογεί όλους τους μαθητές με τον ίδιο τρόπο.

Οι σύγχρονες θεωρίες για τη μάθηση τονίζουν μεταξύ άλλων την ενεργητική και εποικοδομητική φύση της διαδικασίας μέσω της οποίας πραγματοποιείται η μάθηση. Οι διδακτικές τεχνικές που εμπλέκουν ενεργά το μαθητή στη μαθησιακή διεργασία είναι γνωστές με τον όρο «ενεργητικές-συμμετοχικές τεχνικές» ή απλά «συμμετοχικές τεχνικές». Η χρήση συμμετοχικών διδακτικών τεχνικών στο σχολείο και γενικότερα στη σύγχρονη εκπαίδευση αποτελεί στοιχείο κομβικής σημασίας για την αποτελεσματική μάθηση. Άλλα βασικά χαρακτηριστικά των τεχνικών αυτών, εκτός από την ενίσχυση της ενεργητικής συμμετοχής των μαθητών στη μαθησιακή διεργασία, είναι ότι ενισχύουν τη βιωματική μάθηση, αξιοποιούν την προϋπάρχουσα γνώση και την εμπειρία τους, καλλιεργούν την ατομική πρωτοβουλία, αναπτύσσουν την κοινωνική αλληλεπίδραση, δίνουν την ευκαιρία στους μαθητές να αναπτύξουν την κριτική τους ικανότητα και εγείρουν το ενδιαφέρον των μαθητών που είναι βασικό κίνητρο για τη μάθηση.

Ο σχεδιασμός της διδασκαλίας ενσωματώνει απόψεις του Lazear, σύμφωνα με τις οποίες υπάρχουν τέσσερα στάδια, βάση των οποίων μπορεί να διδάξει κανείς τα σχολικά μαθήματα και να αναπτύξει παράλληλα την πολλαπλή νοημοσύνη των μαθητών του, τα εξής : της αφύπνισης, της ενίσχυσης, της διδασκαλίας και της μεταφοράς.

Ακόμη έγινε προσπάθεια, στη σχετικά βραχύβια αυτή διδασκαλία, να χρησιμοποιηθούν διαφορετικά σημεία εισόδου, να χρησιμοποιηθούν δηλαδή διαφορετικοί τρόποι προσέγγισης του θέματος, ανάλογα με τις νοημοσύνες που έχουν ανεπτυγμένες οι μαθητές.  Σύμφωνα με τον Gardner τα σημεία εισόδου συνοπτικά είναι πέντε: η αφηγηματική είσοδος, η λογική / ποσοτική, η αισθητική, η θεμελιώδης (βασική) είσοδος και η βιωματική, χωρίς όμως σε κάθε σημείο να αντιστοιχεί μια και μόνο νοημοσύνη. Στην παρούσα πρόταση γίνεται πάντως προσπάθεια μέσω των κατάλληλων επιλογών του σημείου εισόδου και των πολλαπλών συμμετοχικών διδακτικών τεχνικών να υπάρξει η μέγιστη δυνατή κινητοποίηση των μαθητών με έναν τρόπο που θα αρμόζει στο προφίλ της πολλαπλής νοημοσύνης τους.

Τέλος, η αξιοποίηση των εμπλουτισμένων, με ψηφιακό υλικό, βιβλίων Τεχνολογίας και Φυσικής της Β’ γυμνασίου του Ψηφιακού Σχολείου μπορεί να μη θεωρείται καινοτομία, αυξάνει όμως την προστιθέμενη αξία της ψηφιακής αυτής πύλης γεγονός που καθιστά την προτεινόμενη καινοτομία ιδιαίτερα σημαντική.

Είναι γνωστό ότι η επιστημονική πολυδιάσπαση των διαφόρων διδακτικών ενοτήτων που παρατηρείται στο σχολείο κατακερματίζει την σκέψη, χωρίς να δίνει στους μαθητές την ευκαιρία να αντιληφθούν τα κοινά σημεία των επιστημών, για να αποκτήσουν με τον τρόπο αυτό μια συνολικότερη και ενιαία εικόνα της πραγματικότητας.

Στο επίπεδο του σχολείου η διεπιστημονικότητα και η διαθεματικότητα συνιστούν βασικούς παιδαγωγικούς στόχους για να κατανοήσει ο μαθητής ότι τα «διαφορετικά» γνωστικά πεδία στην πραγματικότητα επικοινωνούν μεταξύ τους και ότι η διεπιστημονική προσέγγιση δημιουργείται με βάση αυτήν ακριβώς τη δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ των επιστημών. Ταυτόχρονα, το θεωρητικό υπόβαθρο της διαθεματικότητας, της ολιστικής, δηλαδή, κατάκτησης της γνώσης, παρέχει στο μαθητή την ευκαιρία να συγκροτήσει ένα ενιαίο σύνολο γνώσεων και δεξιοτήτων που θα του επιτρέψει να αναπτύξει προσωπική άποψη.

Στο πλαίσιο αυτό, οι εκπαιδευτικές εφαρμογές και διδακτικά σενάρια στρέφονται κυρίως στη διερεύνηση θεμάτων που αναφέρονται στο τετράπτυχο Επιστήμη-Τεχνολογία-Κοινωνία-Περιβάλλον (STSE), από τα οποία όμως απουσιάζει συνήθως η αισθητική/καλλιτεχνική διάσταση. Για παράδειγμα, στο Ελληνικό Αναλυτικό Πρόγραμμα η διαθεματική προσέγγιση του Θεάτρου ούτε καν υπαινίσσεται κάποια σύνδεση με τον «σκληρό πυρήνα» των Επιστημών, όπως είναι π.χ. οι Φυσικές Επιστήμες. Η προοπτική αυτή θεωρείται εξαιρετικά τεχνοκρατική και υιοθετεί την αριστοτελική διάκριση μεταξύ Επιστήμης και Τέχνης, τη σύγχρονη εκδοχή της οποίας περιγράφει ο Snow. Στη βιβλιογραφία συναντά κανείς κείμενα που υποδεικνύουν ότι οι επιστημονικές και οι καλλιτεχνικές δραστηριότητες δείχνουν να είναι ασύμβατες μεταξύ τους, αλλά αυτά ακριβώς είναι τα χαρακτηριστικά του προβλήματος που πρέπει να αντιμετωπίσει η διαθεματικότητα αν θέλει να διατηρήσει πιθανότητες επιτυχίας η προσπάθεια γενίκευσης της ως διδακτική πρόταση. Από την άλλη μεριά πάλι, υπάρχουν εκπαιδευτικά παραδείγματα όπου οι τέχνες και οι επιστήμες συναντιούνται. Για παράδειγμα, η χρήση του «θεάτρου ως μέσου μάθησης» έχει προταθεί από παλιά για τη διδασκαλία και μάθηση της Γλώσσας, του Πολιτισμού, της Μηχανικής, των Μαθηματικών, της Επιστήμης, καθώς και για την ανάπτυξη δεξιοτήτων επίλυσης προβλημάτων, ανάγνωσης κειμένων κ.ο.κ.

Έχοντας υπόψη τα παραπάνω, εφαρμόσαμε σε δημόσιο Γυμνάσιο μια διαθεματική και βιωματική προσέγγιση του πειράματος του Ερατοσθένη διάρκειας 10 διδακτικών ωρών συνολικά, με βασικό ερευνητικό ερώτημα «αν η προσέγγιση των Μαθηματικών (κυρίως) μέσα από πειραματικές μετρήσεις, την καλλιτεχνική και θεατρική αγωγή μπορεί να αυξήσει το ενδιαφέρον των μαθητών γι’ αυτά». Ειδικότερα, με την εμπλοκή και διασύνδεση φαινομενικά διακριτών γνωστικών αντικειμένων όπως τα Καλλιτεχνικά, η Θεατρική αγωγή, η Φυσική, τα Μαθηματικά, η Γεωγραφία και η Τεχνολογία, επιχειρήσαμε τη σφαιρική μελέτη του επιλεγμένου θέματος «με μεθοδολογία και γλώσσα από περισσότερους από έναν κλάδους με στόχο την ολιστική αντιμετώπιση της γνώσης» αλλά και την παράλληλη προαγωγή της μάθησης σε κάθε γνωστική περιοχή. Οι σύγχρονες θεωρίες για τη μάθηση τονίζουν μεταξύ άλλων την ενεργητική και εποικοδομητική φύση της διαδικασίας μέσω της οποίας πραγματοποιείται η μάθηση. Γενικά, οι δραστηριότητες σχεδιάστηκαν ώστε να εγείρουν το ενδιαφέρον των μαθητών, που είναι βασικό κίνητρο για τη μάθηση.

Γιατί όμως Ερατοσθένη; Ο Ερατοσθένης, φιλόλογος, ιστορικός, μαθηματικός, γεωγράφος και αστρονόμος που μεταξύ άλλων ασχολήθηκε με τη Φιλοσοφία, την Ποίηση, τη Γραμματική και τη Γραμματολογία και διετέλεσε διευθυντής της περίφημης βιβλιοθήκης της Αλεξάνδρειας, πραγματώνει με τη ζωή και το έργο του τη σύζευξη των Επιστημών, αποτελεί αυτό που με μεταγενέστερους όρους ονομάσαμε «καθολικό άνθρωπο» και αισθητοποιεί στο πρόσωπό του την ολιστική αντιμετώπιση της ανθρώπινης γνώσης. Η ιστορική μελέτη τόσο του ιστορικού πλαισίου μέσα στο οποίο έδρασε, όσο και της βιογραφίας του παρέχει στους μαθητές το καταλληλότερο κίνητρο για να αναρωτηθούν, να προβληματιστούν και να στοχαστούν σχετικά με την ενότητα των Επιστημών.

Το πείραμα του Ερατοσθένη, ευρέως διαδεδομένο στη διεθνή επιστημονική αλλά και εκπαιδευτική κοινότητα ως ένα από τα δέκα ομορφότερα πειράματα στην ιστορία της Φυσικής (το πρώτο ιστορικά), σύμφωνα με το περιοδικό Physics World (δημοσίευση στην εφημερίδα New York Times, 25 Σεπτεμβρίου 2002) καταδεικνύει με σαφήνεια τι μπορεί ο άνθρωπος να πετύχει με μόνο όπλο τη λογική και με την απλότητά του να συγκροτεί το κατάλληλο πλαίσιο μέσα στο οποίο μπορούν οι μαθητές να εργαστούν και να κατακτήσουν τη γνώση με τρόπο βιωματικό. Έτσι, η προσπάθεια του Ερατοσθένη να μετρήσει την περίμετρο της γης και η διεξαγωγή του πειράματος στο πλαίσιο της εκπαιδευτικής διαδικασίας κρίναμε ότι μπορεί να λειτουργήσει ως μέσο για τη διασύνδεση των διαφορετικών επιστημονικών γνώσεων μεταξύ τους αλλά και ως όχημα για την κάθετη και οριζόντια μεταφορά της γνώσης και τη σύνθεσή της σε ένα ενιαίο οικοδόμημα στο οποίο δύναται να ενσωματωθεί κάθε νέα πληροφορία. Την ίδια στιγμή κατανοούμε ότι η βιωματική μάθηση συνδέει αποτελεσματικά την εκπαιδευτική πράξη με την εμπειρία, ικανοποιεί την ανάγκη για μάθηση στην πράξη προσδίδοντας έμφαση στον πειραματισμό και την ανάπτυξη της κριτικής σκέψης, ενώ υποστηρίζει αποτελεσματικά την άποψη του Vygotsky, που προϋποθέτει τη σύνδεση της γνωστικής λειτουργίας με τη δράση και την πραγματική ζωή.

Τι είναι το Μοντέλο Μεταφοράς Ενέργειας (Μο.Μ.Ε.)

Με τον όρο «Μοντέλο Μεταφοράς Ενέργειας», ή Mο.M.E. εν συντομία, εννοείται ένα σύνολο ιδιοτήτων, αρχών και νόμων που διέπουν την έννοια της ενέργειας σε εννοιολογικό, επιστημολογικό, διδακτικό και λειτουργικό επίπεδο. Το προτεινόμενο μοντέλο, για την δημιουργία του οποίου ελήφθησαν υπόψη τα πορίσματα και οι προτάσεις της ελληνικής και διεθνούς βιβλιογραφίας, αποτελεί μια δημιουργική και πρωτότυπη σύνθεση των απόψεων και προτάσεων που έχουν διατυπωθεί τις τελευταίες δεκαετίες στο χώρο της διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, γενικότερα, και της έννοιας της ενέργειας, ειδικότερα.

Μια από της κεντρικές ιδέες του μοντέλου αποτελεί η έννοια της «μεταφοράς» ενέργειας, μια έννοια για την οποία αρκετοί ερευνητές των Φυσικών Επιστημών  τόνισαν την σημασία της και τη λειτουργικότητα της. Στο πλαίσιο του Mο.M.E., η έννοια της «μεταφοράς» ενέργειας αναδεικνύεται κυρίαρχη έννοια, ενώ υποβαθμίζονται οι έννοιες «μετατροπή» και «μορφές» ενέργειας και προτείνεται η κατάργηση τους ως έννοιες που περισσότερο σύγχυση προκαλούν, παρά προσφέρουν ουσιαστικότερη  κατανόηση των φαινομένων και των διαφόρων αλλαγών που τα συνοδεύουν.

Λαμβάνοντας υπόψη τις θεωρητικές εργασίες και εμπειρικές έρευνες που συνδέουν την ενέργεια με τις διάφορες μεταβολές που παρατηρούνται στη φύση, προτείνεται η σύνδεση της ενέργειας με τις αλλαγές, με ένα συγκεκριμένο τρόπο, ο οποίος απαντά άμεσα στο ερώτημα που αφορά την φύση της ενέργειας, ενώ συνδέεται έμμεσα με τις βασικές αρχές της, που είναι η διατήρηση και διασπορά της.

Η Αρχή Διατήρησης της ενέργειας (Α.Δ.Ε) επεκτείνεται και συμπληρώνεται με την αρχή της διασποράς της, που είναι ο διδακτικός μετασχηματισμός του 2^ου θερμοδυναμικού νόμου. Η ενοποίηση αυτή, που υπάρχει στο επίκεντρο του προβληματισμού της διδασκαλίας της έννοιας της ενέργειας αρκετές δεκαετίες οδηγεί στην Γενικευμένη Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας (Γ.Α.Δ.Ε). Η ιδέα του διαχωρισμού της ενέργειας σε διαθέσιμη ή χρήσιμη και διασπειρόμενη αποτελεί την πρόταση του Μο.Μ.Ε. για γεφυροποίηση της φαινομενικής αντίφασης που υπάρχει μεταξύ της επιστημονικής χρήσης της έννοιας (η ενέργεια διατηρείται) και αυτής που χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή (η ενέργεια παράγεται και καταναλώνεται).

Ακόμη, αυτός ο διαχωρισμός βοηθά στην κατανόηση της έννοιας της απόδοσης, μιας έννοιας που αναφέρεται συχνά σε κοινωνικοεπιστημονικά θέματα που σχετίζονται με την ενέργεια, όπως είναι η κατανάλωση καυσίμων, η ελάττωση των ορυκτών καυσίμων κ.λπ.  Η συνεισφορά του Μo.Μ.Ε. στην κατανόηση της έννοιας της απόδοσης έρχεται να προστεθεί στον προβληματισμό και στις σχετικά λίγες έρευνες που έχουν γίνει γύρω από τη διδασκαλία της.

Ιδιαίτερη, επίσης, έμφαση δίνεται στην σημαντική έννοια της ισχύος, η οποία, αν και οι δυσκολίες στη διδασκαλία της είναι γνωστές, δεν έχει τη θέση που της αρμόζει στην παραδοσιακή διδασκαλία των ενεργειακών θεμάτων.

Στο παρόν άρθρο παρουσιάζονται εν συντομία  οι βασικές αρχές και η ορολογία του Μο.Μ.Ε. και μια πρωτότυπη πρόταση διδασκαλίας της έννοιας της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας στο πλαίσιο του Μο.Μ.Ε. Σε επόμενο άρθρο θα περιγραφούν με λεπτομέρειες και θα τεκμηριωθούν θεωρητικά και πρακτικά οι καινοτόμες ιδέες που χρησιμοποιήθηκαν στην συγκρότηση του.

Συνοπτική περιγραφή του Μο.Μ.Ε.

Σύμφωνα, λοιπόν, με το Μοντέλο Μεταφοράς Ενέργειας, η ενέργεια θεωρείται ότι είναι εντοπισμένη «κάπου» και, όταν συμβαίνει «κάτι» ή παρατηρείται κάποια κατάλληλη αλλαγή, αυτή (η ενέργεια) μεταφέρεται με κάποια διαδικασία από το ένα μέρος στο άλλο. Τυπικά παραδείγματα είναι οι εκφράσεις: «Η ενέργεια της μπαταρίας μεταφέρεται στη λάμπα με το ηλεκτρικό ρεύμα (ηλεκτρικά) και από τη λάμπα στο περιβάλλον με το φως και με τη θέρμανση (θερμικά)» ή «Η ενέργεια από τον ήλιο μεταφέρεται στα φυτά με ακτινοβολία.» κ.λπ.

Η προσέγγιση του Μο.Μ.Ε. εστιάζει σε ερωτήσεις, όπως :

Που ήταν η ενέργεια στην αρχή και στο τέλος του φαινομένου;  και   Πώς πήγε εκεί;

Στην ορολογία της «μεταφοράς» ενέργειας τρεις είναι οι βασικές έννοιες – κλειδιά :

• Οι αποθήκες ή πηγές ενέργειας (αποθήκευση ενέργειας)
• Οι τρόποι μεταφοράς ενέργειας (μεταφορά ενέργειας)
• Οι εναλλάκτες ενέργειας (αλλάζουν τον τρόπο μεταφοράς ενέργειας).

Επίσης σε κάθε μεταφορά ενέργειας από το ένα μέρος στο άλλο, ένα ποσό θα διασπείρεται στο περιβάλλον και θεωρείται μη διαθέσιμη ενέργεια, σε αντίθεση με την ενέργεια που βρίσκεται αποθηκευμένη σε μέρη που μπορεί να αξιοποιηθεί ή να μεταφερθεί και θεωρείται διαθέσιμη.

Βασικές αρχές του Μοντέλου

1. Ενέργεια: μια μετρήσιμη οντότητα αποθηκευμένη σε ενεργειακές αποθήκες ή πηγές. Δεν υπάρχουν μορφές και μετατροπές ενέργειας, αλλά διαφορετικοί τρόποι αποθήκευσης της (κινητικά αποθηκευμένη, χημικά αποθηκευμένη κ.λπ.)
2. Η φύση της παραμένει ή ίδια, αλλάζει ο τρόπος μεταφοράς και αποθήκευσης.
3. Κατά τη μεταφορά και αποθήκευσή της, η ενέργεια προκαλεί διάφορες αλλαγές στους ενεργειακούς δείκτες που συνδέονται με τα σώματα ή συστήματα από τα οποία προέρχεται, ή με αυτά στα οποία μεταφέρεται: π.χ. η κινητικά αποθηκευμένη ενέργεια συνδέεται με την ταχύτητα, η δυναμικά αποθηκευμένη με το ύψος, η θερμικά αποθηκευμένη με τη θερμοκρασία κ.λπ.. Αυτή ακριβώς η ιδιότητα της να προκαλεί αλλαγές αποτελεί και τον πυρήνα του ορισμού της.
4. Υπάρχουν 5 τρόποι για μεταφορά της ενέργειας: Μηχανικά (έργο δύναμης), Ηλεκτρικά (ηλεκτρικό ρεύμα), Θερμικά (θέρμανση), Κυματικά (ακτινοβολία, ήχος), Μαζικά (μεταφορά μάζας).
5. Εναλλάκτες: αλλάζουν τον τρόπο μεταφοράς της ενέργειας. Π.χ. ο κινητήρας αλλάζει τον τρόπο μεταφοράς της ενέργειας από ηλεκτρικά σε μηχανικά.
6. Η ενέργεια διακρίνεται σε: Διαθέσιμη και Διασπειρόμενη. Η διαθέσιμη είναι αυτή που είναι αποθηκευμένη σε διάφορα σώματα ή συστήματα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μελλοντικά, για να προκαλέσει αλλαγές π.χ. η ενέργεια του συμπιεσμένου ελατηρίου κ.λπ., ενώ διασπειρόμενη είναι η ενέργεια που μεταφέρεται στο περιβάλλον και δεν μπορεί να προκαλέσει άλλες αλλαγές (να χρησιμοποιηθεί).
7.  «Η διαθέσιμη ενέργεια μειώνεται» (Αρχή Διασποράς Ενέργειας)
8. «Το σύνολο της ενέργειας (διαθέσιμης και διασπειρόμενης) παραμένει σταθερό» (Αρχή Διατήρησης της Ενέργειας)
9. Σημαντικές έννοιες είναι ο ρυθμός μεταφοράς ενέργειας (Ισχύς) και η απόδοση.

Παράδειγμα εφαρμογής του μοντέλου αποτελεί το άναμμα μιας λάμπας από μπαταρία που βρίσκεται στο διαδραστικό βιβλίο Φυσικής της Β’ Γυμνασίου.