Η διδακτική αξιοποίηση της Ιστορίας των

Επιστημών

Μ. Γεωργάτου Σχολική Σύμβουλος ΠΕ04

1. Ποιο είναι το αντικείμενο της ιστορίας των επιστημών σύμφωνα με τη σύγχρονη βιβλιογραφία;

2. Γιατί θεωρείται ότι η ιστορία των επιστημών μπορεί να συνεισφέρει στην επίτευξη στόχων κατά τη διδασκαλία των επιστημών;

3. Πώς η ιστορία των επιστημών μπορεί να αξιοποιηθεί στην κατεύθυνση αυτή;

Παράδειγμα από την Ιστορία της Βιολογίας

2

3

1. Η ΙΣΤΟΡΙΑ

ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

4

Για τους ιστορικούς των επιστημών …..

….. η γένεση των νέων ιδεών δεν είναι απλώς αποτέλεσμα έμπνευσης των μεγάλων πνευμάτων της ανθρωπότητας.

5

συστηματική παρατήρηση της φύσης,

μελέτη της κληροδοτημένης γνώσης,

κριτική προσέγγιση,

συστηματική έρευνα

συζητήσεις / διαμάχες…

Τις ιδέες τις παράγουν οι άνθρωποι μέσω πολύμορφων και πολύπλοκων διαδικασιών όπως:

6

επίλυση πρακτικών προβλημάτων,

επινόηση τεχνικών και πρακτικών,

κατασκευή οργάνων ή μηχανών,

τιθάσευση και εκμετάλλευση της φύσης.

Αλλά και σχέσεις με την εξουσία, με

τους χορηγούς κτλ. δημιουργία θεσμών.

Γαβρόγλου Κ. 2004

Το Παρελθόν των επιστημών ως ιστορία

7

.

Μέσω αυτών των διαδικασιών οι άνθρωποι….

χρησιμοποιούν τα κατάλληλα εργαλεία της λογικής και των μαθηματικών,

προτείνουν νέα πειράματα,

αναπτύσσουν τεχνικές παρατήρησης και μέτρησης,

διατυπώνουν νέες έννοιες και νέους συλλογισμούς,

διαμορφώνουν νέες θεωρίες.

Οι ιστορικοί των επιστημών διερευνούν

….όλες αυτές τις πτυχές της ιστορίας των ανθρώπων

που προσπάθησαν να κατανοήσουν τη δομή και τη

λειτουργία της φύσης,

έχοντας υπόψη

τις διαφορετικές ιδεολογικές, φιλοσοφικές,

αισθητικές, θρησκευτικές και πολιτικές απόψεις τους

και τις εκάστοτε χωρικές, χρονικές και πολιτισμικές

ιδιαιτερότητες.

.

8

9

Ως αντικείμενο της ιστορίας των επιστημών θεωρούν την επιστήμη

ως κοινωνικό και πολιτισμικό φαινόμενο.

Γαβρόγλου Κ. 2004

Το Παρελθόν των επιστημών ως ιστορία

10

2. Η ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ

ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ

ΤΗΣ ΙΣΤΟΡΙΑΣ

ΤΩΝ Φ. Ε.

11

Η συζήτηση θεωρείται ότι ξεκινά στα τέλη του 19ου αιώνα

με τον Ernst Mach, ο οποίος προτείνει μια

«γενετική» προσέγγιση της διδασκαλίας της επιστήμης.

και λίγο αργότερα τον Pierre Duhem*

ο οποίος επιχειρηματολογεί για τη σημασία της ιστορικής μεθόδου στη διδασκαλία της επιστήμης.

«…η ιστορική μέθοδος επιτρέπει στον μαθητή

να ιχνηλατίσει τους τρόπους ….με τους οποίους αναλύεται το εμπειρικό υλικό και σχεδιάζεται η θεωρητική μορφή…» *The aim and structure of physical

theory 1905/ 1954

12

Η συζήτηση για τη διδακτική αξιοποίηση της ιστορίας των Φυσικών επιστημών συνεχίστηκε σε όλη τη διάρκεια του 20ου αιώνα.

Ειδικότερα μετά το 1980 παρατηρείται ένα συνεχώς αυξανόμενο ενδιαφέρον γύρω από αυτό το θέμα,

με αποτέλεσμα μια ιδιαίτερα πλούσια βιβλιογραφία.

• Matthews, M. R. Διδάσκοντας

φυσικές επιστήμες Επίκεντρο.

2007.

•Matthews, M. R Χρόνος για

φυσικές επιστήμες. Επίκεντρο.

2011

•Duschl, 1994. Monk & Osborne,

1997. Osborne,2005.

•Σέρογλου & Κουμαράς, 2001. κ.α.

Η Ιστορία της επιστήμης αξιολογείται ως ένα σημαντικό εργαλείο για :

τροποποίηση εναλλακτικών ιδεών,

αποτελεσματική άρση παρανοήσεων,

αναδόμηση προϋπαρχουσών αντιλήψεων.

και γενικότερα ως ένα σημαντικό εργαλείο

για την επίτευξη γνωστικών στόχων.

13

Γνωστικών στόχων που αφορούν στην κατανόηση :

Θεωριών, Εξειδικευμένων εννοιών , Εξηγητικών σχημάτων: Νόμων Αιτιακών εξηγήσεων φαινομένων Παράθεσης μηχανισμών

Δηλ. αφορούν στο τελικό προϊόν της επιστημονικής διαδικασίας.

14

15

Όμως, αξιοποιώντας την Ιστορία της επιστήμης…

…..Οι μαθητές δεν μαθαίνουν μόνον έννοιες, εξηγητικά σχήματα και θεωρίες των ΦΕ.

δηλ. δεν μαθαίνουν μόνον την “τελική μορφή” του προϊόντος

αλλά μαθαίνουν και για τις ίδιες τις ΦΕ.

Έτσι, η αξιοποίηση της ιστορίας των ΦΕ αξιολογείται ως σημαντική

γιατί δίνει δυνατότητα οι μαθητές να προσεγγίσουν:

την ποικιλομορφία και τους περιορισμούς των διαδικασιών ανακάλυψης,

τους λόγους αιτιολόγησης και αποδοχής επιστημονικών εξηγήσεων και θεωριών,

τους τρόπους αλλαγής (θεωριών, εννοιών, μεθόδων), το ρόλο των υποκείμενων φιλοσοφικών ή άλλων

δεσμεύσεων στην ανάπτυξη της επιστήμης, τους τρόπους που οι φυσικές επιστήμες αλληλεπιδρούν

με την κοινωνία και τον πολιτισμό.

16

και γενικότερα γιατί δίνει δυνατότητα να δοθεί τέλος σε μια παράδοση που

εμφανίζει την επιστήμη στατική, στο πλαίσιο μιας αιώνιας και αναντίρρητης αλήθειας,

και να μεταφερθεί το μήνυμα ότι η επιστήμη είναι ένα αδιάκοπο γίγνεσθαι.

(γνωσιολογικοί/ επιστημικοί στόχοι)

17

Επίσης, η αξιοποίηση της ιστορίας των ΦΕ αξιολογείται ως σημαντική

γιατί συμβάλλει στην καλλιέργεια στάσεων και αξιών όπως:

την κριτική-ορθολογική σκέψη και δράση

των μαθητών, την ελευθερία σκέψης: επιφυλακτικοί

απέναντι στη δογματική σκέψη και λιγότερο ευάλωτοι στην αυθεντία του επιστημονικού λόγου,

τη θέληση και την επιμονή. (συναισθηματικοί στόχοι)

18

19

Πώς μπορούν να αξιοποιηθούν ιστορικές πτυχές των ΦΕ;

Ενδεικτικές προτάσεις από τη βιβλιογραφία: Σύγκριση και αντιπαραβολή σύγχρονων και

προγενέστερων απόψεων. Δραματοποίηση ιστορικών διαλόγων, πχ μιας

επιστημονικής διαμάχης - ανάληψη ρόλων. Δημιουργία αντιγράφων ιστορικών πειραμάτων με

κατάλληλες τροποποιήσεις.

Δυσκολίες

Πολλαπλοί περιορισμοί κατά την ίδια τη διδακτική πράξη

• αναλυτικά προγράμματα – χρόνος – εξετάσεις

Οι ιστορικές αναφορές των εγχειριδίων είναι περιορισμένες, απαιτούν κατάλληλους διδακτικούς

μετασχηματισμούς και διαπνέονται συνήθως από τη θετικιστική

κουλτούρα μιας γραμμικής και συσσωρευτικής εξέλιξης των ΦΕ .

20

Απαιτούνται

προτάσεις καινοτόμων διδακτικών προσεγγίσεων

που να αξιοποιούν την ιστορία της επιστήμης. παροχή απαραίτητων γνώσεων στους

εκπαιδευτικούς ώστε: να είναι εξοικειωμένοι με την προβληματική της

ιστορίας των επιστημών, να αποφεύγουν τον κίνδυνο της μυθοποίησης ή

του αναχρονισμού. (αποτιμώντας το παρελθόν με βάση μεταγενέστερες αξίες και αλήθειες για τη φύση.)

21

22

3. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ

από την

Ιστορία της Βιολογίας

23

Φυλοσύνδετη κληρονομικότητα =

Αυτοσωμική κληρονομικότητα O τρόπος μεταβίβασης μιας κατηγορίας

γονιδίων του Χ χρωμοσώματος Αυτοσωμικά - Φυλετικά χρωμοσώματα

Αρχές 20ου αιώνα

24

Κεντρικό ερώτημα:

Τι καθορίζει τη μορφή ενός οργανισμού;

Ένα ερώτημα με τρία μέρη :

1.Πώς από ένα αδιαφοροποίητο κύτταρο αναπτύσσεται ένας πολύπλοκος καλά διαφοροποιημένος οργανισμός;

2.Πώς κληροδοτούνται συγκεκριμένα χαρακτηριστικά;

3.Πώς νέες μορφές ή νέα είδη εξελίσσονται;

(οι διακριτοί κλάδοι της εμβρυολογίας, γενετικής και εξελικτικής βιολογίας δεν είχαν ακόμα συγκροτηθεί)

25

Χρωμοσωμική θεωρία

κληρονομικότητας

Ενοποιητική θεωρία

1. Προσδιορίζει τα χρωμοσώματα ως φορείς των Μεντελιανών παραγόντων (γονιδίων) και

2. Εξηγεί τους Μεντελιανούς νόμους στη βάση κυτταρικών μηχανισμών.

Η θεωρία αναπτύσσεται ανεξάρτητα από τους Walter Sutton και Theodor Boveri τη χρονική περίοδο 1902- 1903

παραμένει όμως υπό αμφισβήτηση μέχρι το 1915…….

26

Η χρωμοσωμική βάση του φυλοκαθορισμού

Το 1905 οι γενετιστές Edmund Wilson και Nettie Stevens συνδέουν για πρώτη φορά…

…τις παρατηρούμενες με το μικροσκόπιο διαφορές σε χρωμοσώματα…

…με παρατηρούμενες διαφορές σε χαρακτηριστικά που σχετίζονται με το φύλο…

..Και αναφέρονται στην χρωμοσωμική βάση του φυλοκαθορισμού

27

Thomas Hunt Morgan – βραβείο Νόμπελ 1933 (1866 -1945)

….θεωρεί ως αυθαίρετη την άποψη ότι οι Μεντελιανοί παράγοντες /τα γονίδια βρίσκονται στα χρωμοσώματα.

O Αμερικανός βιολόγος Morgan γεννήθηκε το 1866...

…….τη χρονιά που ο Μέντελ δημοσίευσε την εργασία του για την κληρονομικότητα στο μοσχομπίζελο.

Ξεκινά την καριέρα του το 1891 ως καθηγητής στο Bryn Mawr College της Πενσυλβάνια.

Αρχικά ασχολείται με την εμβρυολογία και….

Μελετά τη διαφοροποίηση*

και ειδικότερα πειραματίζεται με την επίδραση μεταβολών στις συγκεντρώσεις αλάτων, βάσεων και οξέων στο περιβάλλον των εμβρύων.

(έμβρυα ασπονδύλων, αμφιβίων – κυρίως βατράχων)

The Development of the Frog’s Egg (1897),

28 * Πειραματική εμβρυολογία: Η στροφή στις

ερωτήσεις «πώς» και στο πείραμα……

Παράλληλα ενδιαφέρεται

για τα προβλήματα κληρονομικότητας και φυλοκαθορισμού.

καθώς και για τις μεταλλάξεις ως κρίσιμου παράγοντα στην εξέλιξη των ειδών.

29

Από το 1904 που γίνεται καθηγητής Πειραματικής Ζωολογίας

στο Πανεπιστήμιο Columbia… πραγματοποιεί μια μεγάλη ποικιλία πειραμάτων

χρησιμοποιώντας ….πολλές και διαφορετικές πειραματικές

τεχνικές και διαφορετικούς οργανισμούς.

30

31

Από το 1908 Χρησιμοποιεί ως

πειραματόζωο τη Drosophila melanogaster (μύγα του φρούτου).

(ποια είναι τα πλεονεκτήματα αυτής της επιλογής;)

Επιχειρεί την πρόκληση μεταλλάξεων στη μύγα χρησιμοποιώντας διάφορους παράγοντες και…..

….Πραγματοποιεί πειράματα διασταυρώσεων.

32

Το δωμάτιο της μύγας.

Το εργαστήριό του, στο πανεπιστήμιο Columbia, γεμίζει με εκατοντάδες μπουκάλια γάλακτος…..

…με χιλιάδες μυγάκια που μαζεύει από ώριμες μπανάνες.

33 The Fly Room at Columbia University, around 1920. Note the bananas used as fruit fly food. The room no longer exists at Columbia.

34

35

Η σύγχρονη εικόνα δεν διαφέρει και πολύ…

36

Το 1909 στο εργαστήριο του Morgan

Άρχισαν να εμφανίζονται αρκετά μεταλλαγμένα στελέχη της Δροσόφιλας.

Η κληρονομικότητα των νέων χαρακτηριστικών των ατόμων αυτών ακολουθούσε τα Μεντελιανά πρότυπα.

37

Το 1910 ο Morgan

Παρατηρεί ότι μεταξύ των ατόμων Δροσόφιλας βρίσκεται ένα μεταλλαγμένο αρσενικό άτομο με λευκά μάτια.

Ως κανονικό χρώμα ματιών για τη Δροσόφιλα θεωρείται το κόκκινο.

38

Διασταυρώνει αμέσως το λευκό αρσενικό με κόκκινο θηλυκό

39

Ας κάνουμε και εμείς τις διασταυρώσεις του Morgan…

….επί χάρτου

40

• Ο Morgan παρατηρεί ότι όλα τα άτομα της F1 έχουν κόκκινα μάτια.

• Είναι αυτό σύμφωνο με το νόμο του Μέντελ;

http://www.dnaftb.org/10/animation.html

41

Διασταυρώνει στη συνέχεια μεταξύ τους τα άτομα της F1 και οι παρατηρούμενοι φαινότυποι στην F2 είναι:

3. 470 με κόκκινα μάτια

782 με λευκά μάτια

άτομα της F1

42

Τα λευκά μάτια επανεμφανίζονται στην F2 και η αναλογία θεωρείται ότι πλησιάζει την Μεντελιανή αναλογία 1:3

Το αποτέλεσμα αξιολογείται ως αναμενόμενο και σύμφωνο με το νόμο του Μέντελ.

43

ο Morgan παρατηρεί όμως ότι τα θηλυκά της F2 δεν

εμφανίζουν λευκά μάτια.

Λευκά μάτια εμφανίζουν μόνον τα αρσενικά της F2

Ειδικότερα παρατηρεί:

2.459 κόκκινα μάτια, θηλυκά

1.011 κόκκινα μάτια, αρσενικά

782 λευκά μάτια, αρσενικά

Συμφωνεί αυτό με τη Μεντελιανή κληρονομικότητα;

44

Το αποτέλεσμα αποκλίνει από το θεωρητικώς αναμενόμενο…

? ? ? Υποθέσεις …… Διερεύνηση

45

Ο Morgan γνωρίζει τις εργασίες των Wilson και Stevens

και αποκλείοντας άλλες πιθανές υποθέσεις

διερευνά την πιθανή σύνδεση των αλληλομόρφων για το κόκκινο ή λευκό χρώμα με τα φυλετικά χρωμοσώματα:

Δηλ. γενικότερα συνδέει το «γονίδιο» με το

«χρωμόσωμα» υποθέτοντας ότι η θέση

των γονιδίων βρίσκεται στα χρωμοσώματα.......

46

Υπόθεση ….

Εάν το γονίδιο Κ ή κ υπάρχει στο Χ και μάλιστα σε συγκεκριμένη περιοχή του……..

…..τότε δεν θα έχει αλληλόμορφο στο Υ .

ΧΚΧΚ

ΧΚΧκ

ΧΚY

ΧκY

ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΣ

Και ελέγχει πειραματικά………

47

Διασταυρώσεις διερεύνησης Εμφάνιση θηλυκών λευκών!!!!

• 1η 2η 3η

Θηλυκό

ετερόζυγο

Θηλυκό

ετερόζυγο

Θηλυκό

ομόζυγο

Θηλυκό

ετερόζυγο

48

4η διασταύρωση:

• Θηλυκά λευκά με αρσενικά κόκκινα

• Όλα τα θηλυκά κόκκινα

• Όλα τα αρσενικά λευκά:

Αναμενόμενο!!!!!

Θηλυκό λευκό

(ομόζυγο)

49

Αποτελέσματα δεκάδων άλλων πειραματικών διασταυρώσεων

Ο Morgan και οι συνεργάτες του θεμελιώνουν στα αποτελέσματα δεκάδων πειραματικών διασταυρώσεων τη χρωμοσωμική θεωρία της κληρονομικότητας.

Το 1915 μαζί με τους Sturtevant, Bridges, Muller εκδίδουν το βιβλίο:

Οι Μηχανισμοί της Μεντελιανής Κληρονομικότητας

Θεμελιακής σημασίας βιβλίο για το νέο τότε κλάδο της γενετικής.

•

ΦΥΛΟΣΥΝΔΕΤΗ

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΟΤΗΤΑ Μ. ΓΕΩΡΓΑΤΟΥ

51

Πώς δουλεύουν οι επιστήμονες; ……. παρατηρούν

εντοπίζουν προβλήματα διατυπώνουν ερωτήματα διεξάγουν βιβλιογραφική έρευνα διατυπώνουν υποθέσεις διεξάγουν πειραματική έρευνα ερμηνεύουν αποτελέσματα στοχάζονται ευρήματα ανακοινώνουν αποτελέσματα ………. παρατηρούν

εντοπίζουν προβλήματα ………

• Πολλαπλότητα ερευνητικών διαδρομών

• Επιτυχείς και ανεπιτυχείς επιλογές

• Η αφοσίωση σε αποδεικτικές διαδικασίες

• Η αμφισβήτηση ( μιας ιδέας που αποδεικνύεται ορθή)

• Η έκπληξη του τυχαίου

• Η αβεβαιότητα

• Συνεχής προσπάθεια

• Επιμονή, θέληση

• Συνεργασία

52

Το 1910 ο Morgan χαρακτήριζε τα πειράματά

του ως «εκείνα που ήταν απλώς ανόητα,

εκείνα που ήταν τελείως ανόητα και εκείνα που

ήταν ακόμα χειρότερα. »

Ενδεικτική βιβλιογραφία

Για την ιστορία των επιστημών:

1. ΓΑΒΡΟΓΛΟΥ ΚΩΣΤΑΣ :Το παρελθόν των Επιστημών ως Ιστορία ,

Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης.

2. HERBERT BUTTERFIELD: Η καταγωγή της σύγχρονης επιστήμης (1300-1800). (Μ.Ι.Ε.Τ.).

3. CHARLES C. GILLISPIE: Στην κόψη της αλήθειας. Μ.Ι.Ε.Τ.

4. Α.C.CROMBIE: Από τον Αυγουστίνο στον Γαλιλαίο, Μ.Ι.Ε.Τ

5. RICHARD S. WESTFALL: Η συγκρότηση της σύγχρονης επιστήμης , Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης.

6. PETER M. HARMAN: Ενέργεια δύναμη και ύλη,

Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης.

7. ALLEN G. DEBUS: Άνθρωπος και Φύση στην Αναγέννηση,

Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης.

8. THOMASS L. HANKINS : Επιστήμη και Διαφωτισμός,

Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης. 9. STILLMAN DRAKE : Γαλιλαίος, Πανεπιστημιακές

εκδόσεις Κρήτης. 10. WESTFALL RICHARD : Η ζωή του Ισαάκ

Νεύτωνα, Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης. -------------------------------------------------------

1. Ernst Mayr: Η ανάπτυξη της βιολογικής σκέψης. ΜΙΕΤ 2008 2. Κώστας Β. Κριμπάς: Δαρβινισμός Ωκεανίδα (2009) 3. Μισέλ Μοράνζ: Ιστορία της μοριακής βιολογίας.

Καστανιώτης (1999) 4. Φρανσουα Ζακομπ: Η λογική του ζώντος Ραππα 1971 5. WATSON D. J. Η ΔΙΠΛΗ ΕΛΙΚΑ Τροχαλία 1990 6. CRICK F. ΤΙ ΤΡΕΛΟ ΚΥΝΗΓΗΤΟ Η ΔΙΠΛΗ ΕΛΙΚΑ ΚΙ ΕΓΩ

Κάτοπτρο 1991