ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ

ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΓΩΓΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΧΟΛΙΚΗ ΗΛΙΚΙΑ

Η χρήση μοντέλων από την Ιστορία της Επιστήμης για την

ανίχνευση και το μετασχηματισμό βιωματικών νοητικών

παραστάσεων των μαθητών στο πεδίο της Οπτικής:

Διδακτική προσέγγιση

Χρήστος Δέδες

Διδακτορική διατριβή

Επιβλέπων

Κωνσταντίνος Ραβάνης

Καθηγητής Τ.Ε.Ε.Α.Π.Η.

ΠΑΤΡΑ 2005

Στη Χριστίνα

και στο Γρηγόρη

Ευχαριστίες Για την ολοκλήρωση της διατριβής που ακολουθεί, οφείλω πολλά σε πολλούς ανθρώπους, φίλους και συναδέλφους, οι οποίοι θυσίασαν γενναιόδωρα το χρόνο τους, προσφέροντάς μου ιδέες, προτάσεις και υλικό. Θέλω να τους εκφράσω, και από τη θέση αυτή, τις ευχαριστίες και την ευγνωμοσύνη μου. Πρώτον από όλους ευχαριστώ τον Κώστα Ραβάνη, Καθηγητή στο Τ.Ε.Ε.Α.Π.Η., που με προέτρεψε και με βοήθησε να ξεκινήσω την προσπάθεια αυτή, αναλαμβάνοντας την επίβλεψη της διατριβής. Η συμβολή του ήταν καθοριστικής σημασίας σε όλα τα στάδια της εργασίας. Ο διευρυμένος ορίζοντας της σκέψης του και η βαθιά θεωρητική του κατάρτιση στα ζητήματα της Διδακτικής αποτελούσαν τον οδηγό μου στα δύσβατα μονοπάτια της επιστημονικής σκέψης, οι αστείρευτες ιδέες του και η πάντα αισιόδοξη ματιά του αναζωογονούσαν τη σκέψη μου και με ενθάρρυναν σε περιόδους αμφιταλαντεύσεων και απογοητεύσεων, ενώ η ουσιαστική κριτική και οι στερούμενες σπουδαιοφάνειας υποδείξεις του συνέβαλλαν στη διατήρηση μια ζεστής, δημιουργικής και χωρίς «διδακτισμούς» συνεργασίας. Θερμές ευχαριστίες οφείλω και προς τα άλλα δύο μέλη της Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής, τον Καθηγητή του Π.Τ.Δ.Ε. του Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Παναγιώτη Κουμαρά και την Αναπληρώτρια Καθηγήτρια του Τ.Ε.Ε.Α.Π.Η. του Πανεπιστημίου Πατρών Βάσω Ζόγκζα, για τις γόνιμες συζητήσεις μας, τις εύστοχες υποδείξεις τους και την πολύπλευρη υποστήριξη που μου πρόσφεραν σε κρίσιμες καμπές της ερευνητικής αυτής διαδρομής. Ευχαριστώ πάρα πολύ τον Καθηγητή του Τμήματος Κοινωνικής και Εκπαιδευτικής Πολιτικής του Πανεπιστημίου Πελοποννήσου Βασίλη Κουλαϊδή, την Αναπληρώτρια Καθηγήτρια της Σχολής Ανθρωπιστικών Σπουδών του Ελληνικού Ανοιχτού Πανεπιστημίου Βασιλεία Χατζηνικήτα και τους Επίκουρους Καθηγητές του Τ.Ε.Ε.Α.Π.Η. του Πανεπιστημίου Πατρών Δημήτρη Κολιόπουλο και Γιώργο Μπαγάκη, οι οποίοι συμμετείχαν στην Επταμελή Εξεταστική Επιτροπή, για το χρόνο που διέθεσαν απασχολούμενοι με την εργασία αυτή και κυρίως για τις σημαντικές παρατηρήσεις τους. Ευχαριστώ πολύ επίσης τον Βασίλη Γιαλαμά για το ειλικρινές ενδιαφέρον του και για την πολύτιμη βοήθειά του στη στατιστική επεξεργασία των δεδομένων της έρευνας. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω στη Φανή Σέρογλου για τη βοήθειά της στην κάλυψη της, σχετικής με το θέμα, βιβλιογραφίας, καθώς και στους φίλους και συνάδελφους, Θόδωρο Δασκαλάκη, Νίκο Μπούκο και Γιάννη Παπαδόγγονα. από τη θέση και με την εμπειρία του ο καθένας, μου πρόσφεραν αδιάκοπη ενθάρρυνση και σημαντικότατη βοήθεια. Θα αποτελούσε ανεπίτρεπτη παράλειψη η απουσία ευχαριστιών προς τους Διευθυντές, τους δασκάλους και τους καθηγητές των σχολείων που επέτρεψαν την διενέργεια της έρευνας, καθώς και προς τους ίδιους τους μαθητές που αποτέλεσαν τα υποκείμενα της ερευνητικής διαδικασίας. Είναι αυτονόητο ότι χωρίς τη συνεργασία τους η εργασία αυτή δεν θα είχε πραγματοποιηθεί. Τέλος, μιας άλλης μορφής ευχαριστίες οφείλω στα πρόσωπα της οικογένειάς μου. Όχι μόνο επέτρεψαν στην εργασία να προχωρήσει αλλά και παρακίνησαν την αφοσίωσή μου σ’ αυτήν. Ελπίζω στην κατανόησή τους για όσα τους στέρησα.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ

Πρόλογος 1

ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΚΗ

Κεφάλαιο 1: Η συγκρότηση της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών

στην προοπτική του ζητήματος των νοητικών παραστάσεων

7 1.1. Η φιλοσοφική προσέγγιση της επιστημονικής γνώσης 8 1.2. Επιστημολογία και Διδακτική των Φυσικών Επιστημών 9 1.3. Ψυχολογία και Διδακτική των Φυσικών Επιστημών 11 1.3.1. Η Συμπεριφοριστική Ψυχολογία 12 1.3.2. Η Μορφολογική Ψυχολογία 14 1.3.3. Η Γνωστική Ψυχολογία 15 1.4. Η συγκρότηση της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών 17 1.4.1. Οι νοητικές παραστάσεις των μαθητών 20 1.4.2. Οι νοητικές παραστάσεις στη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών 23 Κεφάλαιο 2: Η συμβολή της Ιστορίας της Επιστήμης στη Διδακτική των

Φυσικών Επιστημών

27 2.1. Η Ιστορία της Επιστήμης ως μέσον διδασκαλίας και μάθησης των

Φυσικών Επιστημών

29 2.1.1. Προτάσεις και ερευνητικά αποτελέσματα 32 2.2. Η Ιστορία της Επιστήμης ως ερευνητικό και μεθοδολογικό εργαλείο στη

Διδακτική των Φυσικών Επιστημών

36 2.2.1. Η γνωστική οντογένεση και η επιστημονική φυλογένεση 36 2.2.2. Ερευνητικά αποτελέσματα 40 2.2.3. Ερευνητικές προοπτικές 43 Κεφάλαιο 3: Θεωρητικό πρότυπο παρέμβασης και γενικές υποθέσεις 49 3.1. Προσδιορισμός του θεωρητικού πλαίσιου αναφοράς 50 3.1.1. Η στρατηγική των συγκρουσιακών διδακτικών διαδικασιών 54 3.1.2. Η παρουσίαση του μαθησιακού προτύπου 55 3.2. Επιλογή θεωρητικού προτύπου παρέμβασης και διατύπωση γενικών

υποθέσεων

57 Κεφάλαιο 4: Ιστορική έρευνα: Ο σχηματισμός των φωτεινών προβολών

στην εξέλιξη της επιστημονικής σκέψης

59 4.1. Οι φωτεινές προβολές μέσω οπών: ένα «οπτικό παράδοξο» στην

αρχαιότητα

60 4.2. Η Ισλαμική Οπτική 62 4.3. Η Μεσαιωνική Οπτική 69 4.4. Το πρόβλημα των φωτεινών προβολών στον ύστερο Μεσαίωνα 77 4.5. Το πρόβλημα των φωτεινών προβολών κατά την Αναγέννηση 79 4.6. Τα ιστορικά μοντέλα ερμηνείας μέχρι τον 17ο αιώνα 82 4.7. Η λύση του γρίφου: Ο Johannes Kepler και το αποφασιστικό πείραμα 83 4.8. Επιστημολογικές και διδακτικές προεκτάσεις 87 Κεφάλαιο 5: Βιωματικές νοητικές παραστάσεις για το φως – Ερευνητικά

αποτελέσματα

90 5.1. Η φύση του φωτός 91 5.2. Το φως ως οντότητα στο χώρο 92 5.3. Οπτικά φαινόμενα και αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη 93

5.4. Ο μηχανισμός της όρασης 95 5.5. Η προέλευση των χρωμάτων 96 5.6. Η εκπομπή και διάδοση του φωτός από εκτεταμένες πηγές 97

ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΚΗ

Κεφάλαιο 6: Ερευνητική μέθοδος και πειραματική διαδικασία 103 6.1. Οι γενικές ερευνητικές υποθέσεις 104 6.2. Η μέθοδος 104 6.3. Το δείγμα 107 6.4. Η συλλογή των δεδομένων 108 6.5. Η πειραματική διαδικασία 113 6.5.1. Πρώτο στάδιο (προ-έλεγχος): Ανίχνευση των παραστάσεων 113 6.5.1.α. Θεματική ενότητα σημειακής πηγής 113 6.5.1.β. Θεματική ενότητα εκτεταμένης πηγής 118 6.5.2. Δεύτερο στάδιο: Διδακτική παρέμβαση 126 6.5.2. α. Πρώτη φάση: Εμπλοκή των μαθητών στις συγκρουσιακές

διδακτικές διαδικασίες

126 6.5.2. β. Δεύτερη φάση: Πειραματική παρέμβαση 130 6.5.3. Τρίτο στάδιο (μετά-έλεγχος): Έλεγχος μεταβολών 138

ΜΕΡΟΣ ΤΡΙΤΟ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Κεφάλαιο 7: Παρουσίαση των αποτελεσμάτων 140 Εισαγωγικά 141 7.1. Πρώτη θεματική ενότητα: Η εκπομπή του φωτός από σημειακή πηγή 142 7.1.1. Βιωματικές νοητικές παραστάσεις των μαθητών 142 7.1.2. Ο μετασχηματισμός των παραστάσεων 152 7.2. Δεύτερη θεματική ενότητα: Η εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη πηγή 155 7.2.1. Προ-έλεγχος: Βιωματικές νοητικές παραστάσεις των μαθητών 155 7.2.2. Διδακτική παρέμβαση 166 7.2.2.α. Πρώτη φάση: Μεταβολές των απαντήσεων των μαθητών 166 7.2.2.β. Δεύτερη φάση: Μεταβολές των απαντήσεων των μαθητών 172 7.2.3. Μετά-έλεγχος: Οι συνολικές μεταβολές των απαντήσεων των

μαθητών

176 7.2.4. Στατιστική επεξεργασία των δεδομένων 181 Κεφάλαιο 8: Ανάλυση των αποτελεσμάτων 185 8.1. Πρώτη θεματική ενότητα: Η εκπομπή του φωτός από σημειακή πηγή 186 8.1.1. Βιωματικές νοητικές παραστάσεις των μαθητών 186 8.1.2. Ο μετασχηματισμός των παραστάσεων 187 8.2 Δεύτερη θεματική ενότητα: Η εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη πηγή 188 8.2.1. Η ανίχνευση των παραστάσεων 188 8.2.2. Η εμπλοκή των μαθητών στις συγκρουσιακές διδακτικές διαδικασίες 190 8.2.3. Η πειραματική παρέμβαση 193 8.2.4. Ο μετασχηματισμός των παραστάσεων 194 Κεφάλαιο 9: Συμπεράσματα 196

Επίλογος 202 Βιβλιογραφία 206 Παράρτημα 227

1

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

2

Ο παιδαγωγικός στοχασμός που προσανατολίζεται στη διδακτική πράξη έχει προσφέρει, στη μακρά ιστορική του πορεία, θεωρητικές προσεγγίσεις, πρακτικές προτάσεις και απόπειρες εφαρμογής μεθόδων και στρατηγικών, οι οποίες διαφοροποιούνται τόσο ως προς τις φιλοσοφικές τους αφετηρίες όσο και ως προς τις κοινωνικές αναγκαιότητες που επιχειρούν κάθε φορά να εκφράσουν. Καρπό των διαχρονικών αυτών αναζητήσεων αποτελεί η σύγχρονη Διδακτική, η οποία ως περιοχή των Επιστημών της Εκπαίδευσης σχετίζεται ιδιαίτερα με τα ζητήματα της εκπαίδευσης και τη γενικότερη προβληματική της διδασκαλίας: “Η Διδακτική επιχειρεί την επιστημονική έρευνα της διδασκαλίας, τη συστηματοποίηση των βασικών θεωρητικών παραδοχών, των προϋποθέσεων και των συνεπειών της, και τη συνοπτική παρουσίαση των πορισμάτων της σε θεωρίες για τη διδασκαλία και την εκπαίδευση, οι οποίες επιτρέπουν τον καλύτερο εκπαιδευτικό σχεδιασμό και τον έλεγχο της υλοποίησης των διδακτικών στόχων” (Παπαδημητρίου 1996, σ. 28). Στο σημείο σύγκλισης των πολύμορφων προσεγγίσεων της Γενικής Διδακτικής, δραστηριοποιούνται τις τελευταίες δεκαετίες επιστήμονες-ερευνητές προερχόμενοι κυρίως από το χώρο των Φυσικών Επιστημών, οι οποίοι αφού κατ’ αρχήν έθεσαν με συστηματικό τρόπο μια σειρά παιδαγωγικών και εκπαιδευτικών ερωτημάτων, επιχειρούν στη συνέχεια να διαμορφώσουν προτάσεις εφαρμογής διδακτικών καινοτομιών πέρα από την καθιερωμένες πρακτικές των διδακτικών κανονιστικών συστημάτων (Ραβάνης 1996), οριοθετώντας με αυτό τον τρόπο ένα νέο επιστημονικό πεδίο, τη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών. Βασικό θεωρητικό οπλοστάσιο του νεοσύστατου αυτού επιστημονικού χώρου (αλλά και σημείο διαφοροποίησής του από τη λογική των «διδακτικών δεοντολογιών» της Γενικής Διδακτικής) αποτελούν οι σύγχρονες ψυχοκοινωνικές θεωρήσεις οι οποίες εστιάζουν το ενδιαφέρον τους στις διαδικασίες γνωστικής συγκρότησης των εννοιών των Φυσικών Επιστημών, στις συνθήκες διαμόρφωσης των νοητικών σχημάτων ερμηνείας των φυσικών φαινομένων και στις μεθόδους εντοπισμού και υπέρβασης των μαθησιακών προβλημάτων. Επισκοπώντας τη βασική επιστημονική παραγωγή των τελευταίων τριάντα χρόνων στο χώρο της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, διαπιστώνουμε ότι το μεγαλύτερο μέρος των ερευνητικών εργασιών σχετίζεται: α) με την ανίχνευση των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των παιδιών για τις

φυσικές έννοιες και τα φαινόμενα, β) με τον εντοπισμό των δυσκολιών και των εμποδίων που συναντούν στην πορεία

τους προς τη νοητική συγκρότηση γνώσεων από τις Φυσικές Επιστήμες και γ) με την επεξεργασία θεωρητικών εργαλείων και διδακτικών στρατηγικών για το

μετασχηματισμό της βιωματικής σκέψης και τη συγκρότηση νοητικών μοντέλων συμβατών με τα επιστημονικά πρότυπα.

Εάν θα θέλαμε να αποδώσουμε με κωδικοποιημένο τρόπο τις θεωρητικές αντιλήψεις για τη διδασκαλία και τη μάθηση των Φυσικών Επιστημών, οι οποίες διαπνέουν τις προτεινόμενες δραστηριότητες των ερευνητών της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, θα λέγαμε ότι πρόκειται για απόψεις που αποδέχονται ότι η γνώση δεν μεταφέρεται, αλλά συγκροτείται στη σκέψη, στα πλαίσια ειδικά οργανωμένων διδακτικών πρωτοβουλιών, μέσω των οποίων οι μαθητές οδηγούνται στην οικοδόμηση συστημάτων σημασιών και νοητικών/γνωστικών εργαλείων προσέγγισης του φυσικού κόσμου (Παπαμιχαήλ 1988). Οι πολυπαραγοντικές όμως καταβολές των θεωρητικών αυτών αντιλήψεων, σε συνδυασμό με το συνεχώς διευρυνόμενο φάσμα των μεταβλητών της εκπαιδευτικής διαδικασίας, προσδίδουν αναγκαστικά ένα διεπιστημονικό χαρακτήρα στην ανάπτυξη των συγκεκριμένων πρωτοβουλιών, καθιστώντας αναγκαία –πέρα από την αυτονόητη μελέτη των γνωστικών αντικειμένων της διδασκαλίας- την αξιοποίηση των πορισμάτων και άλλων επιστημονικών περιοχών, όπως η Επιστημολογία, η

3

Εκπαιδευτική Ψυχολογία, η Κοινωνιολογία και η Ιστορία της Επιστήμης. Μέσα σ’ αυτό το πλαίσιο του προβληματισμού και των συγγενών αναζητήσεων, παρατηρείται τα τελευταία χρόνια ένα αυξημένο ερευνητικό ενδιαφέρον για τον εμπλουτισμό των προγραμμάτων σπουδών των Φυσικών Επιστημών με στοιχεία από την Ιστορία της Επιστήμης, όχι στο επίπεδο μιας απλής αναφοράς ιστορικών γεγονότων, χρονολογιών ή βιογραφιών, αλλά με την ενσωμάτωση ιστορικών στοιχείων στις διεργασίες οικοδόμησης της γνώσης. Οι προτάσεις για τη συμβολή της Ιστορίας της Επιστήμης στη Διδακτική καλύπτουν πλέον ένα ευρύ πεδίο εφαρμογών (Matthews 1992, Seroglou & Koumaras 2001). Από τη μια πλευρά, υποστηρικτές της «ιστορικής μεθόδου διδασκαλίας», όπου οι επιστημονικές απόψεις παρουσιάζονται μέσα στο ιστορικό πλαίσιο ανάπτυξής τους, εκπονούν μελέτες και εφαρμόζουν προγράμματα από τις δεκαετίες του 50 (Holton 1952, Conant 1957) και του 60 (Klopfer & Cooley 1963, Brush 1969) μέχρι σήμερα (Kipnis 1993, Galili & Hazan 2001), εκφράζοντας την πεποίθηση ότι οι μαθητές, ερχόμενοι σε επαφή με τις ρίζες των επιστημονικών ιδεών και την ιστορική τους εξέλιξη, προσεγγίζουν την επιστημονική μεθοδολογία, κατανοούν τη φύση των επιστημονικών θεωριών ως ιστορικών οντοτήτων με γέννηση, ακμή και τέλος, αναπτύσσουν ευαισθησίες και ενδιαφέρον, αποκτούν θετικές στάσεις απέναντι στην επιστήμη και εν τέλει εφοδιάζονται με ένα πλαίσιο για την κατανόηση των φυσικών φαινομένων. Από την άλλη πλευρά, οι διαπιστωμένες από τη σχετική βιβλιογραφία ομοιότητες που διατρέχουν την επιστημονική σκέψη της προ-κλασικής περιόδου και τις «πρώιμες ιδέες» των παιδιών, έχουν δείξει ικανές, σε πολλές περιπτώσεις, να λειτουργήσουν ως οδηγός ανίχνευσης βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών, οι οποίες παρουσιάζουν ασυμβατότητα με τα χαρακτηριστικά του επιστημονικού προτύπου (Wandersee 1986, Sequeira & Leite 1991, Berg 1997). Η εμφάνιση κοινών σημείων στην ιστορική σκέψη και στις παραστάσεις των μαθητών αποδίδεται σε μια κοινή γνωσιολογική προσέγγιση του φυσικού κόσμου, η οποία –και στις δύο περιπτώσεις- βασίζεται στην αναμφίβολη εγκυρότητα της αισθητηριακής εμπειρίας. Άμεση συνέπεια αυτού του συσχετισμού αποτελεί η θεωρητική υπόθεση σύμφωνα με την οποία σε περιπτώσεις όπου στην Ιστορία της Επιστήμης εκδηλώνονται δυσκολίες ερμηνείας φαινομένων και επίλυσης γρίφων, σε περιπτώσεις δηλαδή που συνιστούν «ανωμαλίες» για τη φυσιολογική επιστήμη (Kuhn, 1981), εκεί είναι περισσότερο πιθανή η εκδήλωση εναλλακτικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών (Steinberg et al. 1990, Benseghir & Closset 1996). Μέσα στα πλαίσια της συγκεκριμένης προβληματικής αναπτύσσεται και η δική μας ερευνητική προσπάθεια. Η αναζήτηση ιστορικού υλικού πρόσφορου για διδακτική αξιοποίηση, μας οδήγησε στον εντοπισμό ενός οπτικού φαινομένου-γρίφου, το οποίο απασχόλησε την Οπτική Επιστήμη για ένα χρονικό διάστημα περίπου 2000 ετών. Πρόκειται για το φαινόμενο του σχηματισμού φωτεινών προβολών από εκτεταμένες φωτεινές πηγές, διαμέσου οπών διαφόρων σχημάτων και μεγεθών. Στην εργασία μας επιχειρούμε την διδακτική αξιοποίηση της Ιστορίας της Επιστήμης ως μεθοδολογικό εργαλείο, με στόχο τον εντοπισμό και στη συνέχεια τον μετασχηματισμό βιωματικών νοητικών παραστάσεων μαθητών ηλικίας 12-16 ετών, σε ό,τι αφορά τον τρόπο εκπομπής και διάδοσης του φωτός όταν προέρχεται από εκτεταμένες φωτεινές πηγές, καθώς και το μηχανισμό σχηματοποίησης των φωτεινών αποτελεσμάτων που αυτό προκαλεί κατά την αλληλεπίδρασή του με τα αντικείμενα, ως απαρχή μιας διαδικασίας προσδιορισμού των μαθησιακών προβλημάτων που εμφανίζονται κατά τη διδασκαλία των σχετικών γνωστικών αντικειμένων. Στο πρώτο στάδιο λοιπόν της πειραματικής διαδικασίας, επιχειρούμε την καταγραφή και τη συστηματική κωδικοποίηση των παραστατικών σχημάτων των υποκειμένων,

4

με βάση τις προβλέψεις (και τις αιτιολογήσεις) που διατυπώνουν σε οπτικά φαινόμενα, τα οποία προκαλούνται από πειραματικές καταστάσεις ανάλογες με αυτές που δημιούργησαν και συντήρησαν το γρίφο του «οπτικού παράδοξου». Η προσπάθεια ωστόσο υπέρβασης μιας απλής καταγραφής των εμπειρικών δεδομένων και η απόπειρα διατύπωσης μιας διδακτικής πρότασης εφαρμόσιμης στο επίπεδο της σχολικής διδασκαλίας, μας οδηγεί στην αναζήτηση των κατάλληλων θεωρητικών εργαλείων καθώς και των διδακτικών στρατηγικών που θα επιτρέψουν το μετασχηματισμό της βιωματικής σκέψης και τη συγκρότηση νοητικών μοντέλων συμβατών με τα αντίστοιχα επιστημονικά. Στο ζήτημα αυτό η σύγχρονη ερευνητική εμπειρία καταδεικνύει ότι σε πολλές περιπτώσεις ο μετασχηματισμός των βιωματικών παραστάσεων δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί με αυθόρμητο τρόπο. Όπως υποστηρίζουν οι Amigues & Caillot (1990, p. 484), “…δεν μπορεί κανείς να επενεργήσει απευθείας στο δομικά συγκροτημένο σύστημα των αναπαραστάσεων των μαθητών, ελπίζοντας να προκαλέσει το μετασχηματισμό τους. Το σύστημα αυτό είναι εξαιρετικά ισχυρό και αντιστέκεται στις αντιφάσεις”. Στη βάση αυτής της διαπίστωσης, οι εκπρόσωποι του ρεύματος του κοινωνικού εποικοδομητισμού αναλύουν την κοινωνική δυναμική που διαμεσολαβεί τη σχέση του παιδιού με το αντικείμενο της γνώσης και προτείνουν την ενεργό συμβολή του διδάσκοντος στη δημιουργία καταστάσεων ικανών να προκαλέσουν διατάραξη και αποσυντονισμό της γνωστικής δομής του υποκειμένου (Carugati & Mugny 1985, Perret-Clermont 1986, Doise & Mugny 1987, Gilly & Roux 1988) και να λειτουργήσουν ως “πηγή αντιθέσεων κοινωνικής φύσης συνδεδεμένη απευθείας με την αλληλεπιδραστική δυναμική μιας πειραματικής κατάστασης” (Weil-Barais 1994, p. 368). Έτσι, κατά την πρώτη φάση του δεύτερου σταδίου της πειραματικής διαδικασίας επιχειρούμε την εμπλοκή των υποκειμένων στις πειραματικές δραστηριότητες, όπου με την ενεργοποίηση της πηγής και την εμφάνιση των φωτεινών αποτελεσμάτων δημιουργούμε –στην περίπτωση διάψευσης των προβλέψεων- συγκρουσιακές συνθήκες αποσταθεροποίησης των παραστατικών προτύπων, ενώ στη δεύτερη φάση προσπαθούμε να οργανώσουμε μια πειραματική παρέμβαση, η οποία, μέσα από την παρουσίαση των στοιχείων του μοντέλου της Γεωμετρικής Οπτικής, αποσκοπεί στην αναδιοργάνωση των νοητικών σχημάτων των μαθητών για τις εμπλεκόμενες έννοιες και τα φαινόμενα. Στη φάση αυτή, η αξιοποίηση της Ιστορίας της Επιστήμης επιχειρείται με τη διαμόρφωση πειραματικών καταστάσεων εμπνευσμένων από το αποφασιστικό πείραμα του Kepler, με το οποίο επιλύθηκε το «μυστήριο» του οπτικού παράδοξου και οριοθετήθηκε θεωρητικά το αποδεκτό μέχρι σήμερα επιστημονικό μοντέλο ερμηνείας. Σε ό,τι αφορά τη διδακτική διαμεσολάβηση του πειραματιστή, αυτή συνίσταται στην κατάλληλη καθοδήγηση των υποκειμένων, με στόχο τη διάκριση των μεταβλητών και των παραμέτρων του προβλήματος, καθώς και την κατανόηση των σχέσεων μεταξύ των παραμέτρων, έτσι ώστε να επιτύχουμε τη λογική συστηματοποίηση των ιδεών και την εξέλιξη των βιωματικών παραστάσεων προς την κατεύθυνση της προσέγγισης του επιστημονικού προτύπου. Πιστεύουμε ότι εφ’ όσον η μεθοδολογική μας επιλογή δικαιωθεί, θα οδηγήσει στη διατύπωση μιας αποτελεσματικότερης πρότασης για τη διδασκαλία των οπτικών φαινομένων, τα οποία σχετίζονται με την ακτινοβολία του φωτός από φωτεινές πηγές εκτεταμένων διαστάσεων. Το εγχείρημά μας επιτρέπει τη δομημένη παρέμβαση του διδάσκοντος μεταξύ υποκειμένου και αντικειμένου, έτσι ώστε αυτή να μη βασίζεται στην απλή αξιοποίηση της εμπειρίας του, αλλά στην αποκάλυψη των πραγματικών εμποδίων που αντιμετωπίζει η σκέψη των μαθητών και στην ουσιαστική αξιοποίηση του διδακτικού υλικού που είναι δυνατόν να προκύψει από τη συστηματική αποθησαύριση της Ιστορίας της Επιστήμης.

5

Στο πρώτο μέρος της έρευνάς μας επιχειρούμε λοιπόν τη συστηματική τεκμηρίωση της επιλογής του θεωρητικού μας μοντέλου, έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η διατύπωση των γενικών υποθέσεών μας. Στο δεύτερο μέρος παρουσιάζουμε το μεθοδολογικό πλαίσιο της εργασίας μας, τις ερευνητικές υποθέσεις που απορρέουν από τη θεωρητική μας προβληματική, καθώς και την πειραματική διαδικασία. Τέλος, στο τρίτο μέρος της εργασίας μας παρουσιάζουμε τα αποτελέσματα, την ανάλυσή τους, καθώς και τα συμπεράσματα της έρευνας.

6

ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΚΗ

7

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1

Η ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΤΗΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΣΤΗΝ ΠΡΟΟΠΤΙΚΗ ΤΟΥ ΖΗΤΗΜΑΤΟΣ

ΤΩΝ ΝΟΗΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΣΤΑΣΕΩΝ

8

Η Διδακτική των Φυσικών Επιστημών (Δ.Φ.Ε.) ή Εκπαίδευση στις Φυσικές Επιστήμες, ως επιστημονικός κλάδος που μελετά τα ζητήματα τα οποία σχετίζονται με τη διδασκαλία και τη μάθηση των Φυσικών Επιστημών, αναγνωρίζεται σήμερα ως μια υποπεριοχή των Επιστημών της Εκπαίδευσης και της Αγωγής, οι οποίες με τη σειρά τους εντάσσονται στον ευρύτερο χώρο των Κοινωνικών και Ανθρωπιστικών Επιστημών (Ραβάνης 1996, Κουλαϊδής κ.ά. 1998, Κόκκοτας 2001α). Οι πολλαπλές όμως αφετηρίες των θεωρητικών προσεγγίσεων που διέπουν τις τελευταίες –πολιτικές, πολιτιστικές, ψυχολογικές, κοινωνικές- δημιουργούν μια πολυσημία σε ό,τι αφορά τις έννοιες, το περιεχόμενο και το πεδίο εφαρμογών τους, η οποία, διαπερνώντας τον επιστημολογικό ιστό τους επηρεάζει αναπόφευκτα και τη Δ.Φ.Ε. Έτσι, στην πορεία της συγκρότησής της –μια πορεία που τη βρίσκει να διανύει μόλις την πέμπτη δεκαετία της ζωής της- η Δ.Φ.Ε. βρίσκεται συχνά στην ανάγκη επαναπροσδιορισμού των επιστημολογικών της επιλογών καθώς δέχεται επιδράσεις τόσο από τις επιστήμες που αποτελούν το βασικό πεδίο της εφαρμογής της (Φυσική, Χημεία, Βιολογία), όσο και από μια σειρά άλλων γνωστικών πεδίων –της Ψυχολογίας, της Επιστημολογίας, της Ιστορίας, της Φιλοσοφίας της Κοινωνιολογίας και της Παιδαγωγικής. Οι επιδράσεις αυτές δημιουργούν ζητήματα που αφορούν την αποσαφήνιση των μεταξύ τους ορίων και εγείρουν ερωτήματα τα οποία βρίσκονται υπό συνεχή διερεύνηση, χωρίς μέχρι στιγμής να διαφαίνονται οι οριστικές απαντήσεις. Καθώς λοιπόν η ερευνητική μας προσπάθεια αναπτύσσεται στο εσωτερικό ενός υπό διαμόρφωση επιστημονικού πεδίου, θεωρούμε αναγκαία, σε πρώτη φάση, τη σκιαγράφηση της φυσιογνωμίας, των αναζητήσεων και των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών της Δ.Φ.Ε. στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξής της. Ό,τι ακολουθεί στο προκείμενο κεφάλαιο αποτελεί μια κωδικοποιημένη ανάγνωση των καταβολών, της εξέλιξης και της συγκρότησης της Δ.Φ.Ε. ως αυτόνομης επιστημονικής περιοχής. 1.1. Η φιλοσοφική προσέγγιση της επιστημονικής γνώσης Η φιλοσοφική σκέψη των νεώτερων χρόνων, με αφετηρία το έργο του Descartes, παραμερίζει την οντολογία και τη μεταφυσική από το πεδίο της προβληματικής της και μεταφέρει το κέντρο των αναζητήσεών της στη γνωσιοθεωρία, επαναφέροντας στο προσκήνιο το πρόβλημα της σχέσης της νόησης με τον εξωτερικό κόσμο στη μορφή με την οποία συζητιέται και σήμερα (Αυγελής 2004, σ. 250-251). Στην αναζήτηση των θεμελίων της έγκυρης γνώσης διαμορφώνεται έκτοτε ένα πλήθος θεωρητικών ρευμάτων τα οποία μπορούν να κωδικοποιηθούν σε τρεις κυρίαρχες τάσεις (Κοσμόπουλος 1985, Moser & Vander 2002, Δελλής 2003): α) Ο ορθολογισμός. Στην παράδοση του Πλατωνικού γνωσιολογικού στοχασμού, οι βασικοί εκπρόσωποι του ρεύματος αυτού κατά τον 17ο αιώνα (Descartes, Spinoza, Leibniz) διατείνονται ότι μόνο η νόηση, η καθαρή σκέψη και ο ορθός λόγος, ανεξάρτητα από τις αισθήσεις και τα δεδομένα της εμπειρίας, μπορούν να εξασφαλίσουν τη γνώση της πραγματικότητας. Η γνώση δεν έχει την πηγή της στον αισθητό κόσμο αλλά ενυπάρχει στις αρχικές ή «έμφυτες» ιδέες, οι οποίες αποτελούν από μόνες τους την αληθινή πραγματικότητα και τη γνήσια αντανάκλασή της. Η γνώση υπάρχει πάντα στον ανθρώπινο νου πριν και ανεξάρτητα από κάθε εμπειρία, ενώ η τελευταία παίζει απλώς διαμορφωτικό ρόλο (Φράγκος 1984, σ. 86-88). β) Ο εμπειρισμός. Στον αντίποδα της ορθολογικής θεώρησης και στον απόηχο των Αριστοτελικών ιδεών, οι βρετανοί εμπειριστές του 18ου αιώνα (Locke, Berkeley, Hume) υποστηρίζουν πως η πρόσκτηση της γνώσης είναι προϊόν της λειτουργίας των αισθήσεων. Κατά την εμπειριστική φιλοσοφία, οι έννοιες έχουν νόημα μόνο όταν αναφέρονται σε αντικείμενα της εμπειρίας ή ανάγονται σε αυτά. Η αυθεντική γνώση

9

πηγάζει από την εμπειρία και τα άμεσα δεδομένα της και δεν μπορεί να καθοριστεί με αφετηρία την ανάλυση των λογικών κατηγοριών και μόνο. Ο άνθρωπος, tabula rasa, δέχεται, αφομοιώνει και καταγράφει τα εξωτερικά ερεθίσματα, διαμορφώνοντας έτσι τη σκέψη του και την εικόνα του για τον κόσμο με μοναδικό ενδιάμεσο τις αισθήσεις του (Ζούμπος 1970, σ. 38-44, Παπανούτσος 1973, σ. 140-223). γ) Η κριτική φιλοσοφία. Ο E. Kant, θεωρώντας και τις δύο γνωσιολογικές προσεγγίσεις ως μονομερείς, επιχειρεί μέσα από το φιλοσοφικό του έργο τη σύνθεσή τους. Διατηρώντας από τον εμπειρισμό την αρχή ότι κάθε γνώση αρχίζει με την εμπειρία, διατυπώνει την άποψη ότι η καθαρή δεκτική ικανότητα πρόσληψης των παραστάσεων, με τον τρόπο που ορίζουν τα αισθητήρια όργανά μας, είναι αυτή που παρέχει το υλικό της γνώσης. Για να μπορέσει ωστόσο η εμπειρία να συμβάλλει εποικοδομητικά στην ολοκλήρωση της γνώσης, θα πρέπει να διέπεται από τις μορφές του χρόνου και του χώρου και από τις a priori έννοιες (κατηγορίες), οι οποίες δεν αποτελούν περιεχόμενα και αποτελέσματα της εμπειρίας αλλά προϋποθέσεις της. Έτσι, το σκεπτόμενο υποκείμενο δεν είναι το εμπειρικό, ψυχολογικό υποκείμενο αλλά ένα επιστημολογικό, καθολικό υποκείμενο το οποίο ονομάζει «υπερβατολογικό» (Πελεγρίνης 2000, σ. 53-61). Για τον Kant “…δεν είναι μόνο οι έννοιες κενές χωρίς εποπτείες, αλλά και οι εποπτείες δίχως τις έννοιες είναι τυφλές. Με άλλα λόγια, μόνο μέσα από μια νοητική πράξη η αισθητή πολλαπλότητα μας δίνει γνώση” (Αυγελής 1979, σ.233). Τα κυρίαρχα αυτά φιλοσοφικά ρεύματα ήταν φυσικό να ασκήσουν επίδραση τόσο στην Επιστημολογία όσο και στη Ψυχολογία της μάθησης (καθόσον και οι δύο αυτοί κλάδοι συγκροτήθηκαν κατ’ αρχήν στο πλαίσιο της Φιλοσοφίας) και να μετακυλίσουν τους προβληματισμούς που αναπτύχθηκαν στο εσωτερικό τους στην περιοχή της Διδακτικής. 1.2. Επιστημολογία και Διδακτική των Φυσικών Επιστημών Η Επιστημολογία ή Φιλοσοφία των Επιστημών, είναι ένας νέος σχετικά επιστημονικός κλάδος. Αν και επιστημολογικά προβλήματα τίθενται ήδη από τις αρχές της νεώτερης φιλοσοφίας το 17ο αιώνα, μόλις στις αρχές του 20ου αιώνα αρχίζει να διαμορφώνεται σε αυτόνομο κλάδο με σαφώς οριοθετημένο αντικείμενο και αυστηρή μέθοδο (Αυγελής 1998, σ. 10). Αντικείμενα της επιστημολογίας αποτελούν, μεταξύ άλλων, η κριτική διερεύνηση της επιστημονικής σκέψης, η ανάλυση των πορισμάτων των επιστημών, η επιστημονική μεθοδολογία, η έρευνα της δομής των επιστημονικών θεωριών, η συστηματοποίηση των επιστημονικών προτάσεων και η εξηγητική ισχύς των επιστημονικών υποθέσεων (Κόκκοτας 2001β, σ. 49). Στη βάση αυτή η επιστημολογική προβληματική καλείται να οργανώσει τα ερωτήματα που θέτει η Διδακτική και να αποσαφηνίσει το κεντρικό ζητούμενό της, τη γνώση δηλαδή που αποτελεί το μαθησιακό στόχο και το επιδιωκόμενο αποτέλεσμα: “Το πώς αποκτάται η γνώση είναι το κεντρικό αντικείμενο της Διδακτικής, όταν τίθεται από τη σκοπιά της ατομικής πορείας, και γίνεται κεντρικό αντικείμενο της Επιστημολογίας, όταν τίθεται από τη σκοπιά της πορείας της ίδιας της γνώσης” (Κουζέλης 1996, σ. 156). Η συνάφεια στο αντικείμενο της έρευνας, χωρίς να οδηγεί αναγκαστικά σε αλληλοεπικάλυψη των επιστημονικών περιοχών, σηματοδοτεί μια αμφίδρομη διάχυση των πορισμάτων μεταξύ των δύο κλάδων. Η Επιστημολογία τροφοδοτείται και με τη σειρά της τροφοδοτεί τη Διδακτική με συζητήσεις και γόνιμο προβληματισμό. Ειδικότερα για την περιοχή των Φυσικών Επιστημών, η Επιστημολογία καταθέτει μια ποικιλία θέσεων οι οποίες μπορούν να ομαδοποιηθούν με διάφορα κριτήρια όπως η σχέση θεωρίας και εμπειρίας, το κύρος της επιστημονικής γνώσης, η μεθοδολογία των Φυσικών Επιστημών και πολλά άλλα

10

(Κόκκοτας 2001β, σ. 54). Το ζήτημα, ωστόσο, που κυριάρχησε στις σύγχρονες επιστημολογικές συζητήσεις, επηρεάζοντας αποφασιστικά και το πεδίο των αναζητήσεων στο χώρο της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, ήταν αυτό της φύσης, των διαδικασιών εξέλιξης και του χαρακτήρα της αλλαγής των επιστημονικών θεωριών. Στο ζήτημα αυτό, το ρεύμα που επικρατεί κατά το πρώτο μισό του 20ου αιώνα είναι αυτό του επαγωγισμού, το οποίο, με ακραία του μορφή τον Λογικό Θετικισμό ή Λογικό Εμπειρισμό του φιλοσοφικού «κύκλου της Βιέννης» τη δεκαετία του ’20, αναπτύσσεται σαν φυσική συνέχεια του κλασσικού θετικισμού του 19ου αιώνα (A. Compte, E. Mach)*. Σύμφωνα με τις αντιλήψεις των επαγωγιστών η οικοδόμηση της επιστημονικής γνώσης πραγματοποιείται με μια διαδικασία συγκρότησης από το μερικό στο γενικό: “Οι πρωτογενείς εμπειρίες αποκτώνται μέσω των αισθήσεων και καταγράφονται με την περιγραφή των εμπειρικών δεδομένων. Ακολουθεί η μετάβαση στο επίπεδο της σκέψης, όπου πραγματοποιείται η συγκρότηση των εννοιών με αφαίρεση από τα απλά εμπειρικά δεδομένα. Η επιστήμη, ως αντικειμενική γνώση, συνδέει τα πραγματικά δεδομένα, την εμπειρική τους διαπίστωση και τη θεωρητική τους εξήγηση, συνιστώντας ένα αργό πέρασμα από τις μεμονωμένες παρατηρήσεις και εμπειρίες στη γενική ιδέα. Η γενίκευση αυτή αποτελεί την έκφραση των συσσωρευμένων παρατηρήσεων” (ό. π., σ. 55). Μολονότι ο τρόπος με τον οποίο μεταβάλλεται η επιστημονική γνώση δεν αποτελεί το κέντρο του προβληματισμού των επαγωγιστών, το μεθοδολογικό σχήμα που υιοθετούν για την οικοδόμηση της γνώσης, επιτρέπει μια σχηματική διατύπωση του προτύπου αλλαγής των επιστημονικών θεωριών (Κουλαϊδής 1994, σ.133): “ - Η νέα επιστημονική γνώση είναι προϊόν σωρευτικής διαδικασίας.

- Η νέα επιστημονική γνώση έρχεται να συμπληρώσει ή να προεκτείνει την προϋπάρχουσα γνώση. Προϋπάρχουσα και νέα γνώση όχι μόνο είναι σύμμετρες, αλλά η νέα γνώση αποτελεί φυσική εξέλιξη της παλαιάς.

- Το πεδίο εγκυρότητας της επιστημονικής γνώσης καθορίζεται από τους όρους και την ευρύτητα εφαρμογής του επαγωγικού μεθοδολογικού σχήματος. Εξέχον χαρακτηριστικό του σχήματος αυτού είναι η προσπάθεια για επαλήθευση των υποθέσεων.

- Η διαδικασία αλλαγής της επιστημονικής γνώσης είναι μια εξελικτική διαδικασία που οδηγεί σε ολοένα και μεγαλύτερη προσέγγιση της αλήθειας.

- Η οριστική έκφραση νέας και έγκυρης επιστημονικής γνώσης είναι οι επιστημονικοί νόμοι, οι οποίοι προβλέπουν την εξέλιξη παρόμοιων περιπτώσεων που δεν έχουν μέχρι στιγμής εξεταστεί.”

Κατά τη δεκαετία του 1960 εμφανίζονται νέα ρεύματα στην Επιστημολογία και την Ιστορία των Επιστημών με κύριους εκπροσώπους τους K. Popper και I. Lakatos (υποθετικό-παραγωγικό ρεύμα), T. Kuhn («συμφραστικό»/πραγματιστικό ρεύμα) και P. Feyerabend (σχετικιστικό ρεύμα) (ό.π., σ. 131). Παρά τις ρητές μεταξύ τους διαφορές σε μια σειρά επί μέρους θέσεων -συμβατότητα και συγκρισιμότητα παλαιάς και νέας γνώσης, ιδεολογικός χαρακτήρας της επιστημονικής γνώσης, συμμετοχή του υποκειμενικού παράγοντα και των σχέσεων επικοινωνίας στην εξέλιξη της επιστήμης (Κουτούγκος 1981)-, διαμορφώνουν από κοινού μια φυσιογνωμία σύγκρουσης με την

* Κεντρική ιδέα του θετικισμού είναι η υπεροχή των θετικών επιστημών με τις εμπειρικές και πειραματικές μεθόδους τους, καθώς και η έξαρση της επιστήμης ως μοναδικού οργάνου κοινωνικής προόδου. Οι θετικιστές, “… γνήσια φιλοσοφικά τέκνα του εμπειρισμού, διακηρύσσουν ότι κάθε έγκυρη γνώση πηγάζει από την εμπειρία. Ακόμα και η διατύπωση γενικών νόμων στηρίζεται από πριν, ή επαληθεύεται μετέπειτα, πάνω στην ίδια βάση: τη μαρτυρία των γεγονότων” (Αυγελής 2004 σ. 453-456).

11

κλασική θετικιστική σκέψη σε ό,τι αφορά την ανάπτυξη της επιστήμης: “αντιμάχονται την ιδέα της συσσωρευτικής διαδικασίας οικοδόμησης της επιστήμης, απορρίπτουν στην πράξη την αποκλειστική προέλευση των θεωριών από την προσπέλαση του φυσικού κόσμου διαμέσου της εμπειρίας και τη γενίκευση μέσω της επαγωγικής σκέψης και υπογραμμίζουν τη συμβολή των παραγωγικών διαδικασιών διαμόρφωσης των επιστημών. Αναδεικνύουν δηλαδή τη σημασία και το ρόλο της διατύπωσης υποθέσεων, οι οποίες βασίζονται όχι μόνο στο σύνολο της προϋπάρχουσας γνώσης, αλλά και στη φαντασία και τη διορατικότητα” (Ραβάνης 2002, σ. 40). Η πλατιά διάδοση που γνώρισε η θεώρηση της εξέλιξης της επιστήμης όπως διατυπώνεται στα κείμενα των εκπροσώπων της νέας Επιστημολογίας (Popper 2002, Lakatos 1987, Kuhn 1981, Feyerabend 1983), είχε ως αποτέλεσμα τη ριζική αμφισβήτηση της θετικιστικής εξιδανίκευσης της επιστημονικής γνώσης και οδήγησε τους ερευνητές της Δ.Φ.Ε. σε νέες προσεγγίσεις σε ό,τι αφορά τις κατεστημένες εκπαιδευτικές πρακτικές. Το νέο πνεύμα που τροφοδότησε τον εκπαιδευτικό προβληματισμό, προσδιορίζοντας ως κύριο χαρακτηριστικό την εναντίωσή του με ό,τι θεωρήθηκε πως ενσαρκώνει την παραδοσιακή «δασκαλοκεντρική» φιλοσοφία, αμφισβητεί έντονα την «από έδρας» διδασκαλία, καθώς και τις αντιλήψεις οι οποίες επικέντρωναν τις προσπάθειές τους στις επαγωγικές διδακτικές προσεγγίσεις και την επινόηση τεχνικών για τη μετάδοση γνώσεων απόλυτου κύρους. Έτσι, εκτός από τη μετάδοση του «σώματος» των γνώσεων, “…νομιμοποιήθηκαν, τουλάχιστον στο επίπεδο των προθέσεων των ερευνητών της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, οι προσωπικές εναλλακτικές προσεγγίσεις, η φαντασία, η ανάδειξη του υποκειμενικού παράγοντα και βρήκαν θέση στον ιστό της διδακτικής διαδικασίας, η κριτική στάση απέναντι στις επιστήμες και τις εφαρμογές τους, η αφομοίωση της επιστημονικής μεθοδολογίας και η ανίχνευση των κοινωνικών και ιστορικών συνιστωσών της επιστημονικής διαδικασίας” (ό. π.). 1.3. Ψυχολογία και Διδακτική των Φυσικών Επιστημών Στην Ψυχολογία το ζήτημα της μάθησης καταλαμβάνει προνομιακή θέση. Οι προσπάθειες για την πειραματική επαλήθευση υποθέσεων οι οποίες σχετίζονται με συμπεριφορές που παρατηρούνται σε συνθήκες διδασκαλίας, με τη σκέψη και τη μνήμη, με τη νοητική ανάπτυξη και την οικοδόμηση της γνώσης, αλλά και με τις προτεινόμενες γνωστικές στρατηγικές, είχαν ως αποτέλεσμα τη διατύπωση θεωριών οι οποίες αποκλίνουν τόσο ως προς τις βασικές τους θέσεις όσο και ως προς τα μεθοδολογικά τους πρότυπα. Η κατηγοριοποίηση ωστόσο των θεωρητικών σχηματοποιήσεων που αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα αποτελεί ένα εξαιρετικά σύνθετο πρόβλημα, καθώς η πολυπαραγοντική φύση των φιλοσοφικών καταβολών τους και η πολυσημία των ψυχολογικών όρων καθιστούν τα θεωρητικά χαρακτηριστικά κάθε ρεύματος ευεπίφορα σε πολλαπλές αναγνώσεις, με αποτέλεσμα την εμφάνιση στη βιβλιογραφία μιας ποικιλομορφίας προτεινόμενων κωδικοποιήσεων, στις οποίες παρατηρείται συχνά είτε η λεκτική απόδοση των ίδιων ψυχολογικών «σχολών» με διαφορετικούς γλωσσικούς προσδιορισμούς, είτε η κατάταξη συγκεκριμένων ερευνητών-ψυχολόγων σε διαφορετικές «σχολές», ανάλογα με τα κριτήρια ή την οπτική γωνία του εκάστοτε μελετητή. Από την πλευρά μας, ακολουθώντας την πιο «κλασική» ταξινόμηση και ερμηνεύοντας με την ευρύτερη δυνατή έννοια τους εμπλεκόμενους όρους, μπορούμε να διακρίνουμε τρία βασικά ρεύματα στα πλαίσια της συζήτησης των σχέσεων της Ψυχολογίας με την εκπαίδευση (Κασσωτάκης & Φλουρής 2000): τη «σχολή» της Συμπεριφοριστικής ψυχολογίας, η οποία εντάσσει της ερμηνείες της στα πλαίσια των συνειρμικών συνδέσεων, τη

12

«σχολή» της Μορφολογικής ψυχολογίας, η οποία συγκροτείται στη βάση της ανάδειξης των φαινομένων της αντίληψης και της αξίας του ενορατικού στοιχείου και τη «σχολή» της Γνωστικής ψυχολογίας, η οποία ερμηνεύει τη διαδικασία της μάθησης με όρους κατά κύριο λόγο νοητικών διεργασιών. Θα επιχειρήσουμε στη συνέχεια να παρουσιάσουμε, κατά το δυνατόν συνοπτικά, τις βασικές θέσεις των παραπάνω ρευμάτων , καθώς και την κριτική που έχει ασκηθεί σ’ αυτές. 1.3.1. Η Συμπεριφοριστική Ψυχολογία Ο συμπεριφορισμός ή μπιχεβιορισμός θεμελιώνεται στη βασική θέση της συνειρμικής διασύνδεσης μεταξύ ερεθίσματος και αντίδρασης, μια θέση που διατυπώνουν και επιχειρούν να επαληθεύσουν μέσω πειραμάτων με ζώα οι πρόδρομοι του θεωρητικού αυτού ρεύματος I. Pavlov και E. Thorndike στις αρχές του 20ου αιώνα. Στους βασικούς εκπροσώπους του συμπεριφορισμού θα πρέπει να συμπεριλάβουμε και τους J. Watson και B. Skinner οι οποίοι, αναζητώντας εγγυήσεις αντικειμενικότητας στις έρευνές τους με ανθρώπινα πειραματόζωα, απορρίπτουν την ιδέα της δυνατότητας επιστημονικής διερεύνησης των νοητικών μηχανισμών, με το σκεπτικό ότι οι νοητικές διεργασίες ως μη παρατηρήσιμες είναι αδύνατο να μελετηθούν. Προτείνουν λοιπόν την έρευνα στο πεδίο της συμπεριφοράς (με την έννοια της κάθε είδους δραστηριότητας η οποία μπορεί να καταγραφεί) και μεταφέρουν το θέμα της ανάπτυξης της νοημοσύνης στο ζήτημα της μελέτης των όρων κάτω από τους οποίους το άτομο-υποκείμενο αντιδρά και ανταποκρίνεται στα ερεθίσματα που δέχεται από το περιβάλλον του μέσω των αισθήσεων ή εκδηλώνει μια αυθόρμητη συμπεριφορά, την «ενεργή συμπεριφορά» (Πασχάλης 1989, σ. 40). Σε ό,τι αφορά το ζήτημα της μάθησης, οι προεκτάσεις του συμπεριφοριστικού σχήματος «ερέθισμα-αντίδραση» είναι σαφείς. Η διδασκαλία πρέπει να είναι διαβαθμισμένη, να προχωρεί κατά στάδια (να είναι συνεπώς αθροιστικού τύπου) και να επιδιώκει κάθε φορά την ορθή ανταπόκριση των μαθητών στα ερεθίσματα που παρουσιάζονται. Η κατάλληλη επομένως διαμόρφωση του μαθησιακού περιβάλλοντος καθώς και η σωστή ρύθμιση των επιδράσεων που αυτό ασκεί στο άτομο, αρκούν για να προκαλέσουν την εκδήλωση ενός συγκεκριμένου είδους συμπεριφοράς ικανής να οδηγήσει το υποκείμενο στην πραγμάτωση προαποφασισμένων στόχων. Κατ’ αυτόν τον τρόπο οι διδακτικοί και παιδαγωγικοί στόχοι αποκτούν κεντρική θέση στο συμπεριφοριστικό μαθησιακό πρότυπο. αποτελούν το σημείο εκκίνησης κάθε διδασκαλίας και η επίτευξή τους το κριτήριο με το οποίο ελέγχεται η αποτελεσματικότητά της. Στο γνωσιολογικό τομέα, οι Bloom & Krathwohl (1986) διακρίνουν και αντιδιαστέλλουν δύο επίπεδα νοητικών λειτουργιών: τις κατώτερες, οι οποίες αφορούν την ενεργοποίηση της μνήμης, την ικανότητα επεξήγησης και τη μεταφορά όσων έχουν διδαχθεί σε νέες καταστάσεις και τις ανώτερες, οι οποίες αφορούν τη δραστηριοποίηση της αναλυτικής σκέψης και της αξιολογικής κρίσης. Έτσι προτείνουν αντίστοιχα, για μεν τις πρώτες διδακτικούς στόχους ελέγχου γνώσης, κατανόησης και εφαρμογής, για δε τις δεύτερες στόχους ικανότητας ανάλυσης, σύνθεσης και αξιολόγησης. Από την πλευρά του ο Gagné (1985), θεωρώντας ότι η μάθηση, παρά το γεγονός ότι είναι μια διαδικασία η οποία συντελείται στον εγκέφαλο, εκδηλώνεται με την παρατηρήσιμη συμπεριφορά, αναζητά τις καταλληλότερες συνθήκες για την αρχιτεκτονική της διδασκαλίας και επινοεί ένα ταξινομικό σύστημα που κατατέμνει τα «είδη της μάθησης» που προσφέρονται στο σχολείο σε πέντε κατηγορίες:

13

“ 1. Μάθηση πληροφοριών και γνώσεων. 2. Μάθηση νοητικών δεξιοτήτων (διακρίσεων, συγκεκριμένων εννοιών, ορισμών ή

κατατάξεων εννοιών, κανόνων, σύνθεσης κανόνων ή λύσης προβλήματος). 3. Μάθηση γνωστικής στρατηγικής. 4. Μάθηση στάσεων. 5. Μάθηση κινητικών δεξιοτήτων.” (Φλουρής 1992, σ. 75-76). Με βάση αυτήν την κατηγοριοποίηση, οδηγείται στη διατύπωση προτάσεων που αφορούν τις απαραίτητες διδακτικές ενέργειες, τους διδακτικούς στόχους και τα μοντέλα διδασκαλίας και αξιολόγησης, θεωρώντας ότι κατ’ αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η ανάπτυξη «μαθησιακών ιεραρχιών», ικανοτήτων δηλαδή οι οποίες κλιμακώνονται από τις κατώτερες στις ανώτερες. Για τον Gagné, όπως άλλωστε και την πλειοψηφία των συμπεριφοριστών, “οι μαθητές μπορούν να μάθουν οτιδήποτε και σε οποιαδήποτε ηλικία, αρκεί να έχουν αφομοιώσει τις προαπαιτούμενες δυνατότητες και να είναι συστηματικά οργανωμένη και προγραμματισμένη η διδασκαλία” (ό.π., σ. 9). Στο συναισθηματικό τομέα (αποδοχή στάσεων, πεποιθήσεων και αξιών που χαρακτηρίζουν την ανθρώπινη συμπεριφορά), η διαβάθμιση των στόχων γίνεται συνήθως με το μοντέλο που πρότεινε ο Krathwohl και οι συνεργάτες του (1964) και το οποίο προνοεί για πέντε κατηγορίες: δεκτικότητα, αντίδραση, αποδοχή, οργάνωση, χαρακτηρισμός. Τέλος, στον ψυχοκινητικό τομέα (απόκτηση δεξιοτήτων) είναι ευρέως διαδεδομένη η διαβάθμιση στόχων που προτείνει η Harrow (1972), η οποία προβλέπει επίσης πέντε κατηγορίες: μίμηση, χειρισμός, ακρίβεια, συντονισμός, φυσικότητα. Πρωταρχική σημασία για τους μπιχεβιοριστές έχει και η έννοια της «ενίσχυσης» της μαθησιακής πορείας του ατόμου, η οποία μπορεί να εκδηλωθεί με δύο τρόπους: α) με την εξασφάλιση άμεσης ανατροφοδότησης στο υποκείμενο για την πορεία της εργασίας του και την αποτελεσματικότητα των προσπαθειών του, καθώς “...με την ανατροφοδότηση πληροφορείται ο μαθητής για το επίπεδο της εργασίας του, πληροφορείται για τα κενά που έχει και ενδυναμώνεται για τις επιτυχίες του” (Θεοφιλίδης 1996, σ. 367) β) με την ενθάρρυνση μιας επιθυμητής συμπεριφοράς η οποία συμπληρώνεται από την αποθάρρυνση μιας ανεπιθύμητης. Με αυτό τον τρόπο αυξάνεται η πιθανότητα επανεμφάνισης της συγκεκριμένης δραστηριότητας και έτσι τόσο στο επίπεδο της μάθησης όσο και σε αυτό της διδακτικής διαδικασίας προβάλλεται μια κατευθυντήρια πορεία, η οποία υποβοηθά την καθοδήγηση του ατόμου στο προσδοκώμενο αποτέλεσμα (Κομίλη 1981, σ. 96-99). Η συμπεριφοριστική θεωρία για τη μάθηση βρίσκει πλατιά απήχηση τις πρώτες δεκαετίες του 20ου αιώνα και κυριαρχεί για πενήντα τουλάχιστον χρόνια στο χώρο της Ψυχολογίας, ενώ εμφανείς είναι οι επιδράσεις της και στον εκπαιδευτικό χώρο. Οι εκπαιδευτικές πρακτικές περιορίζονται σε ένα ασφυκτικό πλαίσιο, το οποίο οριοθετείται από ένα πλέγμα αρχών, κανόνων και σχεδίων που απορρέουν από το αρχετυπικό σχήμα «ερέθισμα-αντίδραση» και παίρνουν τη μορφή διδακτικής δεοντολογίας. Όμως ο μπιχεβιορισμός, στην προσπάθειά του να προσαρμόσει μια πληθώρα συμπεριφορών σε ένα μικρό αριθμό νόμων καθολικής ισχύος, αγνοεί όσα μεσολαβούν μεταξύ ερεθίσματος και αντίδρασης. Έτσι, για παράδειγμα, η εκδήλωση διαφορετικών συμπεριφορών κάτω από την επίδραση του ίδιου ερεθίσματος και των ίδιων συνθηκών ενίσχυσης αποτελεί ένα φαινόμενο το οποίο δεν μπορεί να ερμηνευτεί με το συμπεριφοριστικό μοντέλο, καθώς τίθενται εκτός πεδίου έρευνας μια σειρά από παράγοντες: “Οι μπιχεβιοριστικές θεωρήσεις παραγνωρίζουν ότι το

14

παιδαγωγικό εγχείρημα είναι κυρίως δυναμική σχέση αλληλεπίδρασης η οποία υπόκειται σε ποικίλους συγκινησιακούς, κοινωνικούς και συναισθηματικούς καθορισμούς” (Κοσμόπουλος 1983, σ.69). Επί πλέον οι νοητικές διεργασίες, καθώς δεν εμπίπτουν στην παρατηρήσιμη συμπεριφορά, δεν φαίνεται να παίζουν κανένα ρόλο στη διαδικασία της μάθησης και η Ψυχολογία εξομοιώνεται με τη θετικιστική εικόνα της Φυσικής, προβάλλοντας στην ανθρώπινη συμπεριφορά την μονοσήμαντη αντιστοιχία αιτίου-αποτελέσματος. Τέλος, σε ό,τι αφορά την εκπαιδευτική διαδικασία, ο κατατεμαχισμός των διδακτικών αντικειμένων που στοχεύει στην τμηματική και αθροιστική μετάδοση της γνώσης και τον αυστηρό προγραμματισμό της παρουσίασής της, εξαφανίζει από το διδακτικό προσκήνιο την κοινωνική διαμόρφωση της σκέψης του ψυχολογικού υποκειμένου και αναιρεί τον ιστορικά προσδιορισμένο χαρακτήρα της παρεχόμενης γνώσης (Gagliardi 1981). 1.3.2. Η Μορφολογική Ψυχολογία Η Μορφολογική Ψυχολογία (ή Ψυχολογία της «ολότητας» ή Ψυχολογία του «πεδίου») εμφανίζεται κατά τη δεύτερη και τρίτη δεκαετία του 20ου αιώνα από τους Γερμανούς θεωρητικούς M. Wertheimer και K. Koffka και ενδυναμώνεται με τις πειραματικές εργασίες του W. Kohler (1929/1992). Για τους εκπροσώπους της «σχολής» αυτής, η ανθρώπινη σκέψη αντιλαμβάνεται τον περιβάλλοντα κόσμο μέσω της πρόσληψης οργανωμένων «Μορφών» (Gestalt), με την έννοια της Μορφής να αναφέρεται όχι στην εικόνα αλλά στη δομή των προσλαμβανομένων. Όπως διατείνονται οι υποστηρικτές της μορφολογικής θεώρησης, μεταξύ των αισθητηριακών δεδομένων και των αντιληπτικών σχηματισμών δεν εγκαθίσταται αμφιμονοσήμαντη αντιστοιχία, καθόσον οι τελευταίοι οργανώνονται σε πεδία, στο εσωτερικό των οποίων η μεταβολή ενός στοιχείου επιφέρει διαταραχή και στα υπόλοιπα. Έτσι, η ενδεχόμενη διαταραχή στο αντιληπτικό ψυχολογικό πεδίο, προκαλεί μια ανισορροπία στο υποκείμενο, η οποία αποκαθίσταται μόνο εφ’ όσον πραγματοποιηθεί η μετάβαση από ένα κατώτερο τύπο νοητικής οργάνωσης σε έναν ανώτερο. Με άλλα λόγια η μάθηση γίνεται αντιληπτή ως μια προέκταση της αντιληπτικής δραστηριότητας. Στον τομέα των παιδαγωγικών παρεμβάσεων, η διδασκαλία που στηρίζεται στη μορφολογική θεωρία της μάθησης ξεκινά από την ιδέα της ενόρασης, της επινόησης δηλαδή λύσεων σε προβληματικές καταστάσεις που έχουν ολική μορφή. Μια τέτοιου τύπου διδασκαλία τοποθετεί το υποκείμενο μπροστά σε ένα πρόβλημα και αναμένει από αυτό την ανάληψη πρωτοβουλιών για τη λύση του: την ανάλυση δηλαδή του προβλήματος στα συνθετικά του στοιχεία, την κατανόηση των μεταξύ τους σχέσεων και, μέσα από μια επαγωγική νοητική διαδικασία, τη σύλληψη υπό τύπον έμπνευσης, της λύσης του. Η μορφολογική θεώρηση μεταφέρει τον πυρήνα του προβλήματος της μάθησης από το ζήτημα της δημιουργίας δεσμών μεταξύ ερεθίσματος και αντίδρασης, σε αυτό των λειτουργιών της ανθρώπινης νόησης αποδίδοντας στην ενορατική μάθηση τρία χαρακτηριστικά γνωρίσματα (Θεοφιλίδης 1996, σ.369-370): “1. Η ενορατική λύση δεν επέρχεται βαθμιαία, αθροιστικά όπως υποστηρίζει ο

συμπεριφορισμός, αλλά αιφνίδια, ως έκλαμψη, ως έμπνευση. 2. Η πραγματοποίηση ενορατικής μάθησης είναι δυνατή μόνο αν το υποκείμενο

αντιληφθεί την προβληματική κατάσταση ως οργανωμένο όλον και επισημάνει τις σχέσεις που διέπουν τα μέρη του.

3. Η ενορατική μάθηση προϋποθέτει νοητική δραστηριοποίηση του υποκειμένου. δεν προκύπτει ως αποτέλεσμα εξωγενών, περιβαλλοντικών επιδράσεων αλλά ως αποτέλεσμα εσωτερικών διεργασιών του ατόμου”.

15

Συνακόλουθα, η οργάνωση και διεξαγωγή της διδασκαλίας πρέπει να έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά (ό. π., σ. 371-372): “-Να τοποθετεί το κέντρο βάρους της στο ίδιο το υποκείμενο, στην ουσιαστική και δυναμική συμμετοχή του στη διαδικασία της μάθησης.

-Να στηρίζεται σε μαθησιακή κατάσταση που ευνοεί την ενόραση και η οποία ταυτόχρονα συνάδει με τις νοητικές και γνωστικές δυνατότητες του υποκειμένου.

-Να βασίζεται στον πειραματισμό και την ανακάλυψη”. Αυτό σημαίνει πως η μάθηση δεν προκύπτει από απλή παράθεση και απομνημόνευση πληροφοριών. Το υποκείμενο δεν μπορεί να είναι θεατής και ακροατής κατά την πρόσκτηση της γνώσης. Αντίθετα, πρέπει να έχει τη δυνατότητα αυτόνομης, υπεύθυνης και σκόπιμης πνευματικής δραστηριοποίησης, δραστηριοποίησης η οποία επηρεάζει θετικά το συναίσθημα της αυτοϊδέας και την εσωτερική παρώθηση για δράση και ανάπτυξη πρωτοβουλίας. Η Μορφολογική Ψυχολογία παρά τη σαφή προσπάθεια να μεταφέρει τον πυρήνα του προβλήματος της μάθησης από το ζήτημα της δημιουργίας δεσμών μεταξύ ερεθίσματος και αντίδρασης σε αυτό των λειτουργιών της ανθρώπινης νόησης, δεν κατάφερε να πείσει για την επάρκεια του εγχειρήματος. Καθώς οι αντιληπτικοί μηχανισμοί ανάγονται σε φυσιολογικές εγκεφαλικές διαδικασίες, «κατηγορήθηκε» ότι επιστρέφει από άλλο δρόμο σε μια εμπειριστική θεώρηση, αντικαθιστώντας την έννοια του συνειρμού με αυτήν της οργανωμένης ολότητας που αποκαλεί «Μορφή». Η αιφνίδια, από την πλευρά του υποκειμένου, ανακάλυψη “…οφείλεται κυρίως στην ευνοϊκή ρύθμιση των στοιχείων μιας πειραματικής κατάστασης και στην ειδική χρήση της προηγούμενης εμπειρίας” (Ραβάνης 1991, σ. 20). Πρόκειται δηλαδή ουσιαστικά για μια καταχρηστική αναλογία ανάμεσα στην αντιληπτική δομή και στη νοημοσύνη, έννοιες οι οποίες παρά την αναμφισβήτητη συγγένειά τους δεν ταυτίζονται σε καμία περίπτωση (Piaget 1986, σ. 81-94). Επί πλέον “…αποκρύπτεται σιωπηρά η σταθερή αλληλεπίδραση της προγενέστερης με την παρούσα εμπειρία, αφού οι Μορφές θεωρούνται οντότητες χωρίς ιστορία, αμέσως αντιληπτές και όχι σταδιακά διαμορφωνόμενες” (Κρασανάκης 1987, σ. 117). Έτσι, οι απόπειρες για συνολικές τοποθετήσεις στο ζήτημα της εκπαιδευτικής διαδικασίας που είναι γνωστές ως «παιδαγωγική Gestalt», δεν κατάφεραν παρά να καταγραφούν ως μία συνιστώσα του ρεύματος που απεκλήθη «φιλελεύθερο-μεταρρυθμιστικό» (Κοντογιαννοπούλου 1983), με κύρια στόχευση την ανάπτυξη της ανθρώπινης υπόστασης, χωρίς όμως ιδιαίτερη επιστημολογική προοπτική, αλλά και με προβλήματα εφαρμογής (Νιτσόπουλος 1984). 1.3.3. Η Γνωστική Ψυχολογία Η Γνωστική Ψυχολογία καθιερώνεται κατά τη δεκαετία του 1960, παρότι οι ιδέες που πρεσβεύει διακρίνονται στο χώρο της Ψυχολογίας από την εποχή της μπιχεβιοριστικής κυριαρχίας. Έχοντας έναν ανθρωποκεντρικό προσανατολισμό, επιχειρεί να αναλύσει και να μελετήσει τις εσωτερικές λειτουργικές διαδικασίες που διέπουν τις γνωστικές δραστηριότητες του ανθρώπου. Για τους υποστηρικτές της, η «γνωστική» κατεύθυνση δεν αποτελεί έναν από τους πολλούς κλάδους της Ψυχολογίας “…αλλά μια νέα θεωρητική προσέγγιση, η οποία έρχεται να ερμηνεύσει φαινόμενα ήδη γνωστά στην Ψυχολογία από πολλά χρόνια αλλά και φαινόμενα νέα, τα οποία δεν μπορούσαν να καλυφθούν από τις προϋπάρχουσες θεωρητικές τάσεις, καθώς το θεωρητικό πρότυπο που καθοδηγούσε την ψυχολογική σκέψη, το συνειρμικό πρότυπο δηλαδή, δεν επέτρεπε την επίκληση εννοιών, όπως η γνώση και οι γνωστικές διαδικασίες” (Κωσταρίδου 1992, σ. 1). Η ανάπτυξη της Γνωστικής Ψυχολογίας ήρθε σαν αποτέλεσμα τόσο των προβλημάτων που παρουσίασε η

16

ερμηνεία της σύνθετης ανθρώπινης συμπεριφοράς με βάση το συνειρμικό σχήμα «ερέθισμα-αντίδραση» της συμπεριφοριστικής σχολής, όσο και μιας σειράς εξελίξεων στους τομείς της γλωσσολογίας, της θεωρίας της πληροφορικής και των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Ήδη από τα πρώτα μεταπολεμικά χρόνια η θεωρία των πληροφοριών εφαρμόστηκε στα συστήματα επικοινωνίας και επεκτάθηκε στην περιγραφή σύνθετων κοινωνικών και ψυχολογικών φαινομένων. Διατυπώθηκε δηλαδή η άποψη ότι ο ανθρώπινος νους λειτουργεί ως μια συσκευή επεξεργασίας πληροφοριών, τα χαρακτηριστικά και οι δυνατότητες της οποίας μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια (Gardner 1985). Η Γνωστική Ψυχολογία μεταφέρει λοιπόν το κέντρο των ερευνών της στο άτομο. Υποθέτοντας αναλογική συμπεριφορά ηλεκτρονικού υπολογιστή και ανθρώπινου γνωστικού συστήματος, εστιάζει το ενδιαφέρον της στους «εσωτερικούς» μηχανισμούς επεξεργασίας των πληροφοριών από το υποκείμενο και προτείνει τη λειτουργία ορισμένων βασικών γνωστικών μηχανισμών όπως η κωδικοποίηση των προσλαμβανομένων πληροφοριών, η συγκράτησή τους ως βραχυπρόθεσμη μνήμη, η κατά βούληση ανάσυρσή τους, η σύγκριση με νέες πληροφορίες και η έκφρασή τους, η μετατροπή δηλαδή των εσωτερικευμένων πληροφοριών σε παρατηρήσιμη συμπεριφορά (Πόρποδας 1996, σ. 87-91). Σύμφωνα με τη «γνωστική» θεώρηση, το φαινόμενο της μάθησης συνίσταται σε αυτήν ακριβώς τη διαδικασία απόκτησης, συγκράτησης και χρησιμοποίησης των πληροφοριών. Το άτομο δηλαδή, “…επιλέγει και προσλαμβάνει τα ερεθίσματα (τα οποία είναι οι φορείς των πληροφοριών) με τους αισθητηριακούς υποδοχείς, τα μετασχηματίζει σε μια μορφή μηνυμάτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από το νοητικό του σύστημα, τα επεξεργάζεται, τα συγκρατεί για λίγο ή για πολύ χρόνο και τα χρησιμοποιεί, όταν τα χρειάζεται” (ό. π., σ. 13). Για έναν από τους σημαντικότερους εκπροσώπους της Γνωστικής Ψυχολογίας, τον U. Neisser (1967 & 1976), η αντίληψη, η πρόσκτηση της γνώσης και η δραστηριότητα του ατόμου κρίνονται ως πορείες αλληλεπίδρασης οργανισμού και περιβάλλοντος. Θεωρώντας ότι η μάθηση είναι διαδικασία ενεργού νοητικής δραστηριότητας του υποκειμένου και όχι απλής ανταπόκρισης σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος, αποδέχεται τη μελέτη των γνωστικών λειτουργικών διαδικασιών και δεν αρκείται στη απλή καταγραφή των παρατηρήσιμων συμπεριφορών. Η κριτική ανάλυση των υποθέσεων της Γνωστικής Ψυχολογίας εστιάζεται στο κρίσιμο ερώτημα που τίθεται αναφορικά με τη φύση του «μεγέθους» που αποκαλείται πληροφορία. Ποια είναι η διάσταση αυτού του μεγέθους; Η κοινωνική, η ψυχολογική, ή αυτή που αποδίδει η Φυσική στην έννοια του ερεθίσματος; Όπως παρατηρεί ο Γ. Παπαμιχαήλ (1988, σ. 69-70), “η σύγχυση που προκαλεί ο όρος της «πληροφορίας-ερεθίσματος» είναι χαρακτηριστική της επιστημολογικής ασάφειας αυτής της θεωρίας: πράγματι, ενώ η έννοια της πληροφορίας στις κοινωνικές επιστήμες ενέχει και προϋποθέτει κάποιο νόημα που δεν γίνεται αντιληπτό από το υποκείμενο παρά από τη στιγμή που αναγνωρίζεται η σημασία του, το ερέθισμα εδώ κάνει έκκληση στην αποκλειστική «φυσική» διάσταση της σχέσης του οργανισμού με το περιβάλλον του”. Η προσέγγιση δηλαδή της Γνωστικής Ψυχολογίας απλοποιεί την ποικιλία του φαινομένου της πρόσκτησης της γνώσης, άρα και της μάθησης, μέσα από μια σχηματοποίηση, τους «μηχανισμούς», αναδεικνύοντας έτσι την εμπειριστική όψη της θεώρησης. Η εκπαιδευτική δραστηριότητα όμως και η από αυτήν απορρέουσα προσδοκία της μάθησης “…είναι μια διαδικασία μετάδοσης της ιστορικά συσσωρευμένης ανθρώπινης εμπειρίας, αλλά και της ανάπτυξης της νοημοσύνης. …Τα αντιληπτικά ερεθίσματα εννοηματώνονται μόνο στο βαθμό που αποκτούν συνάφεια με σημασίες, δηλαδή αν λειτουργήσουν ως σημαίνοντα του

17

ανθρώπινου περιβάλλοντος. Κάθε πληροφορία, όπως ακριβώς η ανθρώπινη νόηση και δραστηριότητα, είναι φαινόμενο κοινωνικά, πολιτισμικά και ιστορικά προσδιορισμένο. Έτσι, η αποφόρτισή της από τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά, με τη διαδικασία που ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής επιτυγχάνει, ακυρώνει την ίδια την έννοια του βιώματος” (Ραβάνης 1991, σ. 23). Συμπερασματικά, μπορούμε να ισχυριστούμε ότι, παρά την υποτίμηση της κοινωνικής διάστασης του φαινομένου της μάθησης, η υποδοχή και αποδοχή των υποθέσεων και των πορισμάτων της Γνωστικής Ψυχολογίας διαμόρφωσε ένα νέο τοπίο στο επίπεδο του εκπαιδευτικού προβληματισμού. Ερχόμενη σε ρήξη με τη συμπεριφοριστική θεώρηση, η οποία είχε επιβάλλει στην εκπαίδευση, για περισσότερο από μισό αιώνα, ένα «δασκαλοκεντρικό» μοντέλο διδασκαλίας, με το μαθητή-δέκτη να θεωρείται δημιούργημα του περιβάλλοντος και το διδάσκοντα να εμφανίζει απεριόριστες δυνατότητες σχηματοποίησης της μαθησιακής συμπεριφοράς, η «γνωστική» κατεύθυνση απελευθερώνει την παιδαγωγική σκέψη από το συνειρμικό πρότυπο, αποποιείται τη διαδικασία της μάθησης ως εγγραφής σε tabula rasa, ενώ πρεσβεύει ταυτόχρονα την ενεργητική συμμετοχή του ατόμου στη μαθησιακές διεργασίες. Έτσι, παρά την αδυναμία της να απαντήσει πειστικά και ολοκληρωμένα στα ερωτήματα που αφορούν την πρόσκτηση της γνώσης, επηρέασε σημαντικά τον προσανατολισμό των παιδαγωγικών και εκπαιδευτικών αναζητήσεων κατά τη δεκαετία του 1960 και συνέβαλε αποφασιστικά στις διαδικασίες συγκρότησης μιας νέας διδακτικής πρότασης. 1.4. Η συγκρότηση της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών Τις πρώτες μεταπολεμικές δεκαετίες, στις βιομηχανικές κοινωνίες της Δύσης αναπτύχθηκαν έντονες συζητήσεις σχετικές με τα προγράμματα διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών τόσο στην πρωτοβάθμια όσο και στη δευτεροβάθμια εκπαίδευση. Οι ραγδαίες εξελίξεις στους χώρους των θετικών επιστημών και της τεχνολογίας, σε συνδυασμό με τις κοινωνικές, πολιτικές και οικονομικές ανακατατάξεις, αφενός ανέδειξαν την αναποτελεσματικότητα των παραδοσιακών μορφών διδασκαλίας, αφετέρου δημιούργησαν τις προϋποθέσεις για την οικοδόμηση νέων διδακτικών προσεγγίσεων, εναρμονισμένων με τις σύγχρονες επιστημονικές και παιδαγωγικές αντιλήψεις. Καρπός των αναζητήσεων αυτών ήταν ένα μεταρρυθμιστικό ρεύμα εκπόνησης «ολοκληρωμένων» αναλυτικών προγραμμάτων διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών (curricula), τα οποία συγκροτήθηκαν στη βάση συγκεκριμένων θεωρητικών ρευμάτων, ενσωματώνοντας και άλλα στοιχεία εκτός από το προς διδασκαλία γνωστικό αντικείμενο (επιστημολογικές και κοινωνιολογικές θέσεις, θεωρίες για τη μάθηση, στοιχεία από την Ιστορία των Επιστημών, κ. ά.). Έτσι, τη δεκαετία του ’50 αναπτύσσονται στις ΗΠΑ προγράμματα προσανατολισμένα στις διαδικασίες ανάπτυξης της επιστημονικής γνώσης μέσα από την επιστημονική μέθοδο, όπως το PSSC (Physical Science Study Committee) -ένα πρόγραμμα του MIT που απευθυνόταν σε μαθητές θετικής κατεύθυνσης που θα ακολουθούσαν μετέπειτα σπουδές στις φυσικές επιστήμες- και το ESS (Elementary Science Study) (Ψύλλος 1979), ενώ τη δεκαετία του ’60 εφαρμόζεται σε ένα μεγάλο αριθμό σχολείων το Harvard Project Physics, ένα πρόγραμμα το οποίο προωθούσε την ιδέα «η Φυσική για όλους» και βασιζόταν στην ιστορική και πολιτισμική προσέγγιση της επιστήμης (Κολιόπουλος & Ψύλλος 1982). Λίγο αργότερα αναπτύσσονται στη Μ. Βρετανία τα προγράμματα Nuffield και CASE (Cognitive Acceleration through Science Education), τα οποία απηχούσαν τις επιστημολογικές θέσεις του Piaget και εφάρμοζαν κοινωνικά κριτήρια για την επιλογή της σχολικής γνώσης (Βλάχος 2004), ενώ ταυτόχρονα εμφανίζονται στη Γαλλία τα προγράμματα

18

της Commission Lagarrique και λίγο νωρίτερα καινοτομικά παιδαγωγικά προγράμματα όπως, για παράδειγμα, αυτά των Freinet και Montessori με σύνθημα τη «στροφή προς το παιδί» (Tiberghien 1985). Τα προγράμματα αυτά δεν είχαν σημαντικές επιτυχίες, δέχτηκαν κριτική που αφορούσε είτε τον επιλεκτικό προσανατολισμό τους προς μαθητές με προσδιορισμένες επαγγελματικές κατευθύνσεις, είτε την αδυναμία τους να ανταποκριθούν στις σύγχρονες κοινωνικές ανάγκες οι οποίες διαμορφώνονταν από τις αλληλεπιδράσεις τεχνολογίας και κοινωνίας και σύντομα εγκαταλείφθηκαν (Παπαδημητρίου 1988). Παρά τις όποιες αδυναμίες τους όμως και την έλλειψη ομοιογένειας ή συνάφειας, δημιούργησαν κάποιες τομές στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών, ανέδειξαν νέες θεματολογίες προβλημάτων και, κυρίως, έθεσαν μια νέα σειρά ερωτημάτων. Την ίδια περίπου εποχή, μια σειρά ερευνητών/τριών προερχόμενων κυρίως από το χώρο των Φυσικών Επιστημών, αντιμετωπίζοντας κριτικά τα διδακτικά ζητήματα που σχετίζονται με τη μάθηση ως διαδικασία η οποία μετασχηματίζει δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά της σκέψης, επιχειρούν να απαντήσουν στα σχετικά ερωτήματα με την οργάνωση ερευνητικών προσπαθειών στη βάση νέων προσανατολισμών. Επιχειρούν, δηλαδή, έρευνες, οι οποίες “…ξεκινούν από την εμπειρική μελέτη των χαρακτηριστικών των βιωματικών συλλογισμών των μαθητών (όπως αυτοί καταγράφονται όταν τα παιδιά κάνουν περιγραφές ή προβλέψεις και δίνουν εξηγήσεις απαντώντας σε ερωτήσεις), ή στο πλαίσιο ειδικών έργων που σχετίζονται με ιδιότητες των φυσικών αντικειμένων και υλικών, φαινόμενα του φυσικού κόσμου και έννοιες των Φυσικών Επιστημών” (Ραβάνης 2002, σ. 34). Καταλυτική επίδραση στις προσπάθειες αυτές άσκησαν οι σύγχρονες, προσανατολισμένες στη μάθηση επιστημολογικές και ψυχολογικές θεωρήσεις που αναφέρθηκαν προηγουμένως, των οποίων οι υποθέσεις εργασίας έρχονταν σε αντίθεση με τα ρεύματα του κλασσικού εμπειρισμού και του συμπεριφορισμού. Οι θεωρήσεις αυτές, χωρίς να έχουν τις ίδιες αφετηρίες, αλλά ούτε και τις ίδιες προοπτικές, διέθεταν ως ενοποιητικό στοιχείο την πρόθεση να σχηματοποιήσουν θεωρητικά τους μηχανισμούς πρόσκτησης της γνώσης από το υποκείμενο και να διερευνήσουν τους παράγοντες οι οποίοι συμβάλλουν στην οργάνωση των γνωστικών λειτουργιών. Η βαθιά απήχηση των ιδεών και των αναζητήσεων αυτών, διέβρωσε τις βεβαιότητες που συσχέτιζαν το πρόβλημα της μάθησης απλώς και μόνο με την κατάλληλη οργάνωση του μαθήματος, τη «σωστή» παρουσίαση του γνωστικού αντικειμένου και τις «σύγχρονες» μεθόδους διδασκαλίας και οδήγησε σύντομα στη συγκρότηση μιας διεθνούς κοινότητας επιστημόνων, οι οποίοι προσδιορίστηκαν ερευνητικά σε μια οριοθετημένη επιστημονική περιοχή, τη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών. Είναι δύσκολο να εντοπίσει κανείς επακριβώς το σημείο αφετηρίας της Δ.Φ.Ε., οπωσδήποτε όμως θα πρέπει αυτό να τοποθετηθεί κάπου μέσα στη δεκαετία του 1960*. Οι ερευνητικές προσεγγίσεις του νέου επιστημονικού μορφώματος στρέφονταν αρχικά προς δύο βασικές κατευθύνσεις (Tiberghien 1985, σ. 75): στο μαθητή, σε σχέση με τη γνωστική του συγκρότηση (στη διαδικασία δηλαδή πρόσκτησης των γνώσεων πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τη διδασκαλία) και στο πλαίσιο παροχής των γνώσεων μέσα στο εκπαιδευτικό σύστημα (τη διαμόρφωση δηλαδή της σχολικής επιστήμης και τα αναλυτικά προγράμματα). Σε μικρό χρονικό διάστημα όμως το πεδίο ερευνών επεκτείνεται και σε άλλα θέματα που άπτονται σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό της διδασκαλίας των Φυσικών Επιστημών, όπως ο εντοπισμός και η αντιμετώπιση των γνωστικών εμποδίων, οι γνωστικές στρατηγικές, * Συμβολικά περισσότερο, το σημείο αυτό θα μπορούσε να τοποθετηθεί στο 1959, στο συνέδριο Woodshall στις ΗΠΑ, όπου, όπως αναφέρει ο οργανωτής του J. Bruner, για πρώτη φορά κάθισαν στο ίδιο τραπέζι και συζήτησαν για προβλήματα της εκπαίδευσης, ψυχολόγοι, εκπαιδευτικοί και ερευνητές των θετικών επιστημών (Μπαγάκης 1992).

19

ο έλεγχος της μεταγνώσης, η μελέτη της μεταβλητής φύλο, η δημιουργία, χρήση και αξιολόγηση εφαρμογών των ηλεκτρονικών υπολογιστών στη διδασκαλία, κ. ά. Τα πεδία αυτά της έρευνας αποτελούν την περιοχή σύγκλισης των ενδιαφερόντων ερευνητικών ομάδων από διάφορες χώρες (ΗΠΑ, Αγγλία, Γαλλία, Γερμανία, Σουηδία, Ολλανδία, Αυστραλία και, λίγο μεταγενέστερα, Ελλάδα) και έχουν ως αποτέλεσμα τη συγκρότηση επιστημονικών ενώσεων, την οργάνωση ειδικών συναντήσεων, συμποσίων και διεθνών συνεδρίων, τη δημιουργία διαφορετικών τμημάτων εκπαίδευσης στις Φυσικές Επιστήμες στα Πανεπιστήμια και την εμφάνιση εξειδικευμένων περιοδικών*. Στοιχεία, τα οποία, σε συνδυασμό με τη σταδιακή ανάπτυξη συναίνεσης ως προς τα μεθοδολογικά εργαλεία και τις μεθόδους για την ανάλυση των δεδομένων των ερευνών, συνιστούν προϋποθέσεις και αποτελούν δομικά χαρακτηριστικά της συγκρότησης μιας αυτόνομης επιστημονικής περιοχής (Κουλαϊδής 1996, σ. 412-413). Ταυτόχρονα, εγείρεται μια νέα σειρά ερωτημάτων που σχετίζονται με την παραγωγή εκπαιδευτικού υλικού, την αξιολόγηση των διδακτικών παρεμβάσεων, το ρόλο των εκπαιδευτικών ως υποκειμένων της εκπαιδευτικής διαδικασίας, την ανάλυση των πολύπλοκων σχέσεων στα πλαίσια των εκπαιδευτικών θεσμών και τις αλληλεπιδράσεις σχολείου και κοινωνικού-πολιτισμικού περιβάλλοντος. Οι ερευνητές της Δ.Φ.Ε. επιχειρούν να δώσουν απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα, όχι μέσα από κλειστά συστήματα, αρχές, νόμους ή γενικεύσεις, αλλά στα πλαίσια ενός συνόλου συγγενών αναζητήσεων των οποίων η συνάφεια δεν οριοθετεί μια μονοσήμαντη θεωρητική προσέγγιση. Επί πλέον, καθώς αναγνωρίζεται η συνεχής διεύρυνση του φάσματος των μεταβλητών της εκπαιδευτικής διαδικασίας, η Δ.Φ.Ε. τροφοδοτείται και αλληλεπιδρά με μια σειρά επιστημονικών πεδίων όπως η Παιδαγωγική, η Επιστημολογία, η Ψυχολογία της Εκπαίδευσης, η Ιστορία των Επιστημών και η Κοινωνιολογία και φέρνει στο προσκήνιο το ζήτημα της διεπιστημονικότητας, καθιστώντας αναγκαία την εξοικείωση των διδασκόντων που προέρχονται από το χώρο των Φυσικών Επιστημών με τους προσανατολισμούς των Ανθρωπιστικών και Κοινωνικών Επιστημών (Ραβάνης 2002, σ. 51.). Προσεγγίζοντας λοιπόν τη φυσιογνωμία της Δ.Φ.Ε. στο σημερινό επίπεδο της ανάπτυξής της είναι σαφές ότι δεν μπορούμε να της αποδώσουμε τα χαρακτηριστικά ενός συγκροτημένου επιστημονικού κλάδου με τα κριτήρια που χαρακτηρίζουν τις κλασικές επιστήμες. Μπορούμε ωστόσο μέσα από τα αποτελέσματα του ερευνητικού έργου που έχει μέχρι στιγμής παραχθεί στο εσωτερικό της, να αναγνωρίσουμε με σαφήνεια μια σειρά ερωτημάτων που έχουν τεθεί με συστηματικό τρόπο και να εντοπίσουμε τους κοινούς προβληματισμούς των ερευνητών/τριών σε τέσσερις άξονες (ό. π., σ. 33): “1. Στην εξάρτηση των παραγόμενων γνώσεων από τις επιμέρους επιστήμες

αναφοράς (Φυσική, Χημεία, Βιολογία, Γεωλογία). 2. Στη συστηματική σχέση με την Ψυχολογία της μάθησης, την Επιστημολογία και

την Ιστορία των Φυσικών Επιστημών. 3. Στην αποφυγή συγκρότησης γενικών κανονιστικών διδακτικών συστημάτων

(δηλαδή αρχών, μοντέλων και ταξινομιών γενικής ισχύος και λειτουργικότητας).

4. Στην παραγωγή «τοπικών» διδακτικών προτάσεων και εκπαιδευτικού υλικού, όπως επίσης και στη διατύπωση ανοικτών ερωτημάτων με βάση δεδομένα που προκύπτουν από την εμπειρική έρευνα.”

* Ενδεικτική της θεματολογίας των εμπειρικών ερευνών στη Δ.Φ.Ε., είναι η αποδελτίωση και κατηγοριοποίηση των δημοσιεύσεων στο έγκριτο διεθνές περιοδικό International Journal of Science Education από το 1989 έως το 1993, που παραθέτει ο Β. Κουλαϊδής (1996, σ. 412).

20

Οι σαφείς ερευνητικοί προσανατολισμοί, οι συναφείς μεθοδολογικές επιλογές και οι κοινές κατευθύνσεις εφαρμογής των πορισμάτων των εργασιών που εκπονούν τα μέλη της επιστημονικής αυτής κοινότητας, οριοθετούν σήμερα τη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών ως αυτόνομη επιστημονική περιοχή στο χώρο των Επιστημών της Εκπαίδευσης και τροφοδοτούν τον εκπαιδευτικό προβληματισμό με ερευνητικά δεδομένα και προτάσεις για το σύνολο σχεδόν των ζητημάτων τα οποία σχετίζονται με τις μαθησιακές διεργασίες και τις διδακτικές πρακτικές στο χώρο των Φυσικών Επιστημών (Ραβάνης & Κολιόπουλος 2000, Κολιόπουλος & Ραβάνης 2001). Προτάσεις διατυπωμένες με καινοφανείς όρους, οι οποίες απευθύνονται στην εκπαιδευτική κοινότητα επιδιώκοντας να τροποποιήσουν παγιωμένες διαδικασίες, να δημιουργήσουν καινούργιες προσεγγίσεις και να αλλάξουν νοοτροπίες που διέπουν τις διδακτικές πρακτικές. Μέσα ωστόσο από την ποικιλομορφία των θεωρητικών προσεγγίσεων και την πολυθεματικότητα των προτεινόμενων δράσεων, ένα είναι το ζήτημα που διακρίνεται να κυριαρχεί μέχρι σήμερα στην πορεία συγκρότησης της Δ.Φ.Ε., αποτελώντας σε κάθε φάση της εξέλιξής της ταυτόχρονα το αφετηριακό σημείο και το συνδετικό κρίκο των ερευνητικών προσπαθειών που αναπτύσσονται στο εσωτερικό της: οι νοητικές παραστάσεις των μαθητών για τις έννοιες και τα φαινόμενα του φυσικού κόσμου. 1.4.1. Οι νοητικές παραστάσεις των μαθητών Οι συζητήσεις οι οποίες από τη δεκαετία του ’60 συσχέτιζαν τις διαδικασίες της μάθησης και τις διδακτικές μεθοδολογίες με τη γνωστική συγκρότηση των παιδιών και των εφήβων, έφεραν στο προσκήνιο μια νέα θεματική η οποία, ιδιαίτερα από τα μέσα της δεκαετίας του ’70 και ύστερα, κυριάρχησε στις αντίστοιχες αναζητήσεις και αποτέλεσε ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της συγκρότησης της σύγχρονης Διδακτικής: τις νοητικές παραστάσεις των μαθητών. Έκτοτε, η συντριπτική πλειοψηφία των ερευνών και των δημοσιεύσεων σε όλους τους τομείς της Διδακτικής έχει ως θέμα αυτές τις παραστάσεις (Κουλαϊδής 1996, σ. 408). Η κεντρική ιδέα που διαπερνά τη νέα αυτή θεματική μπορεί συνοπτικά να διατυπωθεί ως εξής: τα παιδιά αναπτυσσόμενα στο φυσικό και κοινωνικό τους περιβάλλον, προσέρχονται στην εκπαιδευτική διαδικασία με μια σειρά διαμορφωμένων ιδεών για τον κόσμο που τα περιβάλλει. Οι ιδέες αυτές αποτελούν ένα σύνολο γνώσεων που προέρχονται από πολυσύνθετες άτυπες διαδικασίες μάθησης μέσα στην οικογένεια, στον κύκλο των συνομηλίκων ή αντλούνται από τα σύγχρονα μέσα ενημέρωσης και οι οποίες συγκροτούν με τη σειρά τους επεξηγηματικά πλαίσια τα οποία τις περισσότερες φορές δεν είναι συμβατά με αυτά των ειδικών: “Πρόκειται για δίκτυα σημασιών με σταθερούς κανόνες λειτουργίας και ισχυρά ερμηνευτικά συστήματα με βάση τα οποία «μεταφράζονται» οι εμπειρίες και αφομοιώνονται οι προσλαμβανόμενες πληροφορίες” (Ραβάνης 1991, σ. 45). Στη διεθνή βιβλιογραφία οι πρώτες αυτές ιδέες αναφέρονται ως παραστάσεις (conceptions), αυθόρμητες ή πρώτες ιδέες και αναπαραστάσεις, αν το βάρος δίνεται στον κοινωνικό χαρακτήρα της γνώσης, ως προαντιλήψεις ή προϊδεάσεις (preconceptions), a priori ιδέες και αρχικές παραστάσεις, όταν επισημαίνεται η χρονική στιγμή κατά την οποία μελετώνται οι αντιλήψεις των παιδιών, ως λάθος αντιλήψεις ή δυσαντιλήψεις (misconceptions) και εναλλακτικές παραστάσεις, αν η προσοχή εστιάζεται στον εσφαλμένο χαρακτήρα του περιεχομένου τους (Weil-Barais 1985, σ. 157). Με την ανάπτυξη της νέας αυτής θεματικής η Διδακτική αποκτά μια σταθερή αναφορά. Οι νοητικές παραστάσεις αποτελούν την αφετηρία κάθε διδακτικής και

21

μαθησιακής διαδικασίας, όποιο κι αν θεωρείται το εκάστοτε τέλος της: “…οι παραστάσεις είναι ο πρωταρχικός δεσμός που μπορεί να έχει το παιδί με τη νέα γνώση, είναι το προσωπικό μοντέλο για του οποίου την εξέλιξη πρέπει να φροντίσουμε. Δεν μπορούμε να τις αγνοήσουμε για έναν απλό λόγο: αν αγνοήσουμε τις παραστάσεις αυτές δεν εξαφανίζονται, απλώς απωθούνται” (Sanner 1983, σ. 173). Η μετατόπιση του ενδιαφέροντος στις «πρώτες ιδέες» των παιδιών μπορεί να αποδοθεί σε ένα βαθμό στην αντιαυταρχική στροφή της δεκαετίας του ’60 ή σε αυτό που γενικότερα ονομάστηκε στροφή προς μια «μαθητοκεντρική» Παιδαγωγική. Οπωσδήποτε όμως τροφοδοτήθηκε ουσιαστικά και συστηματικά και από τη μετατόπιση που χαρακτήρισε την ίδια εποχή τις επιστημολογικές και ψυχολογικές αναζητήσεις. Για τις «διδακτικές» προεκτάσεις της επιστημολογικής στροφής του ’60, ο Γ. Κουζέλης (1996, σ. 158 & 160) γράφει: “το διαδοθέν «μήνυμα» εκείνης της εποχής μπορεί, απλουστευτικά, να συνοψισθεί στην αρχή: όλες οι ιδέες έχουν σημασία και καμιά δεν είναι απόλυτα σωστή. Όσο για την επιστήμη, είναι κι αυτή ένα σύνολο ιδεών όπως κάθε άλλο. αυτό που ισχύει σήμερα ανέτρεψε αυτό που ίσχυε χθες, και θα ανατραπεί από αυτό που θα ισχύει αύριο … Έτσι οι φαινομενικά «αφελείς» και «πρωτόγονες» ιδέες με τις οποίες ο νους των παιδιών επεξεργάζεται τον κόσμο, αποκτούν ιδιαίτερο ενδιαφέρον –πόσο μάλλον που τέτοιες ιδέες αποδεικνύονται συχνά πλησιέστερες στη σύγχρονη επιστήμη απ’ ό,τι παλαιότερες επιστημονικές εξηγήσεις. Μεταφέροντας αυτά τα «διδάγματα» στη Διδακτική η νέα τάση απαιτεί και επιβάλλει να δοθεί μεγαλύτερη προσοχή στις ιδέες των παιδιών. Δεν είναι «λάθη» ούτε άχρηστες παρερμηνείες. έχουν σημασία και μπορούν να προσφέρουν”. Στη διαμόρφωση της νέας θεματικής συνέβαλε αποφασιστικά και η αναγνώριση, μετά από κάποιες δεκαετίες διστακτικών αναγνώσεων, του έργου τριών μεγάλων ψυχολόγων και θεωρητικών του 20ου αιώνα. Του Ελβετού Jean Piaget, του Ρώσου Lev Vygotski και του Γάλλου Gaston Bachelard. Ο Piaget ήταν από τους πρώτους που πρόβαλαν την ιδέα ότι τα παιδιά κατασκευάζουν τη δική τους γνώση, μια γνώση διαφορετικού είδους από αυτή ενός ενήλικα, η οποία εξελίσσεται και αλλάζει στο πέρασμα των χρόνων. Το σύνολο του έργου του είναι αφιερωμένο στη μελέτη του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσεται η γνώση στον άνθρωπο, στον προσδιορισμό των αλλαγών που αυτή υφίσταται με τη βιολογική εξέλιξη και στον εντοπισμό των κανόνων και των παραγόντων που διέπουν αυτές τις αλλαγές. Θεμελιωτής της εξελικτικής ψυχολογίας, διερευνά τη διαδοχή των μηχανισμών συγκρότησης και οικοδόμησης των στοιχείων που οδηγούν στην εννοιολογική συγκρότηση και θέτει τα ζητήματα της ψυχολογίας στην επιστημολογική τους διάσταση μιλώντας για «γενετική επιστημολογία». Όπως επισημαίνει η Bliss (1994, σ. 75) “η ψυχολογία είναι για τον Piaget ένας τρόπος εμπειρικής μελέτης της επιστημολογίας”. Ο ίδιος γράφοντας για τη γενετική επιστημολογία τονίζει: “Η γενετική επιστημολογία έχει στόχο να μελετήσει τις απαρχές διαφόρων ειδών γνώσης, ξεκινώντας από τις πιο στοιχειώδεις μορφές τους και να παρακολουθήσει την ανάπτυξή τους σε μετέπειτα επίπεδα έως και την επιστημονική σκέψη … (συνεπώς) η προσεκτική μελέτη των πνευματικών δραστηριοτήτων στο πιο απλό επίπεδό τους (στο παιδί), είναι αυτή που θα μας επιτρέψει μια καλύτερη κατανόηση της δομής της σκέψης των ενηλίκων” (Piaget 1950a, p. 17-18). Έτσι, στο έργο του La représentation du monde chez l’enfant (Piaget 1976), εξηγεί ότι οι μακράς διαρκείας επιδράσεις του κοινωνικού, οικογενειακού και φυσικού περιβάλλοντος, δομούν στην παιδική νόηση αυθόρμητες παραστάσεις οι οποίες επιμένουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στη σκέψη του παιδιού, ενώ στη συνέχεια παρουσιάζει μια σειρά ερευνητικών αποτελεσμάτων, στα οποία αποδεικνύει ότι η εικόνα που έχουν σχηματίσει τα παιδιά για τον κόσμο είναι πολύ διαφορετική από αυτήν που έχει συγκροτήσει η επιστημονική σκέψη.

22

Από την πλευρά του ο Vygotski στο κεφαλαιώδες για τη παιδική ψυχολογία έργο του Σκέψη και Γλώσσα που δημοσιεύτηκε το 1934, μελετά το πρόβλημα της ανάπτυξης των επιστημονικών εννοιών στη σχολική ηλικία και καταθέτει, στα πλαίσια των εμπειρικών ερευνών του, μια σειρά συμπερασμάτων σε σχέση με τη διαμόρφωση και την εξέλιξή τους. Για τον Vygotski οι έννοιες, οι οποίες δημιουργούνται και καταγράφονται ως σημασίες των λέξεων, εμφανίζονται στη σκέψη του παιδιού με δύο μορφές: ως επιστημονικές, που αναπτύσσονται κατά τη διαδικασία οικειοποίησης ενός συστήματος γνώσεων κατά τη διάρκεια της εκπαίδευσης και ως αυθόρμητες ή καθημερινές, που διαμορφώνονται κατά τη διαδικασία της πρακτικής του δραστηριότητας και της άμεσης επαφής του με το περιβάλλον. Τις επιστημονικές έννοιες δεν τις προσλαμβάνει το παιδί σε έτοιμη μορφή ούτε τις δανείζεται από τη σκέψη των ενηλίκων: “… οι επιστημονικές έννοιες του παιδιού δεν προσλαμβάνονται και δεν μαθαίνονται, δεν καταγράφονται από τη μνήμη, αλλά γεννιούνται και διαμορφώνονται με εξαιρετική ένταση όλης της δραστηριότητας της σκέψης του” (Vygotski 1993, σ. 216). Θεμελιώδη ρόλο στην ανάπτυξη των επιστημονικών εννοιών (αλλά και προϋπόθεση για τη συγκρότησή τους) παίζουν οι ήδη διαμορφωμένες καθημερινές έννοιες με τις οποίες συνεχώς διαπλέκονται και αλληλεπιδρούν: “Οι εξελίξεις των αυθόρμητων και των επιστημονικών εννοιών –αυτό πρέπει να το θέσουμε ως προϋπόθεση- συνίστανται σε στενά συνδεδεμένες μεταξύ τους διαδικασίες, που ακατάπαυστα αλληλεπιδρούν” (ό. π., σ. 227). Για τα κοινά χαρακτηριστικά και των δύο τύπων των εννοιών ο Vygotski συμφωνεί με τις απόψεις του Piaget και τα κωδικοποιεί σε πέντε προτάσεις: “ 1. Και οι δύο αντιστέκονται στις υποβολές. 2. Και οι δύο είναι βαθιά ριζωμένες στη σκέψη του παιδιού. 3. Και οι δύο μαρτυρούν ορισμένη κοινότητα σε παιδιά ίδιας ηλικίας.

4. Και οι δύο παραμένουν για μερικά χρόνια στη συνείδηση του παιδιού και αφήνουν σιγά-σιγά τόπο για τις καινούργιες έννοιες, δεν εξαφανίζονται ακαριαία, πράγμα χαρακτηριστικό για τις απομνημονευμένες έννοιες.

5. Και οι δύο αναγνωρίζονται στις πρώτες σωστές απαντήσεις του παιδιού. Όλα αυτά τα κοινά χαρακτηριστικά των δύο ομάδων των παιδικών εννοιών τις ξεχωρίζουν από τις απομνημονευμένες παραστάσεις και τις απαντήσεις που δίνει το παιδί κάτω από την επιρροή της ερώτησης” (ό. π., σ. 220-221). Η επιστημολογική προοπτική του προβλήματος διατυπώνεται από τον Bachelard, για τον οποίο η πρόσκτηση του φυσικού κόσμου από την ανθρώπινη σκέψη, η διαμόρφωση δηλαδή αυτού που ονομάζει επιστημονικό πνεύμα, επιτυγχάνεται μέσα από την «επιστημολογική ρήξη» που συνοδεύει κάθε γνήσια επιστημονική πράξη και που συστηματικά παρεμποδίζεται από το αντίστοιχο «επιστημολογικό εμπόδιο». Οτιδήποτε φράζει το δρόμο στην αναδόμηση του «επιστημονικού πνεύματος» χαρακτηρίζεται από τον Bachelard ως «γνωστικό εμπόδιο» και είναι ένα εμπόδιο που θέτει η ίδια η σκέψη στην (επιστημονική) σκέψη. Στο βασικότερο επιστημολογικό του έργο La formation de l’esprit scientifique που κυκλοφόρησε το 1938, εκθέτει αναλυτικά μια σειρά τέτοιων γνωστικών εμποδίων, μεταξύ των οποίων αναγνωρίζει τρία ως τα σημαντικότερα (Κουζέλης 1991): α) Την τάση της σκέψης να θεωρεί την αρχική της σχέση με τη φύση, δηλαδή την παρατήρηση, ως «άμεση» και «καθαρή». Γιατί η άμεση εμπειρία δεν αντιστοιχεί στην πραγματικότητα της γνώσης και κατά συνέπεια η εμπειρία δεν παράγεται άμεσα από την παρατήρηση της πραγματικότητας. β) Την έλλειψη συνείδησης της πραγματικής πορείας της σκέψης. Γιατί η σκέψη με το να χειρίζεται την εμπειρία ως άμεσο προϊόν της παρατήρησης και την παρατήρηση

23

ως άμεση σύλληψη των φυσικών γεγονότων ή δεδομένων αφαιρεί από το πεδίο της κριτικής της οτιδήποτε παρεμβάλλεται μεταξύ φύσης και εμπειρίας. γ) Τα γλωσσική έκφραση. Γιατί οι εκφραστικές συνήθειες της καθημερινής γλώσσας συγκαλύπτουν ζητήματα και παρασύρουν σε δήθεν αυτονόητες ερμηνείες ή αναλογίες και διασυνδέσεις των φαινομένων. Στην εκπαιδευτική τους προοπτική οι παιδαγωγικές προεκτάσεις των αντιλήψεων του Bachelard είναι σαφείς. Ο μαθητής δεν καταλαβαίνει, όχι επειδή δεν «ξέρει» αλλά ακριβώς επειδή «ξέρει». Επομένως για «να μάθει» θα πρέπει πρώτα να απελευθερωθεί από ό,τι του έχει επισωρεύσει η βιωματική γνώση. Ο ίδιος γράφει: “Συχνά μου έκανε εντύπωση το γεγονός ότι οι δάσκαλοι δεν καταλαβαίνουν ότι κάποιος δεν καταλαβαίνει. … Δεν έχουν πάρει υπόψη τους ότι ο νέος έρχεται στο μάθημα ήδη με προδιαμορφωμένες εμπειρικές γνώσεις. Το ζήτημα γι’ αυτόν δεν είναι να αποκτήσει μια μόρφωση προσανατολισμένη στην εμπειρία, αλλά να την αλλάξει, να βγάλει από τη μέση τα εμπόδια που η καθημερινή ζωή έχει ήδη συσσωρεύσει” (Bachelard 2004, σ. 21). 1.4.2. Οι νοητικές παραστάσεις στη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών Στηριγμένη στις ψυχολογικές, παιδαγωγικές και επιστημολογικές μετατοπίσεις που συμβαίνουν την ιστορική στιγμή της γέννησής της, η Δ.Φ.Ε. δίνει εξαρχής ιδιαίτερη σημασία στο πρόβλημα των παραστάσεων. Τα ενδιαφέρον των ερευνητών στρέφεται από νωρίς στην ανίχνευση και τον εντοπισμό των ερμηνευτικών σχημάτων και των παραστατικών μηχανισμών που διαθέτουν και χρησιμοποιούν οι μαθητές προκειμένου να εξηγήσουν έννοιες και φαινόμενα του φυσικού κόσμου. Θεωρώντας ότι, υπό οποιαδήποτε μορφή, οι παραστάσεις των μαθητών για τις επιστημονικές έννοιες δημιουργούν πλαίσια στα οποία πρέπει οπωσδήποτε να αναχθεί κάθε διδακτική παρέμβαση, επισημαίνουν τη σημασία της παρουσίας τους, ορίζουν και κωδικοποιούν τις υποθέσεις κάθε σχετικής εργασίας για τις Φυσικές Επιστήμες και οργανώνουν τις ερευνητικές προσπάθειές τους μέσα από τρία κύρια επίπεδα προσέγγισης (Driver 1982, Weil-Barais 1985, Giordan 1994, Κόκκοτας 2001β): 1. Οι μαθητές/τριες πριν από τη σχολική διδασκαλία έχουν ήδη συγκροτήσει ένα

πρωτογενές αλλά λειτουργικό και ιδιόμορφο, υποκειμενικά οργανωμένο, εννοιολογικό πλαίσιο. Στο πλαίσιο αυτό, διαθέτουν σταθερές ιδέες για τις έννοιες και τα φαινόμενα που πραγματεύονται οι Φυσικές Επιστήμες -αποτέλεσμα των αυθόρμητων ή βιωματικών προσλήψεων του φυσικού κόσμου και των νοητικών τους αναπαραστάσεων. Οι παραστάσεις αυτές, άλλοτε περισσότερο και άλλοτε λιγότερο, αποκλίνουν από τα κυρίαρχα ερμηνευτικά πρότυπα των Φυσικών Επιστημών (και συχνά αντιτίθενται σ’ αυτά), “…είναι όμως επαρκείς για τους μαθητές/τριες, συγκροτώντας μια αυτοσυνεπή, ως ένα βαθμό, γνωστική δομή με περιορισμένη ισχύ” (Ψύλλος κ. ά. 1993, σ. 35). Με άλλα λόγια, οι παραστάσεις των μαθητών δεν είναι αποδεκτές, χωρίς όμως απαραίτητα να θεωρούνται και λανθασμένες.

2. Η σχολική διδασκαλία δεν οδηγεί πάντα στην αποδοχή και υιοθέτηση του επιστημονικού προτύπου –τουλάχιστον στη μορφή του ως σχολικής γνώσης. Η αλληλεπίδραση των παραστάσεων με τις προσφερόμενες από τη διδασκαλία γνώσεις διαμορφώνει συχνά στη σκέψη των μαθητών/τριών ιδιαίτερες σημασίες για φαινόμενα και έννοιες. Ο τρόπος με τον οποίο κάθε μαθητής αντιλαμβάνεται τα πράγματα είναι γενικά διαφορετικός από εκείνον του δασκάλου με αποτέλεσμα να αποδίδει σε αυτά που του παρουσιάζονται ένα νόημα, συχνά, εντελώς διαφορετικό από αυτό του διδάσκοντα, συγκροτώντας έτσι τις δικές του προσωπικές ιδέες. Ορισμένες από αυτές παραπέμπουν στις ίδιες τις αρχικές παραστάσεις του, ενώ άλλες πάλι είναι καινούργιες δικές του ιδέες που

24

διαμορφώνουν νέες παραστάσεις, μη αποδεκτές από την επιστήμη, στην οικοδόμηση των οποίων κατέληξε μέσα από τη διδασκαλία.

3. Οι παραστάσεις αντιστέκονται σθεναρά στην προσπάθεια μετασχηματισμού τους. Σε πολλά πεδία των Φυσικών Επιστημών, ιδιαίτερα σε όσα το γνωστικό τους περιεχόμενο έρχεται σε αντίθεση με τις αισθητηριακές προσλήψεις των μαθητών/τριών, οι παραστάσεις παραμένουν κυρίαρχες παρά τις επανειλημμένες διδακτικές παρεμβάσεις, τόσο στα επίπεδα της Βασικής και Μέσης, όσο και στο επίπεδο της Ανώτατης Εκπαίδευσης. Η πρακτική και ερμηνευτική λειτουργικότητα της βιωματικής γνώσης σε συνδυασμό με διεργασίες νοητικού και ψυχολογικού χαρακτήρα, έχουν ως αποτέλεσμα την επανεμφάνιση των αυθόρμητων παραστάσεων μετά τη θεωρητική αλλά και την πειραματική διδακτική δραστηριότητα. Με αυτόν τον τρόπο αναδεικνύεται το πρόβλημα της ανεπάρκειας κάθε διδασκαλίας που στηρίζεται στην υπόθεση της «εγγραφής» ή «εγχάραξης» των πληροφοριών που προσφέρονται από τον διδάσκοντα, αγνοώντας τι έχουν στο μυαλό τους τα παιδιά ή τι συνδέουν με τις έννοιες και τα θέματα που ακούν.

Η θεωρητική στροφή που ανήγαγε σε πρωταρχική για τη διδασκαλία τη σημασία των παραστάσεων των μαθητών, οδήγησε σε μια ραγδαία αύξηση των σχετικών προσπαθειών και στην ανάπτυξη ενός ογκώδους σε μέγεθος ερευνητικού υλικού κατά τη διάρκεια των τελευταίων 30 χρόνων. Μέσα στις πολυάριθμες προσεγγίσεις του προβλήματος των παραστάσεων, η Tiberghien (1985, σ. 76) διακρίνει δύο κυρίαρχες ερευνητικές τάσεις, οι οποίες διατηρούν μέχρι σήμερα τη σημασία τους: 1. Έρευνες οι οποίες επικεντρώνονται σε ένα συγκεκριμένο γνωστικό τομέα και

αναζητούν τις παραστάσεις των μαθητών για διάφορες φυσικές έννοιες όπως η θερμότητα, η πίεση, η δύναμη, η χημική ισορροπία, η φωτοσύνθεση, κ.λ.π. Συχνά οι έρευνες αυτές –που είναι και οι πολυπληθέστερες- έχουν ως σημείο αφετηρίας κάποια θεωρία, όπως τα πορίσματα της γνωστικής ψυχολογίας, τη θεωρία των σταδίων νοητικής ανάπτυξης του Piaget, κ. ά. (Viennot 1979, Champagne et al. 1980, Shayer & Wylam 1981, Tiberghien 1984a & 1984b, Clough & Driver 1985, Ogborn 1985, Kaminski 1989, Peterson & Treagust 1989, Stavy 1991, Linder 1993, Osborn et al. 1993, Abraham et al. 1994, Garnet & Hackling 1995, Leach et al. 1996, Bar et al. 1997, Chang 1999, Thacker et al. 1999, Abrams & Southerland 2001, Ferk et al. 2003, Copal et al. 2004, Krnel et al. 2005, Taber 2005).

2. Έρευνες οι οποίες στρέφονται προς τις δυσκολίες που συναντούν οι μαθητές κατά τις προσπάθειες επίλυσης προβλημάτων. Οι έρευνες αυτές επιχειρούν να διερευνήσουν τους μηχανισμούς των συλλογισμών των μαθητών σε συνθήκες αντιμετώπισης μιας προβληματικής κατάστασης και να επεξεργαστούν την εκπόνηση εκπαιδευτικών βοηθημάτων (Chi et al. 1981, Heller & Reif 1984, Driver & Warrington 1985, Weil-Barais 1991, Μπαγάκης 1991, Χατζηνικήτα κ.ά. 1997, Γομάτος 1998, Voska & Heikkinen 2000, Tao 2001, Park & Lee 2004, Aznar & Orcajo 2005, Pol et al. 2005).

Το θεματικό εύρος των ερευνών αυτών καλύπτει σήμερα όλο σχεδόν το φάσμα του διδακτικού πεδίου των Φυσικών Επιστημών, με σημαντικές όμως αποκλίσεις στις συχνότητες επιλογής των αντικειμένων της μελέτης, οι οποίες οφείλονται στη στατιστική κατανομή των ειδικοτήτων «προέλευσης» των ερευνητών (Φυσικοί, Χημικοί, Βιολόγοι, κ.τ.λ.), στην κατά περίπτωση εκτιμούμενη «δυσκολία» του προς διδασκαλία γνωστικού αντικειμένου και στο περιεχόμενο του αναλυτικού προγράμματος των Φυσικών Επιστημών κάθε χώρας. Μια πρώτη προσπάθεια συνολικής επισκόπησης των παραστάσεων των μαθητών/τριών –αποτέλεσμα συγκέντρωσης, αποδελτίωσης και θεματικής ταξινόμησης των δημοσιευμένων

25

ερευνών σε παγκόσμιο επίπεδο- πραγματοποιείται τη δεκαετία του ’80, με την έκδοση του βιβλίου Children’s ideas in Science (Driver et al. 1985). Ακολουθεί λίγο αργότερα και δεύτερη έκδοση, με άλλη σύνθεση της συγγραφικής ομάδας και τίτλο Making sense of secondary science, research into children’s ideas (Driver et al. 1994)*. Η σύγκριση των στοιχείων μεταξύ των δύο εκδόσεων (Βλάχος 2004, σ. 40) είναι ενδεικτική της έκρηξης του ενδιαφέροντος της επιστημονικής κοινότητας της Δ. Φ. Ε. για τις παραστάσεις των παιδιών: Οι θεματικές ενότητες στη δεύτερη έκδοση έχουν υπερδιπλασιαστεί (24 από 10), ενώ ο αριθμός των αναφορών σε σχετικές δημοσιεύσεις έχει τετραπλασιαστεί (537 από 133). Ανάλογες δραστηριότητες αναπτύσσει τα τελευταία χρόνια και το Πανεπιστήμιο του Κίελου, τα αποτελέσματα των οποίων δημοσιεύονται σε τακτά χρονικά (Pfund & Duit 1994 & 1998) ενώ ανακοινώνονται ταυτόχρονα και στο διαδικτυακό τόπο www.ipn.uni-kiel.de/aktuell/stcse/stcse.html (Science Education). Εξαιρετικά ανεπτυγμένο είναι το ρεύμα αυτό και στην Ελλάδα, όπου την τελευταία 20ετία έχουν αναπτυχθεί σχετικές έρευνες σε όλο το θεματικό εύρος των Φυσικών Επιστημών (Βαμβακούσης 1984, Ψύλλος 1988, Βοσνιάδου 1989, Κουμαράς 1989, Κουμαράς κ.ά. 1990, Ιωαννίδης & Βοσνιάδου 1992, Σολωμονίδου & Σταυρίδου 1993, Καριώτογλου κ.ά. 1994, Ραβάνης 1994, Τσελφές & Κουλαϊδής 1994, Χατζηνικήτα κ.ά. 1996, Hatzinikita & Koulaidis 1997, Βαλανίδης 1998, Ζόγκζα 1998, Ψαρρός & Σταυρίδου 2002, Κλωνάρη & Τσάμης 2002, Σκαμάγκα 2002, Koliopoulos et al. 2004). Αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό των παραστάσεων των μαθητών, όπως προκύπτει από τη μελέτη των σχετικών επισκοπήσεων, είναι ότι, πέρα από φυσιολογικές ιδιομορφίες, οι περισσότερες εμφανίζονται σε όλα τα εκπαιδευτικά συστήματα στα οποία έχουν αναζητηθεί με παρόμοιο τρόπο, ανεξάρτητα δηλαδή από εθνικότητα, κοινωνική τάξη, πολιτισμικό επίπεδο, και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμα και από ηλικιακό επίπεδο. Επιχειρώντας μια κωδικοποίηση των κοινών στοιχείων των παραστάσεων, στο γενικότερο δυνατό επίπεδο προσέγγισης, μπορούμε να διακρίνουμε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά (Wandersee et al. 1994, Κόκκοτας 2002, Βλάχος 2004): • Ερμηνεία φαινομένων μέσα από συλλογισμούς γραμμικού αιτιακού χαρακτήρα,

νοητικούς μηχανισμούς, δηλαδή, οι οποίοι στηρίζονται στο σχήμα «το αποτέλεσμα είναι ανάλογο προς το αίτιο». Η αιτιότητα στα φαινόμενα είναι για τα παιδιά μονόδρομη με φορά από το «δράστη» προς το «υποκείμενο». Έτσι δυσκολεύονται να αποδεχθούν έννοιες όπως αυτές της αλληλεπίδρασης, της δράσης-αντίδρασης ή της δυναμικής ισορροπίας και συγκροτούν προσωπικά σχήματα ερμηνείας για φαινόμενα που διέπονται από τέτοιου τύπου σχέσεις.

• Φαινομενολογική αντιμετώπιση των γεγονότων με αποτέλεσμα την αδιαφοροποίητη πρόσληψη και επεξεργασία εννοιών και φαινομένων (δύναμη–πίεση, θερμότητα–θερμοκρασία, ηλεκτροστατικά–μαγνητικά φαινόμενα, κ.λ.π.).

• Απόδοση ιδιοτήτων φυσικής οντότητας σε έννοιες (κρύο, δύναμη, κ.λ.π.). • Αντιμετώπιση φυσικών εννοιών ως ιδιοτήτων των σωμάτων (βάρος, χρώμα,

κ.λ.π.). • Ανιμιστική αντίληψη φυσικών οντοτήτων (φως, ηλεκτρικό ρεύμα, κ.λ.π.). • Εγωκεντρική και ανθρωποκεντρική αντίληψη των μεταβολών (όλα «γίνονται»

και συμβαίνουν για να χρησιμεύουν στον άνθρωπο). • Εξάρτηση από το πλαίσιο αναφοράς στην επίλυση προβλημάτων. Ενώ, δηλαδή, η

αντιμετώπιση προβλημάτων «σχολικού» τύπου γίνεται μέσα από την επίκληση

* Και τα δύο αυτά έργα έχουν μεταφραστεί στα ελληνικά και κυκλοφορούν με τίτλους Οι ιδέες των μαθητών στις Φυσικές Επιστήμες (1993), εκδ. ΕΕΦ-Τροχαλία και Οικο-δομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών (1998), εκδ. Τυπωθήτω αντίστοιχα.

26

της σχολικής γνώσης, στα μη τυποποιημένα προβλήματα επανέρχονται και χρησιμοποιούνται τα αυθόρμητα συγκροτημένα παραστατικά σχήματα.

Τα χαρακτηριστικά αυτά, πέρα από την προσπάθεια προσέγγισης των καταβολών τους με την αναγωγή στις σύγχρονες ψυχολογικές και επιστημολογικές θεωρήσεις για τη μάθηση, έλκουν σαφώς την καταγωγή τους και από τον ίδιο το χαρακτήρα των Φυσικών Επιστημών, ως γνωστικής διαδικασίας προσέγγισης του φυσικού κόσμου μέσα από εννοιολογικές επινοήσεις, συστηματικές αφαιρέσεις και μοντελοποιήσεις, στοιχεία τα οποία η εκπαίδευση χρησιμοποιεί ως εργαλεία μάθησης ευνοώντας τη δημιουργία «λογικών» αντιφάσεων μεταξύ των αυθόρμητων συλλογισμών και της επιστημονικής σκέψης. Ο προσδιορισμός, επομένως, των νοητικών σχημάτων, των εναλλακτικών ερμηνειών και των γνωστικών εμποδίων που συναντώνται στη βιωματική σκέψη των παιδιών, αποκτά ιδιαίτερη σημασία για όλους τους τομείς της εκπαίδευσης στις Φυσικές Επιστήμες, τόσο σε ερευνητικό επίπεδο όσο και σε επίπεδο διδακτικής πρακτικής, καθώς: - Επιτρέπει τη διερεύνηση των μηχανισμών οικοδόμησης των αυθόρμητων ιδεών

των μαθητών. - Ευνοεί το σχεδιασμό, την εφαρμογή και την αξιολόγηση ειδικών διδακτικών

παρεμβάσεων με στόχο την αντιμετώπιση των δυσχερειών που εντοπίζονται. - Επηρεάζει την εκπόνηση αναλυτικών προγραμμάτων, τη συγγραφή σχολικών

βιβλίων και την ανάπτυξη διδακτικών στρατηγικών. Συνεπώς κάθε διδακτική αλλά και παιδαγωγική πρακτική στις Φυσικές Επιστήμες είναι υποχρεωμένη, για να ανταποκριθεί αποτελεσματικά στους στόχους που η ίδια θέτει, να αντιμετωπίσει τις βιωματικές νοητικές παραστάσεις ως αφετηριακό και θεμελιώδες πρόβλημα. Από τη στιγμή δηλαδή που αναγνωρίζει τόσο τη σημαντική επίδραση που ασκούν στον τρόπο με τον οποίο οι μαθητές προσλαμβάνουν τις έννοιες ή ερμηνεύουν τα φυσικά φαινόμενα, όσο και τις προεκτάσεις τους στο γενικότερο εκπαιδευτικό σχεδιασμό, δεν είναι δυνατόν να τις παρακάμψει αγνοώντας τις.

27

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗΣ ΙΣΤΟΡΙΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΣΤΗ

ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

28

Η διερεύνηση της σχέσης της Ιστορίας της Επιστήμης (Ι.Ε.) με τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών (Φ.Ε.) αποτελεί ένα ζήτημα το οποίο απασχολεί τους ερευνητές των εκπαιδευτικών θεμάτων για περισσότερο από έναν αιώνα. Στο ερώτημα κατά πόσον είναι πρόσφορη ή εφικτή η διδακτική αξιοποίηση της Ι.Ε., οι απαντήσεις ποικίλουν από την πλήρη άρνηση έως την ενθουσιώδη κατάφαση. Σε κάθε περίπτωση, οι αποφάνσεις συνοδεύονται από ευλογοφανή επιχειρήματα, τα οποία συνιστούν τη βάση για την ανάπτυξη ενός πλούσιου και γόνιμου διαλόγου. Σε μια προσπάθεια σχηματοποίησης των απορριπτικών τοποθετήσεων, οι Fauvel & Van Maanen (2000) καταλήγουν σε οκτώ επιχειρήματα, τα οποία μπορούν να αποδοθούν, σε κωδικοποιημένη μορφή, με τις ακόλουθες προτάσεις (Τζανάκης 2001): 1. Άλλο η Ιστορία και άλλο η Φυσική. Για να κατανοήσει κανείς την Ι.Ε. πρέπει

προηγουμένως να γνωρίζει Φυσική. Επομένως, θα πρέπει πρώτα να διδαχθεί το συγκεκριμένο αντικείμενο και στη συνέχεια την ιστορική του ένταξη.

2. Τις περισσότερες φορές η ιστορική εξέλιξη ενός θέματος (μιας έννοιας, μιας θεωρίας, της ερμηνείας ενός φυσικού φαινομένου) αποτελεί μια διαδικασία περίπλοκη, μη γραμμική, με παλινδρομήσεις ή/και οπισθοδρομήσεις και λαμβάνει χώρα σε κοινωνικές και πολιτισμικές συνθήκες πολύ διαφορετικές από αυτές στις οποίες βρίσκονται οι σημερινοί μαθητές. Κατά συνέπεια, μια διδασκαλία που στηρίζεται στην ιστορία είναι δυνατό να προκαλέσει περισσότερες συγχύσεις απ’ ό,τι αποσαφηνίσεις.

3. Οι επιστημονικές θεωρίες αλλάζουν, τα φυσικά φαινόμενα όμως παραμένουν τα ίδια. Από τη στιγμή που ρητά διατυπωμένος στόχος των Φ.Ε. είναι η κατανόηση και ερμηνεία τους, προς τι η αναδρομή στο παρελθόν;

4. Οι διδασκόμενοι, χωρίς ευρύτερη αντίληψη του ιστορικού «γίγνεσθαι» -αποτέλεσμα της έλλειψης ιστορικής παιδείας- μπορεί να αποκομίσουν μια αποσπασματική αίσθηση του παρελθόντος. Άρα, η κατανόηση του ιστορικού πλαισίου των Φ.Ε. αποτελεί ένα εγχείρημα εξαιρετικά δύσκολο.

5. Μια διδακτική προσέγγιση βασισμένη στην Ι.Ε. απαιτεί περισσότερο χρόνο που δεν είναι πάντα διαθέσιμος.

6. Δεν υπάρχουν σαφείς και αποτελεσματικοί τρόποι αξιολόγησης της θετικής ή αρνητικής επίδρασης της Ι.Ε. στη διδασκαλία των Φ.Ε.

7. Υπάρχει έλλειψη διαθέσιμων ιστορικών πηγών στους διδάσκοντες. 8. Υπάρχει έλλειμμα ιστορικής παιδείας των διδασκόντων. Στον αντίποδα των διατυπωμένων αντιρρήσεων, μια σειρά επιστημόνων και ερευνητών επιχειρεί, άλλοτε περισσότερο εμφατικά και άλλοτε λιγότερο, να απαντήσει πειστικά στις αρνητικές τοποθετήσεις και μέσα από τη συγκρότηση θεωρητικών σχηματοποιήσεων ή/και την πραγματοποίηση εμπειρικών ερευνών να αναιρέσει τις (βάσιμες) επιφυλάξεις, καταδεικνύοντας τη δυνατότητα ευεργετικής συμβολής της Ι.Ε. στη Διδακτική των Φ.Ε. Σε μια προσπάθεια χαρτογράφησης, αποδελτίωσης και συγκριτικής παρουσίασης των σχετικών εργασιών, οι Seroglou & Koumaras (2001) καταθέτουν έναν θεματικό χάρτη στον οποίο παρουσιάζεται το σύνολο των προτάσεων που έχουν βιβλιογραφικά καταγραφεί από το 1893 μέχρι το 2000. Από την πλευρά μας, επιχειρώντας να κωδικοποιήσουμε τις διάφορες ερευνητικές τάσεις που διαμορφώθηκαν και διαμορφώνονται στο χώρο αυτό με κριτήριο τον άμεσο ή έμμεσο ρόλο της Ι.Ε. στη διδασκαλία των Φ.Ε., διακρίνουμε δύο κύριους άξονες προσέγγισης του ζητήματος –όχι αμοιβαία αποκλειόμενους: α) τη διδακτική αξιοποίηση της Ι.Ε. ως μέσου διδασκαλίας και μάθησης των Φ.Ε. και β) τη συμβολή της Ι.Ε. ως ερευνητικού και μεθοδολογικού εργαλείου, στη Διδακτική των Φ.Ε.

29

2.1. Η Ιστορία της Επιστήμης ως μέσον διδασκαλίας και μάθησης των Φυσικών Επιστημών

Την πρώτη προσπάθεια αναζήτησης μιας γόνιμης σχέσης μεταξύ της Ι.Ε. και της διδασκαλίας των Φ.Ε. βρίσκουμε στην Αγγλία στα μέσα του 19ου αιώνα, όταν ο Δούκας του Argyll, στην προσφώνησή του το 1856 στα μέλη της British Association for the Advancement of Science υποστηρίζει: “Αυτό που αναζητούμε στη διδασκαλία των νέων, δεν είναι τόσο η γνώση των αποτελεσμάτων όσο η κατανόηση της μεθόδου και, πάνω απ’ όλα, η Ιστορία της Επιστήμης … αυτό είναι που πρέπει να διδάξουμε εάν επιθυμούμε μια εκπαίδευση αντάξια των μεγάλων προσδοκιών μας” (Matthews 1992, σ.1). Λίγο αργότερα ο Αυστριακός φυσικός και φιλόσοφος Ernst Mach στο κλασικό του έργο The Science of Mechanics (1883/1960, p.316) επισημαίνει: “Η ιστορική έρευνα της εξέλιξης της Επιστήμης είναι αναγκαία αν δε θέλουμε οι αρχές και οι έννοιες που πηγάζουν απ’ αυτήν να παραμείνουν κενές επιταγές ή, ακόμη χειρότερα, κοινές προκαταλήψεις”. Οι καταστροφικές συνέπειες του 1ου παγκοσμίου πολέμου αποτέλεσαν την αφορμή για να επανέλθει η British Association στο θέμα και να προτρέψει τη χρήση της Ι.Ε. στην Εκπαίδευση “…ως καταλύτη που θα μπορούσε να διαλύσει το τεχνητό φράγμα που υψώνεται ανάμεσα στις Ανθρωπιστικές και τις Φυσικές Επιστήμες” (Matthews, ό.π.). Από την πλευρά του, ο Γάλλος θεωρητικός φυσικός Paul Langevin, στο άρθρο του La valeur éducative de l’ Histoire des Sciences, κριτικάρει το μοντέλο διδασκαλίας της Φυσικής στην εποχή του ως “…διδασκαλίας δογματικής και στατικής που οδηγεί στη λανθασμένη εντύπωση πως η Φυσική είναι κάτι νεκρό και τελειωμένο” (Langevin 1926/1964, p. 195), εκφράζοντας παράλληλα την ανάγκη μιας ουμανιστικής προσέγγισής της, ώστε να συνεισφέρει σ’ αυτό που ο ίδιος όρισε ως «γενική κουλτούρα» (culture generale) των επιστημόνων και των μαθητών. Στο παιδαγωγικό επίπεδο, ο Langevin πιστεύει ότι η επιστροφή στις αυθεντικές πηγές της γνώσης είναι η καταλληλότερη μέθοδος για την υλοποίηση του μοντέλου του τονίζοντας χαρακτηριστικά ότι “…μέσα από την Ιστορία της Επιστήμης θα καταδειχθούν ο δυναμικός, εξελικτικός και διαλεκτικός χαρακτήρας του περιεχομένου και της μεθοδολογίας της Φυσικής, οι κοινωνικές και ανθρώπινες ρίζες της και η αλληλεπίδρασή της με τις άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες” (ό. π.). Οι ιδέες αυτές -ανεκμετάλλευτες για αρκετά χρόνια- αποτέλεσαν το θεωρητικό υπόβαθρο για την ανάπτυξη ενός ρεύματος έρευνας και εφαρμογής ιδεών, προς την κατεύθυνση της αξιοποίησης της Ι.Φ.Ε. ως μέσου διδασκαλίας και μάθησης των Φ.Ε. Το 1948 ο J. Conant, υπεύθυνος της Προπτυχιακής Γενικής Εκπαίδευσης του Harvard, δημοσιεύει στις Η.Π.Α. το Harvard Case Histories in Experimental Science, μια σειρά από 8 μελέτες ιστορικών περιπτώσεων στους τομείς της Φυσικής, της Χημείας και της Βιολογίας, απευθυνόμενος σε κολεγιακούς σπουδαστές κοινωνικών επιστημών, με σκοπό να τους φέρει πιο κοντά στην εξέλιξη, την μεθοδολογία και την κοινωνική σημασία της επιστήμης (Conant 1948/1957). Βασισμένος στην ίδια ιδέα, ο L. Klopfer το 1956 ξεκινάει τη δική του προσπάθεια παρουσίασης ιστορικών περιπτώσεων, απευθυνόμενος σε μαθητές της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης. Μετά από 8 χρόνια συνεχών πειραματικών εκδόσεων, διδακτικών ελέγχων, εκτιμήσεων και αξιολογήσεων, το έργο του History of Science Cases παίρνει την τελική του μορφή, περιλαμβάνοντας 9 συνολικά τίτλους (Klopfer 1964a). Σε κάθε περίπτωση μελετάται η εξέλιξη μιας ευρύτερης επιστημονικής έννοιας από τον τομέα των Φ.Ε. (π.χ. η φύση του φωτός, η ατμοσφαιρική πίεση, η δραστικότητα των αλογόνων, κ.λ.π.) με τη μεγαλύτερη δυνατή λεπτομέρεια. Έμφαση δίνεται τόσο στις διαδικασίες της ιστορικής εξέλιξης της έννοιας όσο και στην επιστημονική μεθοδολογία. Μέσα από την προσέγγιση αυτή εμφανίζονται οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ επιστήμης,

30

πολιτισμού και κοινωνίας, σκοπό στον οποίο προσβλέπει τελικά ο συγγραφέας (Klopfer 1964b). Στηριγμένη στις παραπάνω προσπάθειες αναπτύσσεται τη δεκαετία του ’60 στις Η.Π.Α. μια τεχνική διδασκαλίας με τίτλο «Historical case studies». Με την τεχνική αυτή οι μαθητές έχουν τη δυνατότητα να γνωρίσουν τον τρόπο με τον οποίο μεγάλοι επιστήμονες του παρελθόντος αντιμετώπισαν διάφορα εννοιολογικά και μεθοδολογικά προβλήματα και κατόπιν να τα συζητήσουν και να τα διερευνήσουν μέσα στο εργαστήριο (Δέδες 1997). Μετά από μια δεκαετία περίπου εφαρμογής το εγχείρημα εγκαταλείπεται. Οι ανασταλτικοί παράγοντες που επέδρασαν φαίνεται να ήταν κυρίως τρεις (Κολιόπουλος & Ψύλλος 1982, σ. 96) : 1. Ιδεολογικού χαρακτήρα (αδιαφορία για τις ιστορικές μεθόδους). 2. Επιστημολογικού χαρακτήρα (οι καθηγητές και οι μαθητές θα εμπλέκονταν στο

χώρο των επιστημολογικών διαμαχών). 3. Οι δυσκολίες που συνάντησαν οι εκπαιδευτικοί στην εφαρμογή της μεθόδου ως

αποτέλεσμα της πλήρους απουσίας «ιστορικής παιδείας» από μέρους τους. Παράλληλα με το προηγούμενο ρεύμα, αναπτύσσεται στις Η.Π.Α. το Harvard Physics Project (HPP), ένα ολοκληρωμένο πρόγραμμα διδασκαλίας που διακρίνεται από μια ουμανιστική φιλοσοφία και το οποίο θέτει ως έναν από τους βασικούς στόχους του την προσέλκυση περισσότερων μαθητών στο, κατ’ επιλογήν για τις Η.Π.Α. στο επίπεδο του Λυκείου, μάθημα των Φ.Ε. Καινοτομικό στοιχείο του προγράμματος αυτού είναι η αντιμετώπιση της Ι.Ε. ως οργανωτικής αρχής, με τη χρήση αυθεντικού ιστορικού υλικού και τη δομή των σχολικών βιβλίων εναρμονισμένη στην ιστορική ένταξη και ανάπτυξη των ιδεών και εννοιών των Φ.Ε. Το πρόγραμμα παρακολούθησε το 15% του μαθητικού πληθυσμού των Λυκείων στο πλαίσιο ενός εθνικού εκπαιδευτικού σχεδιασμού, ενώ η εφαρμογή του συνοδεύτηκε και από ένα ολοκληρωμένο πρόγραμμα αξιολόγησης. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως αυτή η ιστορικού–ουμανιστικού χαρακτήρα προσέγγιση των Φ.Ε. προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον και διαμόρφωσε θετικές στάσεις των μαθητών προς τις Φ.Ε., σε ευρεία μάλιστα κλίμακα. Ο κύριος στόχος του HPP θεωρήθηκε ότι είχε επιτευχθεί (Welch 1973). Ωστόσο δεν παρουσιάστηκε ιδιαίτερη βελτίωση στην κατανόηση του περιεχομένου και των μεθοδολογικών διαδικασιών των Φ.Ε. (Holton 1978). Η αδυναμία αυτή σε συνδυασμό με την αποτυχία μιας επαρκούς κατάρτισης των διδασκόντων σε ζητήματα της Ιστορίας και της Φιλοσοφίας των Φ.Ε., οδήγησε και αυτό το ρεύμα, μετά από 5 χρόνια εφαρμογής, σε συρρίκνωση. Η εγκατάλειψη των προγραμμάτων τα οποία στόχευαν στην ενσωμάτωση της Ι.Ε. στη διδασκαλία των Φ.Ε., δημιουργεί κατά τη δεκαετία του ’70 ένα κλίμα έντονου προβληματισμού για τη διδακτική αξία της Ι.Ε. και στις συζητήσεις που ακολουθούν διατυπώνονται έντονες επιφυλάξεις, ιδιαίτερα από την πλευρά των ιστορικών της Επιστήμης, σχετικά με την αποτελεσματικότητα μιας τέτοιας προοπτικής. Ο M. Klein υποστηρίζει ότι οι δάσκαλοι των Φ.Ε. επιλέγουν και χρησιμοποιούν υλικό από την Ι.Ε. με γνώμονα τη διεύρυνση των παιδαγωγικών τους επιδιώξεων και αυτό γίνεται σε βάρος της Ιστορίας και πολλές φορές σε αντι-ιστορική βάση: “Είναι πολύ δύσκολο να φανταστεί κανείς πώς μπορεί να συνδυαστεί ο πλούτος και η πολυπλοκότητα ενός γεγονότος –ζήτημα που αποτελεί κεντρικό ζητούμενο για τον ιστορικό- με τον αυστηρά καθορισμένο τρόπο πρόσληψής του που αποζητά ο φυσικός” (Klein 1972, p.16). Ο S. Brush επισημαίνει τον κίνδυνο αρνητικής επίδρασης της Ι.Ε. στο επιστημονικό ιδεώδες που έχουν συγκροτήσει οι μαθητές, καθώς υποσκάπτει τις βεβαιότητες του επιστημονικού δόγματος, ενός δόγματος εξαιρετικά χρήσιμου για την ενίσχυση του ενθουσιασμού αυτού που διδάσκεται τις Φ.Ε.: “Κάθε ιστορική αναφορά που εγείρει αμφιβολίες στη σκέψη των μαθητών για το κατά πόσον τα πρότυπά του από το χώρο της επιστήμης –φιγούρες όπως αυτές του Γαλιλαίου, του

31

Ντάλτον, ή του Μέντελ- υπηρέτησαν το ισχύον επιστημονικό δόγμα, υπονομεύει τους στόχους της διδασκαλίας και ως εκ τούτου κρίνεται ακατάλληλη” (Brush 1974, p.1165). Καταλήγει δε στο συμπέρασμα ότι η Ι.Ε. θα πρέπει να διδάσκεται μόνο σε ώριμα ακροατήρια μαθητευόμενων στις Φ.Ε. Ο T. Kuhn από την πλευρά του, ήδη από τη Δομή των επιστημονικών επαναστάσεων (1962), εκφράζει τις «επιστημολογικές» αντιρρήσεις του για τον τρόπο με τον οποίο παρουσιάζεται η Ι.Ε. στα σχολικά εγχειρίδια: “Τα εγχειρίδια ξεκινούν περιορίζοντας την αντίληψη του μαθητευόμενου επιστήμονα για την ιστορία του κλάδου του και στη συνέχεια προσπαθούν να επιβάλλουν ένα υποκατάστατο αυτού που έχει εξαλειφθεί. …με την κατάλληλη επιλογή και την παραποίηση, οι επιστήμονες παλιότερων εποχών παρουσιάζονται να έχουν εργαστεί πάνω στο ίδιο σύνολο σταθερών προβλημάτων και να έχουν συμμορφωθεί με το ίδιο σύνολο σταθερών κανόνων, που έφτασαν να φαίνονται επιστημονικά έγκυροι μετά την πιο πρόσφατη επανάσταση στη θεωρία και στη μέθοδο” (Kuhn 1981, σ. 217). Μερικά χρόνια αργότερα, στη δεύτερη έκδοση του βιβλίου του The Essential Tension (1977), επανέρχεται στο θέμα υποστηρίζοντας ότι η ιστορία των σχολικών εγχειριδίων κάνει τους μαθητές και τους επιστήμονες να αισθάνονται ότι συμμετέχουν σε μια μακρόχρονη και δογματική ιστορική παράδοση: “Το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό της διδασκαλίας των Φ.Ε. είναι ότι, σε μια έκταση αδιανόητη για άλλο επιστημονικό κλάδο, η Ι.Ε. προσεγγίζεται εξολοκλήρου μέσα από τα σχολικά εγχειρίδια … έτσι, οι μαθητές αποθαρρύνονται από το να ανατρέξουν στους κλασικούς ιστορικούς συγγραφείς του πεδίου τους, μέσα από το έργο των οποίων μπορούν να ανακαλύψουν άλλους τρόπους για τη θεώρηση των προβλημάτων που συζητούνται στα εγχειρίδιά τους” (Kuhn 1977, p. 228-229). Τέλος, ο M. Whitaker διαπιστώνει τη μετάπλαση της Ιστορίας όχι μόνο ως προς τους παιδαγωγικούς στόχους, αλλά και ως προς την «επιστημονική ιδεολογία» του συγγραφέα του εγχειριδίου υποστηρίζοντας ότι η μόνη Ιστορία η οποία είναι δυνατόν να παρουσιαστεί κατά τη διδασκαλία των Φ.Ε. είναι μια «ψευδο-Ιστορία». Αυτή η ψευδο-Ιστορία είναι “…το αποτέλεσμα ενός μεγάλου αριθμού βιβλίων τα οποία γράφονται από συγγραφείς που θέλουν να κάνουν πιο ζωντανή την παρουσίαση του περιεχομένου τους με την προσθήκη ενός ιστορικού υπόβαθρου. όμως το μόνο που καταφέρνουν είναι ξαναγράψουν βήμα-βήμα την Ιστορία έτσι ώστε να ταιριάζει με τη Φυσική τους” (Whitaker 1979, p. 109). Η δεκαετία του ’80 ωστόσο σηματοδοτεί ένα νέο σημείο εκκίνησης για το ερευνητικό ρεύμα που προσβλέπει σε έναν άμεσο ρόλο της Ι.Ε. στη διδασκαλία των Φ.Ε. Δύο είναι οι παράγοντες οι οποίοι συνεισφέρουν στην αναθέρμανση αυτής της προοπτικής: α) η διάχυση των πορισμάτων της Διδακτικής των Φ.Ε., όπου μέσα από τον διακηρυγμένο διεπιστημονικό χαρακτήρα των προσεγγίσεών της δημιουργούνται ευνοϊκοί όροι για την αξιοποίηση καινοτομικών πρωτοβουλιών, και β) η επαναπροσέγγιση μεταξύ των Ιστορικών της Επιστήμης και των ερευνητών των Φ.Ε. Η σύγκλιση αυτή εκδηλώνεται ενεργά στα συνέδρια που οργανώνει η European Physical Society το 1983 στη Παβία, το 1986 στο Μόναχο, το 1988 στο Παρίσι και το 1990 στο Cambridge (Matthews 1992, p. 12). Έτσι εκπονούνται, στην Αγγλία το National Science Curriculum for England and Wales, στις Η.Π.Α. το American Project 2061, στη Δανία το Danish national school curriculum και στην Ολλανδία το Dutch PLON (ό.π.), αναλυτικά προγράμματα στα οποία η Ι.Ε. δεν περιορίζεται σε «ένθετα» ή σε βιογραφίες σπουδαίων επιστημόνων, αλλά ενσωματώνεται οργανικά στην παρουσίαση και διαπραγμάτευση των επιλεγμένων γνωστικών αντικειμένων. Σημαντική ώθηση στις προσπάθειες αυτές δίνουν τα διαδεδομένα σε πολλά σχολεία και πανεπιστήμια προγράμματα «Επιστήμης, Τεχνολογίας και Κοινωνίας» (Science-

32

Technology-Society, STS), τα οποία εντάσσοντας την Ιστορία και τη Φιλοσοφία στη διδασκαλία των Φ.Ε. εκφράζουν μια νέα τάση που “…αναδεικνύει την «Επιστήμη ως Κουλτούρα» (Science as Culture) επαναπροσδιορίζοντας τους στόχους μιας εκπαίδευσης στις Φ.Ε. που απευθύνεται σε όλους τους πολίτες (Science for All) και ξεπερνά τον επιστημονικό αποκλεισμό” (Σέρογλου & Κουμαράς 2001, σ. 23). Το κλίμα αυτό μεταφέρεται και στην Ελλάδα και εκφράζεται με τη συγκρότηση ενός νέου αναλυτικού προγράμματος Φυσικής στα Ενιαία Πολυκλαδικά Λύκεια την περίοδο 1984-85, θέτοντας ως έναν από τους κεντρικούς διδακτικούς του στόχους “…την κατανόηση της αλληλεπίδρασης της επιστήμης με τα κοινωνικά συμβαίνοντα” (Κασσέτας 1992, σ. 30). Η προσπάθεια υποστηρίζεται από τη συγγραφή σχολικών εγχειριδίων (Δαπόντες κ. ά. 1984), στα οποία επιχειρείται να αξιοποιηθεί η Ι.Ε. με την παρουσίαση των φυσικών εννοιών μέσα στα πλαίσια της καταγωγής και της ιστορικής εξέλιξής τους. Το πρόγραμμα αφού επεκτείνεται στα Λύκεια όλης της χώρας το 1997, εγκαταλείπεται μετά από αρκετά χρόνια εφαρμογής χωρίς ποτέ να αξιολογηθεί ερευνητικά η αποτελεσματικότητά του σε σχέση με τους στόχους που τέθηκαν. Ταυτόχρονα, παρατηρείται σε παγκόσμιο επίπεδο μια αύξηση του ερευνητικού ενδιαφέροντος για τα σχετικά ζητήματα, η οποία αποτυπώνεται με την ίδρυση του International History Philosophy and Science Teaching Group, τη διοργάνωση διεθνών θεματικών συνεδρίων (Florida 1989, Kingston 1992, Szombathely 1994, Minneapolis 1995, Bratislava 1996, Pavia 1999, Denver 2001, Winnipeg 2003) και την κυκλοφορία ειδικευμένων περιοδικών (Science & Education 1992). Στα πλαίσια αυτά δημοσιεύονται θεωρητικές μελέτες αλλά και εμπειρικές έρευνες, οι οποίες διερευνούν τα μαθησιακά αποτελέσματα και ελέγχουν τα όρια εφαρμογής της λειτουργικής ένταξης της Ι.Ε. στη διδασκαλία των Φ.Ε., ενώ παράλληλα κατατίθενται προτάσεις για την αντιμετώπιση των προβλημάτων που δημιουργεί η νέα προσέγγιση. Η θεματολογία των ερευνών καλύπτει ένα ευρύ φάσμα προσεγγίσεων διερευνώντας το ρόλο της Ι.Ε. στο σχεδιασμό αναλυτικών προγραμμάτων, στην κατανόηση του περιεχομένου και της μεθοδολογίας των Φ.Ε., στην κατανόηση της φύσης της επιστήμης και στην «ιστορική» κατάρτιση των διδασκόντων. Μια επιλογή των ερευνητικών αυτών προσπαθειών επιχειρούμε ακολούθως. 2.1.1. Προτάσεις και ερευνητικά αποτελέσματα Ένας σημαντικός αριθμός ερευνητών που ασχολούνται με το ζήτημα της διδακτικής αξιοποίησης της Ι.Ε., εστιάζει την προσοχή του στο πρόβλημα της οργανικής ένταξής της στα σύγχρονα αναλυτικά προγράμματα. Ο W. Sherratt (1982) πραγματοποιεί μια ιστορική ανασκόπηση της εξέλιξης της εκπαίδευσης στις Φ.Ε. κατά τη διάρκεια του πρώτου μισού του 20ου αιώνα στην Αγγλία και παρουσιάζει τάσεις, προτάσεις και προβλήματα της χρήσης της Ι.Ε. στα αναλυτικά προγράμματα της χώρας του. Στη Δανία, οι Nielsen & Thomsen (1990) υποστηρίζουν με επιχειρήματα τη χρήση της Ιστορίας και της Φιλοσοφίας των Φ.Ε. στη διδασκαλία, ως μέσου που θα συνεισφέρει στην αλλαγή των στάσεων των μαθητών και την βαθύτερη κατανόηση των φυσικών εννοιών. Στο αναλυτικό πρόγραμμα που προτείνουν υπάρχει μια ισομερής κατανομή ανάμεσα στη διδασκαλία του περιεχομένου και στην παρουσίαση των Φ.Ε. ως ανθρώπινης δραστηριότητας. Μέσα από τη διατύπωση οκτώ προτάσεων, ο P. Whiteley (1993) υποστηρίζει το σημαντικό ρόλο της Ι.Ε. στη διδασκαλία των Φ.Ε. και τονίζει ότι η Ι.Ε. μπορεί να αποτελέσει τον ακρογωνιαίο λίθο ενός αναλυτικού προγράμματος καθώς μπορεί, εκτός των άλλων, να χρησιμοποιηθεί λειτουργικά ακόμη και στις εξετάσεις για την αξιολόγηση των μαθητών. Ο G. Golin (1995)

33

επιχειρεί μια ανασκόπηση των αποτελεσμάτων από τις εφαρμογές της Ι.Ε. στα αναλυτικά προγράμματα των Φ.Ε. και στην εκπαίδευση των δασκάλων την 20ετία 1970-1990 στην πρώην Σοβιετική Ένωση. Την ένταξη στοιχείων από την Ι.Ε. στα αναλυτικά προγράμματα των Φ.Ε. υποστηρίζουν και οι Gallili & Hazan (2000), βασισμένοι στα αποτελέσματα σχετικής έρευνας που πραγματοποιούν στο Ισραήλ με μαθητές της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης από τρεις διαφορετικούς τύπους σχολείων. Οι ερευνητές αφού πρώτα καταγράφουν τις παραστάσεις των μαθητών στα υπό εξέταση διδακτικά αντικείμενα (φως, όραση, οπτικά είδωλα) και μετά την κωδικοποίησή τους σε μια εννοιολογικού τύπου σχηματοποίηση (facets-schemes), επιχειρούν το μετασχηματισμό τους με την εφαρμογή ενός προγράμματος διδασκαλίας ετήσιας διάρκειας, το οποίο στηρίζεται στην ενσωμάτωση στη διδακτέα ύλη ιστορικών μοντέλων ερμηνείας για τις εμπλεκόμενες έννοιες και τα φαινόμενα. Η σημαντικές διαφορές που διαπιστώθηκαν στις προόδους των μαθητών οι οποίοι εντάχθηκαν στο ερευνητικό πρόγραμμα, σε σχέση με τους μαθητές που ακολούθησαν το τυπικό αναλυτικό πρόγραμμα, οδηγούν τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι η κατάλληλη επιλογή ιστορικού υλικού –με την έννοια της συμβατότητας του περιεχομένου με τις γνωστικές δομές των παιδιών- και η ένταξή του στα προγράμματα σπουδών είναι δυνατόν να πυροδοτήσει σε σημαντικό βαθμό την εννοιολογική αλλαγή στα υπό μελέτη αντικείμενα. Την αναγκαιότητα αλλά και τους όρους ενσωμάτωσης της Ι.Ε. στα αναλυτικά προγράμματα επισημαίνουν με εργασίες τους και άλλοι ερευνητές (Bybee et al. 1991, Jenkins 1996, Millar 1996, Κωστόπουλος & Κλωνάρη 1997, Stinner & Williams 1998, Τσελφές 2001, Hodson 1992, Κιντή 2003). Τη διδακτική αξιοποίηση του ιστορικού υλικού για την κατανόηση του περιεχομένου των Φ.Ε. προτείνει μια σειρά σύγχρονων ερευνητών. Ο J. Wandersee (1986) θεωρεί ότι η Ι.Ε. παρέχει στρατηγική γνώση για το πώς οικοδομήθηκε, άλλαξε και διαδόθηκε μια επιστημονική αναπαράσταση. Επομένως, η κατάλληλη ενσωμάτωσή της στα σχέδια εργασίας των διδασκόντων μπορεί να αποτελέσει ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό εργαλείο για την κατανόηση των φυσικών εννοιών. Οι μαθητές, σε συνεργασία με τον δάσκαλο, συγκρίνοντας και αντιπαραβάλλοντας μέσα στην τάξη τις σύγχρονες επιστημονικές με τις προγενέστερες ιστορικές απόψεις, είναι δυνατόν να ξεπεράσουν ανάλογες προσωπικές τους ιδέες και να υιοθετήσουν το αποδεκτό σήμερα επιστημονικό πρότυπο. Την ίδια διδακτική στρατηγική σύγκρισης και αντιπαράθεσης προτείνουν και άλλοι ερευνητές (Russell 1981, McCloskey & Kargon 1988, Jenkins 1989, Matthews 1994, Bar & Zinn 1995, Monk & Osborn 1997, Lemmer et al. 1999, Πάπαρου 2003, Κωνσταντινίδη κ. ά. 2003). Στο ίδιο πλαίσιο στόχων εντάσσονται μελέτες και προτάσεις για την πραγματοποίηση δραματοποιημένων «ιστορικών διαλόγων» μέσα στη σχολική τάξη. Οι εμπνευστές των προτάσεων αυτών υποστηρίζουν ότι οι μαθητές, μέσα από την ανάληψη «ιστορικών» ρόλων και την αντιπαράθεση επιστημονικών επιχειρημάτων, είναι δυνατόν να οδηγηθούν σταδιακά στην σύγχρονη επιστημονική θεωρία ακολουθώντας την ιστορική εξέλιξη των ιδεών (Lochhead & Dufrence 1989, Solomon 1989, Κασσέτας 2003, Σέρογλου 2003). Στην προοπτική της κατανόησης της μεθοδολογίας των Φ.Ε. μέσα από τη συστηματική παρουσίαση συγκεκριμένων ιστορικών περιπτώσεων -μια μέθοδο που ανέπτυξε ο προγενέστερα ο L. Klopfer-, ο N. Kipnis (1993 & 1996) προτείνει τη δική ιστορική-(δι)ερευνητική (historical-investigative) μέθοδο προσέγγισης. Ο συγγραφέας υποστηρίζει ότι η επαφή των μαθητών με συγκεκριμένα επεισόδια της Ι.Ε., όπου περιγράφεται αναλυτικά ο τρόπος με τον οποίο επιστήμονες του παρελθόντος αντιμετώπισαν στο εργαστήριο συγκεκριμένα προβλήματα, είναι

34

δυνατόν να τους βοηθήσει, σε σημαντικό βαθμό, να μυηθούν στην επιστημονική μεθοδολογία. Στη βάση αυτής της προβληματικής σχεδιάζει μια σειρά πειραμάτων με αφετηρία τις αντίστοιχες εργαστηριακές πρακτικές των επιστημόνων και πραγματοποιεί διδακτικές παρεμβάσεις με παιδιά, κυρίως του Δημοτικού. Το υλικό που συγκεντρώνεται από την ερευνητικό στάδιο της μεθόδου στο πεδίο της Οπτικής, χρησιμοποιείται στη συνέχεια ως διδακτικό υλικό σε σχολεία της Μιννεάπολης για επτά συνεχή έτη από ειδικά επιμορφωμένους δασκάλους. Τα αποτελέσματα της εφαρμογής της μεθόδου έδειξαν σημαντική αύξηση του ενδιαφέροντος των μαθητών για τις Φ.Ε., ενώ αξιόλογη θεωρήθηκε και η βελτίωση της κατανόησης της μεθοδολογίας. Ανάλογες προσπάθειες έχουν καταγραφεί και σε άλλες χώρες σε διάφορα γνωστικά πεδία των Φ.Ε. (Teichmann 1983, Krasilchik 1990, Kragh 1992, Flannery 1995, Kovács 1998). Τη συνδρομή της Ι.Ε. στην κατανόηση της επιστημολογικής διάστασης της επιστήμης διερευνούν επίσης αρκετοί ερευνητές, υποστηρίζοντας ότι με την παρουσίαση ιστορικών δεδομένων οι μαθητές εφοδιάζονται όχι μόνο με «γνώσεις από την επιστήμη» αλλά και με «γνώσεις σχετικά με την επιστήμη». Οι Solomon et al. (1996) σε έρευνά τους με βρετανούς μαθητές 15 ετών επιχειρούν να ανιχνεύσουν πώς επηρεάζεται η άποψη των μαθητών για τη φύση της επιστήμης, όταν το περιεχόμενο της διδασκαλίας είναι ιστορικά προσδιορισμένο. Τα αποτελέσματα της έρευνάς τους δείχνουν ότι μία διδασκαλία τέτοιου χαρακτήρα επιφέρει αλλαγή στις αντιλήψεις ενός σημαντικού ποσοστού μαθητών για το ρόλο της επιστήμης, από ανακαλυπτικό σε επεξηγηματικό. Επί πλέον ένα μικρό αλλά όχι αμελητέο ποσοστό μαθητών δείχνει να κατανοεί το ρόλο της φαντασίας και των διαδικασιών της μοντελοποίησης στη συγκρότηση των επιστημονικών θεωριών. Οι Kafai & Gilliland-Swetland (2001) από την πλευρά τους, σε έρευνά τους με μαθητές Δημοτικού 8-9 ετών στις Η.Π.Α., εξετάζουν το βαθμό κατανόησης της ιστορικής εξέλιξης της επιστημονικής γνώσης μέσα από μια ειδικά σχεδιασμένη διδακτική παρέμβαση. Για το σκοπό της μελέτης τους χρησιμοποιούν αρχειακές και σύγχρονες πηγές ιστορικού υλικού από το χώρο των Φ.Ε. και στη συνέχεια εμπλέκουν τους μαθητές σε δραστηριότητες διαχείρισης και αρχειοθέτησης (επιλογή, σχολιασμό, σύγκριση και αξιολόγηση) με στόχο την παραγωγή διδακτικού υλικού. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές έρχονται σε επαφή με τις διαφορετικές μεθοδολογικές πρακτικές που εφαρμόστηκαν από τους επιστήμονες για το υπό μελέτη ζήτημα σε διαφορετικές ιστορικές περιόδους, συζητούν με το δάσκαλο τους λόγους που επέβαλλαν την αλλαγή του εκάστοτε τρόπου αντιμετώπισης του προβλήματος και κατανοούν τη υπόσταση της επιστήμης ως μέρους του ευρύτερου κοινωνικού και πολιτισμικού γίγνεσθαι. Ελέγχοντας τα πλεονεκτήματα αλλά και τους περιορισμούς στους οποίους υπόκεινται τέτοιου τύπου παρεμβάσεις, ιδίως όταν απευθύνονται σε μαθητές μικρών ηλικιών, καταλήγουν σε θετικά αποτελέσματα σε σχέση με τους στόχους που τέθηκαν. Προς την ίδια κατεύθυνση είναι προσανατολισμένες και οι μελέτες άλλων ερευνητών (Arons 1984, Matthews 1989, Wandersee 1990, Hamburger 1990, Solomon 1991b, Duschl 1994, Matthews 2001, Κόκκοτας 2003). Ανεξάρτητα ωστόσο από το σημείο αφετηρίας και την τελική στόχευση των παραπάνω ερευνητικών ρευμάτων, ένας είναι ο παράγων η δράση του οποίου αναγνωρίζεται καθολικά ως καθοριστική για την αξιοποίηση ή μη της Ι.Ε. ως μέσου διδασκαλίας των Φ.Ε.: ο ίδιος ο εκπαιδευτικός ο οποίος καλείται να υλοποιήσει τα πορίσματα των σχετικών ερευνών. Από όλους σχεδόν τους ερευνητές που δραστηριοποιούνται στο συγκεκριμένο χώρο, η έλλειψη «ιστορικής» παιδείας από την πλευρά των διδασκόντων, αναγνωρίζεται ως ο βασικός ανασχετικός παράγων στις προσπάθειες διδακτικής αξιοποίησης της Ι.Ε.

35

Για τους Monk & Osborn (1997) οι αιτίες της αρνητικής στάσης των εκπαιδευτικών απέναντι σε μια τέτοια προοπτική είναι κυρίως δύο: α) οι αντιλήψεις τους για τη φύση και το ρόλο της επιστήμης β) οι πρακτικού χαρακτήρα απαιτήσεις μιας τέτοιου τύπου διδασκαλίας. Σε ό,τι αφορά την πρώτη αιτία, οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι οι περισσότεροι δάσκαλοι των Φ.Ε. αντιμετωπίζουν το έργο τους αποκλειστικά ως μια διαδικασία μετάδοσης του περιεχομένου ενός επιστημολογικά έγκυρου γνωστικού συστήματος, γεγονός που τους ωθεί να εστιάζουν περισσότερο στο «τι γνωρίζουμε» και λιγότερο στο «πώς το γνωρίζουμε». Για το ίδιο θέμα ο J. Gallagher, ανιχνεύοντας τις αντιλήψεις εκπαιδευόμενων δασκάλων των Φ.Ε. στις Η.Π.Α., διαπιστώνει ότι, σε συντριπτικό ποσοστό, οι μελλοντικοί εκπαιδευτικοί αντιλαμβάνονται την επιστήμη ως ένα καθιερωμένο «σώμα» γνώσεων και τεχνικών αναμφισβήτητης αξίας και απόλυτης εγκυρότητας. Ακόμη και όσοι διάκεινται ευνοϊκά σε μια προοπτική αξιοποίησης της Ι.Ε., επικαλούνται πρωτίστως λόγους καλλιέργειας θετικών στάσεων των μαθητών και δευτερευόντως λόγους που έχουν να κάνουν με μια πιο σφαιρική αντίληψη της φύσης της επιστήμης (Gallagher 1991). Σε ό,τι αφορά τις αναπόφευκτα μεγαλύτερες χρονικές και πρακτικές απαιτήσεις μιας ιστορικά προσανατολισμένης διδασκαλίας, χαρακτηριστικές είναι οι απόψεις δασκάλων των Φ.Ε. στη Ν. Ζηλανδία σχετικά με τις προτεραιότητες της διδακτικής διαδικασίας, όπως καταγράφονται από τον D. Hodson (1993) και παρατίθενται από τον ίδιο (κατά σειρά μειούμενης σημασίας): α) διαχείριση και οργάνωση της διδακτέας ύλης β) μετάδοση των γνώσεων γ) κατανόηση της φύσης της επιστημονικής δραστηριότητας. Για τον συγγραφέα, η επιλογή των συγκεκριμένων προτεραιοτήτων έχει ουσιαστικά συντελέσει ώστε να μείνει αναξιοποίητο το ιστορικό υλικό που κατά καιρούς έχει παραχθεί (Addinell & Solomon 1983, Honey 1990, Solomon 1991a) ειδικά για την κατάρτιση των εκπαιδευτικών. Σε μια προσπάθεια υπέρβασης του συγκεκριμένου ανασχετικού παράγοντα, ο S. Rosen (1983) εστιάζει την προσοχή του στην κατάρτιση και επιμόρφωση των δασκάλων των Φ.Ε. και προτείνει την ένταξη μαθημάτων Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Επιστημών στα προγράμματα σπουδών τους. Είναι ανάγκη, υποστηρίζει, να πειστεί ο διδάσκων για τον σημαντικό ρόλο της Ι.Ε. στην ανάδειξη της ουμανιστικής και κοινωνικής διάστασης της Επιστήμης καθώς είναι ο μόνος που μπορεί να μεταλαμπαδεύσει τις ανθρωπιστικές αξίες στους μαθητές. Πέρα επομένως από το κύριο «σώμα» των γνώσεων και την επιστημονική μεθοδολογία, οι διδάσκοντες θα πρέπει να συνειδητοποιήσουν (και να μεταδώσουν) την επίδραση της επιστήμης στο κοινωνικό και πολιτισμικό γίγνεσθαι, ένα στοιχείο που αποτελεί πνευματικό εφόδιο κάθε μελλοντικού πολίτη ανεξάρτητα από την επαγγελματικές του επιλογές και την κοινωνική του εξέλιξη. Ο Β. Τσελφές (1989) υποστηρίζει ότι ο δάσκαλος δεν δικαιούται να παρουσιάζει μια μονολιθική (και εν πολλοίς στρεβλή) εικόνα των Φ.Ε. Για να αποφευχθεί κάτι τέτοιο θα πρέπει να έχει ο ίδιος μια όσο το δυνατόν πιο πλατιά γνώση της προς διδασκαλία επιστήμης. Και η κατάκτηση αυτή μπορεί να επιτευχθεί μέσω της ακαδημαϊκής κατάρτισής του σε ζητήματα της Ι.Ε. καθώς: α) μέσα στα πλαίσια της αναζήτησης της δυναμικής σχέσης των επιστημονικών ιδεών με τα κοινωνικά και πολιτιστικά γεγονότα κάθε εποχής, είναι δυνατόν να προσεγγίσει τα θέματα που χρησιμοποιεί στις διδασκαλίες του από περισσότερες από μία «σκοπιές» β) η γνωριμία με τις εναλλακτικές θεωρίες που κατά καιρούς διατυπώθηκαν για την ερμηνεία των ίδιων (περίπου) γεγονότων, είναι δυνατόν να τον βοηθήσει στη διερεύνηση των δικών του επιστημονικών θεωριών σε σχέση με εκείνες των επιστημόνων που χρησιμοποιεί στις

36

διδασκαλίες του γ) τα πορίσματα της Ι.Ε. μπορούν να του υποδείξουν τα αδύνατα σημεία πολλών παραδοσιακών διδακτικών μεθόδων. Για το ίδιο ζήτημα, ο M. Matthews (1992 & 1994) τονίζει ότι οι δάσκαλοι των Φ.Ε. οφείλουν να έχουν μια όσο το δυνατόν πιο σφαιρική αντίληψη της επιστήμης που διδάσκουν. Να γνωρίζουν, δηλαδή, όχι μόνο το περιεχόμενό της –κάτι που αυτονόητα θεωρείται απαραίτητο- αλλά επί πλέον τη δομή και τη φύση της. την ιστορική της εξέλιξη, την επιστημολογική της διάσταση και τη σχέση της με τις κοινωνικές, πολιτικές και θρησκευτικές πεποιθήσεις. Σ’ αυτό το δεύτερο επίπεδο συγκρότησης –θεμέλιο, σύμφωνα με τον συγγραφέα, της παιδαγωγικής πρακτικής και του σχεδιασμού των αναλυτικών προγραμμάτων- μπορούν να συνεισφέρουν αποτελεσματικά η Ιστορία και η Φιλοσοφία των Επιστημών. Τέλος ο Α. Κασσέτας (2001), σε μια παιδαγωγικού χαρακτήρα προσέγγιση, υποστηρίζει ότι ο «ιστορικά» καταρτισμένος δάσκαλος, με τις κατάλληλες διδακτικές ενέργειες μπορεί να φέρει στο προσκήνιο όχι μόνο τη σκέψη του επιστήμονα αλλά και τις κοινωνικές και τεχνολογικές συνθήκες της εποχής του. Τέτοιες ενέργειες θα βοηθήσουν τους μαθητές α) να γνωρίσουν τους δεσμούς ανάμεσα στις Φυσικές και τις άλλες επιστήμες μέσα από την ιστορική τους εξέλιξη β) να απομυθοποιήσουν το χαρακτήρα της «αυθεντίας» γ) να καταλάβουν ότι οι γνώσεις οικοδομούνται με την απόρριψη ορισμένων άλλων ιδεών δ) να αντιληφθούν το ρόλο του «λάθους» στην επιστήμη και στην απόκτηση των γνώσεων ε) να κατανοήσουν ότι ο λανθασμένος τρόπος σκέψης τους για ορισμένα ζητήματα στην αρχή της διδασκαλίας, συμπίπτει με τον τρόπο που σκέφτονταν οι άνθρωποι σε προηγούμενες ιστορικές περιόδους (αποενοχοποίηση του λάθους). 2.2. Η Ιστορία της Επιστήμης ως ερευνητικό και μεθοδολογικό εργαλείο στη

Διδακτική των Φυσικών Επιστημών Με στόχο την ανάδειξη του πολυδιάστατου ρόλου της Ι.Ε. στα πλαίσια των σύγχρονων αναζητήσεων της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, ένας σημαντικός αριθμός ερευνητών κινείται τις τελευταίες δεκαετίες σε ένα διαφορετικό επίπεδο προσέγγισης. Επιδιώκοντας να αξιοποιήσει το ιστορικό υλικό με έναν έμμεσο τρόπο, αποφεύγει την άμεση παράθεση των ιστορικών δεδομένων κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας (επομένως και των αναπόφευκτων χρονικών και άλλων περιορισμών που αυτή επιβάλλει) και επιχειρεί τη χρήση της Ι.Ε. ως μεθοδολογικό εργαλείο διδακτικής έρευνας και παραγωγής εκπαιδευτικού υλικού. Οι ερευνητές του ρεύματος αυτού εστιάζουν το ενδιαφέρον τους στην ψυχολογική διάσταση των διαδικασιών της μάθησης και επιχειρούν με οδηγό την Ι.Ε. να αποκρυπτογραφήσουν τις διεργασίες που διέπουν τη συγκρότηση και αλλαγή των επιστημονικών αναπαραστάσεων, με στόχο να μεταφέρουν τα ιστορικά «διδάγματα» στις διδακτικές πρακτικές οικοδόμησης της σύγχρονης γνώσης από τους μαθητές. Αφετηριακό σημείο της τάσης αυτής αποτελούν οι επιστημολογικές θεωρήσεις οι οποίες αναγνωρίζουν την ύπαρξη αξιοσημείωτων ομοιοτήτων ανάμεσα στη συγκρότηση της επιστημονικής γνώσης στο άτομο και στην ιστορική ανάπτυξη των ιδεών στην επιστήμη. 2.2.1. Η γνωστική οντογένεση και η επιστημονική φυλογένεση Η υπόθεση αυτή έχει τις ρίζες της στις αρχές του 19ου αιώνα. Για πρώτη φορά ο G. Hegel διατυπώνει στο έργο του The phenomenology of Mind (1806/1931) την άποψη ότι η διαλεκτική των θεωριών της γνώσης συνδέεται με τη διαλεκτική των ιστορικών

37

δομών της συνείδησης και της ανάπτυξης της ανθρώπινης σκέψης. Την ιδέα επαναλαμβάνουν στα τέλη του ίδιου αιώνα οι E. Mach (1895/1943) και P. Duhem (1906/1954). Την ίδια περίπου εποχή, ο Γερμανός ζωολόγος E. Haeckel, βασιζόμενος σε παρατηρήσεις του Ρώσου K. Baer πάνω στα έμβρυα διαφόρων σπονδυλωτών, διατυπώνει με τη μορφή βιογενετικού νόμου τη θέση ότι κάθε οργανισμός επαναλαμβάνει στο αναπτυσσόμενο έμβρυό του όλα τα στάδια της βιολογικής εξέλιξης του είδους του, μια θέση η οποία αποδίδεται συμπυκνωμένα στην ιστορική φράση του «η οντογένεση επαναλαμβάνει τη φυλογένεση» (Asimov 1975). Παρά την –και πειραματική- απόρριψη της σχηματοποίησής του, η ιδέα επανέρχεται κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα στον τομέα των ψυχολογικών θεωριών της γνώσης. Ο J. Piaget, αναπτύσσοντας τη θεωρία του για τη γνωστική εξέλιξη του ατόμου, διατυπώνει την άποψη ότι η εξέλιξη των ιδεών στην Επιστήμη και η ανάπτυξη της παιδικής σκέψης εμφανίζουν σαφείς ομοιότητες: “Η βασική υπόθεση της γενετικής επιστημολογίας είναι ότι υπάρχει ένας παραλληλισμός μεταξύ της γνωστικής προόδου στην ορθολογιστική οργάνωση της γνώσης (ιστορία της επιστήμης) και στην αντίστοιχα διαμορφούμενη ψυχολογική εξέλιξη … για το λόγο αυτό το πιο πρόσφορο πεδίο μελέτης για τους ψυχολόγους είναι αυτό της ιστορίας της ανθρώπινης σκέψης, με αφετηρία τον προϊστορικό άνθρωπο” (Piaget 1970, p.13). Σε μια προσπάθεια να τεκμηριώσει την άποψή του προσφέρει μια σειρά παραδειγμάτων για διάφορες φυσικές έννοιες, με τις οποίες μελετά το πέρασμα από την προεπιστημονική στην επιστημονική σκέψη του 17ου αιώνα, σε αναλογία με το πέρασμα από το σύμπαν των «πρωτογόνων» στο Αριστοτελικό σύστημα και από εκεί στα μοντέλα της κλασσικής φυσικής (Piaget 1950b, pp. 70-89). Σε μεταγενέστερα βέβαια έργα του αποστασιοποιείται από τη λογική των αυστηρών αναλογιών και μιλά περισσότερο για ομοιότητες στα νοητικά εργαλεία (όπως η γενίκευση), στις διαδικασίες (όπως η διαρκής αναζήτηση αιτιών) και στους μηχανισμούς (όπως αυτός της εξισορρόπησης) παρά για ομοιότητες που αφορούν την ανάπτυξη συγκεκριμένων εννοιών των Φ.Ε. (Piaget & Garcia 1983). Ωστόσο οι αρχικές του θέσεις ήταν αρκετές για να πυροδοτήσουν έντονες επιστημολογικές συζητήσεις και να προκαλέσουν ισχυρές διαμάχες σχετικά με τη φύση αυτού του παραλληλισμού. Μια μερίδα επιστημόνων υιοθετεί αβίαστα την αρχική άποψη του Piaget και, στην πιο ακραία εκδοχή, υποστηρίζει ότι το άτομο κατά τη διάρκεια τη διάρκεια της γνωστικής του ανάπτυξης περνάει υποχρεωτικά από όλα τα ιστορικά στάδια εξέλιξης της επιστημονικής σκέψης (Murray 1979, Sherratt 1982, Eckstein & Kozhevnicov 1997). Η παράφραση του βιολογικού σχήματος του Haeckel, στη μορφή που το υποδηλώνει ο T. Kuhn, «η γνωστική οντογένεση αντανακλά την επιστημονική φυλογένεση» (1977, p.21), μεταφέρει το ζήτημα στο χώρο των ιστορικών της Επιστήμης και δημιουργεί τις προϋποθέσεις για μια αμφίδρομη διερεύνηση των συνεπειών του. Ο ίδιος ο Kuhn δηλώνει ότι “από τις συνεντεύξεις του Piaget με τα σημερινά παιδιά έχω μάθει πολλά σχετικά με το πώς να διατυπώνω ερωτήσεις για τους επιστήμονες στην ιστορία και μέσα από τις απαντήσεις των παιδιών κατάφερα να κατανοήσω τη φυσική του Αριστοτέλη” (ό. π.). Στην αντίστροφη κατεύθυνση, ο A. Koyré τονίζει ότι η φυσική του Αριστοτέλη ήταν αυτή που τον δίδαξε πώς να κατανοήσει τη σκέψη των παιδιών στις εργασίες του Piaget (ό. π.). Από την πλευρά του ο P. Kitcher (1988) ισχυρίζεται ότι όπως οι ψυχολόγοι μπορούν να κατανοήσουν καλύτερα τη γλωσσική πρόοδο των παιδιών μελετώντας τις αλλαγές στην Ι.Ε., έτσι και οι ιστορικοί και οι φιλόσοφοι της Επιστήμης μπορούν να ωφεληθούν πολλά μελετώντας τα πορίσματα από το χώρο της παιδικής ψυχολογίας. Ο D. Bickerton (1988), σε έρευνά του για την εξέλιξη της γλώσσας, υποστηρίζει ότι το γλωσσικό χάσμα που διαπιστώνεται στα παιδιά γύρω από την ηλικία των δύο ετών μας επιτρέπει να βγάλουμε χρήσιμα συμπεράσματα για τη γλωσσική εξέλιξη από τον πρώιμο sapiens στον homo sapiens. Σε ανάλογες έρευνες, οι W. Jung (1986), R.

38

Giere (1987) και N. Nessersian (1989) χρησιμοποιούν ιδέες και μεθόδους των θεωριών της γνώσης για να μελετήσουν την εξέλιξη των επιστημονικών ιδεών με ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Από την άλλη πλευρά, αναπτύσσεται ένα πλήθος αντιρρήσεων ως προς την εγκυρότητα της υπόθεσης του αυστηρού παραλληλισμού. Ο T. Mischel (1971) υποστηρίζει ότι η ανθρώπινη συμπεριφορά είναι ιδιαίτερα πολύπλοκη για να μπορεί να ενταχθεί αβίαστα στην υπόθεση ενός τέτοιου ισομορφισμού. Για τον J. Nussbaum (1983), η θέση ότι οι μαθητές απλώς επαναλαμβάνουν στις νοητικές παραστάσεις τους τη ιστορία της επιστήμης δεν αποτελεί παρά μια παρακινδυνευμένη υπεραπλούστευση. Σε μια πιο έντονη αντιπαράθεση, ο J. Lythcott (1983) αμφισβητεί ακόμα και τη βασιμότητα του χαρακτηρισμού των παραστάσεων των μαθητών με επίθετα δανεισμένα από την ιστορία της επιστήμης (Αριστοτελικές, κ.λ.π.). Οι εκφραστές των αντιρρήσεων επισημαίνουν ότι οι ψυχολογικοί, ηλικιακοί, κοινωνικοί και πολιτισμικοί παράγοντες που διαμορφώνουν κάθε φορά τη γνωστική δομή του ατόμου σηματοδοτούν με διαφορετικό τρόπο τη συγκρότηση των επιστημονικών εννοιών, σε βαθμό που να αποκλείεται η εκδοχή μιας ταύτισης μεταξύ των ιστορικών επιστημονικών μοντέλων και των αυθόρμητων παραστάσεων των μαθητών ή η αποδοχή μιας απλοϊκής και μηχανιστικής αντιστοίχισης. Τα επιχειρήματα με τα οποία υποστηρίζουν την άποψή τους μπορούν να κωδικοποιηθούν στις ακόλουθες προτάσεις: • Οι ερευνητές σε κάθε εποχή διαθέτουν ένα υψηλό επίπεδο επιστημονικής

συγκρότησης στον τομέα τους. Για παράδειγμα, οι M. Wiser (1988) και S. Carey (1988) αποδεικνύουν με τις έρευνές τους ότι οι μεγάλοι πειραματιστές του 17ου και 18ου αιώνα ήταν εξαιρετικά καταρτισμένοι στα ανώτερα μαθηματικά και στα θέματα της μηχανικής, κάτι που ασφαλώς δεν συμβαίνει με τους μαθητές.

• Οι επιστήμονες έχουν ανεπτυγμένη μεταγνωστική συγκρότηση (Carey 1988). Γνωρίζουν δηλαδή το σκοπό της έρευνάς τους, έχουν σφαιρική γνώση του αντικειμένου της μελέτης τους και κατανοούν τη σημασία των μεθόδων επαλήθευσης των υποθέσεών τους. Αντίθετα, οι μαθητευόμενοι στις φυσικές επιστήμες οικοδομούν τις φυσικές έννοιες χωρίς να ασχολούνται ενσυνείδητα με τις διαδικασίες συγκρότησής τους.

• Οι επιστήμονες εργάζονται πάντα μέσα στα πλαίσια μιας αυστηρά καθορισμένης επιστημονικής παράδοσης, σε αντίθεση με την χωρίς περιοριστικούς όρους και επιστημολογικές δεσμεύσεις εννοιολογική συγκρότηση των μαθητών (McCloskey & Kargon 1988).

• Οι κοινωνικές γνώσεις και οι τεχνολογικές δυνατότητες των πρώιμων επιστημόνων ήταν τελείως διαφορετικές από αυτές των σύγχρονων μαθητών (Gauld 1988 & 1991). Για παράδειγμα, οι έννοιες των σημείων τήξης και βρασμού ήταν άγνωστες στην προεπιστημονική εποχή, καθώς το υδραργυρικό θερμόμετρο επινοήθηκε από τον Fahrenheit μόλις στις αρχές του 18ου αιώνα.

• Η νεαρή ηλικία των μαθητών θέτει σαφείς περιορισμούς στις γνωστικές δυνατότητές τους. στην απομνημόνευση, στην επεξεργασία των πληροφοριών και στην εξαγωγή συμπερασμάτων. Κάτι αντίστοιχο δεν συμβαίνει στην κατά τεκμήριο ώριμη ηλικία των επιστημόνων, όπου οι συγκεκριμένες νοητικές διεργασίες δομούνται με διαφορετικό τρόπο (Carey 1988). Ανάλογους περιορισμούς επιφέρει στη διαμόρφωση ή τη χρήση των διαφόρων εννοιών η αδυναμία ολοκληρωμένης λεκτικής διατύπωσης που παρατηρείται συνήθως στους μαθητές, σε αντίθεση με τη γλωσσική ωριμότητα των (σημερινών και παλαιότερων) επιστημόνων (Nesher 1988).

• Η δημιουργία γνωστικών σχημάτων είναι προσωπική υπόθεση. Ο τρόπος με τον οποίο αναπτύχθηκε ένα γνωστικό σχήμα από τους δημιουργούς του δεν δείχνει

39

σίγουρα τον τρόπο με τον οποίο ένας μαθητής θα δημιουργήσει το αντίστοιχο σχήμα (Τσελφές 1991).

• Οι επιστημονικές θεωρίες αποτελούν μέρος συνεκτικών εννοιολογικών συστημάτων (επιστημονικών «παραδειγμάτων», με την έννοια που αποδίδει στον όρο ο T. Kuhn), με εσωτερική συνοχή και ευρύτητα εφαρμογής σε ένα πλήθος φυσικών φαινομένων, κάτι που ασφαλώς δεν είναι ορατό στις παραστάσεις των μαθητών (Driver et al. 1985). Πολλές φορές στις έρευνες της Διδακτικής παρατηρείται το φαινόμενο ένα παιδί να εκφράζει διαφορετικές αντιλήψεις για την ίδια φυσική έννοια, ανάλογα με την περίπτωση ή την πειραματική κατάσταση που αντιμετωπίζει ή ακόμα να μεταπηδά από τη μία αντίληψη στην άλλη κατά την εξήγηση του ίδιου φαινομένου.

• Ακόμα και αν οι αλλαγές των ιδεών μαθητών και επιστημόνων από στάδιο σε στάδιο μοιάζουν πάρα πολύ, αυτό δεν σημαίνει ότι οι διαδικασίες της αλλαγής θα είναι απαραίτητα οι ίδιες (Nessersian 1994).

Οι εκφραστές των αντιρρήσεων αυτών, χωρίς να αμφισβητούν την ύπαρξη συσχετισμών, μιλούν όχι για έναν γενικευμένο παραλληλισμό αλλά για κοινά σημεία, ομοιότητες ή αναλογίες που συναντάμε στον τρόπο με τον οποίο προσεγγίζουν οι σύγχρονοι (μη ειδικοί) άνθρωποι ένα φυσικό πρόβλημα και στον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίστηκε το ίδιο πρόβλημα από τους επιστήμονες και τους φιλόσοφους του παρελθόντος. Για τους McCloskey & Kargon (1988, p. 66), και οι δύο αυτές ομάδες καταλήγουν στις ίδιες ιδέες “…επειδή βρίσκονται στο ίδιο εννοιολογικό στάδιο διαμόρφωσης μιας θεωρίας, ξεκινούν από παρόμοιες αντιλήψεις για την προσέγγιση ενός προβλήματος, χαρακτηρίζουν με παρόμοιο τρόπο τα κύρια φαινόμενα που έχουν να εξηγήσουν και έχουν παρόμοιες απόψεις για τη μορφή της ερμηνείας που πρέπει να δοθεί”. Η S. Carey και οι συνεργάτες της συσχετίζουν την ιστορική εξέλιξη των επιστημονικών ιδεών και την πρόσκτηση της γνώσης από το άτομο, εστιάζοντας περισσότερο στη φύση των εννοιολογικών αλλαγών και λιγότερο στο περιεχόμενο. Οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι τόσο για τους μαθητές όσο και για τους επιστήμονες, ο τρόπος μετάβασης από μία συγκεκριμένη εννοιολογική δομή σε μια άλλη εμπεριέχει τις ίδιες διαδικασίες: αλλαγές στη θεώρηση των φαινομένων τα οποία πρέπει να ερμηνευτούν από τις θεωρίες, αλλαγές στα πρότυπα μέσω των οποίων ερμηνεύονται τα φαινόμενα και αλλαγές στις έννοιες που πρέπει να χρησιμοποιηθούν για τις ερμηνείες αυτές (Wiser & Carey 1983, Smith, Carey & Wiser 1985, Carey 1985, 1987, 1988). Για τον F. Halbwachs (1974), τα κοινά σημεία που εντοπίζονται στην επιστημονική σκέψη και στις ιδέες των μαθητών σχετίζονται αφενός με το επιστημολογικό πλαίσιο μέσα στο οποίο διαμορφώθηκε κατά καιρούς η επιστημονική σκέψη και αφετέρου με τις ψυχολογικές διεργασίες που κυριαρχούν στην σκέψη των παιδιών και καθορίζουν τα νοητικά σχήματα προσέγγισης και ερμηνείας του φυσικού κόσμου που τα περιβάλλει. Στην προοπτική του συγκεκριμένου θεωρητικού προσανατολισμού, η εστίαση στο γνωσιολογικό πρότυπο της προεπιστημονικής περιόδου σε συνδυασμό με την προσέγγιση της συγκρότησης της βιωματικής γνώσης μέσα από τη σύγχρονη ψυχολογική θεώρησή της, συνιστούν ένα πρόσφορο πεδίο για την ανάπτυξη συγκριτικών ερευνών με στόχο την πιστοποίηση της βασιμότητας των σχετικών

40

υποθέσεων: Στην προ-κλασική περίοδο της επιστήμης κυριαρχεί ολοκληρωτικά η αριστοτελική γνωσιολογική προσέγγιση η οποία βασίζεται στην αναμφίβολη εγκυρότητα της αισθητηριακής εμπειρίας. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες στηρίζεται στην πεποίθηση ότι η παρατήρηση και τα δεδομένα της εμπειρίας είναι ικανά από μόνα τους να οδηγήσουν σε ασφαλή συμπεράσματα. Οι ερευνητές παρατηρούν τη φύση με τα μάτια ενός θεατή και οδηγούνται στη διατύπωση θεωριών χωρίς να παρεμβαίνουν στις φυσικές διεργασίες και χωρίς να υποψιάζονται ότι κάθε εκδήλωση της φύσης επηρεάζεται από πολλές παραμέτρους, ορισμένες από τις οποίες είναι ουσιώδεις και αποτελούν εμπόδια στην προσέγγιση της έγκυρης γνώσης. Η μετάβαση από την παθητική παρατήρηση στην ενεργητική συμμετοχή του ερευνητή στην εξέλιξη ενός φαινομένου, αλλάζει ριζικά το μεθοδολογικό πλαίσιο των ΦΕ τον 17ο αιώνα. Το πείραμα αποκτά μια εντελώς διαφορετική σημασία. Δεν αποτελεί απλώς μια έξυπνη ερώτηση που απευθύνει ο επιστήμονας στη φύση, αλλά συνιστά μια μεθοδική παρέμβαση μέσα από την οποία επιχειρείται να «απογυμνωθεί» κάθε φυσικό φαινόμενο από τους παράγοντες που εμποδίζουν την ουσιαστική κατανόησή του για να υποβληθεί στη συνέχεια σε εξέταση και μέτρηση. Η αλλαγή της ερευνητικής μεθοδολογίας σηματοδοτείται ουσιαστικά από τη σταδιακή μετάλλαξη της επιστημονικής σκέψης από άμεση και διαισθητική σε αφηρημένη και εννοιολογική. Τα αφαιρετικά χαρακτηριστικά της επιστημονικής σκέψης της κλασικής περιόδου της επιστήμης θα οδηγούν στο εξής τους ερευνητές των Φ.Ε. στη συχνή αμφισβήτηση ή και την απόρριψη των δεδομένων της άμεσης αισθητηριακής εμπειρίας (Dijksterhuis 1986, Koyré 1978, Butterfield 1983). Αντίστοιχα, η αυθόρμητη βιωματική σκέψη η οποία συγκροτείται στο φυσικό και κοινωνικό περιβάλλον των παιδιών, κυριαρχείται στα πρώτα τουλάχιστον στάδιά της, από επεξηγηματικές διεργασίες προσηλωμένες σε καθαρά αισθητηριακά δεδομένα. Η απλή συγκέντρωση παρατηρησιακών προσκτήσεων, χωρίς την ικανότητα συστηματικής αφαιρετικής επεξεργασίας και μετασχηματισμού, ωθεί την παιδική σκέψη στη συγκρότηση νοητικών παραστάσεων με βάση καθαρά αντιληπτικά χαρακτηριστικά (Ραβάνης & Παπαμιχαήλ 1994). Στη βάση της συγκεκριμένης συγκριτικής θεώρησης, διατυπώνονται τα τελευταία χρόνια υποθέσεις εργασίας για την ύπαρξη κοινών χαρακτηριστικών στις παραστάσεις των μαθητών και στα ιστορικά προεπιστημονικά μοντέλα σε συγκεκριμένα γνωστικά αντικείμενα των Φ.Ε., υποθέσεις οι οποίες επιβεβαιώνονται από τα αποτελέσματα μιας σειράς ερευνών. 2.2.2. Ερευνητικά αποτελέσματα Στο πεδίο της μηχανικής, η L. Viennot (1979), μελετώντας τις εξηγήσεις που δίνουν μαθητές και φοιτητές στην προσπάθειά τους να περιγράψουν τα κινητικά αποτελέσματα των δυνάμεων που ασκούνται επί υλικών σωμάτων, διαπιστώνει την εμφάνιση αντιλήψεων οι οποίες εκφράζουν τη δύναμη σαν γραμμική συνάρτηση της ταχύτητας, ενώ σε κάποια σημεία συγχέουν την έννοια της δύναμης με αυτήν της ενέργειας. Ιστορικά το μοντέλο αυτό ανάγεται στο Αριστοτελικό στάδιο. Τη χρήση Αριστοτελικών και όχι Νευτωνικών μοντέλων παρατηρεί και ο A. DiSessa (1982), σε έρευνά του με σπουδαστές για την ερμηνεία φαινομένων που έχουν σχέση με την κίνηση των σωμάτων. Για το ίδιο θέμα ο M. McCloskey (1983) σημειώνει ότι το 80% των κολεγιακών σπουδαστών που συμμετείχαν στην έρευνά του, με βάση τη διαισθητική προσέγγιση

41

των σχετικών φαινομένων, εκφράζει για την κίνηση αντιλήψεις οι οποίες σε πολλά σημεία τους «θυμίζουν» την προ-Νευτωνική θεωρία του impetus. Παρόμοια είναι τα συμπεράσματα στα οποία καταλήγουν και άλλες έρευνες στην ίδια γνωστική περιοχή (Champagne et al. 1980, Watts 1982, Clement 1982 & 1983, Whitaker 1983, McDermott 1984, Saltier & Viennot 1985, Robin & Ohlsson 1989, Ιωαννίδης & Βοσνιάδου 1992, Κασσέτας 1998). Στο πεδίο των κυματικών φαινομένων, οι Θεοδωρόπουλος κ. ά. (1998) επιχειρούν μια επισκόπηση των ιδεών για την έννοια του ήχου στην Ιστορία της Επιστήμης και στις αντιλήψεις των μαθητών και διαπιστώνουν τα ακόλουθα κοινά χαρακτηριστικά: α) Οι πρώιμοι επιστήμονες θεωρούσαν ότι οι ήχοι αποτελούν είδωλα της πηγής ενώ οι μαθητές πιστεύουν ότι οι ήχοι αποτελούν μέρος του οργάνου από το οποίο εκπέμπονται. β) Ο Αριστοτέλης και οι Ατομικοί-Επικούρειοι θεωρούσαν ότι ο ήχος διαδίδεται ως βλήμα ενώ οι σύγχρονοι μαθητές τον θεωρούν αντικείμενο που «ταξιδεύει». γ) Οι Στωικοί και οι μετέπειτα επιστήμονες μέχρι τον Leonardo da Vinci, παρότι αναγνώριζαν στη διάδοση του ήχου κυματικές ιδιότητες (κατ’ αναλογία με τα κύματα του νερού), δεν διευκρινίζουν πουθενά ότι το κύμα δεν μεταφέρει το μέσο μέσα στο οποίο διαδίδεται. Αντίστοιχα οι μαθητές αδυνατούν να αναγνωρίσουν την αναλογία μεταξύ μηχανικού κύματος και ήχου. Στον τομέα της Οπτικής, σε μια ανάλογη επισκόπηση, διαπιστώνονται σημαντικές ομοιότητες μεταξύ των επιστημονικών ιδεών και των παραστάσεων των μαθητών στο ζήτημα του μηχανισμού της όρασης (Dedes 2005). Από τα αποτελέσματα ερευνών που έχουν πραγματοποιηθεί τα τελευταία τριάντα χρόνια στο χώρο της Διδακτικής των Φ.Ε. σχετικά με το ρόλο του φωτός στη διαδικασία της όρασης, αναδεικνύεται μια ποικιλομορφία νοητικών παραστάσεων των μαθητών οι οποίες μπορούν να ταξινομηθούν σε τρεις κύριες κατηγορίες: α) Παραστάσεις σύμφωνα με τις οποίες η όραση είναι δυνατή χωρίς την παρουσία του φωτός. β) Παραστάσεις στις οποίες ο ρόλος του φωτός περιορίζεται στη διαμόρφωση μιας διάχυτης και στατικής «φωτεινότητας», ικανής, μέσω μιας ασαφούς και αφηρημένης δράσης, να ενεργοποιήσει την αίσθηση της όρασης. γ) Παραστάσεις στις οποίες αποτυπώνονται συγκεκριμένοι μηχανισμοί αλληλεπίδρασης ανάμεσα στο μάτι και τα ορατά αντικείμενα, μεταξύ των οποίων κυριαρχούν εκείνοι στους οποίους το μάτι αναγνωρίζεται ως πομπός και όχι ως δέκτης. Αντίστοιχα μοντέλα ερμηνείας αναδεικνύει και η ιστορική μελέτη που πραγματοποιείται στην ίδια έρευνα: α) Οι Πυθαγόρειοι, οι ατομικοί και οι μαθηματικοί φιλόσοφοι της αρχαιότητας (με εξαίρεση τον Πτολεμαίο), ανεξάρτητα από την υιοθέτηση θεωριών πρόσληψης ή εκπομπής, δεν δείχνουν να αναγνωρίζουν κανένα ρόλο στο εξωτερικό φως. β) Στις θεωρίες του Πλάτωνα, και του Αριστοτέλη και των Στωικών το φως αποτελεί την αναγκαία συνθήκη για τη διαμόρφωση ενός στατικού φωτεινού μέσου, ικανού να επιτρέψει την μεταφορά της οπτικής πληροφορίας. γ) Ο ενεργητικός ρόλος του ματιού στη διαδικασία της όρασης εμφανίζεται περιοδικά στην ιστορία των ιδεών και ασκεί μια αξιοσημείωτη έλξη στις επιστημονικές θεωρίες για περισσότερο από 2000 χρόνια. Στο ίδιο γνωστικό πεδίο, ο C. Prat (1989), σε έρευνά του με μαθητές 12-15 ετών στη Γαλλία σχετικά με τη φύση των χρωμάτων και τη σχέση τους με το φως, διαπιστώνει σαφείς ομοιότητες μεταξύ των παραστάσεων των μαθητών και των πρώιμων ιστορικών μοντέλων, καθώς και στα δύο πεδία εστίασης του ερευνητικού ενδιαφέροντος α) τα χρώματα γίνονται αντιληπτά ως ιδιότητες των σωμάτων β) ο ρόλος που αποδίδεται στο φως σε ό,τι αφορά την αισθητηριακή αντίληψη των

42

χρωμάτων, είναι αυτός ενός «οχήματος μεταφοράς» τους από τα αντικείμενα στο μάτι εν είδει ρευστής ουσίας (μιας ουσίας την οποία ο συγγραφέας αποκαλεί «φωτογόνο» κατ’ αναλογία με το αντίστοιχο «θερμογόνο» από την περιοχή των φαινομένων της διάδοσης της θερμότητας). Στο πεδίο των θερμικών φαινομένων, οι Wiser & Carey (1983) διαπιστώνουν σε έρευνά τους ότι οι μαθητές, σε μεγάλο ποσοστό, χρησιμοποιούν αδιαφοροποίητα τις έννοιες της θερμότητας και της θερμοκρασίας, όπως ακριβώς και οι επιστημονικές θεωρήσεις μέχρι τα μέσα του 18ου αιώνα. Επί πλέον αντιλαμβάνονται τη θερμότητα και το ψύχος ως δύο ανεξάρτητες οντότητες (ουσίες) οι οποίες μεταφέρονται από σώμα σε σώμα, κατ’ αντιστοιχία με τις επιστημονικές αντιλήψεις, οι οποίες, ακόμα και μετά τη διαφοροποίηση των εννοιών θερμότητα-θερμοκρασία από τον J. Black και μέχρι τη διατύπωση των θερμοδυναμικών αξιωμάτων το 19ο αιώνα, απέδιδαν τις έννοιες του «θερμού» και του «ψυχρού» σε δύο διαφορετικά «θερμικά ρευστά» -το «caloric» και το «frigoric». Σε ανάλογα συμπεράσματα καταλήγουν και οι μελέτες των Reiner et al. (2000) και Ιωαννίδη & Βοσνιάδου (2001), στο ευρύτερο πλαίσιο των διερευνήσεών τους κατά πόσον οι μαθητές πιστεύουν ότι «τα σώματα έχουν ιδιότητες». Σε ό,τι αφορά τη φύση των αερίων, οι Mas et al. (1987) διευθύνοντας μια έρευνα με εφήβους οι οποίοι είχαν διδαχθεί Φυσικές Επιστήμες για πέντε συνεχή έτη, διαπιστώνουν ότι σημαντικό ποσοστό μαθητών εξακολουθεί να διατηρεί την Αριστοτελική άποψη ότι τα αέρια δεν έχουν μάζα, αν και είχαν διδαχθεί την κινητική θεωρία των αερίων. Στο ίδιο ζήτημα, ο J. Nussbaum (1985) επιχειρεί μια σύνοψη των αποτελεσμάτων τριών ερευνών οι οποίες πραγματοποιήθηκαν σε διαφορετικές χώρες*, σχετικά με τις –μετά τη σχετική σχολική διδασκαλία- παραστάσεις των μαθητών για τη σωματιδιακή φύση της ύλης στην αέρια κατάσταση. Στην επισκόπηση αυτή διαπιστώνει ότι παρά το γεγονός ότι το σωματιδιακό μοντέλο είναι γενικά αποδεκτό από τη μεγάλη πλειοψηφία των υποκειμένων, εντούτοις ένα σημαντικό ποσοστό των παιδιών αποτυγχάνει να εσωτερικεύσει σημαντικά χαρακτηριστικά του μοντέλου αυτού, όπως η ύπαρξη κενού στον μεταξύ των σωματιδίων χώρο (ασυνέχεια της ύλης), η αέναη κίνηση των σωματιδίων (κινητική θεωρία) και η αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων (χημικές μεταβολές). Έτσι, στις προτεινόμενες πειραματικές καταστάσεις οι μαθητές εμφανίζουν εναλλακτικά σχήματα ερμηνείας, τα οποία αντικατοπτρίζουν σε μεγάλο βαθμό τις Αριστοτελικές απόψεις για τις έννοιες και τα σχετικά φαινόμενα. Στον τομέα της Βιολογίας, ο M. Brumby (1979) επισημαίνει ότι πολλοί από τους μαθητές του εκφράζουν απόψεις οι οποίες εμφανίζουν σαφείς ομοιότητες με τις θέσεις του Lamarck στα ζητήματα της φυσικής επιλογής και της κληρονομικότητας. Ο J. Wandersee (1986), κατηγοριοποιώντας τις απόψεις των μαθητών ενός μεγάλου ηλικιακού εύρους για το ρόλο της φωτοσύνθεσης, διαπιστώνει μια αντιστοιχία των παραστάσεών τους με προγενέστερα ιστορικά μοντέλα ερμηνείας του φαινομένου της θρέψης των φυτών, που χρονολογούνται από τον 6ο π.Χ. αιώνα (Αναξιμένης) μέχρι το 1772 (Pristley). * Novick & Nussbaum (1978) με μαθητές ηλικίας 14 ετών στο Ισραήλ, Novick & Nussbaum (1981) με μαθητές ηλικίας 10-18 ετών στις ΗΠΑ και Brook, Briggs & Driver (1984) με μαθητές ηλικίας 15 ετών στην Αγγλία.

43

Οι Παπαδοπούλου & Αθανασίου (2001) παρουσιάζουν σε έρευνά τους τα κύρια χαρακτηριστικά τα οποία αποδίδουν στην έννοια «ζώο» μαθητές του Δημοτικού, ενώ παράλληλα καταγράφουν την ιστορική εξέλιξη της ίδιας έννοιας στη Δυτική σκέψη. Τα συγκριτικά αποτελέσματα της μελέτης τους αναδεικνύουν σημαντικές ομοιότητες, με βασικό χαρακτηριστικό και των δύο «αναγνώσεων» τον ανθρωποκεντρισμό: Τα παιδιά αρνούνται να εντάξουν τον άνθρωπο στο ζωικό βασίλειο αναγνωρίζοντας τέσσερις διαφορετικές και διακριτές οντολογικές κατηγορίες: τα φυτά, τα ζώα, τον άνθρωπο και τα «τεχνήματα». Ο απόλυτος διαχωρισμός του ανθρώπου από τα ζώα συναντάται και ως βασικό συστατικό της Δυτικής σκέψης που αναπτύχθηκε κάτω από την επίδραση της Ιουδαιοχριστιανικής παράδοσης, καθώς, σύμφωνα με τα κείμενα της θεολογικής αφήγησης, ο άνθρωπος «μοιάζει» με το Θεό ενώ τα ζώα όχι ή αλλιώς ο άνθρωπος τοποθετείται με σαφήνεια μεταξύ του Θεού και της υπόλοιπης δημιουργίας. Επίσης, παρά το ότι δεν εντάσσεται στο ζωικό βασίλειο, ο άνθρωπος εμφανίζεται για τα παιδιά ως σημείο αναφοράς των κριτηρίων (μορφολογικών, ανατομικών, διατροφικών και συμπεριφοράς) με βάση τα οποία λαμβάνονται οι ταξινομικές τους αποφάσεις. Αντίστοιχα, στην Αριστοτελική φιλοσοφία αλλά και στην ανάπτυξη της Φυσικής Ιστορίας, εμφανίζεται η ίδια ευαισθησία για τη χρήση του ανθρώπου ως προβεβλημένου όρου της αναλογίας με τα ζώα και η σύγκρισή του με αυτά βασίζεται σε μορφολογικά, ανατομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά. Τέλος, στον τομέα της Αστρονομίας, Σ. Βοσνιάδου (1994) διαπιστώνει σημαντικές ομοιότητες στα νοητικά σχήματα που συγκροτούν τα παιδιά κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής τους και στην ιστορική εξέλιξη της αστρονομίας ως επιστήμης, για το φαινόμενο της εναλλαγής της μέρας/νύχτας, το σχήμα της γης και τη θέση της γης στο ουράνιο στερέωμα. Σε έρευνά της με μαθητές τριών ηλικιακών βαθμίδων (6, 9 και 11 ετών) της πολιτείας του Illinois, διαπιστώνει ότι τα διαδοχικά παραστατικά πρότυπα που χρησιμοποιούν τα παιδιά για τα παραπάνω ζητήματα, παρουσιάζουν σαφείς αντιστοιχίες με τις αντιλήψεις που συναντάμε κατά σειρά στις κοσμολογίες των αρχαίων λαών, στο κοσμολογικό πρότυπο του Αρίσταρχου του Σάμιου και στο ηλιοκεντρικό μοντέλο του Κοπέρνικου. Η συγγραφέας υποστηρίζει ότι οι παρατηρούμενες ομοιότητες οφείλονται αφενός στις διαισθητικού χαρακτήρα προσεγγίσεις των παιδιών και αφετέρου στην εποικοδόμηση των προεπιστημονικών θεωριών με βάση τη φαινομενολογική εμπειρία των ατόμων. 2.2.3. Ερευνητικές προοπτικές Στις έρευνες τις οποίες παραθέσαμε προηγουμένως καταδεικνύεται με αναμφίβολο τρόπο η ύπαρξη συσχετισμών ανάμεσα στις ιδέες των παιδιών και στις ιστορικές «προεπιστημονικές» θεωρήσεις, τεκμηριώνεται στη βάση επιστημολογικών αναλύσεων και ψυχολογικών διερευνήσεων η προέλευση των συσχετισμών αυτών και οριοθετείται με σαφήνεια η φύση της εν λόγω σχέσης σε ένα πλαίσιο το οποίο δεν ξεπερνά αυτό των απλών ομοιοτήτων ή των κοινών σημείων. Από την άλλη πλευρά, είναι εξίσου σαφές ότι οι έρευνες αυτές δεν αποτελούν παρά προσπάθειες διερευνητικού χαρακτήρα. Αναπτύσσονται σε ένα διαπιστωτικό επίπεδο –δηλαδή σε ένα επίπεδο απλής καταγραφής και σύγκρισης- και προσδιορίζονται, σχεδόν πάντα, από μια μονοσήμαντη ερευνητική πρόθεση, η οποία θέτει ως αφετηρία τις ιδέες των παιδιών και κατάληξη τις προγενέστερες επιστημονικές αντιλήψεις, σε μια προσπάθεια ελέγχου και επιβεβαίωσης των σχετικών ερευνητικών υποθέσεων. Διατηρώντας, ωστόσο, αυτόν τον κατευθυντικό περιορισμό, αφήνουν έξω από τη συζήτηση ο,τιδήποτε μπορεί να συνιστά εκμετάλλευση της αντίστροφης ερευνητικής πορείας, την αξιοποίηση δηλαδή των ιστορικών δεδομένων στα πλαίσια της υλοποίησης των ερευνητικών στόχων που θέτει η Διδακτική των Φ.Ε. Σε μια τέτοια

44

προοπτική η Ι.Ε., χωρίς την άμεση ή ρητή παρουσία της στη διαδικασία της διδασκαλίας, μπορεί να διαδραματίσει ένα σημαντικό ρόλο: α) Ως ένα αξιόπιστο ερευνητικό εργαλείο για τον προσδιορισμό περιοχών εστίασης του ερευνητικού ενδιαφέροντος, στην προσπάθεια ανίχνευσης και εντοπισμού των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών. β) Ως ένα χρήσιμο μεθοδολογικό εργαλείο για την αποκωδικοποίηση των διαδικασιών που διέπουν τη συγκρότηση και αλλαγή των επιστημονικών αναπαραστάσεων και στη συνέχεια τη μεταφορά των ιστορικών «διδαγμάτων» στις διδακτικές πρακτικές οικοδόμησης της σύγχρονης γνώσης από τους μαθητές. γ) ως πηγή έμπνευσης δραστηριοτήτων και πειραματικών καταστάσεων για την παραγωγή διδακτικού υλικού. Σε σχέση με την πρώτη προοπτική, οι Steinberg et al. (1990) υποστηρίζουν ότι οι ερμηνευτικές δυσκολίες και τα εννοιολογικά εμπόδια που αντιμετώπισαν μεγάλοι επιστήμονες του παρελθόντος σε συγκεκριμένα θέματα, είναι δυνατόν να αποτελέσουν οδηγό για τον εντοπισμό ανάλογων γνωστικών εμποδίων στη σκέψη των σύγχρονων μαθητών. Οι ερευνητές στη μελέτη τους ανατρέχουν σε γραπτά κείμενα του Newton της προ-Principia εποχής και εντοπίζουν τις σοβαρές δυσκολίες τις οποίες αντιμετώπισε ο συγγραφέας στην πορεία ολοκλήρωσης της θεωρητικής του σύνθεσης. Πιο συγκεκριμένα διαπιστώνουν: α) την ισχυρή εμμονή του Newton για δύο περίπου δεκαετίες, στην εξήγηση των φαινομένων της κίνησης μέσω της έννοιας του impetus (δηλαδή μιας δύναμης-ιδιότητας των σωμάτων και εσωτερικό κινούν αίτιο) και β) την πίστη του για ακόμα μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στην ύπαρξη της φυγόκεντρης δύναμης ως παράγοντα εξισορρόπησης της κεντρομόλου. Σε μια σειρά ερευνών που πραγματοποιούν στη συνέχεια με μαθητές Λυκείου και φοιτητές, διαπιστώνουν τη συγκρότηση ανάλογων νοητικών παραστάσεων πριν από τη σχολική διδασκαλία των σχετικών εννοιών καθώς και τη διατήρησή τους σε σημαντικά ποσοστά αμέσως μετά. Επιχειρώντας να τεκμηριώσουν την άποψή τους για τη δυνητική αξία της Ι.Ε. στην προοπτική του εντοπισμού των μαθησιακών δυσκολιών, συμπυκνώνουν την επιχειρηματολογία τους σε δύο διαπιστώσεις: α) Η διαισθητική προσέγγιση του φυσικού κόσμου η οποία κυριαρχεί κατά την παιδική ηλικία τοποθετεί ουσιαστικά τους μαθητές σε ένα εννοιολογικό περιβάλλον ανάλογο με αυτό μέσα στο οποίο εργάστηκε ο Newton, καθώς στα τέλη του 17ου αιώνα η μεσαιωνική έννοια του impetus εξακολουθούσε να αποτελεί τη βάση του επικρατούντος ερμηνευτικού μοντέλου για τα φαινόμενα της κίνησης. β) Η ισχυρή αντίσταση που προβάλλουν οι βαθιά ριζωμένες διαισθητικές αντιλήψεις στην προσπάθεια μετασχηματισμού τους, δεν είναι χαρακτηριστικό μόνο της σκέψης των μαθητών αλλά και των μεγάλων επιστημονικών πνευμάτων του παρελθόντος. Γεγονός που επιβεβαιώνεται από την ιστορική έρευνα καθώς, σύμφωνα με τα ιστορικά στοιχεία, ο R. Hook είχε ήδη δημοσιεύσει τις κατευθυντήριες γραμμές για μια επαρκή ερμηνεία του φαινομένου της κυκλικής κίνησης χωρίς τη «βοήθεια» της φυγόκεντρης και τις είχε προσωπικά ανακοινώσει στον Newton. Παρόλα αυτά ο Newton δεν αποδέχεται το μοντέλο ερμηνείας του Hook παρά μόνο μετά από πέντε και πλέον χρόνια ισχυρών αντιπαραθέσεων. Στο ίδιο πλαίσιο ερευνητικών στόχων, οι Benseghir & Closset (1996), ξεκινώντας από την παρατήρηση ότι τόσο στην Ι.Ε. όσο και στα σύγχρονα αναλυτικά προγράμματα η μελέτη των φαινομένων του στατικού ηλεκτρισμού προηγείται χρονικά αυτής των φαινομένων του ηλεκτρικού ρεύματος, μελετούν την εξέλιξη των ιστορικών γεγονότων από την «ηλεκτροστατική» στην «ηλεκτροκινητική» και διαπιστώνουν ότι τα ερμηνευτικά προβλήματα και οι εννοιολογικές δυσκολίες που αντιμετώπισαν οι επιστήμονες κατά την ιστορική αυτή «μετάβαση» εμφανίζονται ως

45

γνωστικά εμπόδια στη σκέψη των σύγχρονων μαθητών. Πιο συγκεκριμένα, η ιστορική έρευνα που πραγματοποιούν οι συγγραφείς καταδεικνύει ότι είκοσι χρόνια μετά την ανακάλυψη των φαινομένων του ηλεκτρικού ρεύματος από τον Galvani και την κατασκευή της πρώτης ηλεκτρικής στήλης από τον A. Volta στα τέλη του 18ου αιώνα, οι επιστήμονες εξακολουθούν να ερμηνεύουν τα ηλεκτροκινητικά φαινόμενα μέσα από μια «ηλεκτροστατική λογική»: παρά την πειραματική εξακρίβωση των μαγνητικών και χημικών συνεπειών του ηλεκτρικού ρεύματος –συνέπειες οι οποίες ουσιαστικά διαφοροποιούν τη φύση των αντίστοιχων φαινομένων-, δεν διακρίνουν την ποιοτική διαφορά μεταξύ της κυκλοφορίας του ηλεκτρικού ρεύματος και της ηλεκτρικής εκφόρτισης μεταξύ των φιαλών του Leyden και εξετάζουν τη λειτουργία των πόλων της ηλεκτρικής πηγής ανεξάρτητα, θεωρούμενων ως απλών συσσωρευτών ηλεκτρικών φορτίων που έχουν την ίδια συμπεριφορά σε ανοικτό και σε κλειστό κύκλωμα. Με άλλα λόγια, οι επιστήμονες εξακολουθούν να «βλέπουν» στα ηλεκτρικά κυκλώματα αυτό που «περίμεναν να δουν», εγκλωβισμένοι στα εννοιολογικά σχήματα της προγενέστερης γνώσης. Τα αποτελέσματα της εμπειρικής έρευνας που πραγματοποιούν στη συνέχεια με μαθητές Λυκείου και φοιτητές, αναδεικνύουν αξιοσημείωτες αναλογίες στην παραστατική συγκρότηση των υποκειμένων και στις ιστορικές ιδέες, καθώς στις εξηγήσεις των παιδιών για τα φαινόμενα του ηλεκτρικού ρεύματος διακρίνονται σαφείς «ηλεκτροστατικές συνιστώσες». Συγκεκριμένα η μεγάλη πλειοψηφία των μαθητών, μετά τη σχολική διδασκαλία των ενοτήτων του ηλεκτρικού ρεύματος, θεωρεί τους πόλους μιας μπαταρίας «αποθήκες» θετικών ή αρνητικών φορτίων, δεν διακρίνει τις διαφορές μεταξύ ανοιχτού και κλειστού κυκλώματος και αγνοεί τη συνολική κυκλοφορία του ηλεκτρικού ρεύματος, ιδιαίτερα στο εσωτερικό των ηλεκτρικών πηγών. Αξιοσημείωτο ποιοτικό χαρακτηριστικό της συγκεκριμένης μελέτης είναι η πολλαπλή αξιοποίηση του ιστορικού υλικού με τη χρήση, στο διαδικαστικό μέρος της έρευνας, έργων εμπνευσμένων από τα ιστορικά πειράματα του De la Rive στον ηλεκτρισμό. Στην κατεύθυνση της δεύτερης προοπτικής, η N. Nersessian (1989) υποστηρίζει ότι οι γνωστικές δραστηριότητες των επιστημόνων κατά τη διάρκεια των επιστημονικών επαναστάσεων μπορούν να χρησιμοποιηθούν δημιουργικά στις μαθησιακές διαδικασίες εννοιολογικής αναδόμησης της σκέψης των σύγχρονων μαθητών. Για τη συγγραφέα η κατανόηση της εννοιολογικής δομής μιας επιστήμης προϋποθέτει κάτι περισσότερο από μια επαναδιάταξη υπαρχόντων γνωστικών στοιχείων ή/και την ένταξη νέων δεδομένων στο υπάρχον πλαίσιο. Απαιτεί την κατασκευή νέων εννοιών και την ενσωμάτωσή τους σε ένα νέο εννοιολογικό πλαίσιο. Πεποίθησή της είναι ότι η παρατηρούμενη αδυναμία κατανόησης των αφηρημένων επιστημονικών εννοιών δεν εξαρτάται τόσο από τα στάδια ωρίμανσης των μαθητών, αλλά είναι αποτέλεσμα της έλλειψης κατάλληλης διδακτικής μεθόδου. Η δική της μέθοδος –την ονομάζει «γνωστική-ιστορική»- στηρίζεται στην υπόθεση ότι η εννοιολογική αναδόμηση που απαιτείται για τη μάθηση μιας επιστήμης παρουσιάζει σημαντικές ομοιότητες με αυτή που συντελείται στις μεγάλες επιστημονικές επαναστάσεις. Έτσι, οι στρατηγικές για την επίλυση προβλημάτων που επινόησαν οι επιστήμονες, καθώς και οι τρόποι μετάδοσής τους σε άλλα μέλη της επιστημονικής κοινότητας αποκτούν ιδιαίτερη σημασία για τις διαδικασίες της μάθησης. Ευρηστικές μέθοδοι και «τεχνικές αφαίρεσης» όπως η αναλογία, η παραστατικότητα, τα νοητικά πειράματα, η ανάλυση συγκεκριμένων περιπτώσεων και οι συλλογισμοί που στηρίζονται σε εικονικές αναπαραστάσεις αποτελούν παρακαταθήκες διδακτικών στρατηγικών και παρέχουν πρότυπα για τη μαθησιακή διαδικασία. Προτείνει λοιπόν ‘’…να θεωρήσουμε την Ιστορία της Επιστήμης σαν αποθήκη γνώσεων που μας καθοδηγούν στην κατασκευή, αλλαγή και επικοινωνία των επιστημονικών αναπαραστάσεων …

46

να «εξορύξουμε» τα ιστορικά δεδομένα –δημοσιεύσεις, ημερολόγια, σημειωματάρια και αλληλογραφία- με στόχο να ανακαλύψουμε αυτές τις πρακτικές και μετά να ενσωματώσουμε ό,τι μάθαμε για το πώς οι επιστήμονες κατασκεύασαν τις εννοιολογικές αλλαγές στις διδακτικές διαδικασίες’’ (Nersessian 1994, σ. 125-126). Σε ανάλογες προτάσεις καταλήγουν και οι αναλύσεις των Driver & Easley (1978) και Champagne et al. (1982). Τέλος, στην κατεύθυνση της τρίτης προοπτικής διατυπώνονται προτάσεις και αναπτύσσονται πρωτοβουλίες για την τροφοδότηση της εργαστηριακής διδασκαλίας των Φ.Ε. με πειράματα-αντίγραφα κλασικών ιστορικών πειραμάτων αλλά και συσκευών. Οι Greenslade & Howe (1981) ανακατασκευάζουν με απλά υλικά το ηλεκτροσκόπιο που επινόησε ο Volta το 1872 και προτείνουν μια σύγχρονη χρήση του, όπου με τη βοήθεια μιας μπαταρίας 9V σε ρόλο φορτιστή, είναι δυνατόν να καταφανεί ότι όλα τα φαινόμενα του στατικού ηλεκτρισμού μπορούν να αναπαραχθούν με την αξιοποίηση στοιχείων του δυναμικού ηλεκτρισμού. Ο J. Bradley (1991), μελετώντας τις διαδοχικές πειραματικές δραστηριότητες του Faraday όπως καταγράφονται στο ημερολόγιό του κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου του 1821, προτείνει την πραγματοποίηση στην τάξη –από τους ίδιους τους μαθητές- της ίδιας ακολουθίας πειραμάτων, με στόχο τη σταδιακή οικοδόμηση των εννοιών της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Ο J. Teichmann (1991) διευθύνει, για λογαριασμό του Deutsches Museum στο Μόναχο, την παραγωγή μικρών μηχανικών μοντέλων-αναπαραστάσεων του ηλιακού συστήματος, τα οποία αντιστοιχούν στα αστρονομικά πρότυπα του Ευδόξου, του Πτολεμαίου και του Κοπέρνικου και συστήνει την αξιοποίησή τους ως διδακτικό υλικό για την κατανόηση της ιστορικής εξέλιξης των αστρονομικών αντιλήψεων. Ο ίδιος συγγραφέας αναλύει διεξοδικά –σε ποσοτική βάση- ένα πείραμα οριζόντιας βολής του Γαλιλαίου, όπως αυτό περιγράφεται σε ένα πρόσφατα ανακαλυφθέν χειρόγραφό του (γνωστό ως πείραμα «jumping-hill») και προτείνει τη μεταφορά και πραγματοποίησή του στη σχολική τάξη σε μια προγραμματισμένη διδασκαλία μιας ώρας, τονίζοντας τη διδακτική αξία της διαπραγμάτευσης του ίδιου προβλήματος τόσο από άποψη κατανόησης του περιεχομένου όσο και από άποψη προσέγγισης της επιστημονικής μεθοδολογίας (Teichmann 1999). Ο Α. Βαλαδάκης (2001) υποστηρίζει ότι υπάρχει ένας πλούτος ιδεών, δραστηριοτήτων και πειραμάτων στη Ι.Ε. που μπορεί να αξιοποιηθεί λειτουργικά στην καθημερινή διδακτική πράξη. Επιχειρώντας μια τέτοιου τύπου «αποθησαύριση» της Ι.Ε. επιλέγει, «μετασχηματίζει διδακτικά» και προτείνει πειράματα του Γαλιλαίου για την ομαλή κίνηση, του Maxwell για τη δομή των μαγνητών, των Tolman και Stewart για την αγωγιμότητα των μετάλλων, των Rutherford και Bohr για το ατομικό πρότυπο και των Herschel και Ritter για την υπέρυθρη και υπεριώδη ακτινοβολία. Οι Θωμαδάκη & Σκορδούλης (2002) εστιάζουν το ενδιαφέρον τους στις εννοιολογικές και πειραματικές διαδικασίες που οδήγησαν σε αρνητικό αποτέλεσμα το πείραμα των Michelson και Morley για την ύπαρξη του αιθέρα και προτείνουν τη διαπραγμάτευση ενός ισόμορφου –σχηματικά και υπολογιστικά- προβλήματος, υποστηρίζοντας ότι τα ευρετικά στοιχεία και οι θεωρίες που εμπλέκονται στη λύση ενός επιστημονικού προβλήματος, μπορούν να συνεισφέρουν α) στην οικοδόμηση

47

ενός πρόδρομου μοντέλου σε ό,τι αφορά τις εμπλεκόμενες έννοιες β) στη διδακτική αξιοποίηση των αντιστάσεων και των επιχειρημάτων των μαθητών στην εισαγωγή νέων εννοιών και γ) στην αλλαγή της άποψής τους για τη φύση της επιστήμης. Οι Καρούνιας κ. ά. (2003) ανακατασκευάζουν με απλά καθημερινά υλικά και προτείνουν τη χρήση πειραμάτων και συσκευών εμπνευσμένων από δραστηριότητες του Θαλή (6ος π.Χ. αι.), του W. Gilbert (16ος αι.), του Otto Von Guericke (17ος αι.), του F. Hauksbee (18ος αι.), του S. Grey (18ος αι.), του Du Fay (18ος αι.), του P. Musschenbroek (18ος αι.) και του G. Adams (18ος αι.), για την πειραματική προσέγγιση φαινομένων και εννοιών του στατικού ηλεκτρισμού. Σε μια προσπάθεια συγκερασμού των παραπάνω προτάσεων, η Φ. Σέρογλου (2000) διερευνά τη δυνατότητα συμβολής της Ι.Ε. στη διδασκαλία θεμάτων του Ηλεκτρομαγνητισμού και της Μηχανικής, καθώς και στο σχεδιασμό διδακτικού υλικού. Για το σκοπό αυτό ακολουθεί μια αναλυτική διαδικαστική πορεία οκτώ διακριτών βημάτων –ετυμολογικά χαρακτηρίζεται ως μοντέλο έρευνας SHINE από τα αρχικά των λέξεων Science, History, Interaction, Education- κατά τη διάρκεια της οποίας: - εστιάζει το ενδιαφέρον της σε ιστορικές περιόδους έντονων επιστημονικών

ανακατατάξεων, - διερευνά τις εναλλακτικές παραστάσεις των μαθητών στα επίμαχα εννοιολογικά

ζητήματα που αναδεικνύει η ιστορική έρευνα, - παρεμβαίνει διδακτικά με δραστηριότητες εμπνευσμένες από το έργο

επιστημόνων που συνεισέφεραν στη συγκρότηση των νέων εννοιολογικών πλαισίων και

- αξιολογεί την αποτελεσματικότητα των παρεμβάσεων ελέγχοντας ταυτόχρονα τα όρια εφαρμογής τους.

Στο πεδίο του ηλεκτρομαγνητισμού, η έρευνα εστιάζεται στα ζητήματα της ανάδειξης του διαφορετικού χαρακτήρα των ηλεκτροστατικών και των μαγνητικών φαινομένων και της κοινής προέλευσης των ηλεκτροστατικών και των ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων. Με αφετηρία τα πειράματα αφενός των Gardano και Gilbert (16ος αιώνας) και αφετέρου του Faraday (19ος αιώνας), η ερευνήτρια σχεδιάζει εργαστηριακές δραστηριότητες και πραγματοποιεί ατομικές διδακτικές παρεμβάσεις με μαθητές ηλικίας 10 –15 ετών. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή του σχεδίου της έρευνας στο συγκεκριμένο πεδίο κρίνονται ως απολύτως ικανοποιητικά, καθώς δείχνουν μια σημαντική διαφοροποίηση των παραστάσεων των υποκειμένων, στην κατεύθυνση της υιοθέτησης του αποδεκτού επιστημονικού προτύπου. Στο πεδίο της Μηχανικής η ιστορική έρευνα επικεντρώνεται στο ζήτημα της σχέσης δύναμης και κίνησης, όπου κατά τη διάρκεια του διερευνητικού σταδίου της διαδικασίας διαπιστώνεται μια ποικιλία εναλλακτικών εννοιολογικών προσεγγίσεων των μαθητών, οι οποίες αντικατοπτρίζουν, σε μεγάλο βαθμό, προγενέστερα ιστορικά μοντέλα ερμηνείας (Αριστοτελικό, μεσαιωνική θεωρία του impetus, κ. ά.). Οι πειραματικές δραστηριότητες που σχεδιάζονται στη συνέχεια έχουν ως αφετηρία τα πειράματα που πραγματοποίησε ο Γαλιλαίος κατά τη διάρκεια του 17ου αιώνα και στοχεύουν αφενός στην ανάδειξη της διατήρησης της σταθερής και αέναης κίνησης ενός σώματος στην –υποθετική για τις γήινες συνθήκες- περίπτωση κατά την οποία δεν ασκείται επάνω του κάποια συνισταμένη δύναμη και αφετέρου στην κατανόηση της αρχής της αδράνειας. Τα αποτελέσματα της έρευνας, η οποία πραγματοποιείται με υποκείμενα ενός μεγάλου ηλικιακού φάσματος (μαθητές Δημοτικού, Γυμνασίου, Λυκείου και πρωτοετείς φοιτητές), δεν είναι ιδιαίτερα ικανοποιητικά, καθώς δείχνουν περιορισμένες μεταβολές των παραστατικών προτύπων των παιδιών για τις εμπλεκόμενες έννοιες. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και στα δύο γνωστικά

48

πεδία οδηγεί την ερευνήτρια σε μια οριοθέτηση της εφαρμοσιμότητας των σχετικών προτάσεων, με κριτήριο τη φύση των ιστορικά πραγματοποιηθέντων εννοιολογικών μετασχηματισμών. Έτσι υποστηρίζει ότι επιστημονικές αλλαγές οι οποίες συντελέστηκαν στη βάση πειραματικών δραστηριοτήτων με έντονα αντιληπτικά χαρακτηριστικά, παρέχουν ευνοϊκές προϋποθέσεις για την επινόηση διδακτικών στρατηγικών και το σχεδιασμό διδακτικού υλικού, ενώ στην περίπτωση ιστορικών «μεταβάσεων» οι οποίες πραγματοποιήθηκαν μέσα από το συνδυασμό πειραμάτων και αφηρημένων εννοιολογικών συλλογισμών οι πιθανότητες ευεργετικής επίδρασης είναι περιορισμένες. Με το ίδιο ερευνητικό σχέδιο οι Καρύδας & Κουμαράς (2001) επιχειρούν την ανίχνευση και το μετασχηματισμό των παραστάσεων μαθητών Δημοτικού και φοιτητών στην περιοχή της θερμότητας. Η ιστορική μελέτη οδηγεί τους ερευνητές στον εντοπισμό τριών εναλλακτικών εννοιολογικών πλαισίων αντιμετώπισης των θερμικών φαινομένων: α) η θερμότητα και το ψύχος ως διαφορετικές φυσικές οντότητες (6ος αι. π.Χ. – 17ος αι. μ.Χ.) β) η θερμότητα και η θερμοκρασία ως έννοιες αδιαφοροποίητες (16ος αι. – 18ος αι.) γ) η θερμότητα ως μεταδόσιμο ρευστό (18ος αι.). Τα αποτελέσματα της έρευνας είναι απολύτως ικανοποιητικά ως προς την επίτευξη του πρώτου στόχου (εντοπισμός ανάλογων ιδεών από την πλευρά των υποκειμένων), όχι όμως το ίδιο ικανοποιητικά και ως προς το δεύτερο στόχο (μετασχηματισμός των παραστάσεων) καθώς η διδακτική παρέμβαση η οποία επιχειρείται με έργα εμπνευσμένα από τις δραστηριότητες του J. Black (18ος αι.), δείχνει πολύ μικρά ποσοστά μεταβολών. Το γεγονός αποδίδεται από τους ερευνητές στην έλλειψη ισχυρών αντιληπτικών χαρακτηριστικών του διδακτικού υλικού παρέμβασης. Στη βάση παρόμοιων μεθοδολογικών προσανατολισμών διατυπώνονται και οι προτάσεις των Νικολάου & Ραφτόπουλου (2003) για το ζήτημα της ταύτισης των εννοιών της θερμότητας και της θερμοκρασίας και των Μίχα & Ανδρεάδη (2003) για τα φαινόμενα της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός και του σχηματισμού των σκιών.

49

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΑΡΕΜΒΑΣΗΣ ΚΑΙ ΓΕΝΙΚΕΣ

ΥΠΟΘΕΣΕΙΣ

50

Οι σύγχρονες θεωρήσεις της Εκπαιδευτικής και Γνωστικής Ψυχολογίας και της Γενετικής Επιστημολογίας, καθώς και τα αποτελέσματα των σχετικών ερευνών των τελευταίων τριάντα χρόνων που τις υποστηρίζουν, πιστοποιούν με κατηγορηματικό πλέον τρόπο τη σημαντική επίδραση που ασκούν οι αυθόρμητα συγκροτημένες νοητικές παραστάσεις, στον τρόπο με τον οποίο τα παιδιά κατανοούν τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών και ερμηνεύουν τα φαινόμενα της φυσικής πραγματικότητας που τα περιβάλλει. Από τη στιγμή λοιπόν που κεντρικό ζητούμενο της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών αποτελεί η οικοδόμηση της σύγχρονης γνώσης για το φυσικό κόσμο, κάθε ερευνητική απόπειρα που προσανατολίζεται στον συγκεκριμένο στόχο είναι υποχρεωμένη να χρησιμοποιήσει ως αφετηρία της διδακτικής της προσέγγισης τις παραστάσεις αυτές. Αλλά εάν οι βιωματικές παραστάσεις αποτελούν το αφετηριακό δεδομένο, ο στόχος αποτελεί πάντα το ζητούμενο κάθε μαθησιακής διαδικασίας. Πώς μπορούμε να διορθώσουμε, να ανατρέψουμε ή να μετασχηματίσουμε τις αυθόρμητες ιδέες των παιδιών; Ή μήπως θα ήταν προτιμότερο να δώσουμε στα παιδιά τα εργαλεία με τα οποία θα μπορέσουν να επεξεργαστούν τις πληροφορίες που δέχονται από το περιβάλλον; Με στόχο τη διατύπωση πειστικών όσο και έγκυρων απαντήσεων στα παραπάνω ερωτήματα, παρατηρείται τα τελευταία χρόνια μια σαφής μετατόπιση του παραγόμενου ερευνητικού έργου στο εσωτερικό της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών, από το επίπεδο της απλής καταγραφής των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών, σε αυτό της προσπάθειας μετασχηματισμού των παραστατικών προτύπων από τα οποία απορρέουν εξηγήσεις των φυσικών εννοιών και φαινομένων ασύμβατες με αυτές που δίνουν σήμερα οι Φυσικές Επιστήμες. Η ανάληψη όμως πρωτοβουλιών προς αυτή την κατεύθυνση, εκτός από μεθοδολογικού τύπου ερωτήματα θέτει και το πρόβλημα των θεωρητικών αναφορών, του πλαίσιου δηλαδή με βάση το οποίο διατυπώνονται υποθέσεις και ερευνητικά ερωτήματα. Έτσι, τα ζητήματα που θα μας απασχολήσουν στο προκείμενο κεφάλαιο είναι η οριοθέτηση της θεωρητικής προβληματικής μας, η επεξεργασία των προϋποθέσεων της παρέμβασής μας και η διατύπωση των γενικών υποθέσεών μας. 3.1. Προσδιορισμός του θεωρητικού πλαίσιου αναφοράς Στο πλαίσιο των ψυχολογικών και επιστημολογικών θεωρήσεων που σχετίζονται με την αναζήτηση των παραγόντων οι οποίοι παρεμβαίνουν στις διαδικασίες της μάθησης, αναπτύσσεται κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα ένα ερευνητικό ρεύμα το οποίο μελετά το ζήτημα της νοητικής συγκρότησης του υποκειμένου ως συνάρτησης των κοινωνικών αλληλεπιδράσεων. Για τους ερευνητές του ρεύματος αυτού, αποφασιστικός παράγων της ανάπτυξης της νοημοσύνης είναι η κοινωνική ένταξη του ατόμου. Φαινόμενα τα οποία συνδέονται με την ανθρώπινη νόηση όπως η μνήμη, η αντίληψη, η γλώσσα και η σκέψη, εξετάζονται ως υποκείμενα αλληλεπιδράσεων αλλά και κοινωνικών επικαθορισμών, ο προσδιορισμός των οποίων αποτελεί όρο για τη διατύπωση θεωρητικών συμπερασμάτων. Για τον G. Bachelard, το πρόβλημα της προσέγγισης της επιστημονικής γνώσης μπορεί να τεθεί μόνο με όρους γνωστικών εμποδίων. Εμπόδια, τα οποία εμφανίζονται είτε ως αποτέλεσμα της «άμεσης» ή αισθητηριακής πρόσληψης του αντικειμενικού φυσικού κόσμου, είτε προέρχονται “…από κάποιες λειτουργικές όψεις της καθοδήγησης του υποκειμένου το οποίο δεν διαθέτει την αναγκαία νοητική συγκρότηση” (Sanner 1980, p. 126). Έτσι, καθώς ο Bachelard δέχεται ότι η μύηση στην επιστημονική γνώση είναι πρόβλημα που αφορά την εκπαιδευτική πρακτική, προτείνει μια «παιδαγωγική της διόρθωσης», μια παιδαγωγική δηλαδή που θα αξιοποιεί τα σφάλματα τα οποία προέρχονται από τις δυσκολίες υπέρβασης της

51

άμεσης εμπειρίας ενώ ταυτόχρονα θα ωθεί τη σκέψη προς την κατεύθυνση της διαμόρφωσης του επιστημονικού πνεύματος. Για τον Bachelard λοιπόν, τα εμπόδια που ορθώνει η αυθόρμητη σκέψη θα πρέπει να ανατραπούν ολοκληρωτικά μέσα από μια κοινωνικά διαμεσολαβημένη παιδαγωγική διαδικασία. Μια διαδικασία “μαζί και σε αντίθεση” με τις αρχικές αντιλήψεις (Giordan & Vecchi 1987), γιατί “…η διαμόρφωση του επιστημονικού πνεύματος αποτελεί όχι μόνο ένα μετασχηματισμό της κοινής γνώσης, αλλά επίσης μια μετατροπή του προσανατολισμού της. Η επιστημονική ένταξη απαιτεί την εγκατάλειψη των πρώτων αξιών” (Bachelard 1975, p. 24). Ο J. Piaget, διαφωνώντας και αυτός με κάθε είδους εμπειριστική θεώρηση, απορρίπτει την υπόθεση της προέλευσης της νοημοσύνης αποκλειστικά από την εμπειρία, χωρίς βεβαίως να αρνείται τη σημασία των αισθητηριακών προσκτήσεων. Διερευνώντας τους μηχανισμούς της εξέλιξης των νοητικών δομών, συμπεραίνει ότι η διανοητική ανάπτυξη κάθε ατόμου περνά από διαδοχικές μορφές ισορροπίας οι οποίες τοποθετούνται σε κάποια ηλικιακά όρια, τα στάδια (Piaget 1979α, σ. 13-24), με την έννοια ότι “κάθε στάδιο χαρακτηρίζεται πολύ λιγότερο από ένα καθορισμένο περιεχόμενο σκέψης και περισσότερο από μια δυνατότητα, μια δυνάμει ενεργητικότητα, ικανή να καταλήξει σ’ αυτό ή σ’ εκείνο το αποτέλεσμα ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο ζει το παιδί” (Piaget 1979β, σ. 183). Σε ό,τι αφορά τις διαδικασίες οικοδόμησης της επιστημονικής γνώσης, ο Piaget υποστηρίζει ότι η αυθόρμητη σκέψη οδηγείται στη γνωστική πρόοδο μέσα από λειτουργικούς μηχανισμούς όπως η αφομοίωση, η συμμόρφωση και η εξισορρόπηση. Η αφομοίωση συνίσταται στην ενσωμάτωση από το άτομο των αντιληπτικών δεδομένων στα υπάρχοντα νοητικά σχήματα, ενώ κατά τη συμμόρφωση τροποποιούνται, επεκτείνονται και μεταβάλλονται τα σχήματα αυτά, στο βαθμό που η καινούργια εμπειρία υπερβαίνει την αφομοιωτική τους ικανότητα. Κατ’ αυτόν τον τρόπο αναδιαμορφώνονται οι νοητικές δομές, οι οποίες περνούν από τη φάση της ασταθούς ισορροπίας σε ένα νέο επίπεδο εξισορρόπησης. Όπως παρατηρεί ο Κ. Ραβάνης (1991, σ. 48), για τον Piaget “η πορεία προς τη γνώση είναι μια διαδικασία που προκύπτει από τη σύνθεση δράσεων και νοητικών ενεργειών του υποκειμένου επί του περιβάλλοντός του. Η αλληλεπίδραση αυτή, μετασχηματίζοντας τη σκέψη του υποκειμένου, οδηγεί στη συγκρότηση παραστατικών μηχανισμών, οι οποίοι οργανώνονται με βάση χαρακτηριστικά που μπορούν να εκλαμβάνονται ως δραστηριότητες του ενεργούντος ατόμου ή ως εσωτερικευμένες νοητικές πράξεις”. Ταυτόχρονα με τους παράγοντες της βιολογικής ωρίμανσης και της εξισορρόπησης, ο Piaget αναφέρει και τους παράγοντες της κοινωνικής αλληλεπίδρασης κατά την εξήγηση της γνωστικής ανάπτυξης του παιδιού. Όπως ο ίδιος γράφει, “ …η συνεργασία των ατόμων αποτελεί το σημείο αφετηρίας μιας σειράς προϋποθέσεων που πρέπει να υπάρχουν, για να μπορέσει να πραγματοποιηθεί η συγκρότηση και η ανάπτυξη της λογικής” (Piaget 1956, p. 194). Η αναγνώριση όμως των κοινωνικών γνωρισμάτων της νοημοσύνης δεν συνοδεύεται και από μια συστηματική ενσωμάτωση της μελέτης των κοινωνικών επιδράσεων στις πολύπλευρες διερευνήσεις του. Έτσι, παρά το γεγονός ότι με κάθε ευκαιρία τονίζει τη σημασία τους στην ανάπτυξη της νοημοσύνης (Piaget & Inhelder 1967, σ. 117), δεν ασχολείται με τη μελέτη τους παρά μόνο στο βαθμό που αυτές απλώς οργανώνουν το περιβάλλον με όρους που είναι ευνοϊκοί για τη δράση του παιδιού, με όρους, δηλαδή, που ενδεχομένως διευκολύνουν την πρόοδο προς την εξισορρόπηση. Οι στοχεύσεις αυτές ωθούν τον Piaget, από μεθοδολογική άποψη, προς την επικέντρωση στο υποκείμενο και τη νοητική του δραστηριότητα και όχι προς τις κοινωνικές καταστάσεις διαμεσολάβησης, την οργάνωση δηλαδή της διδακτικής παρέμβασης.

52

Ο L. Vygotski από την πλευρά του, μέσα από το έργο του Σκέψη και Γλώσσα (1934/1993), επικεντρώνει το ενδιαφέρον του όχι τόσο στη μελέτη των παρατηρήσιμων συμπεριφορών των παιδιών, όσο στον τρόπο με τον οποίο διαμορφώνονται οι έννοιες στη σκέψη τους, δηλαδή την πορεία σχηματισμού τους ως προϊόν αλληλεπίδρασης υποκειμενικών και αντικειμενικών συνιστωσών. Για τον συγγραφέα, ως κύριο πρόβλημα αναδεικνύεται αυτό της διαμεσολάβησης, των μέσων δηλαδή με τη βοήθεια των οποίων εννοηματώνεται κάθε δραστηριότητα, τόσο στο επίπεδο της συγκρότησης των εννοιών όσο και σε αυτό της αναμόρφωσής τους. Για τον Vygotski οι έννοιες δεν σχηματίζονται αυτοτελώς, αλλά στα πλαίσια μιας διαδικασίας η οποία ανταποκρίνεται στην πρόθεση του υποκειμένου για επικοινωνία, στην προσπάθεια για επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων και στη λειτουργία της σήμανσης. Η μετάβαση από την απλή ονομασία των αντικειμένων μέσω των λέξεων, στις σημαντικές τους λειτουργίες, μια νοητική διαδικασία που διαρκεί μέχρι την εφηβεία, δεν εκφράζει μόνο την διαφοροποίηση μεταξύ σημαίνοντος και σημαινόμενου, αλλά και τον ισχυρό δεσμό κοινωνικής αλληλεπίδρασης και σκέψης, αφού η ανάπτυξη της νόησης είναι αυστηρά προσδιορισμένη από την κοινωνική διαμεσολάβηση. Το πραγματικό πρόβλημα λοιπόν της ψυχολογικής έρευνας είναι οι συνθήκες μέσα στις οποίες οικοδομούνται και εξελίσσονται τα εννοιολογικά συστήματα των παιδιών. Όπως χαρακτηριστικά τονίζει ο ίδιος “η παιδαγωγική εμπειρία μας διδάσκει όχι λιγότερο καθαρά από τη θεωρητική έρευνα, ότι η άμεση μετάδοση εννοιών αποδεικνύεται πάντα πρακτικά αδύνατη και παιδαγωγικά στείρα. Ο δάσκαλος που προσπαθεί να ακολουθήσει αυτόν το δρόμο δεν κατορθώνει συχνά τίποτα περισσότερο από μια κενή οικειοποίηση λέξεων, ένα καθαρό βερμπαλισμό, που εξαπατά και μιμείται την ύπαρξη αντίστοιχων εννοιών στο παιδί, στην πραγματικότητα όμως κρύβει ένα κενό. Το παιδί δεν οικειοποιείται σ’ αυτές τις περιπτώσεις έννοιες αλλά λέξεις, προσλαμβάνει περισσότερα με τη μνήμη παρά με τη σκέψη και είναι ανίκανο για κάθε προσπάθεια έλλογης εφαρμογής της αποκτημένης γνώσης. Κατά βάθος αυτή η διαδικασία της διδασκαλίας εννοιών είναι και το κύριο λάθος της καθαρά σχολαστικής και βερμπαλιστικής μεθόδου διδασκαλίας, η οποία αντί της ζωντανής γνώσης παρέχει νεκρά και κενά λεκτικά σχήματα” (Vygotski 1993, σ. 214-215). Αντιμαχόμενος την εμπειριστική άποψη περί μετάδοσης της γνώσης, επισημαίνει ότι “η διαδικασία εξέλιξης των εννοιών ή των σημασιών των λέξεων απαιτεί την ανάπτυξη μια ολόκληρης σειράς λειτουργιών, όπως της εκούσιας προσοχής, της λογικής μνήμης, της αφαίρεσης, της σύγκρισης και της διαφοροποίησης, και όλες αυτές οι εξαιρετικά πολύπλοκες ψυχολογικές διαδικασίες δεν μπορούν απλώς να καταγραφούν από τη μνήμη, δεν μπορούν απλώς να εκμαθηθούν και να αποκτηθούν” (ό. π., σ. 214). Συνεπώς η διαμεσολάβηση του διδάσκοντος θα πρέπει να είναι κατάλληλα δομημένη και προσανατολισμένη, ώστε να μπορεί να παίξει το ρόλο καταλύτη στην εξέλιξη της σκέψης: “Το παιδί από κοινού με άλλους, με καθοδήγηση ή με βοήθεια, μπορεί πάντα να αποδίδει περισσότερα απ’ ότι μόνο του”(ό. π., σ. 291). Προς αυτήν την κατεύθυνση προτείνει την ενεργοποίηση της δυναμικής των νοητικών συστημάτων του παιδιού, δηλαδή ικανοτήτων που εμφανίζονται προς το παρόν με τη βοήθεια και την υποστήριξη του εκπαιδευτικού περιβάλλοντος, για να αποτελέσουν αργότερα σταθερές κατακτήσεις της νόησης. Πρόκειται για μια γνωστική κατάσταση την οποία αποκαλεί «ζώνη της εγγύτερης ανάπτυξης». Όπως ο ίδιος εξηγεί, “… η απόκλιση ανάμεσα στη διανοητική ηλικία ή στο σημερινό επίπεδο ανάπτυξης, που καθορίζεται με τη βοήθεια προβλημάτων επιλυόμενων αυτόνομα, και στο επίπεδο όπου φθάνει το παιδί μέσω της μη αυτόνομης, αλλά συλλογικής λύσης προβλημάτων, προσδιορίζει ακριβώς την περιοχή της επόμενης εξέλιξης του παιδιού” (ό. π. σ. 291). Για τον Vygotski λοιπόν, η κατάλληλη κοινωνική διαμεσολάβηση καθώς και η διδακτική αλληλεπίδραση είναι οι παράγοντες εκείνοι, οι οποίοι μπορούν να διευκολύνουν την έναρξη νοητικών

53

διεργασιών ικανών να μετακινήσουν την παιδική σκέψη στο επόμενο στάδιο της ανάπτυξής της. Μια τέτοια διδακτική πρακτική έχει αποφασιστική σημασία για τη διαδικασία της μάθησης, καθώς “…αυτό που το παιδί κάνει σήμερα από κοινού, αύριο θα είναι ικανό να το κάνει από μόνο του” (ό. π., σ. 295). Με αφετηρία το θεωρητικό σχήμα του Vygotski διατυπώνονται τα τελευταία χρόνια προτάσεις και αναπτύσσονται ερευνητικές προσπάθειες με στόχο τη διερεύνηση της αποτελεσματικότητας του. Οι προτεινόμενες από τους ερευνητές δραστηριότητες στηρίζονται σε διδακτικές διαδικασίες στις οποίες ενεργοποιούνται και αλληλεπιδρούν μαθητές και εκπαιδευτικοί και οι οποίες εξελίσσονται σε δύο κύρια στάδια: Κατά το πρώτο στάδιο επιχειρείται η ανίχνευση και ο προσδιορισμός των γνωστικών και μαθησιακών εμποδίων που εμφανίζονται στην κατανόηση επιλεγμένων γνωστικών αντικειμένων –κατά κύριο λόγο εννοιών με αφηρημένα χαρακτηριστικά. Σε ένα δεύτερο στάδιο, και εφόσον διαπιστώνεται ότι το νοητικό επίπεδο των παιδιών δεν τους επιτρέπει να ανταποκριθούν σε έργα με ορισμένες γνωστικές απαιτήσεις, οι ερευνητές προτείνουν πειραματικές δραστηριότητες οι οποίες τοποθετούνται σε μια ενδιάμεση ζώνη ανάμεσα σ’ αυτό που οι μαθητές ξέρουν να κάνουν και σ’ αυτό που μπορούν να κάνουν με τη βοήθεια των συνεργατών τους (δηλαδή των άλλων μαθητών και βέβαια του διδάσκοντος). Η διαδικασία αυτή οδηγεί τους μαθητές στη νοητική συγκρότηση «πρόδρομων μοντέλων», δηλαδή μοντέλων τα οποία διαθέτουν κάποια κρίσιμα χαρακτηριστικά των πραγματικών επιστημονικών μοντέλων, προετοιμάζοντας έτσι την παιδική σκέψη για την μελλοντική οικειοποίηση της γνώσης. Στην κατεύθυνση αυτή η Weil-Barais και οι συνεργάτες της (Weil-Barais 1994, Lemeignan & Weil-Barais 1997) αναπτύσσουν διδακτικές δραστηριότητες για μαθητές της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης, στις οποίες προτάσσουν την οικοδόμηση της έννοιας της «αλληλεπίδρασης» ως πρόδρομου μοντέλου για την κατανόηση των εννοιών της δύναμης, της ορμής και της ενέργειας. Οι πειραματικές καταστάσεις που προτείνουν έχουν ως στόχο να οδηγήσουν τους μαθητές στην εγκατάσταση αντιστοιχιών ανάμεσα στα γεγονότα και τις αλληλεπιδράσεις, χωρίς τη χρήση κάποιου φυσικού μεγέθους. Με τον τρόπο αυτό διευθετείται, μέσω γνωστικών αλληλουχιών, η μετάβαση από το πρόδρομο στο νευτωνικό μοντέλο, στο οποίο η διαχείριση των ίδιων πειραματικών καταστάσεων γίνεται με τη βοήθεια των αντίστοιχων φυσικών μεγεθών. Στην ίδια προοπτική κινείται και η εμπειρική έρευνα των Ραβάνη κ. ά. (2002) με παιδιά προσχολικής ηλικίας σχετικά με την έννοια της τριβής ολίσθησης. Εδώ, η προσπάθεια δημιουργίας ενός πρόδρομου μοντέλου περιορίζεται στην περίπτωση της κίνησης ενός αντικειμένου σε σταθερό οριζόντιο επίπεδο και στρέφεται προς τη νοητική οικοδόμηση α) του εκτιμώμενου βάρους του κινούμενου σώματος σε μια ποιοτική κλίμακα «πιο ελαφρύ-πιο βαρύ» και β) της φύσης των εφαπτόμενων επιφανειών, εκτιμώμενης σε μια ποιοτική κλίμακα «πιο λεία-πιο τραχιά», ως παραγόντων που επιδρούν στην παρεμπόδιση της ελεύθερης κίνησης του αντικειμένου η οποία μπορεί να συσχετισθεί με την διανυόμενη από το σώμα απόσταση. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν σημαντικές προόδους των υποκειμένων που συμμετέχουν στην πειραματική ομάδα, καθώς διαπιστώνεται ότι τα παιδιά αυτά είναι σε θέση να προσεγγίσουν τις γνωστικές παραμέτρους του πρόδρομου αυτού μοντέλου. Το γεγονός αυτό δημιουργεί, σύμφωνα με τους ερευνητές, τις προϋποθέσεις για τον προγραμματισμό και νέων διευρυμένων και αναβαθμισμένων δραστηριοτήτων με στόχο την προετοιμασία της σκέψης των παιδιών για μια μελλοντική συστηματική κατανόηση της υπό μελέτη έννοιας. Σε μια προσπάθεια συναρμογής των παραπάνω εκτεθέντων θεωριών, ένα ρεύμα ψυχολόγων με κύριους εκφραστές τους W. Doise, G. Mugny και A. Perret-Clermont,

54

επιχειρεί, από τα τέλη της δεκαετίας του ’70, να ανεύρει την κατάλληλη ερμηνευτική συνάρθρωση των ατομικού χαρακτήρα δυναμικών της νοητικής ανάπτυξης με τις αντίστοιχες δυναμικές που αναπτύσσονται από κοινωνικού χαρακτήρα αλληλεπιδράσεις. Συμφωνώντας με την άποψη του Bachelard για τον ανασταλτικό ρόλο της βιωματικής γνώσης, αποδεχόμενοι την πιαζετική εξελικτική θεώρηση της νοημοσύνης ως χαρακτηριστικού γνωρίσματος του επιμέρους ατόμου, και αναγνωρίζοντας από τη θεωρία του Vygotski την κοινωνική διάσταση της ανάπτυξης της νοημοσύνης, οι ερευνητές αυτοί εξετάζουν την κοινωνική αλληλεπίδραση ως παράγοντα γνωστικής προόδου, όχι με την έννοια της γενικής επίδρασης των κοινωνικής φύσης επιρροών, αλλά με αυτή μιας οργανωμένης δραστηριότητας αλληλεπίδρασης της οποίας η πορεία και τα χαρακτηριστικά είναι προκαθορισμένα: “Όταν διατυπώνουμε την υπόθεση ότι κάποιες μορφές κοινωνικής αλληλεπίδρασης προκαλούν γνωστική πρόοδο σε ένα παιδί που βρίσκεται σ’ ένα ορισμένο στάδιο της ανάπτυξής του, έχουμε τη δυνατότητα να βάλουμε αυτό το παιδί να πάρει μέρος σε μια αλληλεπιδραστική δραστηριότητα, της οποίας τα χαρακτηριστικά τα καθορίζουμε εμείς και τα επακόλουθά της μπορούμε να τα παρακολουθήσουμε. Με άλλα λόγια, έχουμε τη δυνατότητα να μελετήσουμε πειραματικά τις επιδράσεις της κοινωνικής αλληλεπίδρασης (την οποία εισάγουμε ως μία ανεξάρτητη μεταβλητή) πάνω στη γνωστική ανάπτυξη (που την αντιμετωπίζουμε ως εξαρτημένη μεταβλητή)” (Doise & Mugny 1987, σ. 46). Πεποίθησή τους είναι ότι υπάρχει μια σαφής αιτιώδης διασύνδεση του γνωστικού με το κοινωνικό πεδίο, καθώς “η νοημοσύνη δεν είναι απλώς μια ιδιότητα του ατόμου, αλλά είναι επίσης μια συσχετιστική διαδικασία που ενεργοποιείται ανάμεσα σε άτομα τα οποία διαμορφώνουν και οργανώνουν από κοινού τη δράση τους απέναντι στο φυσικό και τον κοινωνικό τους περίγυρο” (ό. π., σ. 28). Σε μια προσπάθεια προσδιορισμού των επιλογών τους μέσα στα πλαίσια των ερευνητικών τάσεων της Διδακτικής, δηλώνουν ότι “η έννοια της κοινωνικής αλληλεπίδρασης δεν έρχεται σε αντίθεση με την προοπτική του εποικοδομητισμού, σύμφωνα με την οποία το υποκείμενο «οικοδομεί» ή «εποικοδομεί» αυτόνομα τις γνώσεις του. Απεναντίας, επιτρέπει τον ακριβέστερο προσδιορισμό των όρων και των συνθηκών μέσα από τις οποίες πραγματοποιείται η εποικοδόμηση … γιατί η πρόσκτηση της γνώσης διέπεται σαφώς από τα χαρακτηριστικά της κοινωνικής σήμανσης” (Vergnaud 1989, p. 454). Με στόχο την ανάδειξη λοιπόν του συνδετικού κρίκου ανάμεσα στην ψυχολογία και στην κοινωνιολογία της γνωστικής ανάπτυξης, επιχειρούν μέσα από συγκεκριμένες πειραματικές δραστηριότητες να δείξουν ότι “…η γνωστική ανάπτυξη δεν προκύπτει από μια απλή αλληλεπίδραση που συντελείται ανάμεσα στο παιδί και το φυσικό περιβάλλον του, αλλά προκαλείται με τη διαμεσολάβηση αλληλεπιδράσεων που πραγματοποιεί το άτομο με ένα ή περισσότερα άλλα άτομα” (Doise & Mugny 1987, σ. 47). Στις συγκεκριμένες παρεμβάσεις που πραγματοποιούν (Mugny, Doise & Perret-Clermont 1975-76, Mugny, Giroud & Doise 1978-79), καταγράφουν σημαντικές γνωστικές προόδους παιδιών 6-7 ετών σε προβλήματα «διατήρησης» μεγεθών, ακολουθώντας διδακτικές διαδικασίες, στις οποίες η αλληλεπίδραση παιδιού και ερευνητή επιτυγχάνεται με την αξιοποίηση δύο βασικών μεθοδολογικών τακτικών: α) τη δημιουργία συγκρουσιακών γνωστικών καταστάσεων β) την παρουσίαση κατάλληλων μαθησιακών προτύπων. 3.1.1. Η στρατηγική των συγκρουσιακών διδακτικών διαδικασιών Η μεθοδολογική αυτή τακτική αποτελεί μια παρεμβατική στρατηγική η οποία χρησιμοποιείται στις έρευνες της Διδακτικής ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του ’70. Πρόκειται για μια διαδικασία η οποία στοχεύει στον αποσυντονισμό των νοητικών δομών των υποκειμένων, καθώς οι βιωματικές παραστάσεις των παιδιών σε ορισμένα γνωστικά αντικείμενα αποδεικνύονται εξαιρετικά ανθεκτικές στην

55

προσπάθεια μετασχηματισμού τους από τη σχολική διδασκαλία (Gunstone & White 1981, McCloskey 1983, Howe et al. 1990). Οι ερευνητές που εφαρμόζουν τη συγκεκριμένη διδακτική πρακτική υποστηρίζουν ότι η οικοδόμηση των «δύσκολων» επιστημονικών εννοιών “δεν είναι μια διαδικασία η οποία μπορεί να προκύψει ex-abrupto, με την παρακολούθηση μιας διάλεξης, τη μελέτη των ορισμών που περιέχονται στα σχολικά εγχειρίδια ή των σχημάτων και των συμβόλων που παραπέμπουν σε πειραματικές καταστάσεις” (Weil-Barais & Leimegnan 1990, p. 393). Ούτε -πολύ περισσότερο- μπορεί να πραγματοποιηθεί με αυθόρμητο τρόπο. Ο μετασχηματισμός των παραστάσεων απαιτεί και προϋποθέτει την αποσταθεροποίηση των γνωστικών δομών, η οποία μπορεί να προκύψει μέσα σε συνθήκες κοινωνικής αλληλεπίδρασης του υποκειμένου, τόσο με τα άλλα παιδιά όσο και με τον διδάσκοντα, με τη σύγκρουση των απόψεων και τη λεκτική επικοινωνία (Vergnaud 1989, Ravanis & Papamichaël 1995). Στις παρεμβάσεις που πραγματοποιούνται με αυτή την προοπτική, η στρατηγική της γνωστικής σύγκρουσης αναπτύσσεται με τρεις κυρίως μεθοδολογικές προσεγγίσεις (Scott et al. 1991): 1. Συγκρούσεις, στις οποίες έρχονται σε αντιπαράθεση προβλέψεις ή εκτιμήσεις του υποκειμένου πάνω σε μια δεδομένη πειραματική κατάσταση, με τις αισθητηριακές διαπιστώσεις που προκύπτουν από την εκτέλεση του πειράματος, και οι οποίες διαψεύδουν τις υποθέσεις που έχουν προηγηθεί (Lefebvre & Pinard 1972, Sydner & Feldman 1977, Nussbaum & Novick 1982, Champagne et al. 1985). 2. Διεργασιακές συγκρούσεις, όπου η οικοδόμηση των γνωστικών δομών εξετάζεται ως πορεία εσωτερικευμένων ανισορροπιών των νοητικών σχημάτων των υποκειμένων προς περισσότερο σταθερές μορφές ισορροπίας (Inhelder et al. 1974, Stavy & Berkovitz 1980, Cosgrove & Osborn 1985). 3. Συγκρούσεις, κατά τις οποίες η στρατηγική ενός ατόμου για την επίλυση ενός προβλήματος, βρίσκει σαφή αντίθεση στη στρατηγική ενός άλλου, δηλαδή μια διαδικασία στην οποία οι νοητικές συγκρούσεις έχουν ως πηγή τους το κοινωνικό περιβάλλον (Mugny 1985, Perret-Clermont 1986, Perret-Clermont & Nicolet 1988, Ravanis & Papamichaël 1995, Zogza & Papamichaël 2000). Σ’ αυτή την περίπτωση, η νοητική αποσταθεροποίηση προκύπτει μέσα από αντιπαραθέσεις, οι οποίες λαμβάνουν χώρα στα πλαίσια μιας προκαθορισμένης συνεργασίας: “ Όταν ο άλλος εισάγει σταθερά στο πεδίο της αντίληψης του παιδιού μια επικέντρωση αντίθετη από εκείνη τη μονομερή που κάνει αυτό, τότε το παιδί βρίσκεται μπροστά σε μια σύγκρουση που δεν είναι μόνο γνωστική αλλά και κοινωνική. Αυτή την κοινωνική, γνωστική σύγκρουση, που κάνει να συνυπάρχουν μέσα στην ίδια κατάσταση και στον ίδιο χρόνο δύο αντίθετες επικεντρώσεις, το παιδί δεν μπορεί να την αρνηθεί τόσο εύκολα, όσο μια σύγκρουση που προέρχεται από τις εναλλακτικές μεταπηδήσεις που πραγματοποιεί το παιδί ανάμεσα στις αλληλοδιαδοχικές ατομικές επικεντρώσεις” (Doise & Mugny 1987, σ. 46). 3.1.2. Η παρουσίαση του μαθησιακού προτύπου Σε ό,τι αφορά την παρουσίαση μαθησιακών προτύπων, κατά τη διάρκεια διδακτικών παρεμβάσεων που στοχεύουν στην αναδιοργάνωση των αυθόρμητων παραστάσεων των παιδιών, έχει επίσης αναπτυχθεί κατά τις τελευταίες δεκαετίες ένας γόνιμος προβληματισμός. Για τους Βοσνιάδου & Brewer (1988), ο όρος «αναδιοργάνωση» αναφέρεται στη δημιουργία καινούργιων γνωστικών δομών από την πλευρά του υποκειμένου, οι οποίες επινοούνται είτε για να ερμηνευθούν εκ νέου παλιές πληροφορίες είτε για να εξηγηθούν καινούργιες. Σε μια επιστημολογική προσέγγιση του ζητήματος, οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι “…ενώ ο επιστήμονας που αντιμετωπίζει μια ανωμαλία την οποία η θεωρία του δεν μπορεί να εξηγήσει, αναγκάζεται να επανεξετάσει τις βασικές του υποθέσεις και να τις αναθεωρήσει

56

χωρίς καμία καθοδήγηση, … για το μαθητή, η αναδιοργάνωση της γνώσης πρέπει να ξεπηδήσει από τις προσπάθειες του δασκάλου να οδηγήσει το παιδί στο να κατασκευάσει το καινούργιο σχήμα” (ό. π., σ. 42). Όπως χαρακτηριστικά αναφέρουν οι Roth et al. (1986, p. 26), “ο δάσκαλος πρέπει να εμπλέκεται ενεργητικά στη διάγνωση των αντιφάσεων των μαθητών και να ανταποκρίνεται σ’ αυτές τις αντιφάσεις, παρουσιάζοντας ένα πρότυπο που είναι κατανοητό, που προκαλεί το ενδιαφέρον των παιδιών, και που τα οδηγεί στο να αλλάξουν τις αντιφατικές τους ιδέες, υιοθετώντας τις επιστημονικές απόψεις”. Αν λοιπόν ως «πρότυπο» ορίσουμε τα γνωστικά χαρακτηριστικά μιας λύσης που προτείνεται από τον διδάσκοντα σε ένα συγκεκριμένο πρόβλημα, μπορούμε να διακρίνουμε τριών ειδών γνωστικές προσεγγίσεις που νοούνται ως πρότυπα (Doise & Mugny 1987, σ. 197-198): 1. Το «προοδευτικό» πρότυπο, το οποίο σε σχέση με τη λύση που είναι σε θέση να

δώσει το υποκείμενο, βρίσκεται πιο κοντά στην ανακάλυψη της σωστής λύσης. 2. Το «ομοειδές» πρότυπο, το οποίο προτείνει ένα τρόπο επίλυσης του

προβλήματος που είναι ίδιος με εκείνον που βρίσκεται πίσω από τις απαντήσεις του υποκειμένου.

3. Το «οπισθοδρομικό» πρότυπο, το οποίο παρουσιάζει μια λύση κατώτερου επιπέδου από το επίπεδο λύσης που είναι σε θέση να δώσει το υποκείμενο.

Από τα προοδευτικά πρότυπα, «ορθό» αποκαλείται αυτό που συμπίπτει ολοκληρωτικά με τη λύση που επιθυμούμε να κατακτήσει το υποκείμενο, ταυτίζεται δηλαδή με τα χαρακτηριστικά του αποδεκτού επιστημονικού μοντέλου, ενώ «ενδιάμεσο» αποκαλείται εκείνο που προτείνει μια λύση η οποία είναι σαφώς ανώτερη από τη λύση που χρησιμοποιεί το υποκείμενο, μολονότι δεν φτάνει στο επίπεδο της επιστημονικά αποδεκτής λύσης. Αν και, από πρώτη άποψη, η χρήση του ορθού προτύπου φαίνεται ως η πλέον πρόσφορη για την επίτευξη των στόχων που θέτει μια διδακτική παρέμβαση μέσω της οποίας επιδιώκεται ο μετασχηματισμός των αυθόρμητων παραστάσεων, εντούτοις διατυπώνονται συχνά επιφυλάξεις ως προς την καθολική αξία του, καθώς αφενός είναι πιθανόν η προτεινόμενη λύση να απέχει πολύ από τις νοητικές ικανότητες του παιδιού, αφετέρου είναι δυνατόν ο θεωρούμενος μετασχηματισμός να έχει προκύψει ως αποτέλεσμα μίμησης -αν ως μίμηση ορισθεί η απόσπαση μιας απλής συναίνεσης του υποκειμένου στην προτεινόμενη λύση μέσα στα πλαίσια της αξιοποίησης των διαπροσωπικών σχέσεων και όχι η ουσιαστική οικοδόμηση μιας ανώτερου επιπέδου γνωστικής κατάκτησης. Για παράδειγμα, στα πλαίσια αυτού του αφετηριακού προβληματισμού, οι Doise & Mugny μελέτησαν τα μαθησιακά αποτελέσματα από την εκ περιτροπής εφαρμογή και των τριών ειδών προτύπων σε παιδιά ηλικίας 5 –8 ετών σε πειράματα σχετικά με την οικοδόμηση της έννοιας της διατήρησης (π.χ. τη διατήρηση του αναλλοίωτου της ποσότητας μεταγγιζόμενων υγρών ή της διατήρησης του μήκους ευθύγραμμων τμημάτων σε διαφορετικούς προσανατολισμούς) και διαπίστωσαν αξιόλογες προόδους ακόμη και στην περίπτωση χρησιμοποίησης οπισθοδρομικών προτύπων (ό. π., σ. 61-151). Βέβαια, σε ό,τι αφορά τη χρήση των ορθών προοδευτικών προτύπων, όλοι σχεδόν οι ερευνητές που έχουν ασχοληθεί με το ζήτημα αυτό από τη δεκαετία του ’70 –όπου κυρίως έγιναν οι κλασικές σχετικές ερευνητικές προσπάθειες- θεωρούν την επίδρασή τους, σχεδόν ομόφωνα, θετική, καθώς δεν έχει παρατηρηθεί καμιά σημαντική οπισθοδρόμηση σε υποκείμενα που αντιμετώπισαν ένα τέτοιο πρότυπο (Bandura 1971a & 1971b, Rosenthal & Zimmerman 1972, Murray 1974, Botvin & Murray 1975).

57

3.2. Επιλογή θεωρητικού προτύπου παρέμβασης και διατύπωση γενικών υποθέσεων

Στα πλαίσια της προβληματικής που παραθέσαμε στα προηγούμενα, τόσο σε ό,τι αφορά τις διαδικασίες οικοδόμησης των φυσικών εννοιών όσο και στη δυνατότητα συμβολής της Ι.Ε. προς αυτή την κατεύθυνση, θα επιχειρήσουμε ακολούθως να τεκμηριώσουμε την επιλογή του θεματικού χώρου παρέμβασης καθώς και του θεωρητικού μοντέλου της έρευνάς μας, έτσι ώστε να καταστεί δυνατή η διατύπωση των ανάλογων γενικών μας υποθέσεων. Ως θεματικό χώρο ανάπτυξης της ερευνητικής μας προσπάθειας επιλέξαμε το γνωστικό πεδίο της Οπτικής. Η Οπτική, ως αντικείμενο διδασκαλίας που εξετάζει τόσο τα οπτικά φαινόμενα τα οποία συναρτώνται με τη φύση της φωτεινής ακτινοβολίας (Φυσική Οπτική), όσο και τα οπτικά φαινόμενα που προκύπτουν ως αποτέλεσμα της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός (Γεωμετρική Οπτική), απουσίαζε από τα προγράμματα σπουδών της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης της χώρας μας για δύο και πλέον δεκαετίες, δημιουργώντας αναπόδραστα μια ερευνητική υστέρηση στον ελληνικό χώρο σε σχέση με τα διεθνή δεδομένα. Η πρόσφατη ωστόσο επανεμφάνισή της στα αναλυτικά προγράμματα Φ.Ε. της Β΄ Γυμνασίου και της Α΄ και Γ΄ Λυκείου, δημιουργεί ένα νέο πρόσφορο πεδίο έρευνας με στόχο την αποδοτικότερη και αποτελεσματικότερη διδασκαλία της. Στο διαδικαστικό επίπεδο, η προσπάθειά μας στρέφεται κατ’ αρχήν προς τη θεματική εκείνη η οποία, σύμφωνα με όσα εκτέθηκαν προηγουμένως, αποτελεί –και οφείλει να αποτελεί- το σημείο εκκίνησης κάθε ερευνητικής δραστηριότητας που αποσκοπεί στη νοητική οικοδόμηση των φυσικών εννοιών: την ανίχνευση των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών. Ειδικότερα, επιχειρούμε τον εντοπισμό και τη συστηματική κωδικοποίηση των παραστατικών σχημάτων υποκειμένων ηλικίας 12-16 ετών σε θέματα που σχετίζονται με την εκπομπή και τη διάδοση της φωτεινής ακτινοβολίας, καθώς και των φαινομένων που εντάσσονται στο πλαίσιο της αλληλεπίδρασης του φωτός με τα αντικείμενα. Τα αποτελέσματα ερευνών οι οποίες επικεντρώνονται σε συναφή με το θέμα μας ζητήματα, λειτουργούν ενισχυτικά στην επιλογή του θεματικού χώρου έρευνας, καθώς δείχνουν ότι οι μαθητές του συγκεκριμένου ηλικιακού φάσματος προσεγγίζουν τα σχετικά φαινόμενα με βιωματικούς συλλογισμούς, οι οποίοι βρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις από τα χαρακτηριστικά του μοντέλου της Γεωμετρικής Οπτικής. Εφ’ όσον όμως η επιδίωξή μας δεν περιορίζεται στην καταγραφή των παραστάσεων αλλά και στο μετασχηματισμό τους, έτσι ώστε να καταστούν συμβατές με αυτές που απορρέουν από το πρότυπο της Γεωμετρικής Οπτικής -διαδικασία η οποία απαιτεί ένα πλαίσιο νοητικών ικανοτήτων υψηλότερης στάθμης από αυτό της αυθόρμητης σκέψης-, θα πρέπει να οδηγηθούμε σε δραστηριότητες η οποίες θα ωθήσουν τα παιδιά σε μια αναδιοργάνωση των νοητικών τους εργαλείων. Για την επίτευξη αυτού του στόχου καταφεύγουμε στη θεώρηση του κοινωνικού εποικοδομητισμού, τη θεώρηση δηλαδή η οποία δίνει έμφαση στο ρόλο της κοινωνικής διαμεσολάβησης για την ανάπτυξη της νόησης. Έτσι, στην πρώτη φάση της παρεμβατικής διαδικασίας επιχειρούμε τη διαμόρφωση κατάλληλων συγκρουσιακών συνθηκών, με την αντιπαράθεση των προβλέψεων των υποκειμένων σε συγκεκριμένες πειραματικές καταστάσεις και των αισθητηριακών προσκτήσεων που προκύπτουν από την παρατήρηση των αποτελεσμάτων τους, επιδιώκοντας την αποσταθεροποίηση και τον αποσυντονισμό των αυθόρμητα συγκροτημένων παραστάσεων, ενώ στη δεύτερη φάση πραγματοποιούμε πειραματική παρέμβαση, η οποία, αφενός με την οργάνωση

58

και την επαναδιάταξη του ίδιου υλικού και αφετέρου με την παρέμβαση του ερευνητή ως κοινωνικού εταίρου στη διδακτική αλληλεπίδραση, παρουσιάζει τα στοιχεία του μοντέλου της Γεωμετρικής Οπτικής, έτσι ώστε να επιτύχουμε την ανασυγκρότηση των παραστατικών σχημάτων των υποκειμένων στο επίπεδο του επιστημονικά αποδεκτού προτύπου. Η επιλογή της παρουσίασης του ορθού προτύπου κρίθηκε επιβεβλημένη καθώς, όπως προκύπτει από τις σχετικές έρευνες, η χρήση ομοειδών ή οπισθοδρομικών προτύπων είτε υπαγορεύεται από τις ανάγκες της ερευνητικής διαδικασίας (Winnykamen & Lafont 1990), είτε γίνεται στα πλαίσια διδακτικών παρεμβάσεων οι οποίες αναπτύσσονται σε πολλές και διαδοχικές συνεδρίες με σκοπό την κατασκευή δικτύων εννοιών χρήσιμων στη διδασκαλία ευρύτερων γνωστικών περιοχών και οπωσδήποτε στα πλαίσια συνθηκών σχολικής τάξης (Johsua & Dupin 1988, Weil-Barais & Lemeignan 1990). Στην περίπτωση όμως του δικού μας πειράματος, αφενός μεν η διδακτική παρέμβαση πραγματοποιείται με εξατομικευμένες διδασκαλίες, αφετέρου δε το αντικείμενο της έρευνάς μας είναι αυστηρά καθορισμένο ενώ αποτελεί ταυτόχρονα και διδακτικό αντικείμενο. Έτσι, η παρέμβασή μας δεν έχει ως αντικειμενικό στόχο γενικές προόδους των υποκειμένων εγγραφόμενες στο ψυχολογικό πεδίο, αλλά προόδους οι οποίες αποσκοπούν στην αφομοίωση της συγκεκριμένης φυσικής γνώσης. Επί πλέον, εφ’ όσον βασική μας επιδίωξη είναι η μετάβαση από μια περιγραφική σε μια επεξηγηματική προσέγγιση των εμπλεκόμενων εννοιών και φαινομένων, καθίσταται αναγκαία η μελέτη της αποτελεσματικότητας των ενδεχόμενων μεταβολών της διδακτικής πρακτικής, δηλαδή η ανάλυση των αποτελεσμάτων των μεταβολών αυτών στο επίπεδο της σχέσης του εκπαιδευόμενου με το διαθέσιμο εμπειρικό και πειραματικό υλικό. Ως ερευνητικό και μεθοδολογικό εργαλείο στη προσπάθειά μας αυτή χρησιμοποιούμε τη Ιστορία της Επιστήμης. Επιχειρούμε δηλαδή, τόσο στο επίπεδο της ανίχνευσης όσο και στο επίπεδο του μετασχηματισμού των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των υποκειμένων, την αξιοποίηση του ιστορικού υλικού με τη χρήση έργων το γνωστικό περιεχόμενο των οποίων αντλείται από την Ιστορία της Οπτικής. Στο βαθμό λοιπόν που δεχόμαστε ότι η εμπλοκή των υποκειμένων σε μια αλληλεπιδραστικού χαρακτήρα μαθησιακή διαδικασία με διδακτικό υλικό εμπνευσμένο από την Ιστορία της Επιστήμης μπορεί να συμβάλλει στην εξέλιξη των παραστάσεων για τον τρόπο εκπομπής και διάδοσης του φωτός, μπορούμε να συμπυκνώσουμε τον μέχρι εδώ προβληματισμό μας στις παρακάτω γενικές υποθέσεις: 1. Εναλλακτικά μοντέλα ερμηνείας τα οποία έχουν διατυπωθεί στην πορεία της

ιστορικής εξέλιξης των επιστημονικών ιδεών σχετικά με την εκπομπή και διάδοση του φωτός, είναι δυνατόν να μας οδηγήσουν στον εντοπισμό ανάλογων παραστατικών προτύπων στη σκέψη των σύγχρονων μαθητών.

2. Μαθητές οι οποίοι προσεγγίζουν τα σχετικά φαινόμενα χρησιμοποιώντας παραστάσεις που πηγάζουν από ένα αυθόρμητα συγκροτημένο επεξηγηματικό πρότυπο, μετά τη συμμετοχή τους σε μια κοινωνικά διαμεσολαβημένη πειραματική-διδακτική διαδικασία η οποία αντλεί το περιεχόμενό της από την Ιστορία της Επιστήμης, είναι δυνατόν να οδηγηθούν στην οικοδόμηση ενός παραστατικού προτύπου συμβατού με αυτό της Γεωμετρικής Οπτικής.

Στο αμέσως επόμενο κεφάλαιο επιχειρούμε έρευνα με στόχο την αναζήτηση αξιοποιήσιμου ιστορικού υλικού το οποίο, μετά τον κατάλληλο διδακτικό μετασχηματισμό, θα επιτρέψει την πραγματοποίηση του ερευνητικού μας σχεδίου.

59

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ: Ο ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΦΩΤΕΙΝΩΝ ΠΡΟΒΟΛΩΝ ΣΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ

ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗΣ ΣΚΕΨΗΣ

60

Στην Ιστορία της Επιστήμης παρατηρείται συχνά το φαινόμενο της ερμηνευτικής αδυναμίας γεγονότων της άμεσης αισθητηριακής εμπειρίας, με βάση το εκάστοτε επικρατούν πλαίσιο αρχών και πεποιθήσεων. Τα γεγονότα αυτά συνιστούν προβλήματα τα οποία είτε βρίσκουν τη λύση τους μέσα στο υπάρχον εννοιολογικό πλέγμα αξιών, νόμων και τεχνικών (με την ανακάλυψη «κρυμμένων» παραγόντων οι οποίοι δεν είχαν αρχικά ληφθεί υπόψη), είτε οδηγούν στη συνολική εγκατάλειψη των βασικών παραδοχών και μεθόδων του συστήματος και την εγκαθίδρυση ενός νέου «παραδείγματος», ριζικά διαφορετικού από το προηγούμενο. Η για μεγάλο χρονικό διάστημα διατήρηση μιας προβληματικής κατάστασης, περιβάλλει συνήθως τέτοιου τύπου φαινόμενα με το μανδύα του «γρίφου» (Kuhn 1981, σ. 28-29). Η αναζήτηση ιστορικών δεδομένων –στα πλαίσια της προβληματικής που αναπτύξαμε μέχρι τώρα- πρόσφορων για διδακτική αξιοποίηση στο πεδίο της Οπτικής, μας οδήγησε στον εντοπισμό ενός τέτοιου οπτικού φαινομένου-γρίφου. 4.1. Οι φωτεινές προβολές μέσω οπών: ένα «οπτικό παράδοξο» στην αρχαιότητα Στο, κατά πολλούς ψευδεπίγραφο*, Αριστοτελικό έργο Προβλήματα ο συγγραφέας διαπιστώνει ένα περίεργο οπτικό φαινόμενο: όταν το φως του ήλιου περνάει μέσα από ανοίγματα τυχαίων σχημάτων που δημιουργούν οι φυλλωσιές των δέντρων, δημιουργεί ένα φωτεινό αποτύπωμα στο έδαφος, το οποίο αλλάζει σχήμα ανάλογα με την απόσταση του ανοίγματος από το έδαφος. Έτσι, ενώ σε μικρή απόσταση έχει το σχήμα του ανοίγματος, όπως άλλωστε αναμένεται σύμφωνα με την ευθύγραμμη διάδοση των ηλιακών ακτίνων, σε μεγάλη απόσταση παίρνει το φαινόμενο σχήμα του ήλιου, γίνεται δηλαδή κυκλικό: “Όταν το φως του ήλιου διέρχεται μέσα από ορθογώνια, δεν δίνει σχήματα ορθογώνια αλλά κύκλους, όπως συμβαίνει επί παραδείγματι, στην περίπτωση των καλαμωτών. … Διότι είναι αναγκαίο το σχήμα που σχηματίζεται από τον ήλιο να περιέχεται εντός ευθειών, αν βέβαια οι ακτίνες είναι ευθείες. Όταν ευθείες συναντούν ευθεία δημιουργούν ευθύγραμμο σχήμα. Τούτο (θα πρέπει) να παρατηρείται και με τις ακτίνες του ήλιου. Προσπίπτουν πάνω στην ευθεία γραμμή της καλαμωτής ή του αντικειμένου μέσα από το οποίο περνούν και λάμπουν, είναι όμως και οι ίδιες ευθείες, οπότε η προβολή τους θα (πρέπει να) γίνει σε ευθεία γραμμή” (Αριστοτέλης 1995, ΙΕ, 911b, 1-13). Το εξηγητικό σχήμα που προτείνει ο συγγραφέας, στηρίζεται σε δύο παραδοχές: Πρώτον, οι φωτεινές ακτίνες σχηματίζουν έναν κώνο με βάση τη φωτεινή πηγή και κορυφή το άνοιγμα: “Μήπως επειδή η προβολή των οπτικών ακτίνων σχηματίζει κώνο και η βάση του κώνου είναι κύκλος, οπότε στο σημείο που συμβαίνει να προσπίπτουν και οι ακτίνες του ήλιου, εμφανίζονται κύκλοι;” (ό. π.). Δεύτερον, οι περιφερειακές ακτίνες που αγγίζουν τα όρια του ανοίγματος έχουν μικρότερη ένταση και είναι λιγότερες στο πλήθος από τις κεντρικές, με αποτέλεσμα να εξασθενούν σε μεγάλες αποστάσεις από την πηγή. Σε αυτή την περίπτωση το αποτύπωμα γίνεται αντιληπτό ως κύκλος (Σχ. 4.1): “Επειδή τα τμήματα των ακτίνων που αποσχίζονται, πηγαίνοντας προς τα άκρα των ευθειών, είναι αδύναμα, ό,τι βρίσκεται μέσα στις γωνίες δεν γίνεται αντιληπτό από την όρασή μας. Όσο μέρος της ευθείας περιέχεται μέσα στον κώνο ερεθίζει την όραση, το υπόλοιπο όμως δεν την ερεθίζει, αλλά οι ακτίνες προσπίπτουν (στα αντικείμενα) χωρίς να δημιουργούν αίσθηση. … Όταν λοιπόν το σχήμα είναι κοντά, μπορούμε να δούμε και ό,τι βρίσκεται στις γωνίες, όταν όμως αυτό απομακρυνθεί, δεν μπορούμε” (ό. π., 13-17 & 25-27).

* Aristotle: Problems. Trans. W. S. Hett (1952) & E. S. Forster (1963). Ο Hett τοποθετεί τον συγγραφέα στον 2ο π.Χ. αιώνα, μεταγενέστερο εκπρόσωπο της Περιπατητικής σχολής.

61

(Σχ. 4.1) Το φαινόμενο συνεπικουρείται και από μια σειρά άλλων οπτικών παρατηρήσεων, όπως για παράδειγμα η εντύπωση κύκλου που αποκομίζουμε για τα τετράγωνα σχήματα όταν τα παρατηρούμε από μεγάλη απόσταση, η ερμηνευτική δυσκολία των οποίων οδηγεί το συγγραφέα στην παραδοχή οπτικών ακτίνων (φωτεινών δηλαδή ακτίνων οι οποίες εκπέμπονται από το μάτι), ίδιας φύσης και συμπεριφοράς με αυτή των ηλιακών. Ένα ανάλογο φαινόμενο παρατηρεί και στη περίπτωση των ηλιακών εκλείψεων, όπου στο έδαφος αποτυπώνεται το ημισεληνοειδές σχήμα του ήλιου και όχι το σχήμα του ανοίγματος μέσα από το οποίο περνά το φως. Η εξήγηση όμως που δίνει εδώ ο συγγραφέας είναι διαφορετική. κινείται μέσα σε ένα πλαίσιο γεωμετρικών κανόνων και έρχεται σε αντίφαση με την προηγούμενη (Σχ. 4.2): “Γιατί κατά τις εκλείψεις του ήλιου, αν κάποιος παρατηρεί το φαινόμενο μέσα από κόσκινο ή φύλλα, όπως, επί παραδείγματι, φύλλα πλατάνου ή άλλου πλατύφυλλου δέντρου, ή αν σταυρώσει τα δάχτυλα του ενός χεριού με του άλλου, οι ακτίνες φαίνονται πάνω στο έδαφος μηνίσκοι; Ή μήπως επειδή, όπως ακριβώς αν πέφτει το φως μέσα από τετράγωνη οπή, παίρνει μορφή στρογγυλή και γίνεται κώνος; Αιτία είναι το ότι σχηματίζονται δύο κατακορυφήν κώνοι, ένας από τον ήλιο προς την οπή και ένας από εκεί προς το έδαφος. Όταν, λοιπόν, υπ’ αυτές τις συνθήκες, η ακτίνα από πάνω κοπεί από κύκλο,

62

θα δημιουργηθεί από την αντίθετη μεριά πάνω στο έδαφος μηνίσκος φωτός” (ό. π., 912b, 11-20).

(Σχ. 4.2)

Εάν ακολουθήσουμε το πρώτο εξηγητικό σχήμα των ασθενέστερων περιφερειακά ακτίνων, τότε το φωτεινό αποτύπωμα του μηνίσκου θα έπρεπε να είναι κυκλικό, ή περίπου κυκλικό, ανεξάρτητα από το σχήμα τόσο της πηγής όσο και της οπής. Αντίθετα, σύμφωνα με τη δεύτερη ερμηνεία, το σχήμα του μηνίσκου θα έπρεπε να διατηρείται σταθερό ανεξάρτητα από την απόσταση της οπής από το έδαφος. Ωστόσο και τα δύο σχήματα, παρά την εσωτερική αλλά και τη μεταξύ τους αντιφατικότητα, θα αποκτήσουν μια ισχυρή επεξηγηματική ισχύ και θα αποτελέσουν τη βάση πολλών μεταγενέστερων ερμηνειών, καθώς το φαινόμενο του σχηματισμού φωτεινών προβολών από οπές αποκτά με το χρόνο ιδιαίτερη σημασία τόσο στον αραβικό κόσμο όσο και στη Δύση. Ο λόγος είναι στενά συνυφασμένος με την συμπεριφορά του φωτός στον σκοτεινό θάλαμο, μια συσκευή που χρησιμοποιήθηκε για πολλούς αιώνες ως το πλέον αξιόπιστο όργανο αστρονομικών παρατηρήσεων ποιοτικού και ποσοτικού χαρακτήρα. 4.2. Η Ισλαμική Οπτική Μετά την παρακμή της αρχαίας ελληνικής επιστήμης τον 3ο μ.Χ. αιώνα και για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα, η επιστημονική έρευνα μεταλαμπαδεύεται στον αραβικό κόσμο. Στον τομέα της Οπτικής, Άραβες επιστήμονες και φιλόσοφοι χρησιμοποιούν εκτενώς τον σκοτεινό θάλαμο ως εργαλείο έρευνας της φύσης και της συμπεριφοράς

63

του φωτός, καθιστώντας τον σχεδόν αποκλειστικό όργανο ελέγχου της γεωμετρικής εκδοχής της Οπτικής, όπως αυτή θεμελιώθηκε από τον Ευκλείδη τον 3ο π.Χ. αιώνα. Τον 9ο μ.Χ. αιώνα ο Al-Kindi* γράφει μεταξύ άλλων και ένα έργο, του οποίου η λατινική μετάφραση De aspectibus άσκησε μεγάλη επίδραση στην ανάπτυξη της Οπτικής στη Δύση κατά τη διάρκεια του μεσαίωνα. Στο τελευταίο κεφάλαιο του έργου εξετάζει σε συντομία το ζήτημα των φωτεινών προβολών από οπές, σε μια προσπάθεια να αποδείξει πειραματικά την ευθύγραμμη διάδοση του φωτός. Σύμφωνα με την ανάλυσή του, μια φωτεινή πηγή συγκεκριμένων διαστάσεων εκπέμπει φως προς την οπή με τέτοιο τρόπο, ώστε τα όρια του φωτισμού σε μια οθόνη που βρίσκεται από πίσω, να καθορίζονται από τις ευθείες γραμμές που ξεκινούν από τα έσχατα σημεία της πηγής και αγγίζουν τα όρια της οπής (Lindberg 1976, p. 19-21) (Σχ. 4.3).

(Σχ. 4.3)

Μολονότι δεν αναφέρεται πουθενά στο σχήμα της φωτεινής προβολής, η ανάλυσή του αποκτά ιδιαίτερη σημασία καθόσον εμπεριέχει την ιδέα των γεωμετρικών ακτίνων, οι οποίες, ξεκινώντας από αυτοτελή σημεία της φωτεινής πηγής, διαδίδονται ευθύγραμμα και σχηματίζουν κώνους με βάση την οπή -μια ιδέα η οποία 8 αιώνες αργότερα θα οδηγήσει τον Kepler στην οριστική λύση του προβλήματος. Ο Al-Kindi χωρίς να το επιδιώκει, προχώρησε ένα βήμα προς τη λύση του γρίφου, λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος της οπής (Straker 1971, p. 65). Λίγο μετά το έργο του Al-Kindi κυκλοφορεί στη Δύση ένα έργο άγνωστου συγγραφέα με τίτλο De Speculis, η πατρότητα του οποίου αποδόθηκε μεταγενέστερα στον Ευκλείδη. Επρόκειτο για μια, ισλαμικής προέλευσης, συλλογή αξιωμάτων από την Οπτική του Ευκλείδη (3ος αι. π.Χ.), την Κατοπτρική του Ήρωνα (1ος αι. μ.Χ.) και την Κατοπτρική του Θέωνος από την Αλεξάνδρεια (4ος αι. μ.Χ) (Lindberg 1968, p. 159, Lejeune 1948, p. 10-11). Ο συγγραφέας του De Speculis, φανερά επηρεασμένος από το έργο του Al-Kindi, αποδέχεται στο 9ο αξίωμα του έργου του την αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός και αποδεικνύει ότι η φωτεινή προβολή του ήλιου από εκτεταμένη οπή θα έχει, σε κάθε περίπτωση, μέγεθος μεγαλύτερο από αυτό της οπής (Lindberg 1968, p. 160) (Σχ. 4.4). Στο 10ο αξίωμα μελετά το φαινόμενο της φωτεινής προβολής της έκλειψης του ήλιου από εκτεταμένη οπή και, υιοθετώντας τη θεωρία του διπλού κώνου όπως αυτή διατυπώθηκε στα Προβλήματα του Αριστοτέλη,

* Γεννήθηκε πιθανόν στα τέλη του 8ου αιώνα και πέθανε το 866 (Lindberg 1976, p. 18) ή το 873 (Μίχας 2001α, σ. 14). Το έργο του De aspectibus μεταφράστηκε από τα αραβικά στα λατινικά από τον Gerard της Cremona τον 12ο αιώνα (Lindberg 1968, p. 159).

64

αποδεικνύει ότι το ποσοστό σκίασης από την έκλειψη είναι το ίδιο τόσο στον ηλιακό δίσκο όσο και στη φωτεινή προβολή του.

(Σχ. 4.4)

Το πιο ενδιαφέρον ωστόσο σημείο του έργου βρίσκεται στο 11ο αξίωμα όπου πραγματεύεται ένα ζήτημα το οποίο, χωρίς να έχει άμεση σχέση με το φαινόμενο των φωτεινών προβολών, επηρέασε σημαντικά την Δυτική σκέψη κατά τον 13ο αιώνα -και ιδιαίτερα τη θεωρία του Witelo– στο θέμα αυτό. Ο συγγραφέας στηριγμένος σε γεωμετρικά θεωρήματα επιχειρεί να δείξει γιατί οι ηλιακές ακτίνες που προέρχονται από ένα σημείο του ήλιου, φαίνονται παράλληλες σε παρατηρητές που απέχουν λίγο μεταξύ τους. Το σχήμα της ανάλυσής του έχει ως εξής (Lindberg 1968, p. 161): Έστω δυο ισομήκεις ακτίνες ΑΒ και ΑΓ που προέρχονται από το ίδιο σημείο Α του ηλιακού δίσκου και σχηματίζουν γωνία μεταξύ τους. Αν σχεδιάσουμε ευθύγραμμα τμήματα παράλληλα προς τη βάση ΒΓ και ισαπέχοντα μεταξύ τους ΔΕ, ΖΗ και ΘΙ και στη συνέχεια φέρουμε τα κάθετα τμήματα ΔΣ, ΖΡ και ΘΝ προς τη βάση, μπορούμε να αποδείξουμε στηριγμένοι στην ισότητα παράλληλων τμημάτων που τέμνονται από παράλληλες ευθείες, ότι ο λόγος των ακραίων τμημάτων ΖΛ, ΘΗ και ΒΝ προς το συνολικό μήκος των βάσεων ΖΗ, ΘΙ και ΒΓ, βαίνει συνεχώς μειούμενος:

ΖΗΖΛ

> ΘΙΘΜ

> ΒΓΒΝ

(Σχ. 4.5). Το γεγονός ότι με την αύξηση της απόστασης από

την κορυφή, η διαρκής μείωση του λόγου τείνει να ελαχιστοποιήσει την τιμή του κλάσματος, οδηγεί το συγγραφέα στο συμπέρασμα ότι και οι διαστάσεις του ακραίου τμήματος ΒΝ σε μεγάλη απόσταση από τον ήλιο θα είναι αμελητέες, κάτι που βέβαια δεν ισχύει καθώς λόγω της ισότητας των τριγώνων ΔΖΛ, ΖΘΜ και ΘΒΝ το μήκος του τμήματος παραμένει σταθερό. Έτσι, ενώ ξεκινά από μια σωστή φυσική παρατήρηση, οδηγείται σε μια λανθασμένη μαθηματική γενίκευση, «αποδεικνύοντας» ότι οι ακτίνες οι οποίες ξεκινούν από ένα σημείο του ήλιου σε μεγάλη απόσταση ουσιαστικά παραλληλίζονται, μεταφέροντας επιπλέον και τον υπαινιγμό ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μεταξύ τους γωνία τόσο γρηγορότερα τείνουν να παραλληλιστούν (Straker 1971, p. 70). Η «απόδειξη» του De Speculis οδηγεί για πρώτη φορά στην ιστορία σε μια σιωπηρή –και ασφαλώς μη συνειδητή– απόκλιση

65

από την αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός, γεγονός που δημιούργησε περισσότερα προβλήματα από όσα ενδεχομένως έλυσε.

(Σχ. 4.5)

Η πρώτη συστηματική μελέτη του φαινομένου των φωτεινών προβολών από οπές γίνεται στα τέλη του 10ου αιώνα από τον Al-Haytham*. Η εξέχουσα αυτή μορφή της ισλαμικής επιστήμης διατύπωσε τις αρχές που διέπουν το φαινόμενο, στηριγμένος σε ένα θεωρητικό πλαίσιο το οποίο έθεσε τα θεμέλια για την ανάπτυξη της σύγχρονης Οπτικής. Τα βασικά σημεία της οπτικής θεωρίας του μπορούν να συνοψισθούν στις ακόλουθες προτάσεις: • Το φως εκπέμπεται από τα αυτόφωτα και επανεκπέμπεται (δεν ανακλάται) από

τα ετερόφωτα σώματα με τον ίδιο τρόπο. Επομένως οι ιδιότητες που εμφανίζει κατά τη διάδοσή του δεν εξαρτώνται από την πηγή προέλευσής του.

• Οι ακτίνες του φωτός αποτελούν απλά γεωμετρικά κατασκευάσματα, χρήσιμα για την απόδειξη των ιδιοτήτων της διάδοσής του. χρησιμεύουν ως μαθηματικό εργαλείο, δεν έχουν όμως καμία φυσική υπόσταση.

• Ο μηχανισμός της όρασης είναι μια διαδικασία πρόσληψης. Ο οπτικός κώνος των μαθηματικών θεωριών της όρασης (όπως αυτές του Ευκλείδη και του Πτολεμαίου), με βάση το φωτεινό αντικείμενο και κορυφή το κέντρο του ματιού εξακολουθεί να ισχύει, η εκπομπή όμως της ακτινοβολίας αλλάζει κατεύθυνση και γίνεται αποκλειστικά από το αντικείμενο προς το μάτι.

• Η εκπομπή του φωτός από τα ορατά αντικείμενα αποτελεί μια μη συνεκτική διαδικασία. Αντίθετα από τις ολιστικές θεωρίες πρόσληψης των αρχαίων ατομικών φιλοσόφων (Λεύκιππος, Δημόκριτος, Επίκουρος, Λουκρήτιος), όπου το φωτεινό αντικείμενο εκπέμπει συνολικά ένα υλικό είδωλο, για τον Al-

* Γεννήθηκε το 965 και πέθανε το 1039. Έγινε γνωστός στη Δύση με την εκλατινισμένη μορφή του ονόματός του ως Alhazen.

B

Δ

Ζ

Θ

Ε

Η

Ι

Λ

Μ

Ν Ρ Σ

Α

Γ

66

Haytham κάθε σημείο του ορατού αντικειμένου ακτινοβολεί ανεξάρτητα και προς κάθε κατεύθυνση. Η νέα αυτή αντίληψη, θεμελιώδες χαρακτηριστικό της σύγχρονης οπτικής θεωρίας, είχε διαμορφωθεί προγενέστερα από τον Al-Kindi και υιοθετήθηκε (ή διατυπώθηκε ανεξάρτητα) από τον Αλ-Χαϊθάμ (Lindberg 1997, σ. 438-442).

Αν και η θεωρία της όρασης αποτέλεσε τον πυρήνα της οπτικής θεωρίας του Al-Haytham, τα ενδιαφέροντά του επεκτάθηκαν σε όλο σχεδόν το φάσμα των οπτικών φαινομένων. Ανέλυσε τη φύση της ακτινοβολίας, μελέτησε μαθηματικά το σχηματισμό ειδώλου από ανάκλαση και διάθλαση, ενσωμάτωσε στη θεωρία του τις ανατομικές και φυσιολογικές απόψεις της παράδοσης του Γαληνού και συζήτησε με σοβαρότητα την ψυχολογία της οπτικής αντίληψης. Συμπερασματικά, κατόρθωσε να συνδυάσει τα πλεονεκτήματα όλων των εναλλακτικών θεωριών και να συνενώσει τη μαθηματική και τη φυσική προσέγγιση της όρασης σε μια μόνο θεωρία (ό. π.). Μέσα από το έργο του Al-Haytham η Οπτική γίνεται πλέον η επιστήμη του φωτός. Με το φαινόμενο των φωτεινών προβολών από οπές ο Al-Haytham ασχολείται σε δύο έργα του. Στην Οπτική (Al-manazir)* εξετάζει την περίπτωση της σημειακής οπής περιγράφοντας το ακόλουθο πείραμα (το οποίο ουσιαστικά ισοδυναμεί με αυτό που αργότερα ονομάστηκε στη Δύση «πείραμα του σκοτεινού θαλάμου» -camera obscura): “Η απόδειξη ότι οι φωτεινές ακτίνες και τα χρώματα δεν αναμιγνύονται στον αέρα ή σε διάφανα σώματα, συνάγεται από το γεγονός ότι αν τοποθετήσουμε μια σειρά κεριών σε διαδοχικές διακριτές θέσεις και τοποθετήσουμε μπροστά τους ένα αδιαφανές εμπόδιο με μια οπή που οδηγεί σε ένα σκοτεινό χώρο και στον χώρο αυτό πίσω από την οπή υπάρχει ένας τοίχος, τα φωτεινά αποτυπώματα των κεριών εμφανίζονται στον τοίχο διακριτά και ακολουθούν τη σειρά των κεριών. Και κάθε ένα από αυτά (τα αποτυπώματα) εμφανίζεται ακριβώς απέναντι από κάθε κερί, κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής που περνά από την οπή. Εάν καλύψουμε κάποιο κερί, μόνο το αντίστοιχο φωτεινό αποτύπωμά του θα σβήσει. Και εάν το αποκαλύψουμε ξανά, το φως επιστρέφει. Επομένως οι ακτίνες δεν αναμιγνύονται στον αέρα, αλλά κάθε μια από αυτές διαδίδεται σε ευθεία γραμμή” (Lindberg 1968, p. 154) (Σχ. 4.6).

(Σχ. 4.6)

* Μεταφράστηκε στα Λατινικά ως De Aspectibus ή Perspectiva, τέλη 12ου ή αρχές 13ου αιώνα από άγνωστο (Lindberg 1967, p. 333).

67

Σύμφωνα με τον συγγραφέα, οι ακτίνες του φωτός που διαπερνούν τη σημειακή οπή παραμένουν διακριτές πίσω απ’ αυτήν και κάθε μία αποτυπώνει το στίγμα της στην οθόνη. Θεωρώντας λοιπόν το σύνολο των κεριών ως ένα ενιαίο φωτεινό αντικείμενο, τότε είναι φανερό ότι στην οθόνη –ανεξάρτητα από την απόστασή της από την οπή- θα εμφανιστεί η μορφή του σώματος, ανάστροφη και ανάποδη. Στην περίπτωση της φωτεινής προβολής εκτεταμένης πηγής από σημειακή οπή, το πρόβλημα είχε λυθεί βασισμένο στη θεωρία της μη συνεκτικής εκπομπής και στην αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης. Με την περίπτωση της φωτεινής προβολής από ευρεία οπή ο Al-Haytham ασχολείται στο μεταγενέστερο έργο του Εικόνες των εκλείψεων (On the shape of the eclipse). Το απόσπασμα που ακολουθεί είναι χαρακτηριστικό της ανάλυσής του: “Από κάθε σημείο Π ενός φωτεινού σώματος το φως εκπέμπεται σε ευθείες γραμμές που ξεκινούν από το σημείο αυτό. Όταν το φως προσπέσει σε οπή σχήματος L που σχηματίζεται σε ένα αδιαφανές σώμα, (τότε) σχηματίζει κώνο, η κορυφή του οποίου είναι το Π και η βάση του το L. Καθώς το φως διαδίδεται μέσω της οπής προς την επιφάνεια ενός τοίχου W, τότε εμφανίζεται στον τοίχο φωτεινό αποτύπωμα στο σχήμα της οπής L. Στην περίπτωση του ήλιου, από κάθε σημείο της επιφάνειάς του, ξεκινά ένας κώνος φωτός και καταλήγει στον τοίχο με το σχήμα της οπής. … Μια συνεχής σκιά περιβάλλει όλες αυτές τις κωνικές δέσμες. είναι η σκιά του αδιαφανούς σώματος που περιβάλλει την οπή” (Straker 1971, p. 83). Η περιγραφή θέτει το σωστό πλαίσιο για τη μελέτη του προβλήματος. Ωστόσο αυτή είναι και η μόνη αναφορά στο συνολικό ζήτημα του σκοτεινού θαλάμου. Προκειμένου να απαντήσει στα ζητήματα του πραγματικού μεγέθους και του σχήματος της προβολής, ο Al-Haytham καταφεύγει σε μια ειδική περίπτωση του προβλήματος, όπου τη φωτεινή πηγή αποτελεί ο ήλιος σε συνθήκες μερικής έκλειψης (δηλαδή όταν η πηγή έχει το σχήμα μηνίσκου) και η οπή έχει σχήμα κύκλου. Η φωτεινή προβολή θεωρεί ότι μπορεί να μελετηθεί τότε με δύο διαφορετικούς τρόπους: είτε ως σύνθεση των φωτεινών μηνίσκων που προκύπτουν θεωρώντας την εκτεταμένη οπή ως άθροισμα άπειρων σημειακών οπών σε συνδυασμό με τη θεωρία του διπλού κώνου, είτε ως σύνθεση των φωτεινών κύκλων που προκύπτουν από τη θεώρηση του ηλιακού μηνίσκου ως άθροισμα άπειρων φωτεινών σημείων: “Το φωτεινό αποτύπωμα στον τοίχο W, αποτελεί μια σύνθεση των ανεξάρτητα διαδιδόμενων μηνίσκων ή των αντίστοιχων κύκλων (των προβολών δηλ. της οπής από κάθε σημείο του ήλιου). Τα όρια του συνολικού φωτεινού αποτυπώματος καθορίζονται από τις παρυφές αυτών των κύκλων, ή από τα μέρη των τόξων που περιβάλλουν τους μηνίσκους” (ό. π., p. 84) (Σχ. 4.7 & 4.8).

(Σχ. 4.7)

68

(Σχ. 4.8)

Οι δύο απεικονίσεις θεωρούνται ισοδύναμες. Ωστόσο ο Al-Haytham στρέφει την προσοχή του στην πρώτη απεικόνιση, θεωρώντας την ως πλέον πρόσφορη. Η μέθοδος που χρησιμοποιεί για τον προσδιορισμό του σχήματος και του μεγέθους της συνολικής εικόνας της προβολής, στηρίζεται στον βαθμό διαχωρισμού των κέντρων καμπυλότητας των τόξων (εσωτερικών και εξωτερικών) των μηνίσκων των προβολών. Όσο μακρύτερα είναι η πηγή (ή ισοδύναμα όσο μικρότερη η οπή), τόσο μικρότερη η διασπορά, όσο πλησιέστερα, τόσο μεγαλύτερη. Εφαρμόζοντας τη μέθοδο για διαφορετικές αποστάσεις της οθόνης από την οπή και για διαφορετικά μεγέθη οπών, αποδεικνύει ότι σε μεγάλες αποστάσεις (ή ισοδύναμα από οπή μικρών διαστάσεων), η φωτεινή προβολή έχει σχήμα που πλησιάζει το ημισεληνοειδές σχήμα του ήλιου. Σε μικρή απόσταση (ή ισοδύναμα από οπή μεγάλων διαστάσεων), το φως γεμίζει ένα μεγάλο τμήμα της σκοτεινής περιοχής του μηνίσκου και πρακτικά φαίνεται κυκλικό (Μίχας 2001α, σ. 46-49). Επιχειρώντας να αποτιμήσουμε το μέγεθος της προσφοράς του Al-Haytham στην προσπάθεια επίλυσης του γρίφου του σκοτεινού θαλάμου, οφείλουμε να δεχτούμε ότι μια θεωρία που δίνει ένα ικανοποιητικό μοντέλο ερμηνείας σε ένα πρόβλημα, θα πρέπει να μπορεί να απαντήσει επαρκώς και στο γενικότερο δυνατό ερώτημα που θέτει το πρόβλημα, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις δυνατές παραμέτρους που υπεισέρχονται και εφαρμόζοντας για όλες τις περιπτώσεις ένα ενιαίο σύστημα αρχών, αξιωμάτων και παραδοχών. Ο Al-Haytham έδωσε μια απόλυτα ικανοποιητική ερμηνεία στην περίπτωση της φωτεινής προβολής που σχηματίζεται από εκτεταμένη φωτεινή πηγή και σημειακή οπή. Μολονότι είναι φανερό πως ήταν κάτοχος του θεωρητικού οπλοστασίου που θα του επέτρεπε μια συνολική λύση μέσω μιας ενιαίας αντιμετώπισης, δεν κατάφερε να επεκτείνει την ίδια ανάλυση και στην περίπτωση κατά την οποία η οπή έχει μη αμελητέες διαστάσεις. Αφενός έμεινε δέσμιος το μοντέλου του διπλού κώνου όπως αυτό περιγράφεται στο ψευδο-Αριστοτελικό σύγγραμμα και αφετέρου περιόρισε τη γενικότητα του προβλήματος σε μία μόνο ειδική περίπτωση, αν και η μέθοδός του δείχνει επεκτάσιμη και σε άλλες περιπτώσεις. Επί πλέον το On the shape of the eclipse κυκλοφόρησε στη Δύση με πολύ μεγάλη καθυστέρηση, στις αρχές του 20ου αιώνα*. Ο σκοτεινός θάλαμος θα παρέμενε ένα «οπτικό παράδοξο» για έξι ακόμη αιώνες, μέχρι να βρει την οριστική του λύση μέσα από το έργο του Kepler. * Μεταφράστηκε για πρώτη φορά από τα Αραβικά στα Γερμανικά μόλις το 1914 από τον Eilhard Wiedemann (Lindberg 1968, p. 155 & Straker 1971, p. 555).

69

4.3. Η Μεσαιωνική Οπτική Τρεις επιστήμονες στο δεύτερο μισό του 13ου αιώνα ασχολούνται με το πρόβλημα των φωτεινών προβολών από εκτεταμένες οπές: Ο Roger Bacon, ο John Pecham και ο Witelo. Θεωρώντας πως όλες οι αρχαίες και αραβικές αυθεντίες συμφωνούσαν σε θεμελιώδες επίπεδο, προσπαθούν να συμβιβάσουν τις οπτικές θεωρίες συγγραφέων που παρουσιάζουν μεγάλες διαφορές, όπως ο Αριστοτέλης, ο Ευκλείδης, ο Al-Haytham και οι νεοπλατωνικοί, δημιουργώντας την «οπτική σύνθεση» του ύστερου μεσαίωνα, δηλαδή την μαθηματική παράδοση της Οπτικής που χαρακτηρίστηκε ως «Προοπτική» (Perspectiva). Πρωτοπόρος στην προσπάθεια διαμόρφωσης μιας ενοποιημένης φυσικής φιλοσοφίας, υπήρξε στις αρχές του ίδιου αιώνα ο Άγγλος λόγιος της Οξφόρδης Robert Grosseteste (περ.1168 - 1253). Ο Grosseteste, μολονότι δεν ασχολήθηκε ειδικά με το πρόβλημα των φωτεινών προβολών, διατύπωσε μία θεωρία σχετικά με τη φύση και τον τρόπο διάδοσης του φωτός –τη θεωρία του πολλαπλασιασμού των δυνάμεων (multiplication of species)-, η οποία επηρέασε σημαντικά τη μεσαιωνική φιλοσοφία και υιοθετήθηκε σε μεγάλο βαθμό από τους διαδόχους του (Crombie 1989, σ. 112). Σύμφωνα με την νεοπλατωνικής προέλευσης αυτή θεωρία, το σύμπαν γίνεται αντιληπτό ως ένα τεράστιο δίκτυο δυνάμεων, μέσα στο οποίο κάθε αντικείμενο επιδρά στα γειτονικά του αντικείμενα μέσω της ακτινοβολίας μιας προσίδιας δύναμης (species)*, η οποία κατά κάποιο τρόπο μοιάζει με το αντικείμενο που την εκπέμπει: “…Μια φυσική δράση μεταφέρει (πολλαπλασιάζει) τη δύναμή της από τον πομπό στον δέκτη. Αυτή η δύναμη άλλες φορές καλείται προσίδια (species), άλλες φορές καλείται ομοίωμα, αλλά αντιπροσωπεύει πάντα το ίδιο πράγμα ανεξάρτητα από το πώς ονομάζεται” (Grant 1974, p. 385). Στην περίπτωση της φωτεινής ακτινοβολίας, το φως και το χρώμα δεν αποτελούν παρά συγκεκριμένες εκφάνσεις αυτής της καθολικής δύναμης. Η διαφορά των species από τα αρχαία «είδωλα» των ατομικών φιλοσόφων συνίσταται στο μη υλικό χαρακτήρα τους. Δεν πρόκειται δηλαδή για λεπτές υλικές μεμβράνες που εκτοξεύονται από την εξωτερική επιφάνεια των σωμάτων και ταξιδεύουν στο χώρο μεταφέροντας ολιστικά τη μορφή του φωτεινού σώματος, αλλά για δράσεις που μεταβιβάζονται από σημείο σε σημείο σε ένα δεδομένο μέσο. Η διάδοσή τους μοιάζει περισσότερο με τη διάδοση των κυμάτων παρά με την κίνηση μικρών βλημάτων, γεγονός που τις φέρνει πιο κοντά από εννοιολογική άποψη στις «μορφές του φωτός και των χρωμάτων» (forms of light and colors) του Al-Haytham (Lindberg 1967). O Roger Bacon (περ.1214 – περ.1292), διάδοχος του Grosseteste στην Οξφόρδη, ασχολείται με τις φωτεινές προβολές θεωρώντας το φαινόμενο απλά ένα χρήσιμο μεθοδολογικό εργαλείο για τη μελέτη και τον έλεγχο των γεωμετρικών τρόπων διάδοσης του φωτός, θέμα προς το οποίο στρέφει και το κύριο ερευνητικό του ενδιαφέρον. Στα δύο πρώτα έργα του, που γράφτηκαν τέλη δεκαετίας 1250 με αρχές δεκαετίας 1260, πραγματεύεται το ζήτημα με μεταφυσικό τρόπο, φανερά επηρεασμένος από τον Χριστιανικό Νεοπλατωνισμό που κυριαρχεί στη Δύση μετά τον Αυγουστίνο, δίνοντας ερμηνείες που δεν μπορούν να ενταχθούν σε ένα ενιαίο επεξηγηματικό πλαίσιο. Έτσι στο έργο του Opus majus αποδίδει στο φως μια ενδογενή φυσική τάση να διαδίδεται με σφαιρικό τρόπο, που έχει ως αποτέλεσμα την αποτύπωσή του σε κυκλικά σχήματα όταν συναντά εμπόδια. Μπορεί υπό την * Στην Δυτική παράδοση ο όρος «species» παραπέμπει ετυμολογικά στην «οπτική μορφή» ή στην «εικόνα» του αντικειμένου (Lindberg 1976, p. 250). Η ελληνική απόδοση «προσίδια δύναμη» οφείλεται στον Ηλία Μαρκολέφα, μεταφραστή του έργου του Lindberg Οι απαρχές της Δυτικής Επιστήμης, εκδόσεις ΕΜΠ, 1997.

70

επίδραση κάποιων εξωτερικών παραγόντων να χάνει αυτή τη μορφή του, αλλά έχει από μόνο του την δυνατότητα να ξανακερδίζει το «καθαρό» του σχήμα: “…όταν το φως του ήλιου περνά από ένα μικρό άνοιγμα τριγωνικού ή πολυγωνικού σχήματος, χάνει τη σφαιρική μορφή του. Επειδή όμως οι πλευρές του ανοίγματος δεν απέχουν πολύ μεταξύ τους, είναι ικανό σε μικρή απόσταση να ξανακερδίζει τη μορφή του. Όταν περνά μέσα από μεγάλο άνοιγμα, δεν μπορεί τόσο εύκολα. Ωστόσο θα ξαναβρεί το σχήμα του σε μεγάλη απόσταση” (Bacon 1962, p. 136-137). Αυτός είναι και ο ένας από τους δύο λόγους για τους οποίους κοντά στην οπή η προβολή έχει το σχήμα της οπής, ενώ σε μεγαλύτερη απόσταση ξαναπαίρνει το σχήμα του ήλιου. Ο δεύτερος λόγος συναρτά το σχήμα της προβολής με την ένταση των φωτεινών ακτίνων και αναφέρεται στο έργο του De multiplicatione specierum. Σύμφωνα με αυτή την εκδοχή, το μεσημέρι που οι ηλιακές ακτίνες είναι ισχυρότερες δίνουν κυκλικό σχήμα, ενώ το πρωί ή το απόγευμα που είναι ασθενέστερες, δίνουν ευκολότερα τριγωνικά ή πολυγωνικά σχήματα (Lindberg 1968, p. 163). Είναι φανερό ότι για τον Bacon ο σχηματισμός κυκλικής προβολής από πολυγωνικές οπές δεν είναι αποτέλεσμα της ευθύγραμμης διάδοσης, αλλά συνάρτηση είτε της τάσης του φωτός για κυκλικότητα στη διάδοση, είτε της έντασής του. Η μόνη, σε μαθηματική βάση, μελέτη του προβλήματος που βρίσκουμε τόσο στο Opus majus όσο και στο De multiplicatione specierum στερείται εγκυρότητας καθώς αναφέρεται σε ένα καθαρά υποθετικό πείραμα. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο του διπλού κώνου με κορυφή στην οπή από τα Αριστοτελικά Προβλήματα, τοποθετεί την οθόνη σε απόσταση από την οπή, ίση με την απόσταση ήλιου-οπής. Η φαινόμενη ισότητα των δύο κώνων, δίνει ισότητα και στις δύο βάσεις της, άρα η προβολή θα είναι κυκλική. Στην περίπτωση βέβαια αυτή, ο Bacon λύνει το πρόβλημα ουσιαστικά αγνοώντας το, καθώς σε τέτοιες τάξεις μεγέθους, αφενός η οπή καθίσταται σημειακή και αφετέρου δεν εξηγείται η αλλαγή του σχήματος κοντά στην οπή. Ωστόσο στο τρίτο έργο του De speculis comburentibus, που γράφτηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1270, δημιουργεί ένα συνεπές πλαίσιο εξήγησης, στηριγμένο σε καθαρά γεωμετρικές βάσεις. Εδώ ο Bacon διατυπώνει πέντε διαφορετικές υποθέσεις για τον τρόπο διάδοσης της ηλιακής ακτινοβολίας, περιορίζοντας τη γενικότητα του προβλήματος στην περίπτωση σφαιρικής πηγής (ήλιος) και τριγωνικής οπής (Lindberg 1970b): 1. Το φως διαδίδεται με παράλληλες ακτίνες (Σχ. 4.9).

(Σχ. 4.9)

Σε αυτήν την περίπτωση το φως ξεκινά από ένα μέρος του ήλιου, ίδιου σχήματος και μεγέθους με την τριγωνική οπή και δημιουργεί τριγωνική προβολή σταθερού μεγέθους και σχήματος πίσω και πέρα από την οπή.

71

2. Οι ακτίνες διασταυρώνονται στον ήλιο (Σχ. 4.10).

(Σχ. 4.10)

Η φωτεινή προβολή έχει σταθερό τριγωνικό σχήμα και βαθμιαία αυξανόμενο μέγεθος. 3. Οι ακτίνες διασταυρώνονται σε ένα σημείο μεταξύ ήλιου και οπής (Σχ. 4.11).

(Σχ. 4.11)

Τα φωτεινά αποτελέσματα είναι ίδια με την προηγούμενη περίπτωση. 4. Οι ακτίνες διασταυρώνονται στο κέντρο του τριγωνικού ανοίγματος (Σχ. 4.12).

(Σχ. 4.12)

Το φως διαδίδεται με τη μορφή κώνου πέρα από την οπή και η προβολή έχει σταθερό κυκλικό σχήμα και βαθμιαία αυξανόμενο μέγεθος.

72

5. Οι ακτίνες διασταυρώνονται σε ένα σημείο πέρα από την οπή (Σχ. 4.13).

(Σχ. 4.13)

Το φως διαδίδεται με τη μορφή τριγωνικής πυραμίδας πίσω από την οπή και η προβολή έχει σταθερό τριγωνικό σχήμα και βαθμιαία ελαττούμενο μέγεθος. Καθώς οι τρεις πρώτοι τρόποι διάδοσης αντιτίθενται στα παρατηρησιακά δεδομένα του πειράματος, μόνο ο συνδυασμός των δύο τελευταίων τρόπων είναι ικανός, κατά τον Bacon, να εξηγήσει πειστικά το φαινόμενο. Έτσι, καταλήγει σε μία σύνθεση, η οποία μπορεί να παρουσιασθεί ως εξής: Αν θεωρήσουμε την τριγωνική πυραμίδα και τον κώνο μαζί, παρατηρούμε ότι τέμνονται στη θέση ΙΚ. Πριν από τη θέση αυτή, η προβολή είναι τριγωνική και βαθμιαία μειούμενου μεγέθους καθώς η πυραμίδα καλύπτει τον κώνο. Το αντίστροφο συμβαίνει από την τομή ΙΚ και πέρα. Η προβολή είναι πλέον κυκλική και αυξανόμενου μεγέθους (Σχ. 4.14).

(Σχ. 4.14)

Η ανάλυση αυτή λύνει φαινομενικά το πρόβλημα (έστω και με την παράδοξη παραδοχή της αρχικής στένωσης της δέσμης), ωστόσο έρχεται σε φανερή αντίφαση με την ήδη αποδεκτή αρχή της μη συνεκτικής εκπομπής, σύμφωνα με την οποία κάθε σημείο του ηλιακού δίσκου εκπέμπει φωτεινές ακτίνες προς όλες τις κατευθύνσεις και επομένως κάθε σημείο της οπής δέχεται ακτίνες από κάθε σημείο του ήλιου. Στην προσπάθειά του να συμβιβάσει την απαραίτητη συνεισφορά και των τριών πρώτων τρόπων διάδοσης στην τελική διαμόρφωση του σχήματος, υιοθετεί το επιχείρημα των Προβλημάτων: Σε κανένα σημείο των περιφερειακών ακτίνων που εκτείνονται πέρα από τα όρια του συνδυασμού των δύο υπεύθυνων κώνων (π.χ. ΑΓ και ΒΔ), δεν

A

BK

I

Γ

Δ

73

καταλήγουν κορυφές φωτεινών κώνων που έχουν ως βάση τον ήλιο, λόγω της αποκοπής τους από το αδιαφανές σώμα που περιβάλλει την τριγωνική οπή. Επομένως αυτές οι ακτίνες δεν ενισχύονται από τον ήλιο ως απομονωμένες, εξασθενούν και αδυνατούν να συνεισφέρουν στην οπτική αντίληψη. Στην πραγματικότητα λοιπόν για τον Bacon, το σχήμα της φωτεινής προβολής σε οποιαδήποτε απόσταση από την οπή είναι τριγωνικό. Εμείς όμως το αντιλαμβανόμαστε ως κυκλικό, λόγω της αδυναμίας των περιφερειακών ακτίνων να ερεθίσουν την οπτικά ευαίσθητη περιοχή των ματιών. Ο Bacon μολονότι υιοθέτησε στο οπτικό του έργο σχεδόν συνολικά τις αρχές που διατύπωσε ο Al-Haytham, στην περίπτωση των φωτεινών προβολών έμεινε δέσμιος της Αριστοτελικής παράδοσης. Ακόμη και όταν διατυπώνει ρητά την πεποίθησή του για την διάδοση της φωτεινής ακτινοβολίας με μη συνεκτικό τρόπο, πάντα βρίσκει λόγους να επιστρέψει στο πυραμιδικό μοντέλο, απορρίπτοντας ως μη ορατές όλες εκείνες τις ακτίνες που αποτελούν μέρος πυραμίδων των οποίων ο άξονας δεν είναι κάθετος στο φωτιζόμενο σώμα (οθόνη). Μέσα από την ανάλυσή του είναι φανερή η απόδοση μιας προνομιακής συμπεριφοράς του φωτός σε μια ορισμένη διεύθυνση διάδοσης. αυτήν που είναι παράλληλη στον νοητό άξονα που συνδέει την πηγή με το αντικείμενο. Ο John Pecham (περ.1235 - 1292), μαθητής του R. Bacon, ασχολήθηκε με το πρόβλημα των φωτεινών προβολών σε τρία έργα του, ακολουθώντας εν πολλοίς την ίδια πορεία σκέψης με το δάσκαλό του. Από την μεταφυσική εκδοχή της ενεργού κυκλικότητας ως βασικής ιδιότητας του φωτός, στην αυστηρή μαθηματική ανάλυση. Στο πρώτο έργο του Tractatus de perspectiva εκφράζει την άποψη ότι όλα τα σώματα έχουν μια φυσική τάση προς το κυκλικό σχήμα (για παράδειγμα οι σταγόνες του νερού) διότι “…τα επί μέρους τμήματα ενός όλου προστατεύονται και υποστηρίζονται καλύτερα, ενοποιούμενα μεταξύ τους. …όσο για το φως, καθώς είναι περισσότερο ενεργό, απαιτεί ένα κυκλικό σχήμα για τον εαυτό του. Όσο μεγαλύτερες είναι οι διαστάσεις της πολυγωνικής οπής, τόσο περισσότερο απέχουν από τον κύκλο και επομένως τόσο μεγαλύτερη και η απαιτούμενη απόσταση για να ξανακερδίσει το φυσικό του σχήμα” (Lindberg 1968, p. 168). Στο δεύτερο και πλέον διαδεδομένο έργο του Perspectiva communis αφιερώνει ένα μεγάλο μέρος στην απόρριψη, μέσα από βάσιμα επιχειρήματα, δύο προγενέστερων εξηγητικών σχημάτων. Το πρώτο είναι το Αριστοτελικό μοντέλο, που αποδίδει την κυκλικότητα της προβολής στο κυκλικό σχήμα του ήλιου ανεξάρτητα από το σχήμα της οπής (θεωρία του διπλού κώνου και αναγωγή του φαινομένου στην περίπτωση της σημειακής οπής) και το δεύτερο είναι το μοντέλο των αόρατων περιφερειακών ακτίνων των Bacon - Αριστοτέλη. Παρά την φανερή αποδοχή του μη συνεκτικού τρόπου εκπομπής και του πυραμιδικού μοντέλου (Straker 1971, p. 125), δεν κατορθώνει να ξεπεράσει την κυρίαρχη αντίληψη της ενεργού κυκλικής δραστηριότητας του φωτός, την οποία έρχεται να ενισχύσει με καλύτερα διατυπωμένους όρους: “…είναι αδύνατον να αποδώσουμε το φαινόμενο αποκλειστικά και μόνο στο είδος της εκπομπής (ευθύγραμμη διάδοση). Το σφαιρικό σχήμα συνδέεται με τη φύση του φωτός και είναι σε αρμονία με όλα τα σώματα του κόσμου. Το φως τείνει φυσιολογικά προς το κυκλικό σχήμα, το οποίο βαθμιαία αποκτά, καθώς διαδίδεται σε μεγάλη απόσταση” (Lindberg 1968, p. 169). Ο Pecham υποβαθμίζει την αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης προς όφελος ενός ισχυρότερου νόμου, αυτού της ενεργού κυκλικότητας. Στην αναθεωρημένη ωστόσο έκδοση του ίδιου έργου που γράφτηκε λίγο αργότερα, στρέφεται προς μια μαθηματική ανάλυση του προβλήματος, υποστηρίζοντας πως η μοναδική αποδεκτή λύση θα πρέπει να διέπεται αποκλειστικά από την αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης. Έτσι, υιοθετώντας το μοντέλο εκπομπής του διπλού κώνου, τονίζει ότι σχηματίζονται άπειροι τέτοιοι

74

κώνοι με κοινή βάση τον ήλιο και κορυφές όλα τα σημεία του χώρου πριν, επί, και μετά την οπή. Το τελικό σχήμα της προβολής όμως καθορίζεται από εκείνο το διπλό κώνο που σχηματίζει την μεγαλύτερη κατακορυφήν γωνία, καλύπτοντας ουσιαστικά όλους τους άλλους και του οποίου οι έσχατες ακτίνες αγγίζουν τα όρια της οπής (ό. π., p. 170-172). Εφόσον οι ακτίνες αυτές διαδίδονται ευθύγραμμα επ’ άπειρον, δεν μπορεί παρά τριγωνικού σχήματος οπή να δίνει τριγωνική προβολή σε οποιαδήποτε απόσταση, ερμηνεία που ουσιαστικά ταυτίζεται με το 3ο εξηγητικό σχήμα του Bacon (Σχ. 4.10). Το σχήμα βέβαια αυτό δεν είναι ικανό να εξηγήσει την κυκλική μορφή της προβολής σε μεγάλες αποστάσεις. Η εξήγηση θα δοθεί στο τρίτο έργο του Tractatus de sphera, στο οποίο υποστηρίζει ότι η φωτεινή ακτινοβολία που είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό της προβολής προκύπτει από τη σύνθεση δύο ανεξάρτητων συνιστωσών ακτινοβολιών. Η πρώτη (πρωτογενής) εκπέμπεται απευθείας από τον ήλιο σε κωνική μορφή και, όπως ορίζει η γεωμετρία, δίνει στην προβολή το σχήμα της οπής. Η δεύτερη (δευτερογενής ή δευτερεύουσα), παράγεται από την πρώτη και διαχέεται έξω από τον κορμό της πρωτογενούς. Η επίδρασή της είναι υπεύθυνη για το κυκλικό σχήμα της προβολής: “…καλώ πρωτογενές φως, το φως που εκπέμπεται απευθείας από τον ήλιο (ή την πηγή) και δευτερογενές φως, το φως που βρίσκεται έξω από τις προσπίπτουσες ακτίνες (όπως το φως που μπαίνει σε ένα σπίτι από τη νότια πλευρά του, ενώ ο ήλιος βρίσκεται στη βόρεια πλευρά)” (ό. π., p. 174). Όταν λοιπόν το ηλιακό φως προσπίπτει σε οπή πολυγωνικού σχήματος, η πρωτογενής και η δευτερογενής ακτινοβολία αλληλεπιδρούν. Σε μικρή απόσταση, υπερισχύει η πρώτη και η προβολή παίρνει το σχήμα της οπής. Σε μεγαλύτερη απόσταση, υπερισχύει η δεύτερη και το σχήμα μετατρέπεται σε κύκλο. Με το ίδιο εξηγητικό σχήμα προσπαθεί να ερμηνεύσει και το ημισεληνοειδές σχήμα της προβολής στην περίπτωση της μερικής έκλειψης. Η δευτερογενής ακτινοβολία σε αυτή την περίπτωση είναι ασθενής λόγω της απόκρυψης μέρους του ήλιου από τη σελήνη και έτσι κυριαρχεί η πρωτογενής. Πώς όμως εξηγείται στην περίπτωση αυτή το γεγονός ότι η πρωτογενής ακτινοβολία αποτυπώνει το σχήμα της πηγής και όχι το σχήμα της οπής; Για να βγει από το αδιέξοδο του συλλογισμού του παλινωδεί, επιστρατεύοντας εκ νέου το επιχείρημα των αόρατων περιφερειακών ακτίνων το οποίο είχε προγενέστερα επιμελώς απορρίψει. Έχοντας προφανώς και ο ίδιος επίγνωση των αντιφάσεων της θεωρίας του, δεν διστάζει να δηλώσει κλείνοντας τη μελέτη του θέματος: “…και δεν πρόκειται να ζηλέψω κανέναν που θα διαπραγματευτεί το θέμα καλύτερα από μένα. Τουναντίον, θα τον θεωρήσω ως δάσκαλο” (ό. π., p. 175). Την ίδια εποχή που κυκλοφορούν στην Αγγλία τα έργα των Bacon και Pecham, ένας Πολωνός φιλόσοφος και μαθηματικός, ο Witelo (περ.1230 – μετά το 1281), γράφει το ογκωδέστερο έργο (10 τόμοι) της Οπτικής του μεσαίωνα, με τίτλο Optica (ή Perspectiva)*. Στο δεύτερο τόμο του έργου που είναι αφιερωμένος στις αρχές που διέπουν «τη φύση, τη θεωρία και τη διάδοση των φωτεινών ακτίνων, των χρωμάτων και των μορφών», αναφέρεται διεξοδικά και στο πρόβλημα των φωτεινών προβολών από οπές (Straker 1971, p. 143-173). Ο Witelo συμμερίζεται απόλυτα το εννοιoλογικό πλαίσιο της μεσαιωνικής Οπτικής, όπως αυτό θεμελιώθηκε από τους Grosseteste, Bacon και Pecham. Θεωρεί απαράβατη την αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός, ορίζει ως φωτεινή ακτίνα την γεωμετρική γραμμή που καθορίζει τη διεύθυνση διάδοσης, ξεχωρίζει το φως σε πρωτογενές και δευτερογενές (διάχυτο), αναγνωρίζει δύο τρόπους διάδοσης, το πυραμιδικό ή μοντέλο του διπλού * Το έργο γράφτηκε στην Ιταλία γύρω στο 1270 όταν ο Witelo εργαζόταν στο Πανεπιστήμιο της Padova. Τυπώθηκε, μαζί με 7 τόμους του έργου Perspectiva του Al-Haytham, στην έκδοση του F. Risner Opticae Thesaurus στη Βασιλεία το 1572 (Straker 1971, p. 145).

75

κώνου (πυραμίδα εκπομπής) και το μοντέλο της ράβδου ή του μονού κώνου (πυραμίδα φωτισμού), αποδέχεται τη θεωρία της μη συνεκτικής εκπομπής και δέχεται ότι η κάθετα προσπίπτουσα σε επιφάνεια ακτίνα, είναι ισχυρότερη από τις πλάγιες (ό. π., θεωρήματα 4,6,9,10 και 20). Ωστόσο στη μελέτη του προβλήματος των φωτεινών προβολών, το πλαίσιο αυτό δεν δείχνει ικανό να του προσφέρει μια ικανοποιητική λύση και προσφεύγει, όπως άλλωστε και οι Bacon και Pecham, σε αυθαίρετες υποθέσεις και μεταφυσικού χαρακτήρα ερμηνείες. Έτσι, ορμώμενος από το γεγονός ότι ελαφρά αποκλίνουσες ευθείες φαίνονται σε μεγάλη απόσταση παράλληλες, αποδίδει στις φωτεινές ακτίνες μια ενδογενή φυσική τάση για παραλληλισμό με την κεντρική ακτίνα (την ακτίνα δηλαδή που προσπίπτει κάθετα στη φωτιζόμενη επιφάνεια). Με άλλα λόγια, ανάγει τη φαινομενολογία σε φυσικό νόμο χωρίς να διακρίνει τη δομικού χαρακτήρα αντίφαση με το αξίωμα της ευθύγραμμης διάδοσης: “Ακτίνες προερχόμενες από ένα σημείο της φωτεινής πηγής, σε μεγάλη απόσταση καθίστανται παράλληλες με την ακτίνα που προσπίπτει κάθετα στο επίπεδο της οπής” (ό. π., p. 166, θεώρημα 35). Σύμφωνα όμως με την ανάλυση αυτή η φωτεινή προβολή θα έπρεπε να έχει κάθε φορά το σχήμα της οπής και μάλιστα να διατηρεί σταθερό το μέγεθός της με την απόσταση. Στην προσπάθειά του να αποδείξει ότι η προβολή θα έχει κυκλικό σχήμα σε μεγάλη απόσταση ανεξάρτητα από το σχήμα της οπής, επινοεί δύο επί πλέον θεωρητικά τεχνάσματα: α) σε ό,τι αφορά την ακτινοβολία που διαδίδεται με τη μορφή της «πυραμίδας φωτισμού» (μονός κώνος), θεωρεί ότι όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία που σχηματίζουν οι αποκλίνουσες με την κεντρική ακτίνα (δηλαδή την κάθετη στο επίπεδο της οπής), τόσο συντομότερα παραλληλίζονται προς αυτήν: “…δια τούτο, σε αποστάσεις μεγαλύτερες (από την κεντρική ακτίνα), οι ακτίνες πλησιάζουν γρηγορότερα προς την παραλληλία” (ό. π., θ. 35) (Σχ. 4.15).

(Σχ. 4.15)

β) σε ό,τι αφορά την ακτινοβολία που διαδίδεται με τη μορφή της «πυραμίδας εκπομπής» (διπλός κώνος), υποστηρίζει ότι η διασταύρωση των ακτίνων στην περιφέρεια της πολυγωνικής οπής, δημιουργεί μια φυσική συμπίεση των κώνων, ανάλογη με αυτή των ανεξάρτητων ακτίνων, η οποία συμβάλλει με τη σειρά της στη διαμόρφωση του κυκλικού σχήματος της προβολής: “Είναι φανερό ότι ακτίνες από όλα τα σημεία του φωτεινού σώματος, διασταυρώνονται μεταξύ τους σε όλα τα σημεία (του χώρου). Και έτσι ακτίνες που προέρχονται από τα υψηλότερα σημεία του σώματος διασταυρώνονται με ακτίνες που προέρχονται από τα χαμηλότερα σημεία του σώματος κατά μήκος όλων των σημείων των γραμμών που ορίζουν τις οπές. Έτσι φως αυτής της μορφής (διπλού κώνου), όταν διέρχεται από την οπή

76

καθίσταται κυκλικό, το οποίο δεν θα συνέβαινε στον ίδιο βαθμό εάν οι ακτίνες προέρχονταν από ένα μόνο σημείο της φωτεινής πηγής (ό. π., θ. 39) …και έτσι η προβολή πλησιάζει την κυκλικότητα, εξαιτίας της συμπίεσης των ακτίνων ή της διασταύρωσής τους στα σημεία των γραμμών που περιβάλλουν τις οπές” (ό. π., θ. 40) (Σχ. 4.16).

(Σχ. 4.16)

Με άλλα λόγια, η γεωμετρική ισοδυναμία των δύο τρόπων διάδοσης (απλών και διπλών κώνων), επιβάλλει και στους διπλούς κώνους να συμπιέζονται (αυτοί αποκλειστικά στην περιφέρεια της οπής), καθώς οι κεντρικές ακτίνες των κώνων αυτών μπορούν να θεωρηθούν ως ανεξάρτητες αποκλίνουσες ακτίνες. Ο Witelo προσπάθησε να λύσει το γρίφο αποδίδοντας ενεργητικές ιδιότητες τόσο στο φως όσο και στην οπή. Είναι φανερή στη θεωρία του η ισχυρή επίδραση της «απόδειξης» του ψευδο-Ευκλείδιου De speculis, η οποία τον εμπόδισε να διακρίνει την θεμελιώδη αντίφαση που ενυπάρχει στην ταυτόχρονη αποδοχή της αρχής της ευθύγραμμης διάδοσης και στο μοντέλο του βαθμιαίου παραλληλισμού των ακτίνων που επαγγέλλεται. Το μεσαιωνικό εννοιολογικό πλαίσιο για τους τρόπους διάδοσης του φωτός (και συνακόλουθα τα εξηγητικά μοντέλα του φαινομένου των φωτεινών προβολών από οπές) καθορίστηκε σε μεγάλο βαθμό από την επίδραση του φιλοσοφικού ρεύματος του νεοπλατωνικού Χριστιανισμού*, το οποίο απέδιδε τις ενεργητικές ιδιότητες του φωτός στη θεϊκή φύση του. Το φως, σύμφωνα με αυτή την αντίληψη, ως πρωταρχικό στοιχείο του σύμπαντος, έχει μια «φυσική ροπή» προς το τελειότερο γεωμετρικό σχήμα, τον κύκλο (ή τη σφαίρα σε τρισδιάστατο επίπεδο) (Crombie 1992, σ. 93). Η ισχυρή αυτή ιδιότητα του φωτός, ισχυρότερη από την αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης, έκανε τους «οπτικούς» επιστήμονες του μεσαίωνα να παραβλέψουν το προφανές: ότι η κυκλική μορφή της προβολής δεν αποτελεί παρά ένα αντίγραφο της μορφής του ήλιου. Έτσι γενικεύοντας αυθαίρετα τα συμπεράσματά τους, θεώρησαν ότι μια φωτεινή πηγή οποιουδήποτε σχήματος δημιουργεί πίσω από μια οπή (επίσης οποιουδήποτε σχήματος) πάντοτε κυκλική προβολή. Τρεισήμισι αιώνες αργότερα, ο Kepler βασισμένος στις ίδιες θεμελιώδεις αρχές της οπτικής επιστήμης και απελευθερωμένος από τα δεσμά της μεταφυσικής εξάρτησης θα δώσει την τελική λύση. * Εδραιώθηκε μέσα από τα έργα του Πλωτίνου (205-270) και του Αυγουστίνου (354-430).

77

4.4. Το πρόβλημα των φωτεινών προβολών στον ύστερο Μεσαίωνα Κατά τη διάρκεια του 13ου αιώνα, το παράδοξο του σχήματος των φωτεινών προβολών αναδείχτηκε σε θεμελιώδες πρόβλημα της οπτικής επιστήμης. Βέβαια από την εποχή του Ευκλείδη η αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός είχε καταστεί το θεμέλιο της Γεωμετρικής Οπτικής. Μολονότι φυσικές, φυσιολογικές και ψυχολογικές συνιστώσες είχαν υπεισέλθει στη μελέτη των οπτικών φαινομένων, εντούτοις τα γεωμετρικά στοιχεία κυριαρχούσαν σε κάθε ανάλυση. Καθώς όμως η παρατήρηση έδειχνε μια αξιοσημείωτη απόκλιση από τις θεωρητικές προβλέψεις, ένα βασικό ερώτημα απασχολούσε τους επιστήμονες: Εάν το φως περνώντας μέσα από πολυγωνικές οπές δημιουργεί κυκλικά φωτεινά αποτυπώματα, μπορεί να εξακολουθεί να ισχύει το αξίωμα της ευθύγραμμης διάδοσης; Ή πιο σωστά, μπορεί το φαινόμενο να εξηγηθεί αποκλειστικά και μόνο στη βάση του αξιώματος της ευθύγραμμης διάδοσης; Τέσσερις συγγραφείς του 14ου αιώνα έδειξαν ενδιαφέρον για την απάντηση στο πλαίσιο μάλλον μιας συνολικής διευθέτησης ενός αριθμού οπτικών προβλημάτων, παρά στην προσπάθεια συγγραφής μιας ολοκληρωμένης οπτικής πραγματείας (Lindberg 1970a): Στις αρχές του 14ου αιώνα ο Egidius από το Baisiu* σε ένα χειρόγραφό του** αναφέρεται στο πρόβλημα, κριτικάροντας με λογικά επιχειρήματα όσες απόψεις είχαν καταγραφεί κατά τον 13ο αιώνα και συνηγορούσαν στην αμφισβήτηση της ευθύγραμμης διάδοσης, αποδίδοντας το παράδοξο είτε στη φυσική τάση της ακτινοβολίας προς την «τελειότητα» του κυκλικού σχήματος (Bacon, Pecham), είτε στην ένταση των φωτεινών ακτίνων (Bacon). Ο ίδιος δεν δίνει απάντηση στο πρόβλημα, ωστόσο υποστηρίζει ότι οποιαδήποτε λύση του προβλήματος θα πρέπει να έχει ως βάση την θεμελιώδη αρχή της Γεωμετρικής Οπτικής. Στον Γαλλοεβραίο αστρονόμο Levi ben Gerson (1288 – 1344), ο οποίος αναφέρεται συνοπτικά στο θέμα των φωτεινών προβολών στο 3ο κεφάλαιο του έργου του Tractatus instrumenti astronomie***, βρίσκουμε τα πρώτα σπέρματα μιας συνεπούς επεξεργασίας του ζητήματος. Χρησιμοποιώντας έναν αυστηρό μαθηματικό φορμαλισμό, ο Gerson αποδεικνύει γεωμετρικά ότι η φωτεινή προβολή του ήλιου από τετράγωνη οπή, θα έχει σχήμα τετραγώνου με καμπυλωμένες γωνίες. Ακολουθώντας τη σκέψη του, μπορούμε να τη μεταφέρουμε ως ακολούθως: Ο ήλιος βρίσκεται σε τόσο μεγάλη απόσταση από την οπή, ώστε με πολύ καλή προσέγγιση μπορούμε να θεωρήσουμε ότι οι άξονες όλων των διπλών κώνων που έχουν ως βάση τον ήλιο και κορυφή κάθε σημείο της οπής, είναι πρακτικά παράλληλοι. Δεδομένης της επικάλυψης των άπειρων κυκλικών προβολών και θεωρώντας επιλεκτικά τους τέσσερις κώνους που έχουν ως κορυφές τις τέσσερις γωνίες του τετραγωνικού ανοίγματος, καταλήγουμε σε ένα συνολικό τετραγωνικό σχήμα με καμπυλωμένες τις γωνίες του (Σχ. 4.17).

* Σημερινό Baisieux στα γαλλο-βελγικά σύνορα. ** Το χειρόγραφο με τον μακρόσυρτο τίτλο Απόρριψη μιας διαδεδομένης άποψης, σχετικά με τον λόγο για τον οποίο μια φωτεινή δέσμη που περνά από τετράγωνο άνοιγμα παράγει κυκλική φιγούρα στον τοίχο, βρίσκεται στη βιβλιοθήκη της Κρακοβίας. Ιστορικά στοιχεία δείχνουν ότι γράφτηκε μεταξύ 1325 και 1350. Βιογραφικά στοιχεία για τον συγγραφέα δεν είναι γνωστά. *** Το έργο γράφτηκε στη Χεβρώνα το 1328 και αποτελούσε μέρος της γενικότερης αστρονομικής πραγματείας Liber Bellorum Dei. Μεταφράστηκε χωριστά στα Λατινικά το 1342.

78

(Σχ. 4.17)

Η ανάλυση του Gerson δεν δείχνει να παρουσιάζει καμία αντίφαση. Στηρίζεται αποκλειστικά σε γεωμετρικές αρχές, αποφεύγει κάθε μεταφυσική αναφορά και περιέχει το πρωτοποριακό στοιχείο της θεώρησης της εκτεταμένης οπής, ως άθροισμα άπειρων σημειακών οπών. Ωστόσο απέχει από τη διαμόρφωση μιας ολοκληρωμένης θεωρίας που θα απαντούσε συνολικά στο πρόβλημα. Αφενός εξειδικεύει τα σχήματα πηγής και οπής (πηγή κυκλική, οπή πολυγωνική) και αφετέρου περιορίζει το λόγο των αποστάσεων σε μια ειδική περίπτωση (η πηγή σε πρακτικά άπειρη απόσταση). Η εφαρμογή του μοντέλου του σε όλους τους δυνατούς συνδυασμούς αποστάσεων πηγής–οπής–οθόνης, θα του έδινε μια σωστή μαθηματικά λύση στην περίπτωση που η οθόνη απομακρυνόταν πολύ από την οπή, καθώς η αύξηση του μεγέθους και η επικάλυψη των προβολών θα έδινε ένα συνολικό κυκλικό σχήμα. Ωστόσο ο Gerson δεν ενδιαφέρθηκε ιδιαίτερα για την ερμηνεία του σχήματος της προβολής, αλλά μόνο για το μέγεθός της, ως μέρος των αστρονομικών μελετών του για τον υπολογισμό της διαμέτρου του ήλιου. Δύο ακόμη έργα με τον ίδιο τίτλο, Questiones super perspectivam, γράφονται κατά το δεύτερο μισό του 14ου αιώνα με αναφορές στο ίδιο ζήτημα. Το πρώτο μεταξύ 1363 και 1373 από τον Henry του Langenstein* (1325 – 1397), στο οποίο ο συγγραφέας, μολονότι απορρίπτει τις μεταφυσικές αιτιάσεις των «οπτικών» συγγραφέων του 13ου αιώνα, καταλήγει σε συμπεράσματα που ταυτίζονται με τα δικά τους. Σύμφωνα με τη θεωρία του, η φωτεινή προβολή σε μεγάλη απόσταση από την οπή θα είναι κυκλική, ανεξάρτητα από το σχήμα τόσο της πηγής όσο και της οπής. Τα συμπεράσματά του είναι αποτέλεσμα ασαφών γεωμετρικών αναλύσεων που έχουν μάλλον περιγραφικό παρά εξηγητικό χαρακτήρα.

* Μικρό χωριό στη σημερινή περιοχή Hesse της Γερμανίας.

79

Το δεύτερο γράφεται το 1390 στην Πάρμα από τον Ιταλό Biagio Pelacani ή Blasius of Parma. Και αυτός με τη σειρά του απορρίπτει κάθε μεταφυσική εξήγηση, τονίζοντας ότι στην περίπτωση αυτή η προβολή θα είχε κυκλικό σχήμα σε κάθε απόσταση πίσω από την οπή. Αφού επαναλαμβάνει τη θέση ότι οι κάθετα προσπίπτουσες σε επιφάνεια ακτίνες, είναι ισχυρότερες των άλλων λόγω της μικρότερης διαδρομής που έχουν διανύσει, καταλήγει σε συμπεράσματα ταυτόσημα με αυτά του Bacon, αποδίδοντας την αλλαγή του σχήματος στο συνδυασμό δύο φωτεινών κώνων, ενός που υπερισχύει αμέσως μετά την οπή και δίνει πολυγωνικό σχήμα και ενός που κυριαρχεί σε μεγαλύτερη απόσταση και δίνει κυκλικό σχήμα στην προβολή. Είναι σαφές ότι προς το τέλος του μεσαίωνα οι επιστήμονες (με εξαίρεση ίσως τον Levi ben Gerson) δεν βρέθηκαν πιο κοντά στη διαμόρφωση μιας έγκυρης και αξιόπιστης θεωρίας για το φαινόμενο των φωτεινών προβολών, καθώς στην πλειοψηφία τους οι απόψεις τους αποτελούσαν επαναλήψεις των αντιλήψεων του προηγούμενου αιώνα. Η θετική προσφορά των τεσσάρων συγγραφέων στους οποίους αναφερθήκαμε, συνίσταται στην κριτική που άσκησαν στις μεταφυσικές επιδράσεις των προγενεστέρων τους και στην προσήλωσή τους στις αρχές της Γεωμετρικής Οπτικής. Ωστόσο, όσο η αναζήτηση λύσης του προβλήματος είχε ως αφετηρία την πεποίθηση ότι το σχήμα της προβολής γίνεται κυκλικό ανεξάρτητα από τα σχήματα πηγής και οπής, η πρόοδος ήταν αδύνατη. 4.5. Το πρόβλημα των φωτεινών προβολών κατά την Αναγέννηση Στο έργο τεσσάρων επιστημόνων της περιόδου της Αναγέννησης βρίσκουμε αναφορές στο πρόβλημα των φωτεινών προβολών. Ο Leonardo da Vinci (1452 – 1519) ασχολείται με το ζήτημα ως μέρος της γενικότερης ενασχόλησής του με το θέμα του μηχανισμού της όρασης. Θεωρείται ο πρώτος που εξέτασε την πιθανότητα μιας αναλογίας μεταξύ της λειτουργίας του ματιού και του σκοτεινού θαλάμου (Ronchi 1956, p. 54). Ο da Vinci αποδέχεται τη άποψη του Al-Haytham για τη διακριτότητα των φωτεινών ακτίνων στη διάδοσή τους μετά την οπή, σημειώνει ότι ο σκοτεινός θάλαμος δημιουργεί πάντα αντεστραμμένο είδωλο και υποστηρίζει ότι σε ίση απόσταση πίσω από την οπή η προβολή έχει το ίδιο μέγεθος με την πηγή (Lindberg 1976, p. 157-158) (Σχ. 4.18).

(Σχ. 4. 18)

80

Ωστόσο η μελέτη του δεν ξεπερνά τα όρια της ειδικής περίπτωσης της σημειακής οπής. Επί πλέον η θεωρία του για τον τρόπο διάδοσης του φωτός και το μηχανισμό της όρασης, δείχνει την προτίμησή του στο εξηγητικό μοντέλο της συνεκτικής εκπομπής εικόνων (species) από τα ορατά αντικείμενα, με τη μορφή κώνων που έχουν ως βάση το αντικείμενο και κορυφές κάθε σημείο του περιβάλλοντος χώρου (Straker 1971, p. 440-442). Ο Ιταλός μαθηματικός Gerolamo Gardano (1501 – 1576) προσπαθεί να συγκροτήσει μια θεωρία για την περίπτωση των εκτεταμένων οπών χωρίς όμως επιτυχία, καθώς στην πραγματικότητα παρουσιάζει ένα συνδυασμό των μεταφυσικών αιτιάσεων του 13ου αιώνα. Στο κεφάλαιο με τίτλο De luce et de lumine του έργου του De Subtilitate Libri που εκδόθηκε το 1550, αποδίδει το τελικό σχήμα της προβολής σε δύο παράγοντες, ίδιους με αυτούς που συναντάμε και στα εξηγητικά μοντέλα των Bacon και Witelo: “Η τελική εικόνα της προβολής είναι κυκλική, επειδή οι εσωτερικές ακτίνες παραλληλίζονται προς την κεντρική και επειδή οι εξωτερικές ακτίνες που αγγίζουν τα όρια της οπής βαθμιαία εξασθενούν” (ό. π., p. 283).

Ο ελληνικής καταγωγής μαθηματικός Francesco Maurolico* (1494 – 1575) μελετά το πρόβλημα στο έργο του Photismi de lumine et umbra, το οποίο γράφεται μεταξύ 1550 και 1567 και δίνει ουσιαστικά την πρώτη συνεπή γεωμετρική θεωρία στη Δύση. Στο θεώρημα 22 του έργου του αποδεικνύει ότι η μορφή της φωτεινής προβολής σε μεγάλη απόσταση από την οπή, εξαρτάται μόνο από το σχήμα της φωτεινής πηγής. Τα αποδεικτικά βήματα που ακολουθεί έχουν ως εξής (Lindberg 1976, p. 179): Έστω μία εκτεταμένη φωτεινή πηγή ΑΒ και μία εκτεταμένη οπή ΓΔ και έστω ΑΑ1, ΑΑ2, ΒΒ1 και ΒΒ2 οι φωτεινές ακτίνες που ξεκινούν από τα άκρα της φωτεινής πηγής, αγγίζουν τα όρια Γ και Δ της οπής και αφήνουν το αποτύπωμά τους σε οθόνη ΧΨ τοποθετημένη πίσω από την οπή (Σχ. 4.19). Σύμφωνα με το μοντέλο εκπομπής του διπλού κώνου και θεωρώντας τα σημεία Γ και Δ ως σημειακές οπές, τα διαστήματα Α1Β1 και Α2Β2 αντιπροσωπεύουν τις αντεστραμμένες προβολές της φωτεινής πηγής στην οθόνη ενώ τα διαστήματα Α1Α2 και Β1Β2 το βαθμό διαχωρισμού των δύο αυτών προβολών. Επειδή οι γωνίες Β1ΓΑ1 και Β2ΔΑ2 είναι μεγαλύτερες από τις Β1ΒΒ2 και Α1ΑΑ2 αντίστοιχα, οι βάσεις Β1Α1 και Β2Α2 μεγαλώνουν ταχύτερα από ότι οι βάσεις Β1Β2 και Α1Α2 καθώς η οθόνη απομακρύνεται από το επίπεδο της οπής (θέση Χ΄Ψ΄). Έτσι, όσο ο λόγος

2111

BBBA αυξάνεται με την έκταση των ακτίνων, τα διαστήματα Β1Β2

και Α1Α2 τείνουν να γίνουν αμελητέα μπροστά στα Α1Β1 και Α2Β2 και οι δύο προβολές τείνουν να συμπέσουν, δίνοντας την εντύπωση μιας και μόνης προβολής που είναι αντεστραμμένη και έχει το σχήμα της πηγής**. Η αποδεικτική ακολουθία του Μαυρόλυκου αποκτά ιδιαίτερη σημασία καθώς α) στηρίζεται αποκλειστικά στην αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης και τη γεωμετρική ανάλυση, αποφεύγοντας κάθε είδους μεταφυσική προσέγγιση β) συμβιβάζει τη θεωρία του διπλού κώνου με τη θεωρία της μη συνεκτικής εκπομπής γ) δίνει τη δυνατότητα για μια συνολική αντιμετώπιση του φαινομένου, με τη θεώρηση της εκτεταμένης οπής ως άθροισμα άπειρων σημειακών οπών. Ωστόσο, μολονότι η θεωρητική σύλληψη είναι επαρκής, η

* Φραγκίσκος Μαυρόλυκος. Με καταγωγή από την Κων/πολη, γεννήθηκε στη Μεσσήνα της Σικελίας, σπούδασε μαθηματικά και δίδαξε στο τοπικό Λύκειο. Είχε την ατυχία τα έργα του να μείνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα στο σκοτάδι. Τυπώθηκαν, μετά το θάνατό του, το 1611 στη Νάπολι και το 1613 στη Λυών (Ronchi 1956, p. 91). ** Η ανισότητα

2111

BBBA <

21

11

BBBA′′′′ αποδεικνύεται γεωμετρικά από τους λόγους ομοιότητας στα τρίγωνα

Α1Β1Γ∼Α1΄Β1΄Γ και Β1Β2Β∼Β1΄Β2΄Β.

81

μελέτη του φαινομένου γίνεται σε δύο διαστάσεις και του στερεί τη δυνατότητα ερμηνείας του σχήματος της προβολής σε μικρές αποστάσεις από την οπή.

(Σχ. 4.19)

Τέλος, το 1589 κυκλοφορεί το έργο Magia Naturalis του Ιταλού Giovan Battista della Porta* (1535 – 1615), το οποίο βρίσκει μεγάλη απήχηση σε ολόκληρη την Ευρώπη. Στηριγμένο σε εμπειρίες και πειράματα καλλιτεχνών και ζωγράφων της αναγέννησης, το βιβλίο περιέχει εντυπωσιακά οπτικά πειράματα με εύχρηστα καθημερινά υλικά και διατάξεις, χωρίς ωστόσο να υπεισέρχεται στην ουσία της εξήγησης των οπτικών φαινομένων. Η τοποθέτηση, για παράδειγμα, ενός αμφίκυρτου φακού μπροστά από την οπή του σκοτεινού θαλάμου (μια διάταξη που δημιουργεί ευκρινές είδωλο), μετατρέπει την επιστημονική συσκευή στο δημοφιλέστερο οπτικό παιχνίδι της εποχής του. Η εξαιρετικά μεγάλη δημοσιότητα του βιβλίου αυτού, χωρίς να προσφέρει ουσιαστικά στη θεωρητική μελέτη του προβλήματος, κεντρίζει ωστόσο το ενδιαφέρον των επιστημόνων για το φαινόμενο και αναζωπυρώνει την επιστημονική έρευνα (Ronchi 1956, p. 57-73, Straker 1971, p. 278-282). Η επιστημονική έρευνα των οπτικών φαινομένων κατά την περίοδο της Αναγέννησης (15ος και16ος αιώνας), απέτυχε να οδηγήσει σε κάποια πρόοδο το πρόβλημα του * Στον Della Porta αποδόθηκε προσωρινά το λειτουργικό ανάλογο ματιού-σκοτεινού θαλάμου, καθώς το χειρόγραφο του Da Vinci με το επίμαχο ζήτημα κυκλοφόρησε αρκετούς αιώνες αργότερα (Ronchi 1956, p. 60).

Β

Γ

Δ

Α

Β1 Β2 Α1 Α2

Β1΄ Β2΄ Α1΄ Α2΄

Χ Ψ

82

σχήματος των φωτεινών προβολών από εκτεταμένες πηγές. Το έργα των Da Vinci, Gardano και Della Porta, παρά τις εκτεταμένες αναφορές τους στο πείραμα του σκοτεινού θαλάμου, ελάχιστα συνεισέφεραν στη διατύπωση μιας ολοκληρωμένης θεωρίας. Επί πλέον, το έργο του Maurolico έγινε γνωστό 50 περίπου χρόνια μετά τον θάνατό του. Στην αρχή της επιστημονικής επανάστασης του 17ου αιώνα, ο Kepler ουσιαστικά ξεκινούσε από εκεί που σταμάτησαν οι Bacon, Pecham και Witelo. 4.6. Τα ιστορικά μοντέλα ερμηνείας μέχρι τον 17ο αιώνα Η συγκέντρωση και ομαδοποίηση των διατυπωθέντων μέχρι τον 17ο αιώνα εξηγητικών σχημάτων (και των αντίστοιχων θεωρητικών μορφωμάτων προέλευσής τους) σχετικά με το πρόβλημα των φωτεινών προβολών από οπές, αναδεικνύει τα ακόλουθα εναλλακτικά μοντέλα ερμηνείας: • Το φως εκδηλώνει ενεργητικές ιδιότητες στην πορεία διάδοσής του μέσω

αδιαφανών σωμάτων που φέρουν οπές. Η μεταφυσικής προέλευσης απόδοση της κυκλικότητας της προβολής ως συνέπεια μιας ενδογενούς φυσικής τάσης του φωτός προς το σφαιρικό σχήμα, κυριαρχεί στην επιστημονική σκέψη του 13ου αιώνα (Grosseteste, Bacon, Pecham) και επηρεάζει σε ένα βαθμό και τους επιστήμονες του επόμενου αιώνα.

• Τα φυσικά εμπόδια τα οποία παρεμβαίνουν στη διάδοση της φωτεινής ακτινοβολίας εκδηλώνουν ενεργητικές ιδιότητες στη διαμόρφωση των σχημάτων των φωτεινών προβολών (επομένως και των σκιών) πίσω από αυτά. Την ιδιότητα αυτή των σωμάτων αναγνωρίζει ο Witelo ως απαραίτητη συνιστώσα στην τελική διαμόρφωση του κυκλικού σχήματος της ηλιακής προβολής από τετράγωνη οπή.

• Η αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης αποτελεί αναγκαία αλλά όχι και ικανή συνθήκη για την ερμηνεία φαινομένων που άπτονται της Γεωμετρικής Οπτικής. Η αδυναμία εξήγησης του προβλήματος των φωτεινών προβολών οδηγεί τους ερευνητές του μεσαίωνα στην επινόηση παράλληλων αξιωμάτων, όπως η φυσική κυκλικότητα και ο γεωμετρικός παραλληλισμός των ακτίνων σε μεγάλη απόσταση, στα οποία αποδίδουν την ίδια ή και μεγαλύτερη ισχύ από αυτή της αρχής της ευθύγραμμης διάδοσης.

• Η εκπομπή της φωτεινής ακτινοβολίας από τα ορατά αντικείμενα συντελείται με τρόπο συνεκτικό. Η διαδικασία αυτή, κατά την οποία το ορατό αντικείμενο ακτινοβολεί ως συνεκτική ολότητα, είναι αποτέλεσμα της επίδρασης τόσο της αρχαίας θεωρίας των «ειδώλων» των ατομικών φιλοσόφων όσο και της θεωρίας του «πολλαπλασιασμού των δυνάμεων» του Grosseteste. Συνέπεια της αντίληψης αυτής αποτελεί η γεωμετρική μέθοδος ανάλυσης των αποτελεσμάτων του φωτός με τη θεώρηση του φωτεινού κώνου, ο οποίος έχει ως βάση το φωτεινό αντικείμενο και κορυφή το υποκείμενο του φωτισμού σώμα. Μια μέθοδο, την οποία, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, υιοθετούν όλοι σχεδόν οι επιστήμονες που ασχολήθηκαν με το πρόβλημα των προβολών.

• Η εκπομπή της φωτεινής ακτινοβολίας από τα ορατά αντικείμενα συντελείται ταυτόχρονα με περισσότερους από έναν τρόπους. Στις θεωρίες των Bacon και Blasius η βαθμιαία αλλαγή του σχήματος της φωτεινής προβολής πίσω από την οπή προκύπτει ως αποτέλεσμα διαβάθμισης της ισχύος των διαφορετικών τρόπων εκπομπής σε συνάρτηση με την απόσταση από τη φωτεινή πηγή. Για τον Witelo είναι αποτέλεσμα του συνδυασμού μονών και διπλών κώνων εκπομπής, ενώ για τον Pecham προκύπτει από τη συμβολή της πρωτογενούς (από την πηγή) και της δευτερογενούς (διάχυτης) ακτινοβολίας.

• Η παρουσία ενός οπτικού υποκειμένου (αντικειμένου, συσκευής, ματιού) στο χώρο διάδοσης της φωτεινής ακτινοβολίας, υπαγορεύει μια προνομιακή διάδοση του φωτός σε μια ορισμένη κατεύθυνση. αυτή που συνδέει νοητά τη φωτεινή πηγή με το

83

υποκείμενο. Η αντίληψη αυτή εκδηλώνεται ιστορικά α) με το εύρημα των αόρατων περιφερειακών ακτίνων (Αριστοτέλης, Bacon), β) με την τάση παραλληλισμού των αποκλινουσών ακτίνων (Witelo), γ) με τη θεώρηση της κάθετα προσπίπτουσας σε μια επιφάνεια φωτεινής ακτίνας ως ισχυρότερης των πλάγιων (Al-Haytham, Witelo, Blasius).

4.7. Η λύση του γρίφου: Ο Johannes Kepler και το αποφασιστικό πείραμα Ένα απρόσμενο αποτέλεσμα των αστρονομικών παρατηρήσεων του Δανού Tycho Brahe, αποτέλεσε την αφορμή για να στρέψει ο J. Kepler (1571 – 1630) το ερευνητικό του ενδιαφέρον στο χώρο της Οπτικής: η φαινόμενη διάμετρος της σελήνης κατά τη μερική ηλιακή έκλειψη της 25ης Φεβρουαρίου του 1598, σε παρατήρηση μέσω συσκευής σκοτεινού θαλάμου, ήταν κατά 20% μικρότερη από την αντίστοιχα υπολογιζόμενη κατά την πανσέληνο και ενώ η σελήνη βρισκόταν και στις δύο περιπτώσεις, στην ίδια απόσταση από τη γη (Straker 1971, p. 8). Το φαινόμενο, αφού επιβεβαιώθηκε στις παρατηρήσεις των αμέσως επόμενων χρόνων, απέκτησε τη φήμη ενός είδους κοσμογραφικού μυστηρίου μεταξύ των μελών της επιστημονικής κοινότητας, θέτοντας σε αμφισβήτηση τους υπολογισμούς των μεγεθών, των τροχιών και των αποστάσεων των ουράνιων σωμάτων. Ο Kepler, προικισμένος με μια εξαιρετική επιστημονική οξυδέρκεια, διέβλεψε ότι το σφάλμα δεν είχε αστρονομικό χαρακτήρα, αλλά ήταν αποτέλεσμα της μεθόδου παρατήρησης. Το πρόβλημα αφορούσε τα χαρακτηριστικά της φωτεινής προβολής της έκλειψης μέσω της οπής του σκοτεινού θαλάμου και ουσιαστικά ταυτιζόταν με το αριστοτελικό παράδοξο. Πιο συγκεκριμένα είχε να κάνει με την αμοιβαία σχέση δύο μεταβλητών, την οποία κανείς από τους προηγούμενους μελετητές του φαινομένου δεν είχε λάβει υπόψη του: το μέγεθος της οπής και την απόστασή της από την οθόνη. Επηρεασμένος από τις μεθόδους των καλλιτεχνών της αναγέννησης και ιδιαίτερα από την ανάπτυξη της προοπτικής στη ζωγραφική, πραγματοποιεί μια μηχανιστική αναπαράσταση του φαινομένου σε τρεις διαστάσεις και δίνει την «οριστική» λύση του οπτικού παράδοξου, λύση που αποτελεί ταυτόχρονα και τον ιστορικό, μεθοδολογικό και εννοιολογικό πυρήνα της θεωρίας του για το φως και την όραση (Kepler 1604/2000, p. 56)*: “…καθώς ήταν αδύνατο να καταλάβω το σκοτεινό νόημα των λέξεων από ένα επίπεδο διάγραμμα, προσέφυγα σε μια αυτοψία στο χώρο. Στη θέση του φωτεινού σώματος, τοποθέτησα ένα βιβλίο σε ένα ψηλό σημείο του χώρου. Μεταξύ αυτού και του δαπέδου, τοποθέτησα ένα τραπέζι με μια πολυγωνική οπή στην επιφάνειά του. Στη συνέχεια, με ένα νήμα που περνούσε μέσα από την οπή, συνέδεσα τη μία γωνία του βιβλίου με το δάπεδο, με τέτοιο τρόπο ώστε το νήμα μετακινούμενο να διατρέχει τα όρια της οπής και με μια κιμωλία αποτύπωσα το ίχνος στο δάπεδο. Με αυτόν τον τρόπο, το σχήμα που διαγράφτηκε στο δάπεδο ήταν ίδιο με αυτό της οπής. Το ίδιο επανέλαβα και με άλλα νήματα από τη δεύτερη, τρίτη και τέταρτη γωνία του βιβλίου, καθώς και από ένα πλήθος άλλων σημείων της περιφέρειας του βιβλίου. Με αυτόν τον τρόπο ένα πλήθος αποτυπωμάτων της οπής κατανεμήθηκε κατά μήκος του μεγάλου τετραγωνικού σχήματος του βιβλίου στο δάπεδο. Ήταν προφανές, ότι το συνολικό σχήμα βρισκόταν σε συμφωνία με την απόδειξη του προβλήματος, ότι το στρογγυλό σχήμα της προβολής δεν οφειλόταν στις φωτεινές ακτίνες αλλά στον ήλιο, όχι επειδή ο κύκλος αποτελεί το τελειότερο σχήμα στον κόσμο, αλλά επειδή αποτυπώνει το σχήμα του φωτεινού αντικειμένου”.

* Όπως υποδηλώνει και ο τίτλος, Ad Vitellionem Paralipomena, το έργο του αυτό, παράλληλα με τη θεμελίωση των απόψεών του, αποτελεί και μια κριτική θεώρηση των αντιλήψεων του Witelo, όπως αυτές καταγράφονται στο έργο του Perspectiva.

84

Ο Kepler δηλαδή, υιοθετώντας την αρχή της μη συνεκτικής εκπομπής του Al-Haytham, θεωρεί το φωτεινό αντικείμενο ως άθροισμα άπειρων φωτεινών σημείων, κάθε ένα εκ των οποίων δίνει σε αμφιμονοσήμαντη αντιστοιχία μία φωτεινή προβολή, η οποία, λόγω της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός, θα έχει το σχήμα της οπής (ό. π., p. 58-59). Αν υποθέσουμε, σε μια προσπάθεια δυναμικής απεικόνισης, ότι ένα φωτεινό σημείο διατρέχει την περιφέρεια του φωτεινού αντικειμένου, τότε οι αντίστοιχες φωτεινές προβολές της οπής επικαλύπτονται μερικά και κατανέμονται στην περιφέρεια ενός αντίστοιχου με το φωτεινό αντικείμενο σχήματος, στο επίπεδο της οθόνης προβολής (Σχ. 4.20).

(Σχ. 4.20)*

Το μοντέλο του Kepler διαμορφώνει ένα πλήρες εξηγητικό σχήμα, καθώς ερμηνεύει επαρκώς το φαινόμενο λαμβάνοντας υπόψη όλες τις μεταβλητές που μπορούν να

* Για λόγους σχεδιαστικής απλότητας το φωτεινό αντικείμενο σχεδιάστηκε τριγωνικό και η οπή κυκλική, χωρίς αυτό να περιορίζει τη γενικότητα της μελέτης.

85

υπεισέλθουν στη μελέτη του. Έρχεται σε πλήρη συμφωνία με τα παρατηρησιακά δεδομένα για κάθε σχήμα και μέγεθος τόσο της πηγής όσο και της οπής και για όλες τις δυνατές αποστάσεις πηγής-οπής-οθόνης προβολής: Όσο ελαττώνεται η απόσταση οπής-οθόνης, ο βαθμός επικάλυψης των προβολών είναι μεγαλύτερος από τον βαθμό ελάττωσης του μεγέθους τους, με αποτέλεσμα το συνολικό σχήμα να ταυτίζεται σχεδόν με το σχήμα της οπής (Σχ. 4.21). Αντίστοιχα σε σταθερή απόσταση, αύξηση του μεγέθους της οπής οδηγεί σε αύξηση του μεγέθους των προβολών, επομένως και της αλληλοεπικάλυψής τους, με το ίδιο συνολικά αποτέλεσμα.

(Σχ. 4.21)

Αντίθετα, όσο αυξάνεται η απόσταση οπής-οθόνης, ο βαθμός διασποράς των προβολών είναι μεγαλύτερος του βαθμού αύξησης του μεγέθους τους (επομένως και

86

του βαθμού επικάλυψης), με αποτέλεσμα το συνολικό σχήμα να ταυτίζεται με το σχήμα της πηγής (Σχ. 4.22). Αντίστοιχα σε σταθερή απόσταση, μείωση του μεγέθους της οπής, οδηγεί σε μείωση του μεγέθους των προβολών (επομένως και της επικάλυψής τους), με το ίδιο συνολικά αποτέλεσμα (ό.π.).

(Σχ. 4.22)

87

Επιχειρώντας να συνοψίσουμε τα βασικά σημεία της οπτικής σύνθεσης του Kepler, καταλήγουμε σε τρεις θεμελιώδεις προτάσεις (ό. π., Prop.1-3, p. 20): 1. Η ευθύγραμμη διάδοση του φωτός σε κάθε ομογενές μέσο είναι ικανή και

αναγκαία συνθήκη για την ερμηνεία όλων των φαινομένων που άπτονται της Γεωμετρικής Οπτικής* .

2. Κάθε σημείο του φωτεινού σώματος εκπέμπει αυτόνομα, ανεξάρτητα και ευθύγραμμα προς όλες τις κατευθύνσεις. Η συνεισφορά όλων των φωτεινών ακτίνων στα οπτικά φαινόμενα είναι ισοδύναμη. Η διασταύρωση των φωτεινών δεσμών στο χώρο, δεν συμβάλλει στην εξασθένησή τους και δεν επηρεάζει την ανεξάρτητη διάδοσή τους (μη συνεκτική εκπομπή).

3. Η μαθηματική ανάλυση προβλημάτων που άπτονται της Γεωμετρικής Οπτικής επιτυγχάνεται με τη θεώρηση φωτεινών κωνικών (ή πυραμιδικών) δεσμών εκπομπής, που έχουν ως κορυφή κάθε σημείο της φωτεινής πηγής και βάση το υποκείμενο του φωτισμού σώμα (Σχ. 4.23).

Ο Kepler εφάρμοσε με επιτυχία το μοντέλο ανάλυσής του σε μια σειρά περιπτώσεων και προβλημάτων που απασχολούσαν την επιστημονική κοινότητα (Δέδες 2004), διαμορφώνοντας ένα συνεπές εννοιολογικό πλαίσιο ερμηνείας, δίνοντας νέα ώθηση και κατευθύνσεις στην οπτική επιστήμη και συμβάλλοντας αποφασιστικά στην επικράτηση του νέου ρεύματος των Φυσικών Επιστημών του 17ου αιώνα, αυτού της μηχανοκρατικής φιλοσοφίας της φύσης. 4.8. Επιστημολογικές και διδακτικές προεκτάσεις Οι αρχές και οι κανόνες που θέσπισε ο Kepler με αφορμή το ζήτημα των φωτεινών προβολών και η επιτυχημένη εφαρμογή τους σε ένα πλήθος ζητημάτων που αφορούσαν τις γεωμετρικές πλευρές της Οπτικής, έθεσαν τις βάσεις της νέας οπτικής επιστήμης του 17ου αιώνα, θεμελιώνοντας ταυτόχρονα το αποδεκτό μέχρι σήμερα επιστημονικό πρότυπο για τα ίδια ζητήματα, τόσο ως προς το εννοιολογικό τους πλαίσιο όσο και ως μέθοδος ανάλυσης. Ο ολιστικός τρόπος εκπομπής της ακτινοβολίας εγκαταλείπεται οριστικά και ως νέα «μονάδα» εκπομπής καθιερώνεται το φωτεινό μαθηματικό σημείο που ακτινοβολεί ευθύγραμμα προς όλες τις κατευθύνσεις. Το μοντέλο διάδοσης του φωτός με απεικόνιση πυραμίδας η οποία έχει ως βάση τη συνολική επιφάνεια της φωτεινής πηγής, χάνει τη μεθοδολογική του χρηστικότητα και αντικαθίσταται από την αντίστροφη πυραμίδα με κορυφή το σημείο εκπομπής και βάση το υποκείμενο του φωτισμού σώμα. Η ισοδύναμη * Τα φαινόμενα αυθεντικής απόκλισης από την ευθύγραμμη διάδοση λόγω περίθλασης, διαπιστώνονται κατά τύχη από τον Ιταλό F. Grimaldi λίγα χρόνια αργότερα.

(Σχ. 4.23)

88

συνεισφορά όλης της «ποσότητας» του φωτός στην προσέγγιση και μελέτη των οπτικών φαινομένων αντικαθιστά θεωρήσεις προνομιακής ισχύος και διάδοσης σε επιλεκτικές κατευθύνσεις. Ωστόσο, η φιλοσοφική και επιστημολογική θεώρηση του έργου του, έχει αποτελέσει σημείο τριβής και διαφωνιών μεταξύ των σύγχρονων ιστορικών της επιστήμης, σε σχέση με το ρόλο και τη σημασία του στην εξέλιξη της επιστημονικής σκέψης. Σύμφωνα με μια μερίδα ιστορικών (Straker 1971, Crombie 1992), η λύση του προβλήματος των φωτεινών προβολών, η οποία επιτεύχθηκε με την πλήρη μαθηματικοποίηση της συμπεριφοράς του φωτός, σηματοδότησε μια ουσιαστική μεταβολή στον τρόπο προσέγγισης των οπτικών φαινομένων ενώ το συνολικό θεωρητικό του κατασκεύασμα υπήρξε επαναστατικό, καθώς άλλαξε ριζικά τον τρόπο μελέτης των φυσικών φαινομένων, αποτελώντας την αφετηρία μιας νέας, μηχανοκρατικής αντίληψης για τη φύση (η οποία εδραιώθηκε από τους διαδόχους του με κύριο εκπρόσωπο τον Descartes*). Αντίθετα, για άλλους μελετητές, η σύνθεση του Kepler δεν προέκυψε από την αποκήρυξη κάποιων θεμελιακών αρχών της Οπτικής. Η θεωρία του δεν περιείχε ούτε νέες γεωμετρικές σχέσεις, ούτε αξιώματα της Οπτικής που δεν είχαν ήδη διατυπωθεί από προγενέστερους επιστήμονες. Επρόκειτο απλώς για μια αυστηρότερη εφαρμογή των παραδοσιακών αξιωμάτων του κλάδου και με την έννοια αυτή το έργο του δεν συνιστά εγκαθίδρυση ενός νέου εννοιολογικού πλαισίου (Butterfield 1983, Gillispie 1986, Lindberg 1987). Είναι γεγονός ότι η ιστορική ματιά σε μια θεωρία οδηγεί σε διαφορετική προσέγγιση κάθε φορά που αλλάζει η οπτική γωνία, η φιλοσοφική τοποθέτηση ή η ιδεολογική σκοπιά του μελετητή. Σχεδόν πάντα “… η Ιστορία εμφανίζεται σαν μια απάντηση στην ερώτηση που θέτει ο ιστορικός στα γραπτά μνημεία και πιο γενικά στο παρελθόν. … (ο ιστορικός) δεν μπορεί να βρει παρά αυτό που γυρεύει” (Marrou 1979, σ. 18). Έτσι, εκείνο που θα ενδιέφερε κάποιον που θα ήθελε να χρησιμοποιήσει διδακτικά την Ι.Ε. χωρίς να εμπλακεί στις επιστημολογικές διαφωνίες, θα ήταν “…ένας «κοινός τόπος» των πλέον έγκυρων εικόνων του επιστημονικού γίγνεσθαι που προσφέρονται. Ένας τέτοιος «κοινός τόπος» θα έδινε τη δυνατότητα στο χρήστη της Ι.Ε. να παρουσιάσει, ή να «διαβάσει» τα ιστορικά γεγονότα, εμφανίζοντας εκείνες τις πλευρές τους, που από όλες τις οπτικές γωνίες δείχνουν ίδιες και έτσι να ελαχιστοποιήσει τις πιθανότητες να «ψευσθεί»” (Τσελφές 1989, σ. 68). Στο ζήτημα αυτό αποτελεί πεποίθηση πολλών ερευνητών ότι ο ασφαλέστερος τρόπος για τη διδακτική αξιοποίηση της Ι.Ε. είναι η προσφυγή στο αυθεντικό ιστορικό υλικό, το οποίο θα πρέπει να αξιοποιηθεί ανεξάρτητα από επιστημολογικού χαρακτήρα διαμάχες (Δέδες 1997). Η μελέτη της ιστορικής εξέλιξης των απόψεων για το «παράδοξο» των φωτεινών προβολών, από τα Προβλήματα του Αριστοτέλη μέχρι τα Παραλειπόμενα του Kepler, ανέδειξε όχι μόνο ένα πλήθος εναλλακτικών ερμηνευτικών προσεγγίσεων αλλά και μια σειρά θεωρητικών σχηματοποιήσεων οι οποίες ξεπερνούν τις διαστάσεις του συγκεκριμένου προβλήματος και αγγίζουν θεμελιώδεις αρχές και αξιώματα της Οπτικής. Παράλληλα, έρευνες από το χώρο της διδακτικής αξιοποίησης της Ι.Ε. δείχνουν ότι σε περιπτώσεις όπου στην ιστορία της επιστήμης εκδηλώνονται δυσκολίες ερμηνείας φαινομένων και επίλυσης γρίφων, όπου εμφανίζονται αντιμαχόμενες «σχολές» και απόψεις, όπου υπάρχει ανταγωνιστικότητα και αντιπαλότητα επιχειρημάτων, με άλλα λόγια σε περιπτώσεις που συνιστούν

* Η νέα αυτή αντίληψη για τον κόσμο έλαβε το όνομά της από την απαίτηση που πρόβαλε: να υπάρχει μηχανική εξήγηση για κάθε φυσικό φαινόμενο. Δύο ήταν οι θεμελιακές αρχές οι οποίες αποτέλεσαν τη βάση του κοσμολογικού συστήματός του Descartes (1596-1650): Η πεποίθηση ότι η ύπαρξη του κενού είναι αδύνατη και η βεβαιότητα ότι ένα σώμα μπορεί να επηρεάζει ένα άλλο, μόνο όταν τα δύο σώματα βρίσκονται σε επαφή.

89

«ανωμαλίες» για τη φυσιολογική επιστήμη (Kuhn 1981), εκεί είναι περισσότερο πιθανή η εκδήλωση εναλλακτικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών (Steinberg et al. 1990, Benseghir & Closset 1996, Seroglou et al. 1998). Ως συνέπεια των παραπάνω συλλογισμών, πιστεύουμε ότι τα δεδομένα που προέκυψαν από την ιστορική έρευνα στο ζήτημα του σχηματισμού φωτεινών προβολών, μπορούν να αξιοποιηθούν, σε ένα πρώτο επίπεδο, ως μεθοδολογικό εργαλείο έρευνας για την ανίχνευση και τον εντοπισμό εναλλακτικών παραστάσεων των μαθητών για φαινόμενα που έχουν σχέση με τη διαδικασία εκπομπής, τον τρόπο διάδοσης και το μηχανισμό διαμόρφωσης των αποτελεσμάτων του φωτός. Σε ένα δεύτερο επίπεδο, θεωρούμε ότι η εφαρμογή πειραματικών δραστηριοτήτων που θα έχουν ως αφετηρία το αποφασιστικό πείραμα του Kepler καθώς και η εφαρμογή του πλαισίου των αρχών και κανόνων που διέπουν τη θεωρία του, μπορούν να αποτελέσουν τη βάση μιας διδακτικής στρατηγικής με στόχο την αναδιοργάνωση των νοητικών σχημάτων των μαθητών και την ανασυγκρότησή τους προς την κατεύθυνση της προσέγγισης του επιστημονικού προτύπου.

90

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

ΒΙΩΜΑΤΙΚΕΣ ΝΟΗΤΙΚΕΣ ΠΑΡΑΣΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΦΩΣ – ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

91

Στις προσπάθειες ανίχνευσης των παραστάσεων των παιδιών για διάφορες φυσικές έννοιες, ένα αξιόλογο μέρος καταλαμβάνουν οι έρευνες για την έννοια του φωτός και των φαινομένων που αυτό προκαλεί, καθώς διαδίδεται στο χώρο. Οι περισσότερες από τις έρευνες αυτές έχουν αποκλειστικά διερευνητικό χαρακτήρα (ιδιαίτερα οι χρονολογικά προγενέστερες –ακολουθώντας φυσιολογικά τους γενικότερους προσανατολισμούς της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών), περιοριζόμενες έτσι σε ένα διαπιστωτικό πλαίσιο, το οποίο δεν επιτρέπει την εξαγωγή κάποιων συμπερασμάτων σχετικά με τις προϋποθέσεις υπέρβασης των αυθόρμητα συγκροτημένων νοητικών σχημάτων των μαθητών. Το ερευνητικό ενδιαφέρον επικεντρώνεται συνήθως σε επιλεγμένα θέματα-στόχους, δημοφιλέστερα των οποίων είναι η φύση του φωτός, η αναγνώρισή του ως οντότητας στο χώρο, η αλληλεπίδρασή του με τα αντικείμενα, η διαδικασία της όρασης (η οποίο εξετάζεται κυρίως από τη σκοπιά της φύσης των εξωτερικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ πηγής, αντικειμένων και ματιού και όχι ως μηχανισμός σχηματισμού ειδώλων στον αμφιβληστροειδή) και η προέλευση των χρωμάτων, ενώ ένα μικρό μόνο μέρος των εργασιών προσανατολίζεται στο αντικείμενο της δικής μας έρευνας, στη διερεύνηση δηλαδή της διαδικασίας εκπομπής του φωτός από εκτεταμένες πηγές και την ερμηνεία των σχετικών φωτεινών αποτελεσμάτων. Εξετάζουμε στη συνέχεια τα αποτελέσματα μιας σειράς, σχετικών με το φως, ερευνών της τελευταίας 25ετίας, ακολουθώντας την προηγούμενη θεματολογική ταξινόμηση και -σε κάθε περίπτωση- τη χρονολογική σειρά δημοσίευσής τους. 5.1. Η φύση του φωτός Οι Watts & Gilbert (1985), διερευνώντας τις ιδέες μαθητών της πρωτοβάθμιας εκπαίδευσης στην Αγγλία σχετικά με τη φύση του φωτός, διαπιστώνουν ότι τα παιδιά δεν αντιμετωπίζουν με ενιαίο τρόπο τη φωτεινή ακτινοβολία και διακρίνουν στις παραστάσεις τους εφτά διαφορετικά είδη φωτός (φυσικό, σύνθετο, διπλό, τεχνητό, τροποποιημένο, εμφανές, αναδυόμενο), ανάλογα με την ένταση, τα αποτελέσματα που προκαλεί, τη χρηστικότητά του, αλλά και τη φύση και το μέγεθος της πηγής από την οποία εκπέμπεται. Οι Reiner & Finegold (1987), προτείνοντας διάφορες πειραματικές καταστάσεις σε μαθητές της δευτεροβάθμιας τεχνικής εκπαίδευσης του Ισραήλ, καταγράφουν μια σωματιδιακή παράσταση για το φως. Τα σωματίδια του φωτός ασκούν ικανή δύναμη ώστε να περιστρέψουν τα φτερά μιας έλικας μέσα σε σωλήνα Crookes και να ασκήσουν δύναμη τριβής στα μόρια του καφέ ώστε να τον ζεστάνουν. Η υλική αυτή αντίληψη για το φως διαμορφώνει ένα ερμηνευτικό περίγραμμα, στα πλαίσια του οποίου εξηγούνται διάφορα οπτικά φαινόμενα, όπως η εξασθένηση του φωτός σε κάποια απόσταση από την πηγή, η δυσκολία που παρουσιάζεται στο να διασχίσει το φως ένα φράγμα (π.χ. ένα ποτήρι με κάποιο υγρό), το χρώμα του φωτός κ.ά. Με το ίδιο αντικείμενο ασχολούνται και οι Lefevre & Escaut (1986 & 1987), κατατάσσοντας τις πληροφορίες που συνέλεξαν από έρευνα που πραγματοποίησαν με πρωτοετείς φοιτητές στη Γαλλία, σε τρεις κατηγορίες παραστάσεων. Οι φοιτητές χρησιμοποιούν εναλλακτικά και ανάλογα με το πρόβλημα που αντιμετωπίζουν, το σωματιδιακό μοντέλο, το κυματικό μοντέλο ή το μοντέλο των φωτεινών ακτίνων. Το πρώτο μοντέλο χρησιμοποιείται για την εξήγηση συγκεκριμένων φαινομένων, όπως η μεταφορά ενέργειας ή το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Με το κυματικό μοντέλο προσεγγίζουν πιο αφηρημένα φαινόμενα, όπως η διάδοση του φωτός στο κενό, η αλλαγή ταχύτητας διάδοσης στα διάφορα υλικά μέσα ή οι αλληλεπιδράσεις με την ύλη. Συχνά όμως τα μοντέλα αυτά τίθενται υπό αμφισβήτηση και υπερκαλύπτονται

92

από την παράσταση των φωτεινών ακτίνων η οποία τους είναι περισσότερο οικεία, τόσο στο επίπεδο της αντίληψης, όσο και στο επίπεδο της διδασκαλίας. Η L. Maurines (1999) επιχειρεί να διερευνήσει τις γνωστικές δυσκολίες που αντιμετωπίζουν μαθητές Λυκείου και φοιτητές στη Γαλλία όταν χρησιμοποιούν τις έννοιες της ακτίνας και της ισοφασικής επιφάνειας ή εφαρμόζουν την αρχή Huygens – Fresnel, προκειμένου να περιγράψουν ή/και να παραστήσουν γραφικά φαινόμενα διάδοσης κυμάτων (φωτός – ήχου) σε τρεις διαστάσεις. Η έρευνα επικεντρώνεται σε τρεις κατηγορίες φαινομένων (διάδοση σε ομογενές μέσο, ανάκλαση, διάθλαση) και αναδεικνύει τρεις τύπους συλλογισμών: α) συλλογισμούς γεωμετρικής και μηχανιστικής αναπαράστασης των φαινομένων β) συλλογισμούς εξαίρεσης μεταβλητών μέσω μιας αποκλειστικά μακροσκοπικής αντιμετώπισης των φαινομένων γ) συλλογισμούς απόδοσης υλικών χαρακτηριστικών στις εμπλεκόμενες έννοιες. 5.2. Το φως ως οντότητα στο χώρο Οι Tiberghien et al. (1980), διερευνώντας τις παραστάσεις παιδιών ηλικίας 10 –12 ετών στη Γαλλία σε σχέση με την αναγνώριση της παρουσίας του φωτός στο χώρο, διακρίνουν τρεις κατηγορίες προσεγγίσεων. α) Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται παιδιά τα οποία αντιμετωπίζουν την έννοια στο επίπεδο της καθημερινής γλώσσας ή επιχειρούν αναγωγή του φωτός σε αντιληπτές, σχετικές με αυτό, κατηγορίες αντικειμένων, όπως λάμπες φωτισμού, έντονα φωτισμένες περιοχές κ.λ.π. β) Στη δεύτερη κατηγορία κατατάσσονται παιδιά τα οποία ενώ κατά τη διάρκεια κάποιων πειραματικών καταστάσεων χειρίζονται την έννοια με τον τρόπο που αυτή αναγνωρίζεται από τη Φυσική, σε άλλες περιπτώσεις χρησιμοποιούν παραστάσεις που υπάγονται στην προηγούμενη κατηγορία. γ) Η τρίτη κατηγορία περιλαμβάνει παιδιά τα οποία αναγνωρίζουν στο φως αυτόνομες ιδιότητες, αποσυνδέοντάς το έτσι από τις φωτεινές πηγές και τα φωτιζόμενα αντικείμενα. Με τον εντοπισμό του φωτός στο χώρο ασχολούνται και οι Stead & Osborn (1980), οι οποίοι πραγματοποιούν μια έρευνα στη Νέα Ζηλανδία με μαθητές 9–16 ετών, αξιοποιώντας φωτεινές πηγές και κάτοπτρα. Η έρευνα αυτή δείχνει ότι σε όλο το φάσμα των ηλικιών, ελάχιστοι μαθητές αντιλαμβάνονται το φως ως οντότητα που διαδίδεται σε μεγάλη απόσταση από την πηγή, ενώ η πλειοψηφία των παιδιών πιστεύει ότι το φως διαδίδεται λίγο μακρύτερα τη νύχτα, σε σχέση με την ημέρα. Επίσης δεν παρατηρείται αξιοσημείωτη διαφορά στις παραστάσεις των μεγαλύτερων μαθητών οι οποίοι είχαν διδαχθεί συστηματικά Οπτική (κάποιοι μάλιστα σε δύο επίπεδα) και άλλων μικρότερων οι οποίοι δεν είχαν διδαχθεί καθόλου. Επιχειρώντας να καταγράψουν τις παραστάσεις μαθητών 10 ετών στις ΗΠΑ για το ίδιο ζήτημα, οι Anderson & Smith (1982) διαπιστώνουν ότι τα περισσότερα παιδιά δεν αναγνωρίζουν το φως ως διαδιδόμενη οντότητα, ακόμα και αν πιστεύουν αόριστα ότι υπάρχει φως στο χώρο που τα περιβάλλει. Αρκετά παιδιά δεν αναγνωρίζουν καθόλου την ύπαρξη του φωτός στο χώρο, ενώ κάποια άλλα χρησιμοποιούν μία παράσταση την οποία οι ερευνητές αποκαλούν «φαινόμενο βρύσης», σύμφωνα με την οποία το φως μετακινείται από την πηγή προς το κέντρο ενός δωματίου χωρίς δυνατότητα να εξαπλωθεί προς τα άκρα. Με τα πορίσματα αυτά συμφωνούν και τα δεδομένα των Anderson & Kärrqvist (1983) στην έρευνά τους με Σουηδούς μαθητές 12 – 15 ετών, πριν και μετά τη διδασκαλία της Οπτικής. Οι ερευνητές διαπιστώνουν ότι «ιδέα-κλειδί» για την

93

επιτυχή κατανόηση των φαινομένων που προκαλεί το φως, είναι η αναγνώριση του φωτός μεταξύ πηγής και αποδέκτη. Από τη διερεύνησή τους καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η αναγνώριση αυτή είναι αυστηρά συνδεδεμένη με το είδος του αντιμετωπιζόμενου προβλήματος και ότι ακόμα και μετά τη διδασκαλία, ένας πολύ μικρός αριθμός παιδιών χρησιμοποιεί επαρκώς την έννοια της διάδοσης του φωτός στο χώρο σε κάθε φαινόμενο που συναντά. Με βάση αυτήν ακριβώς τη διαπίστωση, ερμηνεύουν την επιτυχία ή αποτυχία των παιδιών στην εξήγηση φαινομένων όπως η διάθλαση, η δημιουργία των χρωμάτων, ο σχηματισμός φωτεινών προβολών από φακούς και ο μηχανισμός της όρασης. Επίσης καταλήγουν σε προτάσεις για τη διδασκαλία της Γεωμετρικής Οπτικής. Με παρόμοιο προβληματισμό η E. Guesne (1984), σε έρευνά της με Γάλλους μαθητές 13 - 14 ετών, διαπιστώνει δύο κυρίαρχες τάσεις σε ό, τι αφορά την παρουσία του φωτός στο χώρο: α) την ταύτιση του φωτός με τη φωτεινή πηγή ή τα αποτελέσματά του β) την αναγνώρισή του ως αυτόνομης οντότητας στον μεταξύ πηγής και αποτελέσματος χώρο. Οι προεκτάσεις των δύο προσεγγίσεων αποκτούν ιδιαίτερη σημασία, καθώς τα παιδιά της πρώτης κατηγορίας παρουσιάζουν φανερή υστέρηση σε σχέση με αυτά της δεύτερης στην κατανόηση των αλληλεπιδράσεων φωτός και αντικειμένων, με αποτέλεσμα φαινόμενα όπως ο σχηματισμός σκιών ή η ανάκλαση του φωτός να μένουν ανερμήνευτα. Στην επιβεβαίωση των πορισμάτων των παραπάνω εργασιών καταλήγει και η έρευνα που πραγματοποιεί και ο Κ. Ραβάνης (1994) με μαθητές ηλικίας 10 ετών. Ο ερευνητής, υιοθετώντας τον εννοιολογικό θεωρητικό ιστό του Piaget για την προσέγγιση της γνωστικής εξέλιξης, υποστηρίζει ότι η αδυναμία συγκρότησης συλλογισμών μεταβατικού τύπου που χαρακτηρίζει την περίοδο της διαισθητικής σκέψης, οδηγεί τα παιδιά σε επικεντρώσεις, οι οποίες συναρτώνται από τη χωρική διευθέτηση των παρατηρησιακών δεδομένων. Έτσι, στην περίπτωση του φωτός ο αντιληπτικός έλεγχος εστιάζεται είτε στη φωτεινή πηγή, είτε στις ορατώς φωτιζόμενες επιφάνειες, είτε στην απ’ ευθείας σύνδεσή τους με συλλογισμό άμεσης μετάβασης, αγνοώντας το πεδίο διάδοσης του φωτός. Στη βάση αυτής της προσέγγισης, τονίζει ότι η αναγνώριση του φωτός στο χώρο αποτελεί αντικείμενο οικοδόμησης και όχι αυθύπαρκτη γνώση (δεδομένου ότι η διάδοση της φωτεινής ακτινοβολίας δεν εμπίπτει συνήθως στα αντιληπτικά δεδομένα), επισημαίνοντας την ανάγκη επιμονής του αναλυτικού προγράμματος αλλά και την ευαισθητοποίηση των διδασκόντων στο ζήτημα αυτό. 5.3. Οπτικά φαινόμενα και αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη Οι Palacios et al. (1989) καταγράφουν τις απόψεις φοιτητών παιδαγωγικών τμημάτων στην Ισπανία για μια σειρά οπτικών φαινομένων, πριν και μετά την ολοκλήρωση της διδασκαλίας της Οπτικής. Από τα αποτελέσματα της έρευνας οι συγγραφείς διαπιστώνουν ότι σημαντικά ποσοστά των υποκειμένων εξακολουθούν να διατηρούν τις εναλλακτικές τους ιδέες, καθώς θεωρούν ότι: α) η ταχύτητα του φωτός εξαρτάται από την ταχύτητα της πηγής από την οποία εκπέμπεται β) τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης εξελίσσονται σε κάθε περίπτωση ανεξάρτητα γ) οι επίπεδοι καθρέφτες είναι τέλειοι ανακλαστήρες και δημιουργούν πραγματικά είδωλα δ) οι φακοί αυξάνουν την ενέργεια του φωτός, αποτελούν δηλαδή γεννήτριες φωτεινής ενέργειας και θερμότητας ε) τα οπτικά πρίσματα έχουν αποκλειστικά τριγωνικό σχήμα και αναλύουν το φως οποιουδήποτε καθαρού φασματικού χρώματος.

94

Σε μια ευρείας κλίμακας έρευνα που πραγματοποιούν στην Ινδία με μαθητές 14-15 ετών, οι Ramadas & Driver (1989) διαπιστώνουν ότι τα παιδιά αντιλαμβάνονται το σχηματισμό των ειδώλων από επίπεδα κάτοπτρα, ως μια ιδιότητα των στιλπνών επιφανειών να δεσμεύουν την υλική εικόνα των αντικειμένων. Οι ερευνητές επισημαίνουν την ισχυρή αντίσταση που προβάλλουν οι αυθόρμητες παραστάσεις, καθώς η ειδικά σχεδιασμένη παρέμβαση που πραγματοποιούν για το μετασχηματισμό τους δεν είχε ιδιαίτερα ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Η M. Fleer (1996) επιχειρεί σε έρευνά της την ανίχνευση των παραστάσεων παιδιών προσχολικής ηλικίας (4 ετών) στην Αυστραλία αναφορικά με τη σχέση των εννοιών φως-σκοτάδι, ενώ ταυτόχρονα παρακολουθεί την εξέλιξη των παραστάσεων αυτών χρησιμοποιώντας εννοιολογικούς χάρτες, κατά τη διάρκεια μιας αλληλεπιδραστικού χαρακτήρα διδακτικής παρέμβασης διάρκειας δύο εβδομάδων. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι πριν από τη διδασκαλία τα παιδιά αντιλαμβάνονται το σκοτάδι ως μια αυτόνομη «κατάσταση», ανάλογη με την «κατάσταση» φως η οποία δημιουργείται από συγκεκριμένες τεχνητές φωτεινές πηγές, χωρίς να καταγράφεται καμία σύνδεση μεταξύ των δύο αυτών «καταστάσεων». Μετά την παρέμβαση παρατηρούνται αξιόλογες πρόοδοι σε ό,τι αφορά την κατανόηση της έννοιας της διάδοσης του φωτός, καθώς και την αναγνώριση πολυπληθέστερων πηγών φωτός, όχι όμως και στην προσέγγιση της έννοιας του σκότους ως απουσίας φωτός. Η συγγραφέας, θεωρώντας την κατανόηση της αλληλεξάρτησης φωτός και σκότους ως θεμελιώδη για τη μελλοντική οικοδόμηση των εννοιών της Οπτικής, προτείνει έναν ιδιαίτερο προσανατολισμό των ερευνητικών προσπαθειών προς αυτή την κατεύθυνση. Τη διερεύνηση της διασύνδεσης μιας σειράς οπτικών φαινομένων της καθημερινότητας με την παρουσία και τις ιδιότητες του φωτός επιχειρούν οι Langley et al. (1997), ανιχνεύοντας τις αυθόρμητες παραστάσεις μαθητών 15 ετών στο Ισραήλ πριν από τη σχολική διδασκαλία της Οπτικής. Τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι η πλειοψηφία των παιδιών έχει ήδη αναπτύξει για τα φαινόμενα αυτά ένα σταθερό περιγραφικό και επεξηγηματικό πρότυπο, το οποίο όμως βρίσκεται σε μεγάλη απόσταση από την αντίστοιχο επιστημονικό μοντέλο. Επιχειρώντας μια κωδικοποίηση των ευρημάτων, μπορούμε να διακρίνουμε τα ακόλουθα χαρακτηριστικά της σκέψης των υποκειμένων της έρευνας: α) η διάδοση του φωτός είναι περιορισμένη και εντοπίζεται συνήθως σε μια μικρή περιοχή γύρω από τις φωτεινές πηγές β) η κατευθυντικότητα της διάδοσης δεν παίζει ιδιαίτερο ρόλο στη διαμόρφωση των φωτεινών αποτελεσμάτων, γι αυτό και σπάνια απεικονίζεται στις έντυπες αναπαραστάσεις των διατάξεων γ) η δημιουργία των σκιών στις περισσότερες περιπτώσεις γίνεται αντιληπτή ως αποτέλεσμα της προβολής μιας αυτόνομης οντότητας και όχι ως αποτέλεσμα της παρεμπόδισης της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός δ) ο σχηματισμός ειδώλων από επίπεδα κάτοπτρα νοείται συχνά ως δέσμευση της εικόνας του αντικειμένου από το κάτοπτρο, ενώ η αλλαγή της πορείας της φωτεινή δέσμης ερμηνεύεται ως μια εγγενής ιδιότητα των επαργυρωμένων επιφανειών και όχι ως αποτέλεσμα της διαδικασίας της ανάκλασης ε) η λειτουργία της φωτογραφικής μηχανής ερμηνεύεται μάλλον ως μια διαδικασία εκπομπής παρά ως αποτέλεσμα προσβολής του φιλμ από τη φωτεινή ακτινοβολία στ) η παρουσία παρατηρητή στις προτεινόμενες καταστάσεις οδηγεί σε ερμηνευτικές συγχύσεις, καθώς η απουσία ενός επαρκούς εξηγητικού μοντέλου του μηχανισμού της όρασης απομακρύνει τους συλλογισμούς των μαθητών από αιτιολογήσεις με όρους διάδοσης του φωτός.

95

5.4. Ο μηχανισμός της όρασης Η E. Guesne (1978) σε έρευνά της με Γάλλους μαθητές 14 ετών, διαπιστώνει ότι ενώ όλα τα παιδιά αναγνωρίζουν το φως ως απαραίτητο παράγοντα για την όραση, οι παραστάσεις τους προσεγγίζουν καλύτερα το μοντέλο της Φυσικής μόνο στο 1/4 των εξεταζόμενων περιπτώσεων και εφόσον το αντικείμενο που εκπέμπει είναι φωτεινή πηγή και μάλιστα ισχυρή. Ως προς τα πρότυπα που επικρατούν, η πλειοψηφία των υποκειμένων (50%) υιοθετεί το αποκαλούμενο «λουτρό φωτός», μια διάχυτη δηλαδή και στατική φωτεινότητα που καλύπτει το χώρο και επιτρέπει την όραση. Στις υπόλοιπες περιπτώσεις τα παιδιά επικαλούνται το φωτισμό του αντικειμένου από την πηγή, αποδίδοντας συχνά και στο μάτι έναν ενεργητικό ρόλο, ενώ εξαιρετικά ολιγάριθμες είναι οι περιπτώσεις στις οποίες εξηγείται ως μηχανισμός της όρασης, ο φωτισμός του αντικειμένου από την πηγή και η επανεκπομπή του φωτός από το αντικείμενο προς το μάτι. Οι Eaton et al. (1984) ασχολούνται με το μηχανισμό της όρασης, επιχειρώντας να αξιολογήσουν τα αποτελέσματα του προγράμματος Elementary Science Project ως προς τη διδασκαλία του φωτός σε μαθητές 10 –11 ετών στις ΗΠΑ. Διαπιστώνουν ότι μετά τη διδασκαλία έξι μαθητών, μόνο ένας μετέβαλε την αρχική αυθόρμητη άποψή του προς την επιστημονική, για το ρόλο του φωτός στην όραση. Τα παιδιά δεν μπορούσαν να αποδώσουν την όραση στην επανεκπομπή του φωτός από τα αντικείμενα, αλλά την ερμήνευαν ως αποτέλεσμα του γενικού φωτισμού των αντικειμένων από τον ήλιο. Η έρευνα αυτή επιβεβαίωσε ποιοτικά τα αποτελέσματα των Anderson & Smith (1983) που πραγματοποιήθηκε με μεγαλύτερο δείγμα. Οι Boyes & Stanisstreet (1991), σε μια συγκριτική μελέτη των αντιλήψεων μαθητών 11-16 ετών στην Αγγλία για τα φαινόμενα της όρασης και της ακοής, διαπιστώνουν μια γενική μετατόπιση των παραστάσεων προς περισσότερο «αποδεκτά» πρότυπα με την αύξηση της ηλικίας. Ωστόσο, ακόμα και στις μεγαλύτερες ηλικίες τα ποσοστά των ασύμβατων με το επιστημονικό μοντέλο παραστάσεων παραμένουν υψηλά. Έτσι, ενώ το 1/4 περίπου των παιδιών της μικρότερης ηλικιακής ομάδας αντιλαμβάνεται την όραση ως αποτέλεσμα ταυτόχρονου φωτισμού ματιού και αντικειμένου από την πηγή χωρίς να σημειώνεται καμία αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο πρώτων, στις μεγαλύτερες ηλικίες η αλληλεπίδραση αυτή καταγράφεται από το 1/3 των μαθητών ως αποτέλεσμα της ανάκλασης του φωτός της πηγής στο μάτι (ενεργός όραση). Η N. Selley (1996), παρακολουθώντας την εξέλιξη των παραστάσεων των ίδιων παιδιών σε ένα χρονικό διάστημα δύο ετών (από ηλικία 9 έως 11 ετών) στην Αγγλία, εντοπίζει εννέα διαφορετικά νοητικά σχήματα ερμηνείας του μηχανισμού της όρασης για τα αυτόφωτα αλλά και τα ετερόφωτα αντικείμενα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας, στη μικρότερη ηλικία τα παιδιά αδυνατούν να προσδιορίσουν με σαφήνεια κάποιο ρόλο για το φως, αποδίδοντας την αίσθηση της όρασης σε διάφορους τύπους αφηρημένων δράσεων. Με την αύξηση της ηλικίας οι δράσεις αυτές συγκεκριμενοποιούνται και αποκτούν κατευθυντικότητα, χωρίς όμως να προσεγγίζουν το αποδεκτό επιστημονικό μοντέλο. Αντίθετα, παρατηρείται μια αύξηση των παραστατικών προτύπων στα οποία το μάτι παίζει έναν ενεργητικό ρόλο, γεγονός που αποδίδεται από τη συγγραφέα σε παράγοντες ψυχολογικούς (το απλό μοντέλο της εκπομπής έχει ισχυρότερη επεξηγηματική ισχύ από το πολυπλοκότερο της πρόσληψης μέσω δευτερογενούς εκπομπής), διαισθητικούς (η ιδέα της εκπομπής του φωτός από τα ετερόφωτα σώματα δείχνει να αντιτίθεται στην αισθητηριακή εμπειρία), αλλά και γλωσσολογικούς (η ενεργητική διάθεση των ρημάτων που αφορούν την όραση αποδίδει έναν ενεργητικό ρόλο και στο μάτι).

96

Από την πλευρά του ο Κ. Ραβάνης (2000) επιχειρεί να μελετήσει τις βιωματικές νοητικές παραστάσεις μαθητών της Α΄ Γυμνασίου για την όραση, δίνοντας προτεραιότητα όχι στην περιγραφή των προβλημάτων της σκέψης αλλά στην ανάδειξη των μαθησιακών εμποδίων και τον προσδιορισμό των αποφασιστικών δυσκολιών που παρουσιάζονται κατά τη διδασκαλία των σχετικών θεμάτων. Σύμφωνα με τα πορίσματα της εργασίας του, το βασικό γνωστικό εμπόδιο για την κατανόηση του μηχανισμού της όρασης (αλλά και γενικότερα των φαινομένων της αλληλεπίδρασης του φωτός με τα αντικείμενα) είναι η αναγνώριση από την πλευρά των μαθητών του φαινομένου της επανεκπομπής του φωτός από τα ετερόφωτα αντικείμενα. Έτσι, σύμφωνα με τον συγγραφέα, η διδακτικές ενέργειες των διδασκόντων θα πρέπει να είναι ιδιαίτερα προσανατολισμένες προς την κατεύθυνση της υπέρβασης του συγκεκριμένου εμποδίου, καθώς η οικειοποίηση του φαινομένου της επανεκπομπής είναι δυνατόν να επιτρέψει τόσο τη λειτουργική χρήση του φωτός ως αυτόνομης οντότητας, όσο και την απόδοση ρόλου αποδέκτη στα μάτια. Ανάλογα είναι και τα συμπεράσματα στα οποία καταλήγουν οι Hosson & Kaminski (2002) σε έρευνά τους στη Γαλλία με μαθητές Γυμνασίου. Σύμφωνα με τις απόψεις των υποκειμένων, ο σχηματισμός φωτεινών εικόνων διαμεσολαβείται από το φως στη βάση μιας διαδικασίας σύμφωνα με την οποία οι φωτεινές ακτίνες μεταφέρουν την εικόνα του αντικειμένου, σημείο προς σημείο, στην οθόνη προβολής. Κατ’ αναλογία με το πρότυπο αυτό, η όραση ερμηνεύεται από τα παιδιά ως αποτέλεσμα μιας δραστηριότητας του ματιού η οποία προϋποθέτει τη συνεισφορά του φωτός ως «οχήματος μεταφοράς» της οπτικής πληροφορίας. 5.5. Η προέλευση των χρωμάτων Οι Anderson & Smith (1982), στα πλαίσια της ίδιας έρευνας που παρουσιάσαμε προηγουμένως, διαπιστώνουν ότι τα περισσότερα παιδιά αντιλαμβάνονται το λευκό φως ως απουσία χρώματος και όχι ως συνδυασμό άλλων χρωμάτων. Επίσης η μεγάλη πλειοψηφία των μαθητών θεωρεί ότι το χρώμα είναι δεσμευμένο στα σώματα και ότι το φως απλώς μας βοηθά να το διακρίνουμε. Θεωρούν, δηλαδή, ότι με τα μάτια μας βλέπουμε το χρώμα ενός αντικειμένου και όχι το χρώμα του ανακλώμενου φωτός. Ακόμη και μετά τη σχολική διδασκαλία της αντίστοιχης ενότητας, μόνο το 1/4 των μαθητών διαπιστώνεται ότι έχει συγκροτήσει παραστάσεις συμβατές με το επιστημονικό πρότυπο. Η F. Chauvet (1994 & 1996), αφού καταγράφει μέσω ερωτηματολογίων και συνεντεύξεων τις αντιλήψεις πρωτοετών σπουδαστών της σχολής Καλών Τεχνών στη Γαλλία για τη φύση και την προέλευση των χρωμάτων, σχεδιάζει και πραγματοποιεί, στο πλαίσιο μιας εποικοδομητικής προσέγγισης, μια σειρά πειραματικών δραστηριοτήτων με στόχο την κατανόηση α) της εξάρτησης του χρώματος των ετερόφωτων σωμάτων από το χρώμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (απορρόφηση - επανεκπομπή) β) των αποτελεσμάτων της σύνθεσης φωτεινών ακτινοβολιών διαφορετικού χρώματος (προσθετική - αφαιρετική ανάμειξη) γ) τη διαφοροποίηση της χρωματικής σύνθεσης φωτεινών ακτινοβολιών και χρωστικών ουσιών. Τα θετικά μαθησιακά αποτελέσματα της παρέμβασης, οδηγούν την ερευνήτρια σε προτάσεις εφαρμογής ανάλογων δραστηριοτήτων στο επίπεδο της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης. Στην ίδια προοπτική ο R. Batts (1999) καταγράφει σημαντικές προόδους μαθητών 11 ετών στην Αγγλία, μετά την πραγματοποίηση μιας αλληλεπιδραστικού χαρακτήρα διδασκαλίας, η οποία βασίζεται στη συμμετοχή των παιδιών σε ένα παιχνίδι

97

απόδοσης «χρωματικών» ρόλων. Ως διδακτικό στόχο της παρέμβασης ο ερευνητής θέτει την κατανόηση του φαινόμενου χρώματος των σωμάτων όταν φωτίζονται από λευκό φως και των αποτελεσμάτων της αφαιρετικής ανάμειξης μονοχρωματικών ακτινοβολιών. 5.6. Η εκπομπή και διάδοση του φωτός από εκτεταμένες φωτεινές πηγές Η συντριπτική πλειοψηφία των ερευνών που αφορούν τις παραστάσεις μαθητών σχετικά με την ερμηνεία των αποτελεσμάτων του φωτός, πραγματοποιείται στη βάση της θεώρησης των πηγών εκπομπής του φωτός ως σημειακών. Η παρουσία όμως στα κεφάλαια της Οπτικής θεμάτων τα οποία δεν είναι δυνατόν να τύχουν επαρκούς ερμηνείας παρά μόνο στο πλαίσιο της θεώρησης των φωτεινών πηγών ως εχόντων υπολογίσιμες διαστάσεις (δημιουργία φωτεινών προβολών και σκιών, είδωλα από φακούς και κάτοπτρα, σκοτεινός θάλαμος, μηχανισμός της όρασης), έχει συμβάλλει στην ανάπτυξη και ενός –περιορισμένου- αριθμού ερευνητικών πρωτοβουλιών στη βάση της συγκεκριμένης θεώρησης. Οι Fawaz και Viennot (1986) καταγράφουν σε έρευνά τους νοητικές παραστάσεις για την εκπομπή του φωτός από εκτεταμένες πηγές, απευθυνόμενοι σε μαθητές 16 ετών του Λιβάνου οι οποίοι έχουν ολοκληρώσει τον κύκλο διδασκαλίας της Γεωμετρικής Οπτικής στην Α΄ Λυκείου. Η αντιμετώπιση σχεδιαστικών προβλημάτων εντοπισμού της θέσης και πρόβλεψης του σχήματος πραγματικού ειδώλου από συγκλίνοντες φακούς σε γραπτά ερωτηματολόγια, αποκαλύπτει παραστάσεις επιλεκτικής διάδοσης του φωτός σε προνομιακή κατεύθυνση, ολιστικής αντιστοίχισης αντικειμένου – ειδώλου και αποσπασματικής θεώρησης επιλεγμένων ακτίνων εκπομπής. Οι μαθητές, μολονότι έχουν διδαχθεί το μηχανισμό της μη συνεκτικής εκπομπής, δείχνουν να αντιμετωπίζουν ιδιαίτερη δυσκολία στη σύνθεση της συνολικής εικόνας του ειδώλου από τα ανεξάρτητα σημειακά είδωλα, το πέρασμα δηλαδή από την ασυνέχεια στη συνέχεια. Στην περίπτωση των φωτεινών προβολών σε σκοτεινό θάλαμο, αναδεικνύεται σαφέστατα η έλλειψη ενός ενιαίου εξηγητικού μηχανισμού για τη διαμόρφωση του σχήματος της προβολής στις διάφορες σχεδιαστικά προτεινόμενες καταστάσεις. Η ποικιλομορφία των εξηγητικών σχημάτων που χρησιμοποιούν οι μαθητές, προκύπτει ως συνάρτηση των διαστάσεων των δύο βασικών στοιχείων της διάταξης: της πηγής και της οπής. Ικανοποιητικές απαντήσεις προκύπτουν μόνο στην περίπτωση της σημειακής πηγής. Αντίθετα, επικρατεί αμφιβολία και σύγχυση όταν η πηγή ή/και η οπή γίνονται εκτεταμένες. Έτσι εμφανίζονται παραστάσεις ολιστικής μεταφοράς, αντιστοίχισης μέσω προνομιακών ακτίνων, ενεργών ιδιοτήτων της οπής και αναλογιών με τους φακούς ως προς την εστίαση της εικόνας. Οι Rice & Feher (1987), σε έρευνά τους στις Η.Π.Α. με μαθητές ηλικίας 9–13 ετών οι οποίοι δεν είχαν διδαχθεί (ή είχαν διδαχθεί ελάχιστα) στοιχεία Γεωμετρικής Οπτικής, αναλύουν τις προβλέψεις και τις εξηγήσεις των παιδιών για τις εικόνες που σχηματίζονται σε οθόνη από φως που προέρχεται από εκτεταμένες πηγές, όταν αυτό διέρχεται από οπές διαφόρων σχημάτων. Κατά το στάδιο της πρόγνωσης, οι μαθητές προβλέπουν ως σχήμα της προβολής, είτε το σχήμα της οπής (σε ποσοστό 50%), είτε το σχήμα της πηγής (25%), είτε διάφορα σχήματα που προκύπτουν μορφολογικά από το συνδυασμό πηγής και οπής (25%). Κατά το στάδιο της αιτιολόγησης της πρόβλεψης (πριν από την πραγματοποίηση του πειράματος) ή της εξήγησης του φαινομένου (μετά την πραγματοποίηση), κυριαρχούν ερμηνευτικά πρότυπα στα οποία το φως αναγνωρίζεται ως οντότητα η οποία μεταφέρει πληροφορίες για το σχήμα της πηγής από την οποία εκπέμπεται, πληροφορίες τις οποίες και μορφοποιεί κατά την πρόσπτωσή του στην οθόνη. Η συνολική εικόνα που μπορεί να προκύψει

98

από τα σχέδια, τις προβλέψεις και τις εξηγήσεις των παιδιών, είναι μια παράσταση στην οποία το φως εκπέμπεται ως ολότητα και διαδίδεται σε προνομιακές διευθύνσεις τις οποίες επιβάλλουν οι διευθετήσεις των αντικειμένων του προβλήματος. Σε ανάλογα συμπεράσματα καταλήγει και δεύτερη έρευνα των ίδιων συγγραφέων με μαθητές ηλικίας 8 –14 ετών (Feher & Rice 1988), όπου στη θέση του διαφράγματος με οπή, τοποθετούνται αδιαφανή αντικείμενα-εμπόδια διαφόρων διαστάσεων και ζητείται πρόβλεψη και ερμηνεία του σχήματος της δημιουργούμενης σκιάς στην οθόνη. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας, μόνο το 1/4 των μαθητών αποδίδει το σχηματισμό της σκιάς στην παρεμβολή του εμποδίου στην πορεία του φωτός, ενώ πολύ συχνά στα σχέδια των παιδιών οι σκιές και οι φωτεινές προβολές δεν συνδέονται με τις φωτεινές πηγές, δηλαδή ο προτεινόμενος μηχανισμός δεν συμπεριλαμβάνει την πηγή. Ακόμα και όταν στα σχέδια που κάνουν τα παιδιά εμφανίζεται ένα σύνολο διαγωνίων γραμμών που ξεκινούν από την πηγή, δεν υπάρχει η αντίληψη της ισοτιμίας των κατευθύνσεων αλλά διάδοση σε προνομιακές διευθύνσεις, επιλεγόμενες με βάση τη θέση των στοιχείων της εκάστοτε διάταξης. Εδώ βέβαια οι ερμηνείες είναι συνθετότερες, καθώς υπεισέρχονται και βιωματικές αντιλήψεις οι οποίες αποδίδουν στη σκιά υλική υπόσταση και άμεση εξάρτηση από το εμπόδιο, αποδυναμώνοντας το ρόλο του φωτός στη δημιουργία της. Παρόμοια είναι και τα αποτελέσματα έρευνας που πραγματοποιείται από τους Goldberg & McDermott (1987), σχετικά με τον τρόπο σχηματισμού πραγματικού ειδώλου από συγκλίνοντες φακούς, σε φοιτητές κολεγίου λίγο πριν και αφού είχαν ολοκληρώσει τον κύκλο διδασκαλίας της Γεωμετρικής Οπτικής. Η μεταφορά από υπολογιστικού τύπου προβλήματα (στα οποία η επίδοσή τους ήταν εξαιρετικά υψηλή) στις αντίστοιχες πραγματικές πειραματικές καταστάσεις, αναδεικνύει πέρα από δυσκολίες δεξιοτήτων και μια σειρά εναλλακτικών παραστάσεων για τον τρόπο εκπομπής και διάδοσης του φωτός. Η χρησιμοποιούμενη διάταξη περιλαμβάνει εκτεταμένη φωτεινή πηγή, συγκλίνοντα φακό και οθόνη στην οποία εμφανίζεται το αντεστραμμένο είδωλο της πηγής. Μετά την απενεργοποίηση της πηγής τροποποιούνται διαδοχικά κάποια από τα στοιχεία της διάταξης, ενώ ταυτόχρονα ζητούνται προβλέψεις για τα φωτεινά αποτελέσματα στην οθόνη. Έτσι, στην περίπτωση της απομάκρυνσης του φακού από τη διάταξη, οι ερευνητές διαπιστώνουν ότι το 50% περίπου του δείγματος αναμένει και πάλι εμφάνιση της (ορθής) εικόνας της πηγής στην οθόνη, ένα αποτέλεσμα που υποδεικνύει αντιλήψεις μιας ισχυρής επιλεκτικότητας της εκπομπής του φωτός στην κατεύθυνση της οπτικής συσκευής. Όταν στη συνέχεια ο φακός επανατοποθετείται στη θέση του αφού έχει καλυφθεί κατά το ήμισυ από αδιαφανές πέτασμα, η συντριπτική πλειοψηφία των φοιτητών προβλέπει αντίστοιχη εξαφάνιση του μισού ειδώλου. Η αιτιολόγηση των προβλέψεων αποκαλύπτει δύο κατηγορίες ερμηνευτικών σχημάτων: 1. Ολιστική μεταφορά και απεικόνιση: Για μια μερίδα υποκειμένων η εκπομπή του φωτός από την πηγή και η διάδοσή του στο χώρο πραγματοποιείται αποκλειστικά με παράλληλες ακτίνες στην ειδική κατεύθυνση πηγής – φακού. Οι ακτίνες αυτές μεταφέρουν συνεκτικά τη μορφή της πηγής στο χώρο και την αποτυπώνουν στην οθόνη. Ο ρόλος του φακού εντοπίζεται μόνο στην αντιστροφή της εικόνας. Με σκοπό την εγκυρότερη πιστοποίηση αυτής της αντίληψης, η διάταξη δέχεται μια επί πλέον τροποποίηση. Το αδιαφανές πέτασμα αντικαθίσταται από άλλο, το οποίο καλύπτει όλο το φακό και φέρει στο κέντρο του οπή ίδιων διαστάσεων με τη φωτεινή πηγή. Στην περίπτωση αυτή κανείς από τους ερωτηθέντες δεν προβλέπει μείωση της φωτεινότητας του ειδώλου. Η παρουσία του πετάσματος για αυτούς τους φοιτητές

99

δεν επηρεάζει σε τίποτα το είδωλο, καθώς όλη η εικόνα του «χωράει» από το άνοιγμα της οπής. 2. Επιλεκτική αντιστοίχιση πηγής – ειδώλου: Μια δεύτερη κατηγορία φοιτητών χρησιμοποιεί ως μηχανισμό σύνδεσης της πηγής με το είδωλό της την παρουσία μόνο κάποιων «ειδικών» ακτίνων. Πρόκειται για τις ακτίνες που χρησιμοποιούν στο σχεδιαστικό εντοπισμό των ειδώλων, όταν επιλύουν προβλήματα υπολογιστικού τύπου. Οι φοιτητές αυτοί δείχνουν να υιοθετούν εν μέρει την αρχή της μη συνεκτικής εκπομπής καθώς, σύμφωνα με τις αναπαραστάσεις τους, κάθε σημείο της φωτεινής πηγής εκπέμπει μεν αυτόνομα και ανεξάρτητα, όχι όμως ισότροπα και ισοδύναμα προς όλες τις κατευθύνσεις. Στον τελευταίο αυτό τύπο των παραστάσεων επικεντρώνεται σχεδόν αποκλειστικά η έρευνα των Galili et al. (1993), οι οποίοι απευθύνονται σε φοιτητές υποψήφιους δασκάλους, αμέσως μετά τη διδασκαλία μαθημάτων Γεωμετρικής Οπτικής στα οποία περιλαμβάνεται και ο μηχανισμός σχηματισμού ειδώλων από συγκεντρωτικούς φακούς. Για τους ερευνητές, οι παραστάσεις αυτές αποτελούν ένα ενδιάμεσο (υβριδικό) σχήμα, ανάμεσα στην ολιστικού τύπου απεικόνιση (που αποτελεί την πλειοψηφία των βιωματικών αντιλήψεων μαθητών οι οποίοι δεν έχουν διδαχθεί στοιχεία Γεωμετρικής Οπτικής) και στην τυπική επιστημονική γνώση (η προσέγγιση της οποίας αποτελεί το ζητούμενο μετά τη διδασκαλία). Η ισχυρή αντίσταση που προβάλλει η βιωματική εμπειρία οδηγεί, σύμφωνα με την ανάλυσή τους, σε τεσσάρων ειδών σχήματα (Σχ. 5.1): 1. Αυτούσια διατήρηση των βιωματικών παραστάσεων. 2. Διπλά ερμηνευτικά σχήματα. Υιοθέτηση δηλαδή του επιστημονικού προτύπου ανάλυσης στην αλγοριθμικού τύπου επίλυση προβλημάτων στις σχολικές εξετάσεις και διατήρηση των βιωματικών παραστάσεων σε εξωσχολικές καταστάσεις που περιέχουν οπτικά φαινόμενα. 3. Μερικώς αναθεωρημένες βιωματικές αντιλήψεις, στις οποίες χρησιμοποιούν κάποια στοιχεία της τυπικής γνώσης, για να υποστηρίξουν τις βιωματικές τους παραστάσεις. 4. Νέα συνδυαστικά σχήματα, με την ανάμειξη στοιχείων που προέρχονται τόσο από τις αυθόρμητες παραστάσεις όσο και από το περιεχόμενο της τυπικής γνώσης, σχήματα συχνά αντιφατικά και αυτοαναιρούμενα. Ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των υβριδικών ερμηνευτικών σχημάτων αποτελεί η αντίληψη ότι κάθε «ειδική» φωτεινή ακτίνα κατέχει από μόνη της όλη την οπτική πληροφορία που περιέχει ένα σημείο της πηγής και επομένως μπορεί να τη μεταφέρει μέσω του φακού στο είδωλο, για τον προσδιορισμό του αντίστοιχου σημείου. Με αυτόν τον τρόπο, η αμφιμονοσήμαντη αντιστοίχιση ενός σημείου του φωτεινού σώματος με ένα σημείο του ειδώλου, μπορεί να επιτευχθεί μέσω μιας και μόνης ακτίνας. Επί πλέον η επιλεκτικότητα στη διάδοση των «ειδικών» ακτίνων αποδίδεται είτε σε γεωμετρικούς παράγοντες (παραλληλισμός με τον οριζόντιο άξονα, σχετική θέση πηγής-φακού-οθόνης κ.λ.π.), είτε σε λόγους που υπαγορεύονται από την εφαρμογή κανόνων της Γεωμετρικής Οπτικής (ακτίνες που διέρχονται από το κέντρο του φακού δεν υφίστανται διάθλαση, ακτίνες παράλληλες στον άξονα του φακού διέρχονται από την εστία, κ.λ.π.). Τέλος, στα ευρήματα της ίδιας έρευνας εντοπίζονται και παραστάσεις, στις οποίες αποδίδονται ενεργητικές ιδιότητες στο φως (π.χ. το φως όταν βρεθεί μέσα στο φακό αντιστρέφει την εικόνα του αντικειμένου που μεταφέρει, κ.ά.).

100

(Σχ. 5.1)

Για τον I. Galili (1996), η δημιουργία των υβριδικών ερμηνευτικών σχημάτων σχετικά με τον σχηματισμό φωτεινών προβολών και ειδώλων, προκύπτει ως αποτέλεσμα μιας πρωτογενούς μετεξέλιξης θεμελιωδών εννοιών της οπτικής (όπως ο μηχανισμός εκπομπής της φωτεινής ακτινοβολίας και η φυσική σημασία των φωτεινών ακτίνων), σε αντίστοιχες υβριδικού τύπου παραστάσεις. Η επίδραση της διδασκαλίας, σύμφωνα με τον συγγραφέα, δεν οδηγεί πολλές φορές από τη βιωματική αντίληψη του στατικού και χωρικά εντοπισμένου γύρω από την πηγή φωτός (Σχ. 5.2α) στην τυπική επιστημονική άποψη των αποκλινουσών από κάθε σημείο της πηγής φωτεινών δεσμών (Σχ. 5.2δ), αλλά σε ενδιάμεσες εναλλακτικές ακτινικού τύπου παραστάσεις (Σχ. 5.2β & 5.2γ).

(Σχ. 5.2)

Εναλλακτικά παραστατικά σχήματα Ορθό πρότυπο

(β)

(γ)

(δ) (α)

101

Οι παραστάσεις αυτές χωρίς να αντιτίθενται συνολικά στο επιστημονικό πρότυπο, παραμένουν ωστόσο ουσιαστικά ανεπαρκείς. Η έννοια της φωτεινής ακτίνας αποκτά φυσική υπόσταση ως ο φορέας της οπτικής πληροφορίας κάθε σημείου της πηγής και συνακόλουθα η εικόνα κάθε ορατού σώματος μεταφέρεται, μέσω των ακτίνων, ως ένα σύνολο φωτεινών σημείων. Τέλος, στα ίδια συμπεράσματα καταλήγει και ο Π. Μίχας (2001β), σε έρευνά του με φοιτητές παιδαγωγικών τμημάτων, οι οποίοι εκτίθενται σε πειραματικές καταστάσεις σχηματισμού φωτεινών προβολών από οπές. Ενώ σε πειράματα με χρήση σημειακών πηγών οι προβλέψεις και οι ερμηνείες κρίνονται ως ικανοποιητικές, δεν συμβαίνει το ίδιο στην περίπτωση που οι φωτεινές πηγές αποκτούν συγκρίσιμες διαστάσεις. Από τις απαντήσεις των φοιτητών μετά τη διδασκαλία αλλά και την πραγματοποίηση των αντίστοιχων εργαστηριακών ασκήσεων, προκύπτουν παραστάσεις που υποδεικνύουν αφενός μεν σταθερή προσήλωση στο ακτινικό μοντέλο εκπομπής, στην προνομιακή κατεύθυνση διάδοσης (κάθετα στο επίπεδο της οθόνης) και στο μοντέλο της συνεκτικής εκπομπής και αφετέρου αδυναμία σύνθεσης της συνολικής εικόνας του ειδώλου από τις σημειακές προβολές. Τα ευρήματα που προκύπτουν από τη μελέτη της σχετικής ελληνικής και διεθνούς βιβλιογραφίας, υποδεικνύουν σαφείς αναλογίες μεταξύ των ιστορικών μοντέλων και των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών, στα θέματα που σχετίζονται με το μηχανισμό εκπομπής και διάδοσης του φωτός. Οι παραστάσεις αυτές αναζητήθηκαν σε έρευνες στις οποίες χρησιμοποιήθηκαν πειραματικές καταστάσεις για το σχηματισμό φωτεινών προβολών από οπές, σκιών από αδιαφανή σώματα-εμπόδια και ειδώλων από συγκλίνοντες φακούς, με σκοπό να είναι συγκρίσιμα τα αποτελέσματά τους με τα ευρήματα της ιστορικής έρευνας σε ό,τι αφορά τις εκτεταμένες διαστάσεις της ακτινοβολούσας φωτεινής πηγής. Μέσα στα πλαίσια αυτά οργανώνεται και η δική μας ερευνητική προσπάθεια, το μεθοδολογικό μέρος της οποίας αναπτύσσεται στο δεύτερο μέρος της παρούσας εργασίας.

102

ΜΕΡΟΣ ΔΕΥΤΕΡΟ

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΚΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΚΗ

103

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

104

6.1. Οι γενικές ερευνητικές υποθέσεις Από τη θεωρητική προβληματική που αναπτύξαμε, τις γενικές υποθέσεις που διατυπώσαμε, την ιστορική έρευνα που διενεργήσαμε, το αντικείμενο έρευνας που σκιαγραφήσαμε και τα αποτελέσματα των σχετικών ερευνών που παραθέσαμε, απορρέουν δύο ερευνητικές υποθέσεις, τις οποίες και θα ελέγξουμε κατά τη διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας: Υπόθεση 1η: Η αντιμετώπιση, από την πλευρά των υποκειμένων της έρευνας,

πειραματικών καταστάσεων διαμορφωμένων κατ’ αναλογία με το «οπτικό παράδοξο» του Αριστοτέλη, είναι δυνατόν να οδηγήσει στην αποκάλυψη παραστατικών προτύπων ή στη διαμόρφωση ερμηνευτικών σχημάτων, τα οποία εμφανίζουν αξιοσημείωτες ομοιότητες με ιστορικά μοντέλα ερμηνείας.

Υπόθεση 2η: Υποκείμενα τα οποία συμμετέχουν στις συγκρουσιακές διαδικασίες

αποσταθεροποίησης, καθώς και στη διαδικασία παρουσίασης του ορθού προτύπου η οποία πραγματοποιείται με βάση το ιστορικό πείραμα του Kepler, θα παρουσιάζουν σημαντικές μεταβολές σε σχέση με τα αρχικώς διατυπωθέντα παραστατικά σχήματα και θα προσεγγίζουν σε ικανοποιητικό βαθμό το πρότυπο της Γεωμετρικής Οπτικής.

Παρουσιάζουμε ακολούθως τις μεθοδολογικές και τεχνικές συνιστώσες του ερευνητικού μας σχεδίου, καθώς και την εξέλιξη της πειραματικής διαδικασίας. 6.2. Η μέθοδος Τα αποτελέσματα των ερευνών που παρουσιάσαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο, δημιουργούν τις σταθερές εκείνες οι οποίες επιτρέπουν τη διατύπωση κάποιων πρώτων συμπερασμάτων σχετικά με τις παραστάσεις των μαθητών για τον τρόπο εκπομπής και διάδοσης του φωτός από εκτεταμένες πηγές. Όμως οι ερευνητικές αυτές προσπάθειες έχουν αναπτυχθεί με δείγματα ατόμων ενός μεγάλου εύρους ηλικιών, από 8 έως 20 ετών, γεγονός το οποίο, σε συνδυασμό με τον μικρό αριθμό των σχετικών δημοσιεύσεων, αποδυναμώνει τη δυνατότητα στοιχειοθέτησης επαρκών απαντήσεων στο σύνολο των προβλημάτων που μας απασχολούν, και στις συγκεκριμένες ηλικιακές βαθμίδες στις οποίες εμείς στοχεύουμε. Εξάλλου είναι σαφείς και διακριτές οι διαφοροποιήσεις τους, σε σχέση με τη δική μας έρευνα, τόσο στο επίπεδο των θεωρητικών αφετηριών όσο και σ’ αυτό των ερευνητικών στόχων, καθώς στο σύνολό τους αποτελούν προσπάθειες διερευνητικού χαρακτήρα. Επί πλέον η πλειοψηφία των ερευνών αυτών έχει πραγματοποιηθεί στα τέλη της δεκαετίας του 1980 και σε χώρες με διαφορετικά εκπαιδευτικά συστήματα, αλλά και διαφορετικές κοινωνικές, φυσικές και πολιτισμικές συνθήκες από τις ελληνικές. Η παρουσίαση του αντικειμένου της έρευνας, της θεωρητικής προβληματικής και των υποθέσεών μας, προδιαγράφουν σε ένα βαθμό και την ερευνητική μας μεθοδολογία. Από τη διερευνητική φάση μέχρι και τον μετά-έλεγχο αναζητούμε τις παραστάσεις των παιδιών για τον τρόπο εκπομπής του φωτός από εκτεταμένες φωτεινές πηγές και επιδιώκουμε την αναδιοργάνωση των συλλογισμών, συνδέοντας τα χαρακτηριστικά τους με παραμέτρους οι οποίες σχετίζονται με την αύξηση της ηλικίας και την επίδραση της σχολικής διδασκαλίας. Πιο συγκεκριμένα επιχειρούμε να απαντήσουμε στα ακόλουθα ερευνητικά ερωτήματα:

105

1. Αναγνωρίζεται από τους μαθητές η εκπομπή του φωτός από εκτεταμένες

φωτεινές πηγές ως μία μη συνεκτική διαδικασία, κατά την οποία κάθε σημείο της πηγής εκπέμπει ανεξάρτητα και ισότροπα προς όλες τις κατευθύνσεις;

2. Η σχολική διδακτική παρέμβαση, στα πλαίσια που καθορίζει το αναλυτικό πρόγραμμα και η ανάλυση των σχετικών θεμάτων από τα σχολικά εγχειρίδια, είναι επαρκής για την εγκατάλειψη των αυθόρμητα συγκροτημένων παραστάσεων και την υιοθέτηση του προτύπου της Γεωμετρικής Οπτικής;

3. Η ενδεχόμενη θετική επίδραση της σχολικής διδασκαλίας είναι ισχυρή σε μια βαθιά χρονική προοπτική;

4. Είναι δυνατόν να εντοπισθούν συγκεκριμένα γνωστικά εμπόδια, τα οποία ενισχύουν την αντίσταση των βιωματικών νοητικών παραστάσεων στην προσπάθεια για την προσέγγιση της επιστημονικής γνώσης;

5. Ποια είναι η εξάρτηση της παραστατικής συγκρότησης, αλλά και της ευκολίας αναμόρφωσης των παραστάσεων, από τη νοητική εξέλιξη που επέρχεται με την ηλικιακή ωρίμανση;

Της τελικής ερευνητικής μας προσπάθειας, προηγήθηκε δοκιμαστική φάση την άνοιξη του 2003 με δείγμα 25 μαθητών ΣΤ΄ Δημοτικού, Β΄ Γυμνασίου και Α΄ Λυκείου 6 σχολείων*. Η επεξεργασία των απομαγνητοφωνημένων συνεντεύξεων και η ανάλυση των αντίστοιχων πρωτοκόλλων, αφενός μας έδωσαν τη δυνατότητα να αποκτήσουμε μια εικόνα των σχημάτων με τα οποία τα παιδιά ερμηνεύουν τα φαινόμενα στα οποία εκτέθηκαν, αφετέρου μας βοήθησαν στη διαμόρφωση της πειραματικής διαδικασίας μέσω της οποίας επιχειρήσαμε να επιτύχουμε το μετασχηματισμό των ήδη συγκροτημένων παραστάσεων. Με αυτόν τον τρόπο διαμορφώσαμε τόσο τα ερωτήματα της τελικής συνέντευξης όσο και την οριστική μορφή των έργων. Η κύρια πειραματική διαδικασία ήταν χωρισμένη σε δύο ανεξάρτητες θεματικές ενότητες εκ των οποίων η πρώτη αφορούσε το μηχανισμό εκπομπής του φωτός από σημειακή πηγή και η δεύτερη το μηχανισμό εκπομπής από εκτεταμένη φωτεινή πηγή. Η παρεμβολή της πρώτης θεματικής ενότητας θεωρήθηκε απαραίτητη καθώς η νοητική προσπέλαση στο μη συνεκτικό μοντέλο εκπομπής του Kepler προϋποθέτει κατά πρώτο λόγο την αναγνώριση της ισότροπης προς όλες τις κατευθύνσεις εκπομπής του φωτός από σημειακή πηγή -κάτι που, όπως πιστοποιούν τα πορίσματα σχετικών ερευνών (Tiberghien 1984a, Guesne 1984, Ravanis & Papamichaël 1995, Langley et al. 1997) και επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματα της δοκιμαστικής εφαρμογής, δεν θεωρείται αυτονόητη κατάκτηση για τους μαθητές- και κατά δεύτερο λόγο τη δυνατότητα ερμηνείας των φωτεινών αποτελεσμάτων με τη νοητή αποσύνθεση της εκτεταμένης πηγής σε μια σειρά σημειακών. Ως τεχνική έρευνας χρησιμοποιήσαμε τις ατομικές ημικατευθυνόμενες συνεντεύξεις. Αν στο χώρο των κοινωνικών επιστημών ως συνέντευξη ορίζεται γενικά “μια κατάσταση λεκτικής βασικά αλληλεπίδρασης ανάμεσα σε δύο πρόσωπα που βρίσκονται σε άμεση επαφή έχοντας προηγουμένως θέσει έναν αντικειμενικό σκοπό” (Παπακωνσταντίνου 1982, σ. 99), η ημικατευθυνόμενη εκδοχή της προσδιορίζεται από τρία ιδιαίτερα χαρακτηριστικά: “- Ο ερευνητής καθορίζει εξαρχής το αντικείμενο της μελέτης του καθώς και τις

κυριότερες παραμέτρους του.

* 66ο Δημοτικό σχολείο Αθήνας, 1ο Γυμνάσιο Ασπροπύργου, 3ο Γυμνάσιο Μεγάρων, Γυμνάσιο Μαγούλας, Λύκειο Μάνδρας και Λύκειο Ζεφυρίου.

106

- Τα διάφορα θέματα τα οποία έχουν επιλεγεί συζητούνται οπωσδήποτε χωρίς τη δέσμευση της προκαθορισμένης σειράς ανάπτυξής τους, τόσο στην έκταση όσο και στον τρόπο επεξεργασίας τους.

- Κάθε θέμα αναπτύσσεται πλήρως και σε βάθος και ο ερευνητής επιτρέπει την ενασχόληση με άλλο θέμα μόνο όταν το υποκείμενο ολοκληρώσει και εξαντλήσει την παροχή πληροφοριών που διαθέτει, ή όταν το θέμα δεν παρουσιάζει πλέον ενδιαφέρον, ή τέλος, όταν αυτό προκαλεί ποικίλες αναστολές στο υποκείμενο” (ό.π., σ. 102).

Τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά εκτιμήσαμε ότι προσφέρονται για την αποτελεσματικότερη επίτευξη των ερευνητικών μας στόχων, καθώς επιτρέπουν μια ευελιξία χειρισμών από την πλευρά του πειραματιστή, διατηρώντας ταυτόχρονα την απαραίτητη προσήλωση στο ερευνητικό αντικείμενο. Μπορεί η επιλογή των ατομικών συνεντεύξεων να λειτουργεί περιοριστικά σε ότι αφορά το μέγεθος του δείγματος, επιτρέπει ωστόσο, μέσα από την καταγραφή των επιχειρημάτων με βάση τα οποία τα παιδιά υποστηρίζουν τις απαντήσεις τους, τη βαθύτερη ανάλυση των συλλογισμών και την αποτελεσματικότερη διερεύνηση των νοητικών μορφωμάτων τους: “Μια οργανωμένη πειραματική διαδικασία σε συνδυασμό με την άντληση πληροφοριών μέσα από μια συζήτηση κλινικού χαρακτήρα με το υποκείμενο, παρέχει τη δυνατότητα ποσοτικοποιήσεων ακριβείας, αποφεύγοντας τις άκαμπτες γλωσσικές διατυπώσεις των ερωτηματολογίων” (Ραβάνης 1991, σ. 84). Ξεκινώντας λοιπόν από ακριβή ερωτήματα και καθοδηγητικές ιδέες, επιχειρούμε μια συνομιλία επί συγκεκριμένων πειραματικών καταστάσεων τις οποίες εμείς επιλέγουμε, διατηρώντας “όλα τα πλεονεκτήματα μιας συνέντευξης προσαρμοσμένης σε κάθε παιδί, προορισμένης να του επιτρέψει το μέγιστο δυνατό της συνειδητοποίησης και της διατύπωσης των στάσεων οι οποίες απορρέουν από τη νόησή του” (Piaget 1978, p. 7). Με αυτόν τον τρόπο οι εξηγήσεις των υποκειμένων αποκτούν μεγάλη σημασία καθώς εκτός των άλλων “…επιτρέπουν να εντοπίσουμε φαινομενικά σωστές απαντήσεις, των οποίων όμως οι αιτιολογήσεις είναι τυχαίες ή βασίζονται σε ένα εσφαλμένο πρότυπο” (Crahay & Delhaxhe 1989, p. 258). Για να επιτύχουμε λοιπόν την ακριβή ανίχνευση των παραστάσεων σχετικά με το μηχανισμό εκπομπής του φωτός τόσο από σημειακές όσο και από εκτεταμένες φωτεινές πηγές, σε παιδιά 12 – 16 ετών τα οποία έχουν δεχτεί συστηματική διδακτική παρέμβαση στο αντικείμενο αυτό από τη σχολική διδασκαλία, χρησιμοποιήσαμε μια ειδικά σχεδιασμένη συνέντευξη, η οποία περιελάμβανε ανοικτές ερωτήσεις, προσαρμοσμένες στο εμπειρικό περιεχόμενο συγκεκριμένων πειραματικών καταστάσεων (υποκεφάλαια 6.5.1.α. & 6.5.1.β.). Όσα υποκείμενα εμφάνισαν εναλλακτικά παραστατικά σχήματα συμμετείχαν ακολούθως στη διαδικασία της διδακτικής παρέμβασης, η οποία ήταν διαφορετική για κάθε θεματική ενότητα. Στην ενότητα της σημειακής πηγής, με την παρουσίαση των φωτεινών αποτελεσμάτων και τη διαμεσολάβηση του πειραματιστή, επιχειρήσαμε την ανάπτυξη συγκρουσιακών διδακτικών διαδικασιών οι οποίες αποσκοπούσαν στην αποσταθεροποίηση και ταυτόχρονα την ανασυγκρότηση των νοητικών παραστάσεων των παιδιών, με στόχο την ερμηνεία των φαινομένων στο πλαίσιο που ορίζουν οι αρχές της Γεωμετρικής Οπτικής (υποκεφ. 6.5.2.β). Η συγκεκριμένη μεθοδολογική επιλογή βασίστηκε αφενός στο γεγονός ότι τα φωτεινά αποτελέσματα στην περίπτωση της σημειακής πηγής επιτρέπουν από μόνα τους τη διασαφήνιση του ορθού προτύπου και αφετέρου στα θετικά αποτελέσματα τα οποία προέκυψαν από το στάδιο της δοκιμαστικής εφαρμογής αλλά και τα πορίσματα ανάλογης μελέτης (Ravanis & Papamichaël 1995). Στην ενότητα της εκτεταμένης πηγής η διδακτική παρέμβαση πραγματοποιήθηκε σε δύο φάσεις. Προηγήθηκε η

107

φάση της εμπλοκής, κατά τη διάρκεια της οποίας η εμφάνιση των φωτεινών αποτελεσμάτων είχε ως στόχο τόσο την διαμόρφωση συγκρουσιακών καταστάσεων αποσταθεροποίησης (μέσω της αντίθεσης προβλέψεων και παρατηρησιακών δεδομένων), όσο και την διακρίβωση της δυνατότητας ανάκλησης του ορθού προτύπου από τη σχολική διδασκαλία (υποκεφ. 6.5.2.α). Ακολούθησε, για όσα υποκείμενα δεν κατέστη δυνατόν να αναγνωρίσουν τα χαρακτηριστικά του επιστημονικού προτύπου, η φάση της πειραματικής παρέμβασης (υποκεφ. 6.5.2.β). Στη φάση αυτή επιχειρήσαμε την παρουσίαση του ορθού προτύπου -μέσω της εργαστηριακής προσομοίωσης του ιστορικού πειράματος του Kepler-, σε ένα αλληλεπιδραστικό μαθησιακό περιβάλλον που διαμορφώθηκε με τη συνεργατική εκτέλεση του πειράματος και την κατάλληλη καθοδήγηση του πειραματιστή. Ο διαχωρισμός της παρέμβασης σε δύο φάσεις μας δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε τη νοητική εξέλιξη που μπορεί να αποφέρει η μετατροπή μιας ενδοπροσωπικής γνωστικής διαδικασίας σε διαπροσωπική. Καθώς το άτομο βρίσκεται πολλές φορές στην ανάγκη να δράσει μόνο του πάνω στα αντικείμενα που το περιβάλλουν, ο συγκεκριμένος διαμελισμός της διαδικασίας μας επιτρέπει ακριβώς να διερευνήσουμε τις διαφορές που παρουσιάζονται στις γνωστικές επιδόσεις των υποκειμένων όταν δρουν μεμονωμένα πάνω σε ένα ορισμένο πειραματικό υλικό και των αντίστοιχων επιδόσεων όταν επενεργούν στο ίδιο υλικό από κοινού με τον διδάσκοντα. Δεκαπέντε περίπου ημέρες μετά τη διδακτική παρέμβαση πραγματοποιήθηκε και για τις δύο θεματικές ενότητες ο μετά-έλεγχος, τα αποτελέσματα του οποίου έγιναν αντικείμενο σύγκρισης με αυτά του προ-ελέγχου (υποκεφ. 6.5.3). Ο μετά-έλεγχος διενεργήθηκε με την ίδια ακριβώς συνέντευξη και με τα ίδια έργα τα οποία είχαν χρησιμοποιηθεί στον προ-έλεγχο, ώστε τα αποτελέσματα να είναι αμέσως συγκρίσιμα. Θα πρέπει να επισημάνουμε ότι καθ’ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας προσπαθήσαμε να εργαστούμε με μια τεχνική η οποία να περιορίζει στο ελάχιστο τον κίνδυνο της μίμησης. Έτσι, κατά τη διάρκεια της συνέντευξης με την οποία ανιχνεύσαμε τις παραστάσεις, δεν δώσαμε στα παιδιά καμία πληροφορία άμεση ή έμμεση. Επίσης η διδακτική παρέμβαση έγινε με έργα στα οποία είχε επέλθει αλλαγή ενός βασικού εμπειρικού δεδομένου (το σχήμα της πηγής είχε μετατραπεί από σταυροειδές σε τετραγωνικό), με αποτέλεσμα στον μετά-έλεγχο τα παιδιά να υποχρεώνονται να εφαρμόσουν τις νέες παραστάσεις σε καταστάσεις διαφορετικές από αυτές στις οποίες διαμορφώθηκαν. 6.3. Το δείγμα Τον πληθυσμό της έρευνάς μας αποτέλεσαν οι μαθητές οι οποίοι κατά το σχολικό έτος 2003-2004 παρακολούθησαν την ΣΤ΄ Δημοτικού, τη Β΄ Γυμνασίου και την Α΄ Λυκείου. Τα ηλικιακά κριτήρια επιλογής αποφασίστηκαν με βάση την ένταξη κεφαλαίων της Οπτικής, από το αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών, στην Ε΄ και ΣΤ΄ Δημοτικού καθώς και στη Β΄ Γυμνασίου. Η διδασκαλία θεμάτων Γεωμετρικής Οπτικής στις τάξεις αυτές δημιουργεί τις προϋποθέσεις: α) για την απόκτηση από τους μαθητές βασικών γνώσεων σε ότι αφορά τη συμπεριφορά του φωτός, ως προαπαιτούμενων για τη συμμετοχή τους στην έρευνα, β) για την ανίχνευση βιωματικών νοητικών παραστάσεων ή εναλλακτικών παραστατικών σχημάτων τα οποία έχουν διαμορφωθεί από την αλληλεπίδραση βιωματικών αντιλήψεων και διδασκαλίας στους τομείς της ερευνητικής παρέμβασης,

108

γ) για τον έλεγχο της διατήρησης των εναλλακτικών αυτών παραστάσεων κατά τα δύο επόμενα έτη μετά την τελευταία σχολική παρέμβαση. Η επιλογή των υποκειμένων της έρευνας έγινε με τη μέθοδο της συμπτωματικής δειγματοληψίας. Όταν ο καθορισμός των ορίων του πληθυσμού και η απαρίθμηση των μελών του δεν είναι πρακτικά εφικτή, “αντί να οριστεί πρώτα ο πληθυσμός και από αυτόν να ληφθεί τυχαία το δείγμα, ορίζεται πρώτα μια φυσική ομάδα υποκειμένων, η οποία χρησιμοποιείται ως δείγμα” (Παρασκευόπουλος 1984, σ. 117). Ο τυχαίος αυτός ορισμός του δείγματος σε επιλεγόμενες πειραματικές συνθήκες μας επιτρέπει, θεωρώντας το συμπτωματικό αυτό δείγμα σαν ένα μικρό πληθυσμό, να συνάγουμε τα σχετικά συμπεράσματά μας και στη συνέχεια να τα γενικεύσουμε σε πληθυσμούς οι οποίοι έχουν χαρακτηριστικά όμοια με το δείγμα (Κομίλη 1989, σ. 92). Στην έρευνά μας συμμετείχαν 96 μαθητές από 10 σχολεία του νομού Αττικής* ισοκατανεμημένοι ως προς το ηλικιακό επίπεδο (32 μαθητές από κάθε εκπαιδευτική βαθμίδα). Η δειγματοληψία ήταν ανεξάρτητη της σχολικής επίδοσης, του μορφωτικού επιπέδου των γονέων, της κοινωνικής προέλευσης και της περιοχής κατοικίας, καθώς οι υποθέσεις μας δεν έγιναν στη βάση τέτοιου τύπου διαφοροποιήσεων. Ωστόσο για λόγους αντιπροσωπευτικότητας επιδιώχθηκε η μεγαλύτερη δυνατή διασπορά των σχολείων προέλευσης. Η επιλογή των παιδιών γινόταν από τον δάσκαλο ή τον καθηγητή της τάξης, στους οποίους εξηγούσαμε ακριβώς την πειραματική διαδικασία και τους στόχους της έρευνας. Οι μαθητές επιλέγονταν από διαφορετικά τμήματα της ίδιας τάξης, με σκοπό να εξουδετερώσουμε, κατά το δυνατόν, ενδεχόμενη ειδική επίδραση της διδασκαλίας από κάποιον διδάσκοντα, είτε με θετικές είτε με αρνητικές επιπτώσεις. Ως προς το φύλο το δείγμα ήταν διχοτομημένο. Αν και εδώ οι υποθέσεις μας δεν έγιναν με βάση τη διαφορά του φύλου, η επιλογή ισαρίθμων υποκειμένων από τα δύο φύλα καθιστά το δείγμα αντιπροσωπευτικό ως προς τη μεταβλητή αυτή. 6.4. Η συλλογή των δεδομένων Η συλλογή των δεδομένων μας πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του σχολικού έτους 2003-2004. Τα υποκείμενα της έρευνας τα οποία κατά τη χρονιά αυτή παρακολούθησαν την ΣΤ΄ Δημοτικού και τη Β΄ Γυμνασίου, συμμετείχαν στην πειραματική διαδικασία αμέσως μετά τη διδασκαλία των σχετικών ενοτήτων της Οπτικής στο σχολείο τους. Οι συνεντεύξεις πραγματοποιήθηκαν με κάθε μαθητή/τρια χωριστά, σε κάποιον ειδικά διαμορφωμένο χώρο του σχολείου, έξω από την τάξη του, καθώς για την ευκρίνεια των φωτεινών αποτελεσμάτων των συγκεκριμένων πειραματικών καταστάσεων απαιτούνται συνθήκες ισχυρής συσκότισης. Οι προβλέψεις, οι περιγραφές και οι ερμηνείες αφενός διατυπώνονταν προφορικά και καταγράφονταν σε μαγνητόφωνο (με τη συγκατάθεση των μαθητών), αφετέρου αποτυπώνονταν γραπτώς σε έντυπες αναπαραστάσεις των πειραματικών διατάξεων. Παράλληλα, συμπληρώθηκε ειδικό πρωτόκολλο παρατήρησης μη λεκτικών συμπεριφορών για κάθε παιδί, όπου αυτό κρίθηκε αναγκαίο (σε περιπτώσεις δηλαδή δραστηριοτήτων τις οποίες δεν μπορούσε να καταγράψει το μαγνητόφωνο –χειρονομίες, μετακινήσεις στο χώρο για παροχή εξηγήσεων κ.λ.π.). Η ανάλυση των συνεντεύξεων έγινε τόσο από το απομαγνητοφωνημένο κείμενο όσο και από τη μελέτη των έντυπων αναπαραστάσεων και των πρωτοκόλλων.

* Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο 66ο Δημοτικό σχολείο Αθήνας, στα Γυμνάσια Μαγούλας, 2ο και 4ο Ελευσίνας, 2ο και 3ο Μεγάρων και στα Ενιαία Λύκεια Μάνδρας, Μαγούλας, Ζεφυρίου και 1ο Ελευσίνας.

109

Για κάθε παιδί συλλέξαμε δεδομένα σε τρία στάδια με διαφορετική και διακριτή το καθένα στοχοθέτηση. Στο πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκε η συνέντευξη του προ-ελέγχου των νοητικών παραστάσεων των παιδιών (υποκεφ. 6.5.1) και στο δεύτερο η διδακτική παρέμβαση (υποκεφ. 6.5.2). Τα δύο αυτά στάδια πραγματοποιήθηκαν σε ενιαίο χρόνο περίπου μιας διδακτικής ώρας. Στο τρίτο στάδιο έγινε η συνέντευξη του μετά-ελέγχου των νοητικών παραστάσεων (υποκεφ. 6.5.3), 15 περίπου μέρες μετά τον προ-έλεγχο και τη διδακτική παρέμβαση. Κάθε στάδιο περιελάμβανε την διαδοχική παρουσίαση μιας σειράς προεπιλεγμένων έργων, η διαμόρφωση των οποίων στηρίχθηκε στο εμπειρικό περιεχόμενο του «οπτικού παράδοξου» του Αριστοτέλη. Έτσι, τα βασικά στοιχεία κάθε έργου αποτελούσαν μία φωτεινή πηγή, ένα αδιαφανές διάφραγμα με οπή και μία οθόνη προβολής (Εικ. 1 & 2). Για να επιτύχουμε μια πλουσιότερη και περισσότερο πλουραλιστική συλλογή δεδομένων αποφασίσαμε την εναλλακτική ανά μαθητή παρουσίαση της ίδιας σειράς έργων με τη χρήση εμποδίου στη θέση της οπής του διαφράγματος (Εικ. 3 & 4). Κατ’ αυτόν τον τρόπο το δείγμα διχοτομήθηκε ακριβώς (και ως προς το φύλο) σε σχέση με τη μεταβλητή αυτή. Η έκθεση του μισού πληθυσμού του δείγματος στο εναλλακτικό περιβάλλον του εμποδίου δεν επιφέρει καμία απόκλιση από την κεντρική ερευνητική μας στόχευση, καθώς οι δύο τύποι διατάξεων έχουν τις ίδιες γνωστικές προϋποθέσεις, ενώ, στο επίπεδο των φωτεινών αποτελεσμάτων, η μόνη διαφορά τους έγκειται στην αντικατάσταση των φωτεινών περιοχών της οθόνης από σκιερές και το αντίστροφο. Επιπρόσθετα, μας επιτρέπει μια διεξοδικότερη ανίχνευση των χαρακτηριστικών των παραστάσεων των υποκειμένων για το σχηματισμό των σκιών, δίνοντας ταυτόχρονα τη δυνατότητα σύγκρισης της αποτελεσματικότητας κάθε τύπου διάταξης, σε σχέση με τους στόχους που θέσαμε. Η διαφοροποίηση των έργων σε κάθε στάδιο της πειραματικής διαδικασίας συνίστατο στην τροποποίηση των επί μέρους στοιχείων τους (μέγεθος και σχήμα οπής/εμποδίου, σχετική θέση και απόσταση πηγής – διαφράγματος/εμποδίου – οθόνης, κ.λ.π.). Οι ερωτήσεις και το πλαίσιο του διαλόγου που ακολουθούσε ήταν επικεντρωμένο κάθε φορά στα αντιληπτικά δεδομένα του έργου. Η πειραματική διαδικασία ενοποιήθηκε χρονικά για τις δύο θεματικές ενότητες (σημειακής και εκτεταμένης πηγής), φροντίζοντας να διατηρηθεί ακέραια η αυτονομία των επί μέρους σταδίων τους (καθώς και η χρονική προτεραιότητα της ενότητας της σημειακής πηγής), έτσι ώστε να μπορούν να μελετηθούν ανεξάρτητα τόσο από άποψη ελέγχου των ερευνητικών υποθέσεων όσο και από άποψη αποτελεσμάτων. Οι λόγοι οι οποίοι υπαγόρευσαν τη συγκεκριμένη επιλογή ήταν αφενός πρακτικής φύσης (περιορισμός της χρονικής διάρκειας), αφετέρου είχαν να κάνουν με την απαραίτητη συνάρθρωση του περιεχομένου των δύο ενοτήτων στο στάδιο της διδακτικής παρέμβασης.

110

(Εικόνα 1)

(Εικόνα 2)

111

(Εικόνα 3)

(Εικόνα 4)

112

Παραθέτουμε στη συνέχεια τα διαγράμματα εξέλιξης της πειραματικής διαδικασίας για κάθε θεματική ενότητα χωριστά και την τελική ενοποιημένη μορφή τους.

Α. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗ

ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΣΗΜΕΙΑΚΗΣ ΠΗΓΗΣ

Στάδια πειραματικής διαδικασίας

1. Προ-έλεγχος 2. Διδακτική παρέμβαση 3. Μετά-έλεγχος

Διδακτικό περιεχόμενο

Ανίχνευση παραστατικών προτύπων

Συγκρουσιακές διαδικασίες αποσταθεροποίησης

(αντίθεση προβλέψεων-παρατηρησιακών δεδομένων) - διαμεσολάβηση ερευνητή

Έλεγχος μεταβολών

Β. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΕΚΤΕΤΑΜΕΝΗΣ ΠΗΓΗΣ

2. Διδακτική παρέμβαση Στάδια

πειραματικής διαδικασίας

1. Προ-έλεγχος Α΄ φάση: Εμπλοκή

Β΄ φάση: Πειραματική παρέμβαση

3. Μετά-έλεγχος

Σχήμα φωτεινής πηγής

Σταυροειδής Τετραγωνική Τετραγωνική Σταυροειδής

Διδακτικό περιεχόμενο

Ανίχνευση παραστατικών προτύπων

Συγκρουσιακές διαδικασίες

αποσταθεροποίησης (αντίθεση

προβλέψεων- παρατηρησιακών δεδομένων) - ανίχνευση μεταβολών

Παρουσίαση ορθού προτύπου

(πείραμα Kepler) - διαμεσολάβηση

ερευνητή

Έλεγχος μεταβολών

Γ. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΕΞΕΛΙΞΗΣ ΤΗΣ ΕΝΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ

Χρονική διάρκεια Ενιαίος χρόνος (1 διδακτική ώρα) Ενιαίος χρόνος

Στάδια πειραματικής διαδικασίας

Προ-έλεγχος

Προ-έλεγχος Εμπλοκή Διδακτική

παρέμβαση Πειραματική παρέμβαση

Μετά-έλεγχος

Μετά- έλεγχος

Εκτεταμένη πηγή

Σημειακή πηγή

Θεματική ενότητα

Σημειακή πηγή

Εκτεταμένη πηγή

Εκτεταμένη πηγή

Χρονική απόσταση 15 περίπου ημερώ

ν

Σημειακή πηγή

Εκτεταμένη πηγή

113

Παρουσιάζουμε ακολούθως τα στάδια της πειραματικής διαδικασίας για κάθε θεματική ενότητα με τη μορφή των έργων, τα πλαίσια του διαλόγου και τους στόχους των ερωτήσεων. 6.5. Η πειραματική διαδικασία 6.5.1. Πρώτο στάδιο (προ-έλεγχος): Ανίχνευση των παραστάσεων Το στάδιο αυτό αποτελεί τη διερευνητική φάση της διαδικασίας, κατά τη διάρκεια του οποίου επιχειρούμε να ανιχνεύσουμε τις παραστάσεις των υποκειμένων για τον τρόπο εκπομπής του φωτός από μια φωτεινή πηγή και τη διάδοσή του στον περιβάλλοντα χώρο. Στο διαδικαστικό επίπεδο δομείται από τη διαδοχική παρουσίαση μιας σειράς έργων, όπου με την παρουσία φωτεινών πηγών αλλά χωρίς την ενεργοποίησή τους, ζητούνται προβλέψεις, περιγραφές και ερμηνείες των αποτελεσμάτων του φωτός, το οποίο εκπέμπεται από την πηγή και προσπίπτει σε οθόνη μετά την μορφοποίησή του από διάφραγμα με οπή (αντίστοιχα εμπόδιο). Κεντρικός στόχος του σταδίου αυτού είναι ο έλεγχος της αναγνώρισης από τους μαθητές της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός και της ισότιμης και ισότροπης προς όλες τις κατευθύνσεις εκπομπής. 6.5.1.α. Θεματική ενότητα σημειακής πηγής Αποτελείται από μια σειρά τεσσάρων έργων τα οποία παρουσιάζονται διαδοχικά, έχοντας ως κοινά στοιχεία την παρουσία της σημειακής πηγής και την σταθερότητα των αποστάσεων, και με τροποποιημένα τα υπόλοιπα στοιχεία τους. Έργο Α11 Φωτεινή πηγή διαστάσεων 1cm X 1cm τοποθετείται μέσω μεταλλικής ράβδου στήριξης στο ένα άκρο οπτικής τράπεζας μήκους 1m και σε ύψος 30cm από το οριζόντιο επίπεδο. Σε απόσταση 80cm από την πηγή τοποθετούμε λευκή επίπεδη αδιαφανή και μη λεία* οθόνη διαστάσεων 45cm Χ 55cm, κάθετα στην οπτική τράπεζα. Μεταξύ της πηγής και της οθόνης και σε απόσταση 50cm από την πηγή τοποθετούμε επίπεδο και αδιαφανές διάφραγμα χρώματος ανοιχτού γκρι**, ίδιων διαστάσεων και παράλληλα με την οθόνη, στο οποίο υπάρχει κυκλική οπή διαμέτρου 1cm***, στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο με την οπτική τράπεζα και στο ίδιο ακριβώς ύψος με την πηγή (Σχ. 6.1). Αφού παρουσιάσουμε και εξηγήσουμε τη διάταξη ξεκινάμε τη διαδικασία διαλόγου με τον ακόλουθο ιστό ερωτήσεων: - Μπορείς να προβλέψεις τι πρόκειται να δεις στην οθόνη εάν ανάψουμε το λαμπάκι; - Μπορείς να εντοπίσεις και να υποδείξεις κατά προσέγγιση τη θέση της φωτεινής περιοχής στην οθόνη; - Τι σχήμα και τι μέγεθος θα έχει η φωτεινή περιοχή; - Πού νομίζεις ότι οφείλεται το σχήμα της φωτεινής περιοχής; - Το διάφραγμα θα φωτιστεί, και αν ναι με ποιο τρόπο;

* Για την αποφυγή φαινομένων ανάκλασης τα οποία ενδεχομένως να προκαλέσουν σύγχυση ερμηνειών με αποτελέσματα που προέρχονται από φαινόμενα τα οποία δεν εντάσσονται στα πλαίσια των ερευνητικών μας στόχων. ** Η επιλογή του συγκεκριμένου χρώματος έγινε με στόχο την αποφυγή της ταύτισης του λευκού χρώματος του διαφράγματος με τη διαφάνειά του, μια σύγχυση ιδιαίτερα διαδεδομένη, τουλάχιστον στα παιδιά της μικρότερης ηλικιακής ομάδας, όπως διαπιστώθηκε από τη διαδικασία της δοκιμαστικής εφαρμογής. *** Οι διαστάσεις της πηγής και της οπής είναι περίπου δύο τάξεις μεγέθους μικρότερες από τις αποστάσεις πηγής – οθόνης, έτσι ώστε να μπορούμε να τις θεωρήσουμε, με καλή προσέγγιση, ως σημειακές.

114

- Με ποιο τρόπο νομίζεις ότι εκπέμπεται το φως από την πηγή έτσι ώστε να μας δώσει το φωτεινό αποτέλεσμα που προέβλεψες; - Μπορείς να σχεδιάσεις τι ακριβώς συμβαίνει στο σχέδιο αυτό; (δίνεται η έντυπη αναπαράσταση του έργου Α11).

(Σχ. 6.1)

Έργο Α12 Μεταφέρουμε τη βάση στήριξης της φωτεινής πηγής 10 cm προς τα κάτω κατά μήκος της κατακόρυφης ράβδου (Σχ. 6.2) και ρωτάμε:

(Σχ. 6.2)

- Εάν ανάψουμε τώρα το λαμπάκι, θα φωτιστεί η οθόνη; Στην περίπτωση καταφατικής απάντησης συνεχίζουμε το διάλογο με τα βήματα των ερωτήσεων της προηγούμενης διάταξης. Αν η απάντηση είναι αρνητική ρωτάμε απευθείας: - Πώς νομίζεις ότι εκπέμπεται το φως από την πηγή έτσι ώστε να μη φτάσει όπως προέβλεψες στην οθόνη; - Μπορείς να το σχεδιάσεις αυτό εδώ, στο σχέδιο; (δίνεται η έντυπη αναπαράσταση της πειραματικής διάταξης Α12). Από τη βιβλιογραφία είναι γνωστό ότι ένας σημαντικός αριθμός παιδιών αυτών των ηλικιών επικαλούνται την ευθύγραμμη διάδοση, συνδέοντάς την μόνο με την οριζόντια διεύθυνση (Guesne 1984, Ravanis & Papamichaël 1995). Με τη διαδικασία των έργων Α1 και Α2 ελέγχουμε την αναγνώριση από το υποκείμενο της

Α11

Α12

115

ευθύγραμμης προς όλες τις διευθύνσεις διάδοσης του φωτός, με τον εντοπισμό της φωτεινής κηλίδας στο σημείο της οθόνης που αποτελεί τη νοητή προέκταση της ευθείας πηγής-οπής. Έργο Α13 Επαναφέρουμε τη φωτεινή πηγή στην αρχική της θέση και ταυτόχρονα αντικαθιστούμε το διάφραγμα με άλλο ίδιων διαστάσεων, που φέρει κυκλική οπή διαμέτρου 15cm, το κέντρο της οποίας βρίσκεται στην νοητή οριζόντια ευθεία που διέρχεται από την πηγή (Σχ. 6.3).

(Σχ. 6.3)

Θέτουμε τα ίδια ερωτήματα με αυτά της διάταξης Α11, με στόχο τον έλεγχο της αναγνώρισης από το υποκείμενο της εκπομπής του φωτός με τη μορφή κωνικής δέσμης, η οποία θα έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία κυκλικού φωτεινού δίσκου στην οθόνη, ελαφρώς μεγαλύτερων διαστάσεων και στο ίδιο ύψος με την οπή. Έργο Α14 Αποσύρουμε το διάφραγμα και τοποθετούμε δύο επιπλέον ίδιες οθόνες πίσω και πλάι από την πηγή σε ίσες αποστάσεις με την αρχική οθόνη, έτσι ώστε η πηγή να βρίσκεται στο κέντρο του διαμορφωμένου σχήματος (Σχ. 6.4).

(Σχ. 6.4)

Α13

Α14

116

Αφού παρουσιάσουμε το έργο ρωτάμε: - Αν ανάψουμε το λαμπάκι, τι προβλέπεις ότι θα δούμε στις τρεις οθόνες που περιβάλλουν την πηγή; - Με ποιο τρόπο νομίζεις ότι εκπέμπεται το φως από την πηγή έτσι ώστε να μας δώσει το φωτεινό αποτέλεσμα που προέβλεψες; - Μπορείς να σχεδιάσεις τι ακριβώς συμβαίνει στο σχέδιο αυτό; (δίνεται η έντυπη αναπαράσταση του έργου Α14). Με το έργο αυτό ελέγχουμε την αναγνώριση της ισοτιμίας όλων των κατευθύνσεων στην εκπομπή και διάδοση καθώς είναι διαπιστωμένες βιβλιογραφικά παραστάσεις διάδοσης σε προνομιακές κατευθύνσεις, επιλεγμένες με βάση τη χωρική διευθέτηση των στοιχείων της διάταξης (Rice & Feher 1987, Goldberg & McDermott 1987, Feher & Rice 1988). Εναλλακτικά έργα με τη χρήση εμποδίου Τα έργα Α΄11, Α΄12 και Α΄13 (Σχ. 6.5) είναι πανομοιότυπα με τα έργα Α11, Α12 και Α13, με τη διαφορά ότι στη θέση της οπής του διαφράγματος τοποθετούμε κυκλικά εμπόδια διαμέτρου 1cm και 15cm αντίστοιχα, τα οποία στηρίζονται στην οπτική τράπεζα με λεπτό ευθύγραμμο σύρμα διαμέτρου 0,8mm. Το έργο Α14 παραμένει ως έχει. Το ίδιο ισχύει για τη διαδοχή παρουσίασης και τη στοχοθέτηση. Το πλαίσιο του διαλόγου τροποποιείται στο βαθμό που απαιτεί η προσαρμογή του στο διαφορετικό εμπειρικό περιεχόμενο των έργων. Π.χ. - Μπορείς να προβλέψεις τι πρόκειται να δεις στην οθόνη εάν ανάψουμε το λαμπάκι; Στην περίπτωση που το υποκείμενο προβλέψει το σχηματισμό σκιάς, συνεχίζουμε ως εξής: - Μπορείς να εντοπίσεις και να υποδείξεις κατά προσέγγιση τη θέση της σκιάς στην οθόνη; - Τι σχήμα και τι μέγεθος θα έχει η σκιά; - Πού νομίζεις ότι οφείλεται το σχήμα της σκιάς; - Η υπόλοιπη οθόνη θα φωτιστεί, και με ποιο τρόπο; - Το εμπόδιο (στο έργο Α΄13) θα φωτιστεί, και αν ναι με ποιο τρόπο; - Με ποιο τρόπο νομίζεις ότι εκπέμπεται το φως από την πηγή έτσι ώστε να μας δώσει το φωτεινό αποτέλεσμα που προέβλεψες; - Μπορείς να σχεδιάσεις τι ακριβώς συμβαίνει στο σχέδιο αυτό; (δίνεται η έντυπη αναπαράσταση της πειραματικής διάταξης). Στην περίπτωση κατά την οποία το υποκείμενο δεν προβλέψει το σχηματισμό σκιάς ο διάλογος συνεχίζεται στη βάση των τριών τελευταίων ερωτήσεων.

117

(Σχ. 6.5)

Α΄11

Α΄12

Α΄13

Α΄14

118

6.5.1.β. Θεματική ενότητα εκτεταμένης πηγής Αποτελείται από μια σειρά οκτώ έργων τα οποία παρουσιάζονται διαδοχικά και έχουν ως κοινό στοιχείο την παρουσία εκτεταμένης φωτεινής πηγής, ενώ τροποποιούνται ανά έργο, το μέγεθος και το σχήμα πηγής και οπής, καθώς και οι σχετικές αποστάσεις μεταξύ πηγής διαφράγματος και οθόνης.* Έργο Α21 Φωτεινή πηγή φθορισμού νέον (3ΚV, 22mΑ, 30W, 25KHz) σχήματος σταυρού διαστάσεων 10cm X 10cm και διατομής σωλήνα 1cm, τοποθετείται μέσω κατάλληλου συστήματος στήριξης στο ένα άκρο της οπτικής τράπεζας, με τέτοιο τρόπο ώστε το κέντρο του σταυρού να βρίσκεται σε ύψος 30cm από το οριζόντιο επίπεδο. Τα υπόλοιπα στοιχεία μορφοποιούνται όπως ακριβώς και στο έργο Α11 (Σχ. 6.6).

(Σχ. 6.6)

Αφού παρουσιάσουμε και εξηγήσουμε τη διάταξη ξεκινάμε τη διαδικασία του διαλόγου διατηρώντας τον ιστό των ερωτήσεων του έργου Α11. Στόχος μας ο έλεγχος της αναγνώρισης, από την πλευρά του υποκειμένου, των χαρακτηριστικών της μη συνεκτικής εκπομπής, η οποία αποδίδεται με τον ομοιόμορφο φωτισμό του διαφράγματος και τη σχηματοποίηση στην οθόνη φωτεινής σταυροειδούς προβολής. Στην περίπτωση παραστάσεων καθηλωμένων σε διαισθητικά πρότυπα, αναμένουμε απαντήσεις οι οποίες προβλέπουν είτε το σχηματισμό κυκλικής φωτεινής κηλίδας στην οθόνη, εφόσον αντλούνται από συλλογισμούς επικεντρωμένους στην οπή, είτε την αποτύπωση του σχήματος της πηγής στο διάφραγμα, όταν προέρχονται από νοητικά σχήματα ολιστικής μεταφοράς και απεικόνισης (Goldberg & McDermott 1987, Rice & Feher 1987). Έργο Α22 Καλύπτουμε το επάνω μέρος του σταυρού έτσι ώστε η φωτεινή πηγή να πάρει το σχήμα ορθού «Τ» (Σχ. 6.7) και επανερχόμαστε στο διάλογο. * Μια σειρά παρόμοιων πειραματικών διατάξεων προτείνουν και οι McDermott & Shaffer στο Μαθήματα Εισαγωγικής Φυσικής (2001), με στόχο τη διερεύνηση του επιπέδου κατανόησης των εννοιών της Γεωμετρικής Οπτικής από φοιτητές του Πανεπιστημίου της Washington (McDermott 1996).

Α21

119

(Σχ. 6.7)

Στην περίπτωση κατά την οποία το υποκείμενο είχε προβλέψει στο προηγούμενο έργο τα σωστά φωτεινά αποτελέσματα –τον ομοιόμορφο δηλαδή φωτισμό του διαφράγματος και την εμφάνιση σταυροειδούς φωτεινής προβολής στην οθόνη-, η διατάραξη της συμμετρίας του σχήματος της πηγής μας επιτρέπει τώρα να ελέγξουμε εάν η ορθή πρόβλεψη ήταν αποτέλεσμα αναγνώρισης των χαρακτηριστικών του ορθού προτύπου ή απόρροια εναλλακτικού παραστατικού σχήματος. Με άλλα λόγια, μια δεύτερη σωστή πρόβλεψη (εμφάνιση φωτεινής προβολής σχήματος αντεστραμμένου «Τ»), συνοδευόμενη από την κατάλληλη αιτιολόγηση (μη συνεκτική εκπομπή και διασταύρωση των φωτεινών δεσμών στην οπή), λειτουργεί ως κριτήριο υιοθέτησης και επαρκούς εφαρμογής των αρχών της Γεωμετρικής Οπτικής από το υποκείμενο. Σε διαφορετική περίπτωση, ανιχνεύονται και συστηματοποιούνται, ως ένα βαθμό, τα χαρακτηριστικά του συγκροτημένου βιωματικού σχήματος. Έργο Α23 Επαναφέρουμε τη φωτεινή πηγή στο αρχικό της σχήμα ενώ ταυτόχρονα αντικαθιστούμε το διάφραγμα με άλλο, το οποίο φέρει τετραγωνική οπή ίδιων διαστάσεων με την κυκλική (Σχ. 6.8) και ρωτάμε: - Θα αλλάξει η μορφή της φωτεινής περιοχής τώρα στην οθόνη; Τι πιστεύεις ότι είναι αυτό που καθορίζει την αλλαγή (ή μη) του σχήματός της;

(Σχ. 6.8)

Α22

Α23

120

Με τις ερωτήσεις αυτές, ελέγχουμε τα χαρακτηριστικά της παράστασης ως προς το ζήτημα της αποκλειστικής ή μη εξάρτησης του σχήματος της προβολής από τα μορφολογικά χαρακτηριστικά της οπής. Απαντήσεις οι οποίες βασίζονται στο ορθό πρότυπο θα αποδίδουν το αναμενόμενο και πάλι σταυροειδές σχήμα της προβολής στην ταυτόχρονη εξάρτησή του τόσο από το σχήμα της πηγής όσο και από αυτό της οπής. Αντίθετα, απαντήσεις που στηρίζονται σε διαισθητικά πρότυπα θα συσχετίζουν τη μορφή της φωτεινής προβολής αποκλειστικά με το σχήμα της οπής. Έργο Α24 Επαναφέρουμε το διάφραγμα με την κυκλική οπή και μετακινούμε την οθόνη επάνω στον μεταλλικό αγωγό της οπτικής τράπεζας, ούτως ώστε να πλησιάσει το διάφραγμα σε απόσταση 5cm (Σχ. 6.9).

(Σχ. 6.9)

Αφού υπενθυμίσουμε την πρόβλεψη στο έργο Α22, επανερχόμαστε στο διάλογο ρωτώντας: - Νομίζεις ότι θα αλλάξει κάτι τώρα στο φωτισμό της οθόνης; Αν η απάντηση είναι καταφατική συνεχίζουμε: - Ποιο πιστεύεις ότι θα είναι τώρα το σχήμα και το μέγεθος της προβολής και για ποιο λόγο; Όταν η παράσταση έχει τα χαρακτηριστικά του ορθού προτύπου, τότε αναμενόμενη είναι μια απάντηση η οποία υποστηρίζει το σχηματισμό σημειακής κυκλικής φωτεινής προβολής στο ίδιο ύψος με την οπή και θεμελιώνεται σε συλλογισμούς που αποδίδουν την προβλεπόμενη αλλαγή στο γεγονός ότι οι διασταυρούμενες στην οπή φωτεινές δέσμες, προερχόμενες από κάθε σημείο της πηγής, δεν έχουν το απαιτούμενο εύρος, ώστε να είναι σε θέση να μορφοποιήσουν εκ νέου το σταυροειδές σχήμα. Σε αντίθετη περίπτωση αναμένουμε απαντήσεις οι οποίες μπορεί μεν να υποστηρίζουν το ίδιο φωτεινό αποτέλεσμα, οι αιτιολογήσεις τους όμως απορρέουν από διαισθητικές παραστάσεις που έχουν διαμορφωθεί στη βάση της καθημερινής εμπειρίας, όπου η φωτεινή προβολή έχει συνήθως το σχήμα του εκάστοτε ανοίγματος. Έργο Α25 Χωρίς να μετακινήσουμε την οθόνη, αντικαθιστούμε το διάφραγμα με άλλο, το οποίο φέρει εκτεταμένη κυκλική οπή διαστάσεων ελαφρώς μεγαλύτερων αυτών της πηγής και στο ίδιο ύψος με αυτήν (Σχ. 6.10).

Α24

121

(Σχ. 6.10)

Διατηρώντας, σε σχέση με το προηγούμενο έργο, σταθερές τις σχετικές αποστάσεις μεταξύ πηγής, διαφράγματος και οθόνης επιχειρούμε να ανιχνεύσουμε και πάλι τα χαρακτηριστικά του ορθού προτύπου, δηλαδή την εμφάνιση φωτεινού κυκλικού δίσκου στην οθόνη, ίδιων διαστάσεων και στο ίδιο ύψος με την οπή. Στην περίπτωση εναλλακτικών παραστάσεων, εξετάζουμε κατά πόσον το μέγεθος της οπής επηρεάζει τον τρόπο εκπομπής του φωτός από την πηγή, καθώς η απόδοση ενεργών ιδιοτήτων σε στοιχεία των διατάξεων αποτελεί μια παραστατική συνιστώσα η οποία εμφανίζεται συχνά στα ερμηνευτικά σχήματα των μαθητών (Fawaz & Viennot 1986, Rice & Feher 1987, Feher & Rice 1988). Με τον τρόπο αυτό ελέγχουμε τη σταθερότητα των χαρακτηριστικών του παραστατικού προτύπου που χρησιμοποιεί το υποκείμενο ως προς τον μηχανισμό εκπομπής της ακτινοβολίας. Η σταθερή εξάλλου επανάληψη της ερώτησης σχετικά με τον τρόπο φωτισμού της επιφάνειας του διαφράγματος εξυπηρετεί, και στο συγκεκριμένο έργο, αυτήν ακριβώς τη στόχευση. Έργο Α26 Απομακρύνουμε βαθμιαία την οθόνη, κατ’ αρχήν όσο επιτρέπει το μήκος της ράγας της οπτικής τράπεζας και στη συνέχεια ζητάμε από τα υποκείμενα να φανταστούν τη περαιτέρω απομάκρυνσή της σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση, ζητώντας επανάληψη της πρόβλεψης (Σχ. 6.11).

(Σχ. 6.11)

Α25

Α26

122

Με τον τρόπο αυτό επιχειρούμε να ελέγξουμε τη σταθερότητα των χαρακτηριστικών τής παράστασης σε σχέση με δύο μεταβλητές (μέγεθος οπής και σχετική απόσταση). Παραστάσεις οι οποίες αντλούν τα χαρακτηριστικά τους από τη συγκρότηση του ορθού προτύπου, αναμένουμε να δώσουν απαντήσεις οι οποίες θα προβλέπουν στην οθόνη τη βαθμιαία εμφάνιση του σταυροειδούς σχήματος της πηγής, ως αποτέλεσμα της ανεξάρτητης εκπομπής κάθε σημείου της πηγής και της σύνθεσης των επί μέρους φωτεινών αποτελεσμάτων. Ουσιαστικά, επαναλαμβάνουμε με αντίθετη χρονική σειρά το πείραμα της σημειακής οπής, έχοντας μεταβάλλει ταυτόχρονα την τάξη μεγέθους δύο στοιχείων της διάταξης (μέγεθος οπής και απόσταση), έτσι ώστε το τελικό μεν αποτέλεσμα να είναι μορφολογικά το ίδιο, οι αναμενόμενες διαστάσεις του όμως να έχουν μεγεθυνθεί ανάλογα. Στην περίπτωση παραστάσεων ολιστικής μεταφοράς ή επικεντρωμένων στην οπή, περιμένουμε απαντήσεις οι οποίες θα διατηρούν αναλλοίωτο το σχήμα της προβολής, ανεξάρτητα από τη θέση της οθόνης. Έργο Α27 Χωρίς να μετακινήσουμε την οθόνη, και προτρέποντας πάλι τα παιδιά να φανταστούν τη θέση της σε μεγαλύτερη απόσταση, αντικαθιστούμε το διάφραγμα με άλλο που φέρει τετραγωνική οπή ίδιων διαστάσεων με την εκτεταμένη κυκλική του προηγούμενου έργου (Σχ. 6.12).

(Σχ. 6.12)

Επανερχόμαστε στο διάλογο, ζητώντας από τα υποκείμενα να προβλέψουν και να αιτιολογήσουν ενδεχόμενες αλλαγές στο σχήμα της φωτεινής προβολής. Υποκείμενα τα οποία απάντησαν σωστά και αιτιολόγησαν επαρκώς τις προβλέψεις τους στο προηγούμενο έργο, αναμένουμε να προβλέψουν και πάλι τη δημιουργία σταυροειδούς, μεγάλου μεγέθους φωτεινής προβολής, ο σχηματισμός της οποίας έχει προέλθει από τη σύνθεση πολλών μικρότερων τετραγωνικών προβολών, ως αποτέλεσμα του μη συνεκτικού τρόπου εκπομπής της πηγής. Αντίθετα, υποκείμενα οι παραστάσεις των οποίων είτε είναι προσηλωμένες στο σχήμα της ολιστικής μεταφοράς είτε είναι επικεντρωμένες στην οπή, αναμένουμε να προβλέψουν απλώς μετατροπή της μορφής της προβολής από κυκλική σε τετραγωνική. Έργο Α28 Αποσύρουμε το διάφραγμα και τοποθετούμε δύο επιπλέον ίδιες οθόνες πίσω και πλάι από την πηγή σε ίσες αποστάσεις με την αρχική οθόνη, έτσι ώστε η πηγή να βρίσκεται στο κέντρο του διαμορφωμένου σχήματος (Σχ.6.13).

Α27

123

(Σχ. 6.13)

Στη συνέχεια ζητάμε από τα υποκείμενα να προβλέψουν τον τρόπο φωτισμού κάθε μιας εκ των τριών οθονών. Με το έργο αυτό επιχειρούμε να ανιχνεύσουμε τις συγκροτημένες παραστάσεις ανεξάρτητα από τη μορφοποίηση της φωτεινής δέσμης από το διάφραγμα, η οποία ενδεχομένως να έχει διαμορφώσει ιδιαίτερες σημασίες στους συλλογισμούς των παιδιών. Επί πλέον, η αποκατάσταση της χωρικής συμμετρίας μας δίνει τη δυνατότητα να ελέγξουμε το βαθμό επίδρασης των χωροταξικών διευθετήσεων των προηγούμενων έργων στη συγκρότηση των παραστατικών σχημάτων. Εναλλακτικά έργα με τη χρήση εμποδίου Τα έργα Α΄21 - Α΄27 αποτελούν «αντίγραφα» των έργων Α21 – Α27 με την αντικατάσταση του διαφράγματος από εμπόδιο, το οποίο έχει κάθε φορά το μέγεθος και το σχήμα της αντίστοιχης οπής. Το έργο Α΄28 παραμένει ως έχει (Σχ. 6.14). Τα αναμενόμενα στην οθόνη αποτελέσματα, σύμφωνα με το μοντέλο της Γεωμετρικής Οπτικής, θα συνάγονται σε κάθε περίπτωση, με τη μετατροπή των φωτισμένων περιοχών σε σκιασμένες. Η διαδοχή παρουσίασης και η στοχοθέτηση είναι οι ίδιες, ενώ το πλαίσιο του διαλόγου τροποποιείται ανάλογα και προσαρμόζεται στα νέα εμπειρικά δεδομένα.

Α28

124

Α΄21

Α΄22

Α΄23

Α΄24

125

(Σχ. 6.14)

Α΄25

Α΄26

Α΄27

Α΄28

126

6.5.2. Δεύτερο στάδιο: Διδακτική παρέμβαση Η διδακτική παρέμβαση πραγματοποιείται με τη χρήση έργων τα οποία έχουν τις ίδιες γνωστικές προϋποθέσεις αλλά διαφορετικό εμπειρικό περιεχόμενο ως προς αυτά του προ-ελέγχου και του μετά-ελέγχου. Έτσι, τροποποιείται το σχήμα της εκτεταμένης φωτεινής πηγής και στη θέση του σταυροειδούς λαμπτήρα τοποθετείται άλλος, ίδιων διαστάσεων λαμπτήρας, τετραγωνικού σχήματος. Η αλλαγή του σχήματος της πηγής έχει ιδιαίτερη σημασία από μεθοδολογική άποψη, γιατί μας επιτρέπει τον ασφαλέστερο έλεγχο της αφομοίωσης των χαρακτηριστικών του ορθού προτύπου, καθώς στον μετά-έλεγχο τα παιδιά καλούνται να εφαρμόσουν τις οικοδομηθείσες παραστάσεις σε καταστάσεις διαφορετικές από αυτές κάτω από τις οποίες συγκροτήθηκαν. Επί πλέον, μας δίνει τη δυνατότητα άμεσης σύγκρισης των αποτελεσμάτων μεταξύ του αρχικού και του τελικού σταδίου της διαδικασίας. 6.5.2.α. Πρώτη φάση: Εμπλοκή των υποκειμένων στις συγκρουσιακές

διδακτικές διαδικασίες Κατά τη διάρκεια της πρώτης φάσης της διδακτικής παρέμβασης επιχειρούμε αφενός μεν να εξακριβώσουμε τη δυνατότητα αναγνώρισης του ορθού προτύπου από τη σχολική διδασκαλία*, αφετέρου δε να προωθήσουμε διαδικασίες νοητικών αποσυντονισμών, μέσα στις συγκρουσιακές συνθήκες που διαμορφώνονται από την αντίθεση μεταξύ προβλέψεων και αισθητηριακών παρατηρήσεων. Η πειραματική διαδικασία συνίσταται στην παρουσίαση τριών έργων, αντίγραφων αυτών του προελέγχου, τα οποία έχουν επιλεγεί με τέτοιο τρόπο, ώστε να οδηγούν σε αποσταθεροποίηση τις αυθόρμητα συγκροτημένες νοητικές παραστάσεις. Η διαδοχή των έργων δηλαδή είναι τέτοια, ώστε τα φωτεινά αποτελέσματα κάθε έργου που έπεται να επιτρέπουν στο υποκείμενο να αναγνωρίσει την ανεπάρκεια του προηγούμενου ερμηνευτικού του σχήματος. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ζητούνται κατά σειρά: - προβλέψεις αποτελεσμάτων, - αιτιολογήσεις των προβλέψεων, - ενεργοποίηση της πηγής με στόχο την επιβεβαίωση ή διάψευση των προβλέψεων, - νέες αιτιολογήσεις και σύγκριση με τις αρχικές προβλέψεις και αιτιολογήσεις. Το πλαίσιο διαλόγου παραμένει το ίδιο. Σε κάθε διάταξη δίνονται δύο έντυπες αναπαραστάσεις. μία στο στάδιο της πρόβλεψης και μία στο στάδιο της εμφάνισης των φωτεινών αποτελεσμάτων. Έργο Β1 Φωτεινή πηγή φθορισμού νέον (3ΚV, 22mΑ, 30W, 25KHz) σχήματος τετραγώνου διαστάσεων 10cm X 10cm και διατομής σωλήνα 1cm, αντικαθιστά την σταυροειδή πηγή. Ως διάφραγμα χρησιμοποιούμε αυτό με τη σημειακή οπή (διάμετρος 1cm). Οι αποστάσεις μεταξύ πηγής – διαφράγματος και διαφράγματος – οθόνης είναι 80cm και 5cm αντίστοιχα (Σχ. 6.15). Με τη φωτεινή πηγή απενεργοποιημένη ζητάμε από το υποκείμενο προβλέψεις των φωτεινών αποτελεσμάτων τόσο στην οθόνη όσο και στην επιφάνεια του διαφράγματος, καθώς και την αιτιολόγησή τους με την αναπαράσταση της πορείας του φωτός στην αντίστοιχο πρωτόκολλο. Η σύγκριση των απαντήσεων με αυτές που έδωσε το υποκείμενο στο αντίστοιχο έργο Α24 του προ-ελέγχου, μας επιτρέπει να ελέγξουμε τη σταθερότητα των χαρακτηριστικών του παραστατικού σχήματος, ή την εξάρτησή τους από το εκάστοτε σχήμα της πηγής. * σύμφωνα με το ισχύον αναλυτικό πρόγραμμα ο μηχανισμός σχηματισμού σκιών διδάσκεται στην Ε΄ Δημοτικού, η θεωρία του σκοτεινού θαλάμου στην ΣΤ΄ Δημοτικού, ενώ στη Β΄ Γυμνασίου τα ίδια γνωστικά αντικείμενα επαναλαμβάνονται.

127

(Σχ. 6.15)

Στη συνέχεια ενεργοποιούμε τη φωτεινή πηγή οπότε στην οθόνη εμφανίζεται φωτεινή κηλίδα ίδιων διαστάσεων και στο ίδιο ύψος με την οπή, ενώ το διάφραγμα φωτίζεται ομοιόμορφα. Υπενθυμίζοντας τη διατυπωθείσα πρόβλεψη του ίδιου του παιδιού, ζητάμε εξηγήσεις και, στην περίπτωση διάψευσης, νέες αιτιολογήσεις. Η τρώση της ερμηνευτικής αξίας του διαισθητικού προτύπου της ολιστικής μεταφοράς είναι ισχυρή και τα υποκείμενα της παραστατικής αυτής κατηγορίας, αδυνατώντας να παράσχουν εξηγήσεις βασισμένες στο πρότυπο αυτό, υιοθετούν τώρα ένα νέο ερμηνευτικό σχήμα, συμβατό με τα παρατηρησιακά δεδομένα, το οποίο και καταγράφουμε. Έργο Β2 Απενεργοποιούμε τη φωτεινή πηγή και απομακρύνουμε την οθόνη σε απόσταση 30cm από το διάφραγμα (Σχ. 6.16).

(Σχ. 6.16)

Οι απαντήσεις των υποκειμένων των οποίων οι προβλέψεις επαληθεύτηκαν στο προηγούμενο έργο παραμένουν σύμφωνες με το συγκροτημένο πρότυπο και συνάδουν με αυτές που διατυπώθηκαν στο αντίστοιχο έργο Α21 του προ-ελέγχου. Υποκείμενα των οποίων οι προβλέψεις διαψεύστηκαν διατυπώνουν τώρα προβλέψεις συμβατές με το νέο διαμορφωμένο ερμηνευτικό πρότυπο.

Β1

Β2

128

Ενεργοποιούμε ακολούθως τη φωτεινή πηγή. Ο ομοιόμορφος φωτισμός του διαφράγματος είναι τώρα προβλέψιμος και επαληθεύεται για το σύνολο των υποκειμένων, η εμφάνιση όμως τετραγωνικής φωτεινής προβολής στην οθόνη έρχεται σε αντίθεση με τα παραστατικά σχήματα που επικεντρώνονται στην οπή, δημιουργώντας αμφιβολίες, ερωτηματικά και αμφισβητήσεις. Αποφεύγοντας να προτείνουμε οποιαδήποτε εναλλακτική ερμηνεία, ζητάμε από το υποκείμενο πειστικές αιτιολογήσεις, αναμένοντας αναδιοργάνωση των συλλογισμών του ή/και αναγνώριση του ορθού προτύπου βασισμένοι στην ενδεχόμενη θετική επίδραση και εμβέλεια της σχολικής διδασκαλίας. Έργο Β3 Απενεργοποιώντας και πάλι τη φωτεινή πηγή και χωρίς να μεταβάλουμε τις σχετικές αποστάσεις μεταξύ πηγής, διαφράγματος και οθόνης, τοποθετούμε ένα μικρό αδιαφανές αντικείμενο μπροστά από την κάτω πλευρά της τετραγωνικής πηγής με τέτοιο τρόπο ώστε να τροποποιηθεί το σχήμα της και να πάρει τη μορφή ορθού «Π» (Σχ. 6.17).

(Σχ. 6.17)

Εφόσον το υποκείμενο έχει διατυπώσει κάποιο ερμηνευτικό σχήμα (ορθό ή μη) κατά την παρουσίαση του προηγούμενου έργου, αναμένουμε πρόβλεψη σύμφωνη με το πρότυπο αυτό. Ενεργοποιούμε εκ νέου την πηγή, οπότε εμφανίζεται στην οθόνη φωτεινή προβολή σχήματος αντεστραμμένου «Π». Κατ’ αυτόν τον τρόπο κορυφώνεται η κλιμάκωση των συγκρουσιακών συνθηκών, καθώς η ερμηνεία του αποτελέσματος αντιστρατεύεται πλέον οποιοδήποτε ερμηνευτικό σχήμα έχει ενδεχομένως διατυπωθεί προηγουμένως, πλην αυτού της μη συνεκτικής εκπομπής. Με την καταγραφή των νέων ερμηνευτικών σχημάτων ολοκληρώνεται στο σημείο αυτό η διαδικασία της πρώτης φάσης της διδακτικής παρέμβασης. Εναλλακτικά έργα με τη χρήση εμποδίου Παρουσιάζονται τρία πανομοιότυπα με τα Β1, Β2 και Β3 έργα, με τη διαφορά ότι στη θέση του διαφράγματος τοποθετείται τώρα σημειακό εμπόδιο, στην ίδια θέση με την οπή (Σχ. 6.18). Τα εμφανιζόμενα στην οθόνη σκιερά σχήματα είναι ίδια με τα αντίστοιχα φωτεινά του προηγούμενου τύπου διατάξεων. Η σειρά παρουσίασης και η στοχοθέτηση παραμένουν ίδιες, ενώ το πλαίσιο διαλόγου τροποποιείται ανάλογα.

Β3

129

(Σχ. 6.18)

Β΄1

Β΄2

Β΄3

130

6.5.2.β. Δεύτερη φάση: Πειραματική παρέμβαση Κατά τη διάρκεια της φάσης αυτής αποσκοπούμε στο μετασχηματισμό των εναλλακτικών παραστάσεων των υποκειμένων, τα οποία δεν κατέστη δυνατόν να διατυπώσουν συλλογισμούς με βάση το πρότυπο της Γεωμετρικής Οπτικής κατά τη συγκρουσιακή διαδικασία. Η νοητική συγκρότηση του ορθού προτύπου επιχειρείται εδώ με τη διδακτική αξιοποίηση του ιστορικού πειράματος του Kepler και τη σταδιακή καθοδήγηση των παιδιών, σε ένα περιβάλλον συνεργατικής εκτέλεσης του πειράματος. Για το σκοπό αυτό κατασκευάσαμε ειδική οπτική συσκευή, η οποία παρέχει τη δυνατότητα «αποσύνθεσης» της εκτεταμένης φωτεινής πηγής σε συγκεκριμένο αριθμό σημειακών πηγών. Κάθε μία από τις σημειακές πηγές έχει τη δυνατότητα να ενεργοποιείται ανεξάρτητα, δημιουργώντας ως φωτεινό αποτύπωμα στην οθόνη το σχήμα της οπής του διαφράγματος (αντίστοιχα, σκιά με το σχήμα του εμποδίου στο περιβάλλον των εναλλακτικών έργων). Το συνολικό σχήμα της φωτεινής προβολής (αντίστοιχα, σκιάς) προκύπτει κάθε φορά ως σύνθεση των επί μέρους φωτεινών (αντίστοιχα, σκιερών) αποτελεσμάτων κάθε σημειακής πηγής. Η συσκευή αποτελείται από οκτώ λαμπτήρες αλογόνου διαστάσεων 1cm X 1cm (12V, 20W), οι οποίες έχουν κατανεμηθεί σε ίσες μεταξύ τους αποστάσεις κατά μήκος των πλευρών ενός νοητού τετραγώνου διαστάσεων 10cm X 10cm, ίδιου δηλαδή με τη φθορίζουσα τετραγωνική πηγή που χρησιμοποιήσαμε στη φάση της εμπλοκής. Κάθε λαμπτήρας στηρίζεται, μέσω ειδικού ντουί υποδοχής, κατακόρυφα σε ειδική μεταλλική βάση στήριξης, έτσι ώστε να μην παρεμποδίζεται η εκπεμπόμενη φωτεινή ακτινοβολία στη διάδοσή της προς όλες τις κατευθύνσεις. Όλες οι βάσεις στήριξης, μαζί με τα καλώδια τροφοδοσίας, καταλήγουν σε κατακόρυφη μεταλλική ράβδο, η οποία μέσω συστήματος συνδέσμων στερεώνεται στο άκρο της οπτικής τράπεζας, στην ίδια ακριβώς θέση με τη φθορίζουσα πηγή την οποία αντικαθιστά. Τα καλώδια τροφοδοσίας οδηγούνται στη συνέχεια σε ειδική αυτοσχέδια κονσόλα ελέγχου λειτουργίας, όπου διαχωρίζονται κατάλληλα και καταλήγουν σε οκτώ on-off διακόπτες, οι οποίοι έχουν κατανεμηθεί στην εξωτερική επιφάνεια της κονσόλας κατά μήκος των πλευρών ενός τετραγώνου και σε χωροθέτηση αντίστοιχη με τους λαμπτήρες (Εικ. 5).

(Εικόνα 5)

131

Η ακριβής χωροταξική αντιστοιχία διακοπτών και λαμπτήρων μας δίνει τη δυνατότητα ενεργοποίησης ή/και απενεργοποίησης του εκάστοτε επιλεγόμενου λαμπτήρα, ανεξάρτητα από τη λειτουργία των υπολοίπων. Στη συσκευή έχουν τηρηθεί όλοι οι κανόνες ασφάλειας των ηλεκτρικών συσκευών (μετασχηματιστής 220 12V, ασφάλειες προστασίας, κατάλληλα επιλεγμένες διατομές καλωδίων, κ.λ.π.). Στη φάση αυτή η διαδικασία έχει ενοποιηθεί για τις δύο θεματικές ενότητες (της σημειακής και της εκτεταμένης πηγής), λόγω της διαδικαστικής συνάφειας και της εννοιολογικής συνάρθρωσης του περιεχομένου τους. Παρουσιάζουμε στη συνέχεια τα έργα και τη διαδικασία της πειραματικής παρέμβασης. Έργο Γ1 Στη θέση της φθορίζουσας τετραγωνικής πηγής τοποθετούμε την ίδιου σχήματος και μεγέθους αυτοσχέδια πηγή, η οποία έχει τη δυνατότητα αποσύνθεσης. Σε απόσταση 50cm και επί της οπτικής τράπεζας τοποθετούμε διάφραγμα που φέρει οπή μεταβλητής διαμέτρου 1 5cm. Η οθόνη τοποθετείται πίσω από το διάφραγμα και σε απόσταση 80cm από την πηγή. Λόγω του σχήματος της πηγής, καμία από τις σημειακές πηγές δεν βρίσκεται στην ίδια οριζόντια ευθεία με την οπή (Σχ. 6.19).

(Σχ. 6.19)

Επιλέγουμε έναν από τους λαμπτήρες και τη μικρότερη δυνατή διάσταση της οπής και αφού υπενθυμίσουμε στο υποκείμενο την πρόβλεψή του στο αντίστοιχο έργο Α12 από το στάδιο του προ-ελέγχου*, ενεργοποιούμε τον λαμπτήρα σημειώνοντας τη φωτεινή προβολή στην οθόνη. Διαπιστώνουμε το κυκλικό σχήμα της, επισημαίνοντας το αντίστοιχο σχήμα της οπής, και την ευθύγραμμη πορεία διάδοσης του φωτός, χρησιμοποιώντας λεπτή ευθύγραμμη μεταλλική ράβδο μήκους 80cm, με την οποία ενώνουμε πηγή και προβολή μέσω της οπής. Απενεργοποιούμε την πηγή και αυξάνουμε τη διάμετρο της οπής. Με τη χρήση της ράβδου, η οποία φέρει στο ένα άκρο της γραφίδα, σημειώνουμε την κυκλική βάση του κώνου που σχηματίζεται όταν η ράβδος –με σταθερό το ένα άκρο της στην πηγή- διαγράφει την περιφέρεια της οπής. Με την εκ νέου ενεργοποίηση της πηγής πιστοποιούμε την ταύτιση της προβολής με τον κύκλο που έχουμε διαγράψει. Αυξομειώνοντας τη διάμετρο της οπής ζητάμε κάθε φορά πρόβλεψη και στη συνέχεια προβαίνουμε σε άμεση επιβεβαίωση. Στη συνέχεια ζητάμε από το μαθητή να προσπαθήσει να φανταστεί,

* Η λεκτική αυτή παρέμβαση πραγματοποιείται μόνο στα υποκείμενα τα οποία διατύπωσαν εναλλακτικά παραστατικά σχήματα στη θεματική ενότητα της σημειακής πηγής.

Γ1

132

κάνοντας υπέρβαση των πραγματικών συνθηκών του πειράματος, το αποτέλεσμα στην υποθετική περίπτωση μιας οπής απείρων διαστάσεων. Επαναφέρουμε την οπή στο αρχικό της μέγεθος (σημειακή) και ζητάμε πρόβλεψη αποτελεσμάτων (θέση, μέγεθος και σχήμα προβολής) από τη διαδοχική και αυτοτελή ενεργοποίηση των υπολοίπων λαμπτήρων προβαίνοντας κάθε φορά σε άμεση επιβεβαίωση/διάψευση των προβλέψεων. Ενεργοποιούμε στη συνέχεια διαδοχικά και μόνιμα τις σημειακές πηγές, διαμορφώνοντας σταδιακά το τετραγωνικό σχήμα της φωτεινής προβολής ως το άθροισμα των οκτώ σημειακών φωτεινών κηλίδων (Εικ. 6).

Τέλος απενεργοποιούμε διαδοχικά και αυτοτελώς την κεντρική κάτω και κεντρική πλάγια σημειακή πηγή, μορφοποιώντας την εκτεταμένη πηγή σε σχήμα ορθού και πλάγιου «Π» αντίστοιχα. Η τροποποίηση αυτή επιτρέπει στα παιδιά να ερμηνεύσουν την αντιστροφή του σχήματος τόσο σε κατακόρυφο όσο και σε οριζόντιο επίπεδο η οποία εμπίπτει στα παρατηρησιακά δεδομένα μόνο στην περίπτωση φωτεινής πηγής ασύμμετρου σχήματος (Εικ. 7).

(Εικόνα 7)

(Εικόνα 6)

133

Έργο Γ2 Διατηρούμε το μέγεθος της οπής στη μικρότερη διάσταση και πλησιάζουμε την οθόνη σε απόσταση 5cm από το διάφραγμα (Σχ. 6.20).

(Σχ. 6.20)

Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία παρέμβασης (πρόβλεψη – άμεση επιβεβαίωση – διάλογος – καθοδήγηση – ερμηνεία), ενεργοποιούμε διαδοχικά τις σημειακές πηγές. Η σχεδόν απόλυτη επικάλυψη των διαδοχικά εμφανιζόμενων φωτεινών κυκλικών κηλίδων, δίνει ως συνολικό αποτέλεσμα φωτεινή προβολή κυκλικού σχήματος και ίδιων περίπου διαστάσεων με την οπή. Απομακρύνουμε στη συνέχεια την οθόνη από το διάφραγμα μετακινώντας την αργά και σταθερά, πάνω στον οδηγό της οπτικής τράπεζας και μέχρι την αρχική της θέση. Διαπιστώνουμε σε ένα κλίμα συνεργατικού διαλόγου την αύξηση της διασποράς των φωτεινών κυκλικών κηλίδων και του μεγέθους τους και επισημαίνουμε την αμφιμονοσήμαντη σχέση μεταξύ κάθε σημείου της πηγής και του φωτεινού αποτελέσματος που προκαλεί. Έργο Γ3 Τοποθετούμε το διάφραγμα με την εκτεταμένη οπή (δ=15cm) και τοποθετούμε την οθόνη σε απόσταση 5cm από το διάφραγμα (Σχ. 6.21).

(Σχ. 6.21)

Γ2

Γ3

134

Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία παρέμβασης ενεργοποιούμε διαδοχικά τις σημειακές πηγές και παρατηρούμε τη σταδιακή διαμόρφωση του σχήματος της προβολής (κύκλος διαστάσεων ίδιων με την οπή). Απομακρύνουμε στη συνέχεια την οθόνη αργά και σταθερά όπως στο προηγούμενο έργο και παρακολουθούμε την εξέλιξη του φαινομένου μέχρι τη μορφοποίηση του τελικού σχήματος. Το μεγάλο μέγεθος της προβολής κάθε σημειακής πηγής οδηγεί σε σχετικά μεγάλη επικάλυψη, με αποτέλεσμα το τελικό σχήμα (σε απόσταση 80cm) να έχει και πάλι τη μορφή κύκλου με εντονότερα όμως φωτισμένο το κεντρικό τμήμα του. Στο σημείο αυτό ζητάμε από το μαθητή να προσπαθήσει να προβλέψει, κάνοντας και πάλι υπέρβαση των πραγματικών συνθηκών του πειράματος, το φωτεινό αποτέλεσμα στην υποθετική περίπτωση απομάκρυνσης της οθόνης σε σχετικά μεγάλη απόσταση, επεμβαίνοντας διορθωτικά όπου κρίνουμε απαραίτητο, με επισημάνσεις σχετικές με την αύξηση του μεγέθους των οκτώ φωτεινών κυκλικών δίσκων και τη σταδιακή χωροθέτησή τους. Με τη διαδοχική παρουσίαση των έργων αυτής της φάσης και τις επί μέρους τροποποιήσεις τους, επιδιώκουμε τη νοητική συγκρότηση του μηχανισμού σχηματοποίησης των φωτεινών προβολών εκτεταμένης φωτεινής πηγής μέσω διαφράγματος με οπή, στηριζόμενοι στην αρχή της μη συνεκτικής εκπομπής του Kepler και εφαρμόζοντας απαρέγκλιτα τις αρχές της Γεωμετρικής Οπτικής που διέπουν το φαινόμενο: κάθε στοιχειώδες τμήμα της φωτεινής πηγής δημιουργεί πάντοτε φωτεινή προβολή με το σχήμα της οπής (αντίστοιχα σκιά με το σχήμα του εμποδίου) ανεξάρτητα από οποιονδήποτε άλλον παράγοντα, ως αποτέλεσμα της ευθύγραμμης και ισότροπης προς όλες τις κατευθύνσεις εκπομπής και διάδοσης του φωτός. Οι παράγοντες που μορφοποιούν το εκάστοτε συνολικό σχήμα είναι το μέγεθος της οπής (αντίστοιχα εμποδίου) και οι σχετικές αποστάσεις πηγής – οπής – οθόνης. Εναλλακτικά έργα με τη χρήση εμποδίου Πρόκειται για έργα πανομοιότυπα με αυτά της διάταξης του διαφράγματος, με τη διαφορά ότι στη θέση των φωτεινών προβολών σχηματίζονται τώρα οι σκιές των αντίστοιχων εμποδίων (Σχ.6.22). Η διαδοχή των έργων, το πλαίσιο διαλόγου και η στοχοθέτηση παραμένουν τα ίδια.

135

(Σχ. 6.22)

Γ΄3

Γ΄2

Γ΄1

136

Τέλος, το στάδιο της διδακτικής παρέμβασης ολοκληρώνεται με την παρουσίαση τεσσάρων σχεδίων στα οποία εικονίζονται φωτεινές πηγές διαφόρων μεγεθών και σχημάτων, απεξαρτημένων από την παρουσία άλλων συσκευών ή διατάξεων. Ζητάμε από το υποκείμενο να υποδείξει γραφικά πάνω στο σχέδιο τον τρόπο με τον οποίο θεωρεί ότι εκπέμπεται το φως από την πηγή. Στην περίπτωση λανθασμένων απαντήσεων, παρεμβαίνουμε, επισημαίνοντας την ανεπάρκεια ερμηνείας των φωτεινών αποτελεσμάτων συγκεκριμένων διατάξεων στις οποίες έχει ήδη εμπλακεί το υποκείμενο, στη βάση του συγκεκριμένου εξηγητικού σχήματος που υιοθετεί. Στόχος της παρουσίασης αυτής είναι η διερεύνηση των διαμορφωμένων από την πειραματική παρέμβαση νοητικών παραστάσεων σε ότι αφορά το μηχανισμό εκπομπής και η διευκόλυνση απεμπλοκής από ενδεχόμενα ανεπαρκή εξηγητικά σχήματα. Σχέδιο 1 Απεικονίζει λαμπτήρα πολύ μικρού μεγέθους ο οποίος παραπέμπει προσεγγιστικά σε σημειακή πηγή (Σχ. 6.23). Ζητάμε από το υποκείμενο να παραστήσει γραφικά τον τρόπο με τον οποίο θεωρεί ότι εκπέμπεται το φως από την πηγή.

(Σχ. 6.23)

Σχέδιο 2 Απεικονίζει μια εκτεταμένη φωτεινή πηγή τετραγωνικού σχήματος και τρεις εναλλακτικούς τρόπους εκπομπής της φωτεινής ακτινοβολίας (Σχ. 6.24). Ζητάμε από το υποκείμενο να επιλέξει το σχήμα με τη σωστή απεικόνιση.

(Σχ. 6.24)

137

Σχέδιο 3 Απεικονίζει λαμπτήρα σε φυσικό μέγεθος στον οποίο η εκπεμπόμενη ακτινοβολία εμφανίζει ακτινικά χαρακτηριστικά (Σχ. 6.25).

(Σχ. 6.26) Ρωτάμε το υποκείμενο κατά πόσον ο τρόπος αυτός εκπομπής είναι επαρκής. Σε περίπτωση αρνητικής απάντησης του ζητάμε να συμπληρώσει το σχήμα. Σχέδιο 4 Απεικονίζει δύο εκτεταμένες φωτεινές πηγές με σχήματα διαφορετικά από αυτά τα οποία μέχρι στιγμής έχουν παρουσιαστεί (Σχ. 6.27).

(Σχ. 6.27) Ζητάμε από το υποκείμενο να σχεδιάσει τον τρόπο εκπομπής του φωτός.

138

6.5.3. Τρίτο στάδιο (μετά-έλεγχος): Έλεγχος μεταβολών Στο στάδιο αυτό επιχειρούμε να καταγράψουμε τις μεταβολές των νοητικών παραστάσεων των υποκειμένων και το βαθμό προσέγγισης του ορθού προτύπου. Η διαδικασία εξελίσσεται με την αναπαραγωγή των έργων του προ-ελέγχου και για τις δύο θεματικές ενότητες, με την επαναφορά δηλαδή της σταυροειδούς πηγής στη θέση της τετραγωνικής. Η διερεύνηση των τελικά διαμορφωμένων παραστάσεων πραγματοποιείται μέσω νέων ατομικών συνεντεύξεων, η δομή των οποίων παραμένει ίδια με αυτή του προ-ελέγχου. Ζητούνται προβλέψεις, περιγραφές, ερμηνείες και αιτιολογήσεις, τόσο σε λεκτικό όσο και σε διαγραμματικό επίπεδο χωρίς, όπως είναι φυσικό, τη δυνατότητα επαλήθευσης ή διάψευσης. Ιδιαίτερα αναλυτικός είναι ο διάλογος κατά τη διάρκεια των αιτιολογήσεων, καθώς ενυπάρχει ο κίνδυνος οι σωστές απαντήσεις να έχουν προκύψει ως αποτέλεσμα μηχανιστικής αναπαραγωγής και μεταφοράς των διαπιστωμένων φωτεινών αποτελεσμάτων του προηγούμενου σταδίου στα νέα εμπειρικά δεδομένα. Η επιλογή και παρουσίαση στον μετά-έλεγχο έργων, τα αποτελέσματα των οποίων δεν έχουν ανιχνευθεί αισθητηριακά κατά τη διάρκεια της παρέμβασης (έργα δηλαδή με οπές ή εμπόδια τετραγωνικού σχήματος), έχουν ως στόχο την ελαχιστοποίηση και αυτού του κινδύνου.

139

ΜΕΡΟΣ ΤΡΙΤΟ

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

140

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ

141

Εισαγωγικά Για την επεξεργασία των δεδομένων της έρευνας δημιουργήσαμε ένα συνολικό πίνακα καταγραφής των απαντήσεων των υποκειμένων με βάση την εξέλιξη της πειραματικής διαδικασίας. Στην επάνω οριζόντια γραμμή του πίνακα καταχωρίστηκαν όλα τα έργα που χρησιμοποιήθηκαν, με την ίδια σειρά παρουσίασης, ενώ στον κατακόρυφο άξονα κατανεμήθηκαν αριθμητικά τα υποκείμενα της έρευνας, ταξινομημένα κατά ηλικιακό επίπεδο. Ο συνολικός πίνακας, ο οποίος κατασκευάστηκε σε υπολογιστικό περιβάλλον Excel, περιελάμβανε 96 οριζόντιες γραμμές (όσες και τα υποκείμενα της έρευνας) και 60 συνολικά στήλες (54 για το σύνολο των έργων που αφορούν οπές και εμπόδια και 6 επιπλέον στήλες για τη θεματική ενότητα της εμπλοκής, καθόσον εδώ το ίδιο έργο χρησιμοποιήθηκε δύο φορές –μία για την πρόβλεψη και μία για την επιβεβαίωση ή διάψευση). Σε κάθε ένα από τα 96x60=5760 κελιά του πίνακα αποτυπώθηκε σχηματικά η διάταξη των στοιχείων κάθε έργου και οι αντίστοιχη απάντηση του υποκειμένου, η οποία μεταφέρθηκε με κωδικοποιημένο τρόπο από την ταυτόχρονη μελέτη του πρωτοκόλλου και του απομαγνητοφωνημένου κειμένου. Ο πίνακας αυτός παρείχε αφενός μεν τη δυνατότητα σύγκρισης και ομαδοποίησης των παραστατικών σχημάτων όλων των υποκειμένων για το ίδιο έργο, αφετέρου δε τη δυνατότητα παρακολούθησης της εξέλιξης των συλλογισμών κάθε υποκειμένου κατά τη διαδοχική παρουσίαση των έργων. Η ευχερής διάκριση κάθε νοητικού σχήματος ανά κατηγορία επιτεύχθηκε με τον ιδιαίτερο χρωματισμό κάθε κελιού. Θα πρέπει να επισημάνουμε ότι η επεξεργασία των δεδομένων τόσο στο επίπεδο της καταγραφής παραστάσεων όσο και στο επίπεδο των μεταβολών, πραγματοποιήθηκε στη βάση των ερμηνευτικών σχημάτων τα οποία χρησιμοποιούσαν τα παιδιά και όχι σωστών προβλέψεων. Καθώς το ίδιο φωτεινό αποτέλεσμα είναι σε πολλές περιπτώσεις προβλέψιμο από διαφορετικά ερμηνευτικά μοντέλα, μια επεξεργασία και ερμηνεία των δεδομένων σε επίπεδο ορθών προβλέψεων θα οδηγούσε αναπόφευκτα σε εσφαλμένα συμπεράσματα. Η παρουσίαση των αποτελεσμάτων γίνεται χωριστά για κάθε μία από τις δύο θεματικές ενότητες (σημειακής -υποκεφάλαιο 7.1.- και εκτεταμένης πηγής -υποκεφάλαιο 7.2.). Και στις δύο ενότητες προηγείται η παρουσίαση των ανιχνευομένων παραστατικών σχημάτων των υποκειμένων όπως προκύπτουν από το πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας (προ-έλεγχος, υποκεφ. 7.1.1 & 7.2.1 αντίστοιχα). Η συγκρότηση των κατηγοριών στις οποίες κατατάσσουμε τα δεδομένα, γίνεται με βάση το διατυπωμένο περιεχόμενο των παραστάσεων που προκύπτει τόσο από τις λεκτικές απαντήσεις όσο και από την ανάλυση των διαγραμμάτων στις έντυπες αναπαραστάσεις. Στην παρουσίαση αναφέρουμε χαρακτηριστικά αποσπάσματα από τα κείμενα των συνεντεύξεων, αποκαλυπτικά των παραστατικών προτύπων τα οποία χρησιμοποιούν τα υποκείμενα, καθώς και τα αντίστοιχα διαγράμματα που υποστηρίζουν τα πρότυπα αυτά. Ακολουθούν πίνακες στους οποίους αποτυπώνονται οι συχνότητες των απαντήσεων. Στη συνέχεια η παρουσίαση διαφοροποιείται για κάθε θεματική ενότητα, ακολουθώντας την ιδιαίτερη εξέλιξη της πειραματικής διαδικασίας. Στην ενότητα της σημειακής πηγής παρουσιάζονται πίνακες μεταβολών των απαντήσεων των υποκειμένων μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου (υποκεφ. 7.1.2), καθώς η διδακτική παρέμβαση ολοκληρώθηκε με την εμφάνιση των φωτεινών αποτελεσμάτων και τη συγκρουσιακή διδακτική διαδικασία. Στην ενότητα της εκτεταμένης πηγής παρουσιάζονται κατ’ αρχήν πίνακες με τα αποτελέσματα από τη φάση της εμπλοκής (υποκεφ. 7.2.2.α.). Εδώ καταγράφεται η εξέλιξη των

142

συλλογισμών των υποκειμένων στις συγκρουσιακές συνθήκες που διαμορφώνονται από τη διαδοχική παρουσίαση των έργων. Τα αποτελέσματα του σταδίου αυτού υποβάλλονται σε ποιοτική ανάλυση στο αμέσως επόμενο κεφάλαιο. Ακολουθούν πίνακες μεταβολών των απαντήσεων των υποκειμένων κατά τη φάση της πειραματικής παρέμβασης (υποκεφ. 7.2.2.β.). Τέλος, παρουσιάζονται πίνακες των συνολικών μεταβολών των απαντήσεων μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου (υποκεφ. 7.2.3.). Στους πίνακες των μεταβολών έχουν καταχωριστεί μόνο όσα υποκείμενα εμφάνισαν εναλλακτικά παραστατικά σχήματα κατά τον προ-έλεγχο, για τον ασφαλέστερο έλεγχο της αποτελεσματικότητας της μεθόδου παρέμβασης. Σε όλες τις περιπτώσεις η παρουσίαση των αποτελεσμάτων γίνεται κατά ηλικιακή κατηγορία. Οι πίνακες συχνοτήτων καθώς και εκείνοι των συνολικών μεταβολών συνοδεύονται από τα αντίστοιχα ραβδογράμματα. Ένα δεύτερο επίπεδο παρουσίασης αποτελεσμάτων –που αφορά μόνο τη θεματική ενότητα της εκτεταμένης πηγής- γίνεται σε πίνακες συχνοτήτων στους οποίους εμφανίζεται η ενδεχόμενη πρόοδος, σχετική πρόοδος, στασιμότητα ή οπισθοδρόμηση των απαντήσεων των υποκειμένων (υποκεφ. 7.2.4.). Εφ’ όσον η προσέγγισή μας γίνεται από την οπτική γωνία της Διδακτικής της Φυσικής, η διδακτική μας παρέμβαση απέβλεπε στη γνωστική πρόοδο των παιδιών που έλαβαν μέρος στη διαδικασία, με βάση την παρεμβατική δραστηριότητα και την αλληλεπίδραση πειραματιστή και υποκειμένων. Αποκτούν, επομένως, ιδιαίτερη σημασία οι μεταβολές των απαντήσεων στο επίπεδο των επιδόσεων. Με βάση αυτούς τους πίνακες γίνεται και ο έλεγχος της δεύτερης ερευνητικής μας υπόθεσης. Παρουσιάζουμε ακολούθως τα αποτελέσματά μας. 7..1. Πρώτη θεματική ενότητα: Η εκπομπή του φωτός από σημειακή πηγή 7.1.1. Βιωματικές νοητικές παραστάσεις των μαθητών Με την παρουσίαση των έργων Α11, Α12, Α13 και Α14 (εναλλακτικά Α΄11, Α΄12, Α΄13 και Α΄14) στο πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας επιχειρούμε τη διερεύνηση των παραστάσεων των υποκειμένων για τον τρόπο εκπομπής και διάδοσης του φωτός από σημειακή πηγή. Η ανάλυση των απαντήσεων οδήγησε στη διάκριση πέντε παραστατικών σχημάτων. Η καταχώρηση κάθε υποκειμένου σε μια παραστατική κατηγορία έγινε με την παραδοχή της υιοθέτησης του συγκεκριμένου προτύπου τουλάχιστον στα τρία από τα τέσσερα έργα του σταδίου αυτού (ν≥3), αφού θεωρήσαμε ότι η σταθερή χρήση ενός ερμηνευτικού σχήματος στην πλειονότητα των σχετικών έργων σηματοδοτεί και την παγίωσή του στη σκέψη του παιδιού.

143

Α. Ακτινικό σχήμα (ορθό πρότυπο). Το φως εκπέμπεται με ακτινικό τρόπο από τη σημειακή πηγή και διαδίδεται στο χώρο ευθύγραμμα και ισότροπα προς όλες τις κατευθύνσεις (Σχ. 7.1).

(Σχ. 7.1)

Οι μαθητές προβλέπουν σωστά και αιτιολογούν επαρκώς τα αποτελέσματα. Έτσι, στα έργα Α11, Α12 και Α13 προβλέπουν ομοιόμορφο φωτισμό του διαφράγματος και δημιουργία φωτεινής κηλίδας (κυκλικού δίσκου στο Α13) στην οθόνη στη διεύθυνση της νοητής ευθείας που ενώνει πηγή και οπή, ενώ η υπόλοιπη οθόνη παραμένει σκιασμένη. Στο Α14 προβλέπουν ομοιόμορφο φωτισμό και στις τρεις οθόνες (Σχ 7.2).

(Σχ. 7.2)

A11

A12

A14

A13

144

Αντίστοιχα, στο εναλλακτικό περιβάλλον με τη χρήση εμποδίου στη θέση του διαφράγματος, προβλέπουν στα έργα Α΄11 και Α΄12 τη δημιουργία σκοτεινής κηλίδας στην οθόνη στη διεύθυνση της νοητής ευθείας που ενώνει πηγή και εμπόδιο με την υπόλοιπη οθόνη να φωτίζεται ομοιόμορφα. Στο έργο Α΄13 προβλέπουν το σχηματισμό σκοτεινού κυκλικού δίσκου στην οθόνη και την εμπρόσθια επιφάνεια του εμποδίου να φωτίζεται ομοιόμορφα (Σχ. 7.3).

(Σχ.7.3)

Β. Περιορισμένο ακτινικό σχήμα Το φως εκπέμπεται ακτινικά και ευθύγραμμα όχι όμως και ισότροπα γύρω από την πηγή (Σχ. 7.4).

(Σχ. 7.4)

A΄14

A΄13

A΄11

A΄12

145

Ο περιορισμός της εκπομπής οφείλεται σε εγγενή ιδιότητα της πηγής, η οποία ακτινοβολεί ισχυρά μόνο στην οριζόντια διάσταση ενώ η φωτοβολία εξασθενεί σταδιακά με την απομάκρυνση από το οριζόντιο επίπεδο. Τα υποκείμενα που υιοθετούν αυτό το σχήμα, προβλέπουν τα ίδια φωτεινά αποτελέσματα με την προηγούμενη κατηγορία στην οθόνη για τα έργα Α11, Α12 και Α13, στο διάφραγμα όμως (όπως και στις οθόνες του έργου Α14) προβλέπουν μερικό φωτισμό που κατανέμεται σε μια στενή περιοχή στο ύψος της πηγής (Σχ. 7.5). Στη διερευνητική μας ερώτηση σχετικά με τα αίτια που διαμορφώνουν τη μορφή της φωτεινής προβολής στο έργο Α14, τα υποκείμενα διευκρινίζουν ότι η σκοτεινές περιοχές της οθόνης δεν οφείλονται στην εξασθένηση της ακτινοβολίας με την αύξηση της απόστασης στη διαγώνια διάσταση, αλλά είναι αποτέλεσμα του χαρακτηριστικού τρόπου εκπομπής. Π.χ. ‘Εδώ στη μέση (δείχνει το μέσον του διαφράγματος) θα φαίνεται φως … εδώ δεν θα φαίνεται και πολύ (δείχνει το επάνω και κάτω μέρος της οθόνης) … δεν έχει δύναμη η πηγή να φωτίσει πολύ εδώ…’ (Υ. 54). ‘Εδώ στη μέση (δείχνει το μέσον του διαφράγματος) θα φωτιστεί πολύ … πάνω και κάτω πιο λίγο … δεν πάνε πολλές ακτίνες πάνω και κάτω (Υ. 65). Στο εναλλακτικό περιβάλλον με τη χρήση εμποδίου δεν ανιχνεύτηκαν τέτοιου τύπου παραστατικά σχήματα.

(Σχ. 7.5) Γ. Ολιστικό σχήμα Η πηγή εκπέμπει μονοδιάστατα σε επιλεγμένη οριζόντια διεύθυνση (Σχ. 7.6).

(Σχ. 7.6)

A11

A12

A14

A13

146

Τα υποκείμενα τα οποία υιοθετούν αυτό το παραστατικό σχήμα προβλέπουν το σχηματισμό φωτεινής κηλίδας στην οθόνη, μόνο στις περιπτώσεις κατά τις οποίες η οπή του διαφράγματος βρίσκεται στην ίδια οριζόντια ευθεία με την πηγή (έργα Α11 και Α13), ή στην περίπτωση απουσίας διαφράγματος (Α14). Π.χ. ‘… θα δω (στην οθόνη του έργου Α11) ένα μικρό στρογγυλό κύκλο … γιατί μπορεί και περνάει η ακτίνα. Το ίδιο θα δω και εδώ (στην οθόνη του έργου Α13) … γιατί και πάλι περνάει η ακτίνα’ (Υ. 87). Σε κάθε μία από τις περιπτώσεις αυτές η φωτεινή περιοχή της οθόνης έχει το σχήμα και το μέγεθος του μικρού (σημειακού) λαμπτήρα, ενώ το διάφραγμα παραμένει σκοτεινό -μια παράσταση που υποδηλώνει τη μεταφορά της μορφής της πηγής σε επιλεγμένη διεύθυνση. Π.χ. ‘… θα δούμε τη λάμπα στην οθόνη (του έργου Α13), γιατί χωράει να περάσει από τη μεγάλη τρύπα’ (Υ. 44). Για τις παράπλευρες οθόνες του έργου Α14 προβλέπουν είτε απουσία φωτός είτε αμυδρό φωτισμό, οφειλόμενο στην αντανάκλαση και διάχυση του φωτός από το φωτεινό αποτύπωμα του λαμπτήρα στην εμπρόσθια οθόνη. Π.χ. ‘… οι ακτινοβολίες απωθούνται από το φως και τις φωτίζουν λίγο (τις οθόνες)’ (Υ. 10). Για το ίδιο έργο (Α14) διατυπώνονται και εναλλακτικές εκδοχές του ίδιου παραστατικού σχήματος με πρόβλεψη εκπομπής σε δύο (αντιδιαμετρικές) ή τέσσερις (ορθογώνιες και αντιδιαμετρικές) διευθύνσεις –παραστατικά σχήματα τα οποία υποδεικνύουν εξάρτηση της εκπομπής από τη χωρική διευθέτηση των στοιχείων της διάταξης (Σχ.7.7). Π.χ. ‘… βέβαια, θα φωτιστούν οι οθόνες, εδώ, εδώ και εδώ (δείχνει από ένα σημείο σε κάθε οθόνη, ακριβώς απέναντι και στο ίδιο ύψος με την πηγή) (Υ. 34). Στο έργο Α12 προβλέπουν το σχηματισμό της φωτεινής κηλίδας στο διάφραγμα και στο ίδιο ύψος με την πηγή, ενώ η υπόλοιπη περιοχή του διαφράγματος παραμένει σκοτεινή. Π.χ. ‘… όχι δεν θα φωτιστεί η οθόνη … δεν περνάει το φως γιατί η τρύπα είναι πιο ψηλά … εδώ θα δούμε λίγο φως (δείχνει στο διάφραγμα το σημείο απέναντι από την πηγή) … όχι, το υπόλοιπο χαρτόνι δεν θα έχει φως’ (Υ. 64).

(Σχ. 7.7)

A11

A14

A13

A12

147

Ανάλογες είναι και οι προβλέψεις στα εναλλακτικά έργα με χρήση εμποδίων. Έτσι το υποκείμενο Υ.35 προβλέπει στα έργα Α΄12 και Α΄14 το σχηματισμό φωτεινής κηλίδας στην οθόνη στην ίδια οριζόντια ευθεία με την πηγή και με την υπόλοιπη περιοχή της οθόνης σκιασμένη, ενώ στα έργα Α΄11 και Α΄13 προβλέπει όλη την οθόνη σκοτεινή, καθόσον ‘… το φως θα σταματήσει στο εμπόδιο που βρίσκεται απέναντι …η εικόνα της λάμπας θα φανεί πάνω στο εμπόδιο’ (Σχ.7.8).

(Σχ.7.8)

A΄14

A΄13

A΄11

A΄12

148

Δ. Σχήμα ενεργού φωτός Η πηγή εκπέμπει επιλεκτικά και το φως διαδίδεται μόνο στο χώρο που ορίζεται κάθε φορά από τον κώνο (ή την πυραμίδα) ο οποίος έχει κορυφή την πηγή και βάση κάποιο στοιχείο των διατάξεων. Το παραστατικό αυτό σχήμα αποδίδει ενεργητικές ιδιότητες στο φως, το οποίο δείχνει να «αναγνωρίζει» το συγκεκριμένο στοιχείο στο χώρο και να κατευθύνεται αποκλειστικά προς αυτό. Για τα υποκείμενα Υ.43 και Υ.67 το φως που εκπέμπει η πηγή κατευθύνεται αποκλειστικά προς την οπή (έργο Α11), παρακολουθώντας είτε τη μεγέθυνσή της (έργο Α13) είτε τη σχετική μετατόπισή της σε σχέση με την πηγή (έργο Α12). Και στα τρία έργα υποδεικνύουν σωστά την αποτύπωση της φωτεινής κηλίδας ή του φωτεινού δίσκου στην οθόνη, προβλέπουν όμως σκοτεινή όλη την επιφάνεια του διαφράγματος (Σχ. 7.9). Π.χ. ‘… όχι, το πρώτο χαρτόνι δεν θα φωτιστεί καθόλου … γιατί όλο το φως θα περάσει από την τρύπα’ (Υ. 43).

(Σχ. 7.9)

A11

A12

A13

A14

149

Στο εναλλακτικό περιβάλλον του εμποδίου, τα υποκείμενα Υ.38, Υ.39 και Υ.63 αποδίδουν στο εμπόδιο το ρόλο του υποδοχέα του φωτός, προβλέποντας φωτισμένη μόνο την εμπρόσθια επιφάνειά του και σκοτεινή την οθόνη (7.10). Αντίθετα, για τα υποκείμενα Υ.30, Υ.58 και Υ.60 το ρόλο του δέκτη αναλαμβάνει η οθόνη, με αποτέλεσμα τα προβλεπόμενα φωτεινά αποτελέσματα να ταυτίζονται με αυτά του ορθού προτύπου. Η διαφοροποίηση επέρχεται στο έργο Α΄14, όπου, όπως προβλέπουν όλα τα υποκείμενα αυτής της κατηγορίας, η οθόνη η οποία βρίσκεται μπροστά από την πηγή υποδέχεται όλο το φως, ενώ οι άλλες δύο οθόνες παραμένουν σκοτεινές (7.11). Ανεξάρτητα από την επιλογή του στοιχείου-υποδοχέα του φωτός, όλα τα παραπάνω υποκείμενα εντάχθηκαν στην ίδια παραστατική κατηγορία, καθώς οι απαντήσεις τους απορρέουν από ίδιου τύπου συλλογισμό. (Σχ. 7.10) (Σχ. 7.11) Ε. Μεικτό σχήμα Στην κατηγορία αυτή κατατάσσουμε τα υποκείμενα τα οποία επιλέγουν διαφορετικό ερμηνευτικό πρότυπο ανά έργο (ή ανά δύο έργα), υιοθετώντας κάθε φορά κάποιο από τα παραστατικά σχήματα που αναφέρουμε πιο πάνω. Χαρακτηριστικό της σκέψης αυτών των υποκειμένων αποτελεί η παραστατική αστάθεια και η εξάρτηση του επιλεγόμενου προτύπου από τα εκάστοτε δεδομένα της πειραματικής διάταξης.

A΄11

A΄12

A΄13 A΄13

A΄11

A΄12

Α14 Α΄14

150

Παρουσιάζουμε στη συνέχεια πίνακα καθώς και ραβδόγραμμα με τις συχνότητες των απαντήσεων των υποκειμένων. ΠΙΝΑΚΑΣ 1. Συχνότητες παραστατικών σχημάτων για την εκπομπή του φωτός από

σημειακή πηγή (Ν=96).

ΣΤ΄ Δημοτικού (Ν=32)

Β΄ Γυμνασίου (Ν=32)

Α΄ Λυκείου (Ν=32) Παραστατικό

σχήμα Υποκείμ. f f % Υποκείμ. f f % Υποκείμ. f f %

Ακτινικό (ορθό πρότυπο)

33,36,37, 40,41,42, 49,50,51, 52,56,59, 61,62

14 43,8 66,68-85, 88-92,94, 95,96

26 81,3 1-7,11-27, 29,31,32

27 84,4

Περιορισμένο ακτινικό

54,55,57,

3 9,4 65 1 3,1 0 0

Ολιστικό 34,35,44, 64

4 12,5 86,87 2 6,2 8,10 2 6,2

Ενεργό φως 38,39,43, 58,60,63

6 18,7 67 1 3,1 30 1 3,1

Μεικτό 45,46,47, 48,53

5 15,6 0 0 9,28 2 6,2

Άλλες απαντήσεις

0 0 74,93 2 6,2 0 0

151

ΡΑΒΔΟΓΡΑΜΜΑ 1. Συχνότητες παραστατικών σχημάτων για την εκπομπή του

φωτός από σημειακή πηγή

14

2627

3

10

4

2 2

6

1 1

5

0

2

0

2

00

5

10

15

20

25

30

ΣΤ΄ Δημοτικού Β΄ Γυμνασίου Α΄ Λυκείου

Ακτινικό Περ. ακτινικό Ολιστικό Ενεργό φως Μεικτό Άλλο

152

7.1.2. Ο μετασχηματισμός των παραστάσεων Στους πίνακες που ακολουθούν καταγράφονται οι μεταβολές των απαντήσεων των υποκειμένων κατά ηλικιακή κατηγορία μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου, καθώς και το αντίστοιχο ραβδόγραμμα. Στους πίνακες δεν έχουν καταχωριστεί τα υποκείμενα τα οποία στον προ-έλεγχο έδειξαν ότι έχουν οικοδομήσει επαρκώς το αποδεκτό επιστημονικό πρότυπο, καθόσον αυτά εξαιρέθηκαν από την περαιτέρω πειραματική διαδικασία.

ΠΙΝΑΚΑΣ 2. Μεταβολές των απαντήσεων μαθητών ΣΤ΄ Δημοτικού μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου για την εκπομπή του φωτός από σημειακή πηγή (Ν=18).

Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος

Παραστατικό σχήμα

Υποκείμενα

f

f %

Υποκείμενα

f

f % Ακτινικό

(ορθό πρότυπο) 0 0 34,35,38,39,43,

44,46,47,48,54,58,60,63,64

14 77,8

Περιορισμένο ακτινικό

54,55,57 3 16,7 0 0

Ολιστικό 34,35,44,64 4 22,2 0 0

Ενεργό φως 38,39,43, 58,60,63

6 33,3 53,55 2 11,1

Μεικτό 45,46,47,48,53

5 27,8 45,57 2 11,1

153

ΠΙΝΑΚΑΣ 3. Μεταβολές των απαντήσεων μαθητών Β΄ Γυμνασίου μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου για την εκπομπή του φωτός από σημειακή πηγή (Ν=6).

Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος

Παραστατικό σχήμα

Υποκείμενα

f

f %

Υποκείμενα

f

f % Ακτινικό

(ορθό πρότυπο) 0 0 65,67,86,87,93 5 83,3

Περιορισμένο ακτινικό

65 1 16,7 0 0

Ολιστικό 86,87 2 33,3 0 0

Ενεργό φως 67 1 16,7 0 0

Άλλες απαντήσεις 74,93 2 33,3 74 1 16,6

ΠΙΝΑΚΑΣ 4. Μεταβολές των απαντήσεων μαθητών Α΄ Λυκείου μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου για την εκπομπή του φωτός από σημειακή πηγή (Ν=5).

Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος

Παραστατικό σχήμα

Υποκείμενα

f

f %

Υποκείμενα

f

f % Ακτινικό

(ορθό πρότυπο) 0 0 8,9,10,28,30 5 100

Ολιστικό

8,10 2 40 0 0

Ενεργό φως 30 1 20 0 0

Μεικτό 9,28 2 40 0 0

154

ΡΑΒΔΟΓΡΑΜΜΑ 2. Μεταβολές των απαντήσεων των υποκειμένων μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου για την εκπομπή του φωτός από σημειακή πηγή

0

14

0

5

0

5

3

0

1

0 0 0

4

0

2

0

2

0

6

2

1

0

1

0

5

2

0 0

2

00 0

2

1

0 00

2

4

6

8

10

12

14

16

Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος

ΣΤ Δημοτικού Β Γυμνασίου Α Λυκείου

Ακτινικό Περιορισμένο ακτινικό Ολιστικό Ενεργό φως Μεικτό Άλλο

155

7.2. Δεύτερη θεματική ενότητα: Η εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη πηγή 7.2.1. Προ-έλεγχος: Βιωματικές νοητικές παραστάσεις των μαθητών Με την παρουσίαση 8 έργων (Α21-Α28/εναλλακτικά Α΄21-Α΄28) στο πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας επιχειρούμε τη διερεύνηση των παραστάσεων των μαθητών για τον τρόπο εκπομπής και διάδοσης του φωτός από εκτεταμένη πηγή. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε φωτεινή πηγή φθορισμού σταυροειδούς σχήματος, διάφραγμα με οπή (εναλλακτικά εμπόδιο) και οθόνη προβολής. Η διαφοροποίηση των έργων συνίσταται στην εκάστοτε τροποποίηση κάποιων στοιχείων της αρχικής διάταξης (συμμετρικά χαρακτηριστικά της πηγής, σχήμα και μέγεθος οπής/εμποδίου, απόσταση διαφράγματος/εμποδίου-οθόνης) με στόχους οι οποίοι έχουν διεξοδικά αναλυθεί ανά έργο στη συζήτηση επί της μεθοδολογίας. Η ανάλυση των απαντήσεων των υποκειμένων κατά τον προ-έλεγχο οδήγησε στη διάκριση πέντε παραστατικών σχημάτων. Η καταχώρηση κάθε υποκειμένου σε μια παραστατική κατηγορία έγινε με την παραδοχή της υιοθέτησης του συγκεκριμένου ερμηνευτικού προτύπου τουλάχιστον στα έξι από τα οκτώ έργα της ενότητας αυτής (ν≥6), με κριτήριο ανάλογο αυτού που διατυπώσαμε στην περίπτωση της σημειακής πηγής. Α. Μη συνεκτικό σχήμα (ορθό πρότυπο) Το φως εκπέμπεται με τρόπο μη συνεκτικό και διαδίδεται στο χώρο ευθύγραμμα και ισότροπα προς όλες τις κατευθύνσεις από κάθε σημείο της εκτεταμένης πηγής (Σχ. 7.12).

(Σχ. 7.12)

156

Οι μαθητές προβλέπουν σωστά και αιτιολογούν επαρκώς τα αποτελέσματα. Έτσι, για τα έργα με χρήση διαφράγματος, προβλέπουν στην οθόνη το σχηματισμό φωτεινής προβολής σταυροειδούς σχήματος στα έργα Α21 και Α23, αντεστραμμένου «Τ» στο έργο Α22, φωτεινής κυκλικής κηλίδας στο έργο Α24, κυκλικού δίσκου στο Α25 και φωτεινής σταυροειδούς προβολής μεγάλου μεγέθους στα έργα Α26 και Α27. Ταυτόχρονα προβλέπουν ομοιόμορφο φωτισμό του διαφράγματος σε όλες τις περιπτώσεις, όπως επίσης και για τις τρεις οθόνες του έργου Α28 (Σχ.7.13).

(Σχ. 7.13)

Α21

A22

A23

A24

A25

A26

A27

A28

157

Ανάλογα, στο εναλλακτικό περιβάλλον με τη χρήση εμποδίου, προβλέπουν στην οθόνη την εμφάνιση σκιάς σχήματος σταυρού στα έργα Α΄21 και Α΄23, αντεστραμμένου «Τ» στο έργο Α΄22, σκοτεινής κηλίδας στο έργο Α΄24, σκιερού κυκλικού δίσκου στο Α΄25 και σταυροειδούς σκιάς μεγάλου μεγέθους στα έργα Α΄26 και Α΄27. Ταυτόχρονα προβλέπουν ομοιόμορφο φωτισμό της εμπρόσθιας επιφάνειας του εμποδίου στα έργα Α΄25, Α΄26 και Α΄27, όπως επίσης και για τις τρεις οθόνες του έργου Α28 (Σχ. 7.14). Για τον ασφαλέστερο έλεγχο της εγκυρότητας των απαντήσεων ζητάμε από τα παιδιά την παροχή συμπληρωματικών διευκρινήσεων στις περιπτώσεις όπου διαφορετικά εμπειρικά δεδομένα (σημειακές οπές κυκλικού και τετραγωνικού σχήματος/αντίστοιχα εμπόδια), οδηγούν στο ίδιο αντιληπτικό αποτέλεσμα (έργα Α21-Α23 και Α26-Α27/αντίστοιχα Α΄21-Α΄23 και Α΄26-Α΄27 για τα εμπόδια).

(Σχ. 7.14) Β. Ολιστικό σχήμα Η εκπομπή της φωτεινής ακτινοβολίας γίνεται αντιληπτή ως μια διαδικασία ολιστικής μεταφοράς του σχήματος της πηγής σε επιλεκτική κατεύθυνση. Για τα υποκείμενα που χρησιμοποιούν αυτό το παραστατικό πρότυπο η σταυροειδής πηγή εκπέμπει μόνο κάθετα στο επίπεδο που ορίζουν οι δύο άξονές της, οι δε φωτεινές ακτίνες διαδίδονται στο χώρο σε διευθύνσεις παράλληλες μεταξύ τους (Σχ. 7.15).

Α΄21

Α΄22

Α΄24

Α΄25

A΄28

Α΄26

Α΄27Α΄23

(Σχ. 7.15)

158

Έτσι για τα έργα όπου το διάφραγμα φέρει σημειακή οπή, προβλέπουν το σχηματισμό φωτεινής κηλίδας στην οθόνη -κυκλικής στα έργα Α21, Α22 και Α24, και τετραγωνικής Α23. Το διάφραγμα, σύμφωνα με το σχήμα αυτό, αποκόπτει την οριζόντια και συνεκτική διάδοση του φωτός προς την οθόνη, επιτρέποντας τη διέλευση μόνο του τμήματος εκείνου που εκπέμπεται από το κέντρο του σταυρού και βρίσκεται απέναντι από την οπή. Το φωτεινό σχήμα του σταυρού θα αποτυπώνεται, και στα 4 έργα, στο διάφραγμα του οποίου η υπόλοιπη επιφάνεια θα παραμένει σκοτεινή. Π.χ. ‘Στο πρώτο χαρτόνι θα δούμε το σταυρό … γιατί η πηγή είναι σταυρός … δεν νομίζω ότι θα φωτιστεί το υπόλοιπο μέρος, γιατί από κάθε σημείο το σταυρού φεύγει το φως έτσι (δείχνει οριζόντια) και έτσι θα δούμε το σταυρό … στην πίσω οθόνη θα δούμε ένα μικρό κύκλο, όπως η τρύπα … γιατί η ακτίνα αυτή (δείχνει το κέντρο της σταυροειδούς πηγής) περνάει από την τρύπα και μπορεί να φωτίσει την οθόνη’ (Υ. 8). Για τα έργα Α25, Α26 και Α27, όπου το διάφραγμα φέρει οπή διαστάσεων ελαφρώς μεγαλύτερων της πηγής, προβλέπουν το σχηματισμό σταυροειδούς προβολής στην οθόνη, ενώ η επιφάνεια του διαφράγματος παραμένει σε όλες τις περιπτώσεις σκοτεινή. Π.χ. ‘Τώρα θα δούμε το σταυρό στην οθόνη … γιατί όλες οι ακτίνες μπορούν και περνάνε από την τρύπα … όχι, το πρώτο χαρτόνι δεν θα φωτιστεί, γιατί οι ακτίνες πάνε έτσι (δείχνει οριζόντια) και δεν χτυπάνε στο χαρτόνι … φωτίζουν την οθόνη’ (Υ. 74). Στο έργο Α28 ένα μέρος των υποκειμένων αυτής της κατηγορίας προβλέπει σταυροειδή προβολή μόνο στην οθόνη που είναι τοποθετημένη μπροστά από την πηγή -υποδηλώνοντας έναν απόλυτα προνομιακό τρόπο εκπομπής-, ενώ τα υπόλοιπα υποκείμενα προβλέπουν αντίστοιχες προβολές και στις άλλες δύο οθόνες. Όλα τα υποκείμενα αυτά εντάχτηκαν στην ίδια παραστατική κατηγορία, καθόσον οι προβλέψεις τους παράγονται από ίδιου τύπου συλλογισμό (Σχ. 7.16).

(Σχ.7.16)

Α21

Α28

Α27

Α22

Α24

Α23

Α26

Α25

159

Αντίστοιχα στο εναλλακτικό περιβάλλον, το εμπόδιο αποκόπτει την ολιστική μεταφορά του σχήματος της πηγής στην οθόνη, δημιουργώντας κατά περίπτωση το ανάλογο φωτεινό αποτέλεσμα. Έτσι τα υποκείμενα προβλέπουν στην οθόνη τη δημιουργία φωτεινής προβολής σχήματος σταυρού στο μέσον του οποίου σχηματίζεται σκοτεινή κυκλική κηλίδα στα έργα Α΄21 και Α΄24, και τετραγωνική σκοτεινή κηλίδα στο έργο Α΄23, ενώ στο έργο Α΄22 η διαφοροποίηση συνίσταται στη μορφή της φωτεινής προβολής, η οποία έχει το σχήμα ορθού «Τ». Στα έργα Α΄25, Α΄26 και Α΄27 η οθόνη παραμένει εξ’ ολοκλήρου σκοτεινή καθόσον το μέγεθος του εμποδίου δεν επιτρέπει τη διέλευση της συνεκτικής δέσμης, με αποτέλεσμα το φωτεινό σχήμα της πηγής να προβάλλεται και στις τρεις περιπτώσεις στην εμπρόσθια επιφάνεια του εμποδίου (Σχ. 7.17).

(Σχ. 7.17) Γ. Ακτινικό σχήμα Σύμφωνα με αυτό το παραστατικό πρότυπο κάθε εκτεταμένη φωτεινή πηγή, ανεξάρτητα από το σχήμα της, ακτινοβολεί προς το περιβάλλον ως μία νοητή σφαιρική επιφάνεια, από κάθε σημείο της οποίας εκπέμπεται μία φωτεινή ακτίνα κάθετα στην επιφάνειά της. Πρόκειται ουσιαστικά για μια μηχανιστική μεταφορά του μοντέλου ακτινικής εκπομπής της σημειακής πηγής, με την αυθαίρετη και νοητή μεγέθυνσή της σε συγκρίσιμες με την εκτεταμένη πηγή διαστάσεις (Σχ. 7.18).

Α΄28

Α΄21

Α΄22

Α΄23

Α΄24

Α΄27

Α΄26

Α΄25

160

(Σχ. 7.18) Τα υποκείμενα που έχουν οικοδομήσει το συγκεκριμένο παραστατικό πρότυπο, προβλέπουν στην οθόνη το σχηματισμό φωτεινής κυκλικής κηλίδας στα έργα Α21, Α22 και Α24, τετραγωνικής κηλίδας στο έργο Α23, κυκλικού δίσκου στα έργα Α25 και Α26, και τετραγωνικής προβολής μεγάλων διαστάσεων στο έργο Α27. Ταυτόχρονα, προβλέπουν ομοιόμορφο φωτισμό του διαφράγματος σε όλες τις περιπτώσεις, όπως επίσης και για τις 3 οθόνες του έργου Α28. Π.χ. ‘Το φως φεύγει προς όλες τις μεριές, παντού, και τα φωτίζει όλα … από εδώ (δείχνει την οπή στο διάφραγμα του έργου Α21) θα περάσει μια ακτίνα και θα δούμε ένα μικρό κύκλο στην οθόνη … ίδιο με την τρύπα … στο ίδιο σημείο’ (Υ. 24). (Σχ. 7.19).

(Σχ. 7.19)

A25

A28

A21

A26A22

A24

A23 A27

161

Στο εναλλακτικό περιβάλλον του εμποδίου, τα υποκείμενα προβλέπουν ανάλογα στην οθόνη το σχηματισμό σκοτεινής κυκλικής κηλίδας στα έργα Α΄21, Α΄22 και Α΄24, τετραγωνικής σκοτεινής κηλίδας στο Α΄23, σκοτεινού κυκλικού δίσκου στα έργα Α΄25, Α΄26 και τετραγωνικής σκιάς μεγάλων διαστάσεων στο έργο Α΄27. Π.χ. ‘Το φως φεύγει έτσι (σχεδιάζει γραμμές που φεύγουν ακτινικά από την πηγή) … και θα δούμε τη σκιά του εμποδίου στην οθόνη … λίγο πιο μεγάλη … γιατί η ακτίνα αυτή (δείχνει την οριζόντια ακτίνα που εκπέμπεται από το κέντρο της σταυροειδούς πηγής στο έργο Α΄21) δεν περνάει από το εμπόδιο … και έτσι θα δούμε τη σκιά του’ (Υ. 78). Παράλληλα προβλέπουν ομοιόμορφο φωτισμό της εμπρόσθιας επιφάνειας του εμποδίου στα έργα Α΄25, Α΄26 και Α΄27 (Σχ.7.20).

(Σχ. 7.20)

Δ. Συνδυαστικό σχήμα Τα υποκείμενα που υιοθετούν αυτό το παραστατικό πρότυπο προβλέπουν το σχηματισμό σύνθετων φωτεινών σχημάτων, η δημιουργία των οποίων έχει προκύψει ως αποτέλεσμα ταυτόχρονης εκπομπής και με τους δύο προαναφερθέντες τρόπους. Επί πλέον σε όλες τις περιπτώσεις επισημαίνουν και μια διαβάθμιση της ισχύος εκπομπής, με επικρατέστερη αυτή της ολιστικής εκπομπής (Σχ. 7.21).

(Σχ. 7.21)

Α΄24

Α΄25

A΄28

A΄21

A΄22

A΄23 A΄27

A΄26

162

Έτσι, για τα έργα με διάφραγμα που φέρει σημειακή οπή, προβλέπουν στην οθόνη το σχηματισμό φωτεινής κυκλικής κηλίδας στα έργα Α21, Α22 και Α24, και τετραγωνικής φωτεινής κηλίδας στο Α23. Ταυτόχρονα, προβλέπουν και στα 4 αυτά έργα το σχηματισμό έντονης σταυροειδούς φωτεινής προβολής στο διάφραγμα, του οποίου η υπόλοιπη επιφάνεια θα είναι ομοιόμορφα και ελαφρώς αμυδρότερα φωτισμένη. Στην περίπτωση αυτή ο γενικός φωτισμός του διαφράγματος, όπως τονίζεται ύστερα από διευκρινιστική μας ερώτηση, δεν οφείλεται σε αντανάκλαση του φωτός από τη σταυροειδή προβολή, αλλά είναι αποτέλεσμα μιας συμπληρωματικής εκπομπής από την πηγή με ακτινικά χαρακτηριστικά. Π.χ. ‘… εδώ θα δω το σταυρό (δείχνει το διάφραγμα στο έργο Α21) … στην οθόνη θα είναι ένας κύκλος, μικρός … το χαρτόνι αυτό (δείχνει ξανά το διάφραγμα) θα είναι φωτισμένο, όλο … γιατί η πηγή φωτίζει παντού … αλλά θα δούμε και το σταυρό … πιο δυνατό’ (Υ. 36). Για τα έργα Α25, Α26 και Α27, προβλέπουν το σχηματισμό στην οθόνη φωτεινού σταυρού, ο οποίος περιβάλλεται από φωτεινό κυκλικό δίσκο (αντίστοιχα τετράγωνο στο Α27), αμυδρότερα φωτισμένο και ελαφρώς μεγαλύτερων διαστάσεων, ενώ για την επιφάνεια του διαφράγματος προβλέπουν ομοιόμορφο φωτισμό. Τέλος στο έργο Α28 προβλέπουν το σχηματισμό έντονων φωτεινών προβολών σχήματος σταυρού για τις απέναντι τοποθετημένες οθόνες και φωτεινής κατακόρυφης λωρίδας για την παράπλευρη οθόνη, με παράλληλο ομοιόμορφο και αμυδρότερο φωτισμό στην υπόλοιπη περιοχή κάθε οθόνης (Σχ. 7.22).

(Σχ. 7.22)

A28

A21

A22

A24

A23 A27

A26

A25

163

Ανάλογα, στο εναλλακτικό περιβάλλον με τη χρήση εμποδίου, προβλέπουν τα ίδια αποτελέσματα με αυτά του ολιστικού σχήματος εκπομπής με την παράλληλη διευκρίνιση ότι κάθε φορά η υπόλοιπη περιοχή τόσο της οθόνης όσο και του εκτεταμένου εμποδίου θα φωτίζεται ελαφρώς αμυδρότερα, ως αποτέλεσμα μιας δευτερογενούς εκπομπής με ακτινικά χαρακτηριστικά. Π.χ. ‘… στην οθόνη θα δούμε το σχήμα του σταυρού (στο έργο Α28) …η οθόνη θα είναι όλη φωτισμένη … πιο λίγο … τη φωτίζει η πηγή … αλλά ο σταυρός θα είναι πιο έντονος, θα ξεχωρίζει’ (Υ. 94) (Σχ. 7.23).

(Σχ. 7.23) Ε. Μεικτό σχήμα Στην κατηγορία αυτή κατατάσσουμε τα υποκείμενα τα οποία επιλέγουν τουλάχιστον δύο διαφορετικά ερμηνευτικά πρότυπα κατά την παρουσίαση των έργων, υιοθετώντας κάθε φορά κάποιο από τα παραστατικά σχήματα που αναφέρονται πιο πάνω.

A28

A΄21

A΄24

A΄23 A΄27

A΄22 A΄26

A΄25

164

Παρουσιάζουμε ακολούθως πίνακα συχνοτήτων των απαντήσεων των υποκειμένων κατά ηλικιακό επίπεδο.

ΠΙΝΑΚΑΣ 5. Συχνότητες παραστατικών σχημάτων για την εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη πηγή (Ν=96).

ΣΤ΄ Δημοτικού

(Ν=32) Β΄ Γυμνασίου

(Ν=32) Α΄ Λυκείου

(Ν=32) Παραστατικό σχήμα Υποκείμ. f f % Υποκείμ. f f % Υποκείμ. f f %

Μη συνεκτικό 0 0 0 0 4,11 2 6,3

Ολιστικό 34,35,38, 39,43,44, 45,47,50

9 28,1 67,68,69, 74,85,86, 87,95

8 25 1,8,10,12 18,20,27, 30

8 25

Ακτινικό 33,37,51, 54,56,59, 61,62,64

9 28,1 70,71,72, 73,76,78, 83,88,89, 96

10 31,3 3,6,7,14, 15,16,17, 21,22,24, 26,29,31, 32

14 43,7

Συνδυαστικό 36,40,41, 42,46,49, 52,55,57, 60,63

11 34,4 65,66,75, 79,80,81, 82,84,90, 91,92,94

12 37,5 2,5,9,13, 19,23,25, 28

8 25

Μεικτό 48,53,58 3 9,4 77 1 3,1 0 0

Άλλες απαντήσεις

0 0 93 1 3,1 0 0

165

ΡΑΒΔΟΓΡΑΜΜΑ 3. Συχνότητες παραστατικών σχημάτων για την εκπομπή του

φωτός από εκτεταμένη πηγή

0 0

2

98 8

9

10

14

11

12

8

3

100

10

0

2

4

6

8

10

12

14

16

ΣΤ΄ Δημοτικού Β΄ Γυμνασίου Α΄ Λυκείου

Μη συνεκτικό Ολιστικό Ακτινικό Συνδυαστικό Μεικτό Άλλες απαντήσεις

166

7.2.2. Διδακτική παρέμβαση 7.2.2.α. Πρώτη φάση: Μεταβολές των απαντήσεων των μαθητών Στο δεύτερο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας και στη φάση της εμπλοκής επιχειρούμε να διαμορφώσουμε συγκρουσιακές συνθήκες αποσταθεροποίησης των παραστατικών σχημάτων των υποκειμένων, με σκοπό να εξακριβώσουμε τη δυνατότητα διατύπωσης συλλογισμών με βάση το ορθό πρότυπο, μέσω της αντίθεσης προβλέψεων και αισθητηριακών παρατηρήσεων. Για κάθε ένα από τα τρία έργα που παρουσιάζουμε στην ενότητα αυτή (Β1-Β3 /εναλλακτικά Β΄1-Β΄3), ζητάμε κατ’ αρχήν από τα υποκείμενα μια νέα πρόβλεψη και αμέσως μετά, ενεργοποιώντας τη φωτεινή πηγή, διερευνούμε το ερμηνευτικό σχήμα μέσα από το οποίο προσεγγίζουν το ανιχνευόμενο αποτέλεσμα αναζητώντας τις ενδεχόμενες μεταβολές. Τα έργα που παρουσιάζονται έχουν προέλθει από αναδιάταξη των στοιχείων των έργων του προ-ελέγχου. Έχουν δηλαδή τις ίδιες γνωστικές προϋποθέσεις αλλά διαφορετικό εμπειρικό περιεχόμενο, καθώς η σταυροειδής πηγή έχει τώρα αντικατασταθεί από μια ίδιου τύπου και μεγέθους τετραγωνική πηγή. Η εξέλιξη της διαδικασίας στη φάση της εμπλοκής επέφερε αξιοσημείωτες μεταβολές στα παραστατικά πρότυπα των υποκειμένων. Πιο συγκεκριμένα, η εμφάνιση του σχήματος της φωτεινής προβολής στο έργο Β1 (εναλλακτικά Β΄1) λειτούργησε απορριπτικά για τις παραστάσεις της ολιστικής και της συνδυαστικής εκπομπής με αποτέλεσμα τα υποκείμενα με τα συγκεκριμένα παραστατικά πρότυπα να οδηγηθούν συνολικά στην υιοθέτηση του ακτινικού σχήματος εκπομπής, ενός σχήματος άμεσα αναγνωρίσιμου από τα παιδιά. Στις περιπτώσεις όμως των έργων Β2 και Β3 (εναλλακτικά Β΄2 και Β΄3), όπου τα αντιληπτικά δεδομένα υπερέβαιναν την ερμηνευτική ικανότητα και αυτού του σχήματος, μόνο έξι υποκείμενα (τα Υ.1, Υ.18, Υ.36, Υ.67, Υ.71 και Υ.81) αναγνώρισαν τα χαρακτηριστικά του προτύπου της Γεωμετρικής Οπτικής και ερμήνευσαν επαρκώς τα αποτελέσματα (ποσοστό 6,4% επί του συνόλου). Τα υπόλοιπα είτε δήλωσαν αδυναμία ερμηνείας, είτε εμφάνισαν παράλληλα και νέες, δευτερεύουσες παραστάσεις, σε μια προσπάθεια ενίσχυσης του κύριου ερμηνευτικού μηχανισμού. Τις απαντήσεις των υποκειμένων, στις οποίες εντοπίσαμε τέτοιου είδους «συνεργατικές» νοητικές παραστάσεις, κατατάξαμε σε τρεις κατηγορίες με κριτήριο το αίτιο χωρικής διαμόρφωσης της εκπεμπόμενης φωτεινής ακτινοβολίας:

167

α) Απαντήσεις οι οποίες αποδίδουν ενεργητικές ιδιότητες στο φως κατά την αλληλεπίδρασή του με τα σώματα (Σχ.7.24). Π.χ. ‘… η ακτίνα αυτή που περνάει ανοίγει έτσι (σχεδιάζει μια διεύρυνση της οριζόντιας ακτίνας αμέσως μετά τη διέλευσή της από την οπή στο έργο Β2) και φτιάχνει το σχήμα της λάμπας … η ακτίνα έχει το σχήμα της πηγής μέσα της και το ξανασχηματίζει σε μεγάλη απόσταση’ (Υ. 17). ‘Όταν το φως περνάει από την τρύπα γυρίζει ανάποδα … και επειδή είναι μεγάλη η απόσταση (διαφράγματος – οθόνης στο έργο Β3) το βλέπουμε και εμείς ανάποδα (Υ. 43).

(Σχ. 7.24)

β) Απαντήσεις οι οποίες αποδίδουν ενεργητικές ιδιότητες σε στοιχεία των διατάξεων (Σχ.7.25). Π.χ. ‘Επειδή είναι μεγάλη η απόσταση (διαφράγματος – οθόνης στο έργο Β2), περνάει το φως από την τρύπα σαν τετράγωνο … το τετράγωνο πηγαίνει προς την τρύπα, μικραίνει, μικραίνει, μικραίνει, περνάει από την τρύπα και μετά ξαναμεγαλώνει και βγαίνει ξανά σαν τετράγωνο’ (Υ.54). ‘Οι ακτίνες όπως πάνε ενώνονται μαζί και μπαίνουν από την τρύπα (στο έργο Β2) και όταν βγαίνουν από την τρύπα εμφανίζεται ξανά το τετράγωνο … όταν το φως μπαίνει στην τρύπα, βγαίνει ανάποδα (στο έργο Β3) … τραβάει η τρύπα το φως και το βγάζει ανάποδα’ (Υ. 34). ‘…επειδή είναι μικρή η τρύπα (στο έργο Β2), μαζεύονται οι ακτίνες και μετά ανοίγουν πάλι και βγαίνει ξανά το σχήμα της πηγής’ (Υ. 55).

(Σχ. 7.25)

168

γ) Απαντήσεις στις οποίες η σκιά γίνεται αντιληπτή ως ιδιότητα του σώματος (εν προκειμένω της πηγής) και όχι ως αποτέλεσμα παρεμβολής αδιαφανούς εμποδίου στην πορεία δέσμης φωτός. (Σχ. 7.26) Π.χ. ‘Επειδή το εμπόδιο είναι μικρό (στο έργο Β΄2) και είναι στο κέντρο του τετραγώνου, δεν εμποδίζει τη σκιά της λάμπας να φτάσει στο χαρτόνι … και έτσι βλέπουμε τη σκιά της πηγής στην οθόνη (Υ. 82). ‘… είναι η σκιά της λάμπας, όχι του εμποδίου … το εμπόδιο είναι πολύ μικρό (στο έργο Β΄2) και χάνεται η σκιά του, η λάμπα όμως είναι μεγάλη, γι’ αυτό βλέπουμε τη σκιά της’ (Υ.60).

(Σχ. 7.26)

Οι απαντήσεις των δύο πρώτων κατηγοριών εντοπίστηκαν αποκλειστικά στα έργα με χρήση διαφράγματος ενώ της τρίτης κατηγορίας στο εναλλακτικό περιβάλλον του εμποδίου. Παρουσιάζουμε ακολούθως πίνακες μεταβολών των απαντήσεων των υποκειμένων κατά ηλικιακή ομάδα στην εξέλιξη της φάσης της εμπλοκής. Στους πίνακες αυτούς δεν έχουν καταχωριστεί τα υποκείμενα τα οποία κατά τον προ-έλεγχο διαπιστώθηκε ότι έχουν οικοδομήσει επαρκώς το αποδεκτό επιστημονικό πρότυπο, καθόσον αυτά εξαιρέθηκαν από την περαιτέρω διαδικασία. Τα «συνεργατικά» σχήματα ερμηνείας έχουν ταξινομηθεί ως υποκατηγορίες του ακτινικού σχήματος, σύμφωνα με όσα εκτέθηκαν παραπάνω. Η διάρθρωση των πινάκων έχει γίνει κατά έργο και μορφή διάταξης, καθώς τα σχήματα αυτά διαμορφώθηκαν σε μονοσήμαντη αντιστοιχία με τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά κάθε τύπου διάταξης. Τέλος, τα υποκείμενα τα οποία κατά τον προ-έλεγχο εμφάνισαν μεικτά παραστατικά σχήματα, έχουν καταχωριστεί εδώ σύμφωνα με την ερμηνεία που έδωσαν στα φωτεινά αποτελέσματα του πρώτου έργου της φάσης της εμπλοκής.

169

ΠΙΝΑΚΑΣ 6. Μεταβολές των απαντήσεων των μαθητών ΣΤ΄ Δημοτικού κατά τη διάρκεια της φάσης της εμπλοκής

Πειραματική διάταξη οπής (Ν=16) Έργο Β1 Έργο Β2 Έργο Β3

πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία Παραστατικό σχήμα Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f

Μη συνεκτικό 0 0 0 0 0 36

1

Ολιστικό 34,35,43, 44,45,47, 53

7 0 0 0 0 0

Ακτινικό 33,37,54, 56,64

5 33,34,35, 36,37,43, 44,45,46, 47,53,54, 55,56,57, 64

16 33,34,35, 36,37,43, 44,45,46, 47,53,54, 55,56,57, 64

16 Αδυναμία ερμηνείας Ενεργό φως Ενεργή οπή

33,35,36, 37,44,45, 46,47,53, 64 43,54 34,55,56, 57

10

2 4

Ορθό Π χωρίς εξήγηση Ορθό Π-εν. φως Ορθό Π-εν. οπή

33,35,36, 37,44,45, 46,47,53, 64 43,54 34,55,56, 57

10

2 4

Αδυναμία ερμηνείας Ενεργό φως Ενεργή οπή

33,35,37, 44,45,46, 47,53,54, 55,56,57, 64 43 34

13

1 1

Συνδυαστικό 36,46,55, 57

4 0 0 0 0 0

Πειραματική διάταξη εμποδίου (Ν=16) Έργο Β΄1 Έργο Β΄2 Έργο Β΄3

πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία Παραστατικό σχήμα Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ f

Μη συνεκτικό 0 0 0 0 0 0

Ολιστικό 38,39,50 3 0 0 0 0 0

Ακτινικό 48,51,58, 59,61,62

6 38,39,40, 41,42,48, 49,50,51, 52,58,59, 60,61,62, 63

16 38,39,40, 41,42,48, 49,50,51, 52,58,59, 60,61,62, 63

16 Αδυναμία ερμηνείας Σκιά πηγής

41,42,52 58,59,61 32,39,40, 48,49,50, 51,60,62, 63

6

10

Ορθό Π χωρίς εξήγηση Ορθό Π-σκιά πηγής

41,42,52, 58,59,61 32,39,40, 48,49,50, 51,60,62, 63

6

10

Αδυναμία ερμηνείας

32,39,40, 41,42,48, 49,50,51, 52,58,59, 60,61,62, 63

16

Συνδυαστικό 40,41,42, 49,52,60, 63

7 0 0 0 0 0

170

ΠΙΝΑΚΑΣ 7. Μεταβολές των απαντήσεων των μαθητών Β΄ Γυμνασίου κατά τη διάρκεια της φάσης της εμπλοκής

Πειραματική διάταξη οπής (Ν=16) Έργο Β1 Έργο Β2 Έργο Β3

πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία Παραστατικό σχήμα Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f

Μη συνεκτικό 0 0 0 71 1 71 1 67,71,81

3

Ολιστικό 67,77,85, 86,87

5 0 0 0 0 0

Ακτινικό 70,71,76, 96

4 65,66,67, 70,71,75, 76,77,80, 81,85,86, 87,90,91, 96

16 65,66,67, 70,71,75, 76,77,80, 81,85,86, 87,90,91, 96

16 Αδυναμία ερμηνείας Ενεργό φως Ενεργή οπή

65,67,70, 75,77,80, 81,86,96 90 66,76,85, 87,91

9

1 5

Ορθό Π χωρίς εξήγηση Ορθό Π-εν. φως Ορθό Π-εν. οπή

65,67,70, 75,77,80, 81,86,96 90 66,76,85, 87,91

9

1 5

Αδυναμία ερμηνείας

65,66,70, 75,76,77, 80,85,86, 87,90,91, 96

13

Συνδυαστικό 65,66,75, 80,81,90, 91

7 0 0 0 0 0

Πειραματική διάταξη εμποδίου (Ν=16)

Έργο Β΄1 Έργο Β΄2 Έργο Β΄3 πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία Παραστατικό

σχήμα Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ f Μη συνεκτικό 0 0 0 0 0 0

Ολιστικό 69,74,95

3 0 0 0 0 0

Ακτινικό 68,72,73, 78,83,88, 89

7 68,69,72, 73,74,78, 79,82,83, 84,88,89, 92,93,94, 95

16 68,69,72, 73,74,78, 79,82,83, 84,88,89, 92,93,94, 95

16 Αδυναμία ερμηνείας Σκιά πηγής

68,69,73, 78,79,83 72,74,82, 84,88,89, 92,93,94, 95

6

10

Ορθό Π χωρίς εξήγηση Ορθό Π-σκιά πηγής

68,69,73, 78,79,83 72,74,82, 84,88,89, 92,93,94, 95

6

10

Αδυναμία ερμηνείας

68,69,72, 73,74,78, 79,82,83, 84,88,89, 92,93,94, 95

16

Συνδυαστικό 79,82,84, 92,94

5

Άλλο 93 1 0 0 0 0 0

171

ΠΙΝΑΚΑΣ 8. Μεταβολές των απαντήσεων των μαθητών Α΄ Λυκείου κατά τη διάρκεια της φάσης της εμπλοκής

Πειραματική διάταξη οπής (Ν=16) Έργο Β1 Έργο Β2 Έργο Β3

πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία Παραστατικό σχήμα Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f

Μη συνεκτικό 0 0 0 1 1 1 1 1

1

Ολιστικό 1,8,10,27

4 0 0 0 0 0

Ακτινικό 3,14,15, 16,17,22, 24,32

8 1,2,3,8, 9,10,14, 15,16,17, 22,23,24, 27,28,32

16 1,2,3,8, 9,10,14, 15,16,17, 22,23,24, 27,28,32

16 Αδυναμία ερμηνείας Ενεργό φως Ενεργή οπή

2,3,8,9, 10,14,15, 16,23,24, 27,28,32 17 22

13

1 1

Ορθό Π χωρίς εξήγηση Ορθό Π-εν. φως Ορθό Π-εν. οπή

2,3,8,9, 10,14,15, 16,23,24, 27,28,32 17 22

13

1 1

Αδυναμία ερμηνείας Ενεργή οπή

2,3,8,9, 10,14,15, 16,17,23, 24,27,28, 32 22

14

1 Συνδυαστικό 2,9,23,28

4 0 0 0 0 0

Πειραματική διάταξη εμποδίου (Ν=14) Έργο Β΄1 Έργο Β΄2 Έργο Β΄3

πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία πρόβλεψη ερμηνεία Παραστατικό σχήμα Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ. f Υποκ f

Μη συνεκτικό 0 0 0 18 1 18 1 18 1

Ολιστικό 12,18,20, 30

4 0 0 0 0 0

Ακτινικό 6,7,21, 26,29,31

6 5,6,7,12, 13,18,19, 20,21,25, 26,29,30, 31

14 5,6,7,12, 13,18,19, 20,21,25, 26,29,30, 31

14 Αδυναμία ερμηνείας Σκιά πηγής

5,6,7,12, 13,19,20, 21,25,26, 29,30 31

12

1

Ορθό Π χωρίς εξήγηση Ορθό Π-σκιά πηγής

5,6,7,12, 13,19,20, 21,25,26, 29,30 31

12

1

Αδυναμία ερμηνείας

5,6,7,12, 13,19,20, 21,25,26, 29,30,31

13

Συνδυαστικό 5,13,19, 25

4 0 0 0 0 0

172

7.2.2. β. Δεύτερη φάση: Μεταβολές των απαντήσεων των μαθητών Στη φάση της πειραματικής παρέμβασης επιχειρούμε το μετασχηματισμό των παραστάσεων των υποκειμένων και την προσέγγιση του μηχανισμού της μη συνεκτικής εκπομπής, με την παρουσίαση του ορθού προτύπου. Τα εμπειρικά δεδομένα των έργων που χρησιμοποιούμε παραμένουν τα ίδια με την προηγούμενη φάση της διαδικασίας, με τη διαφορά ότι η τετραγωνική φωτεινή πηγή έχει τώρα τη δυνατότητα αποσύνθεσης σε οκτώ σημειακές πηγές, ούτως ώστε να μας επιτρέπει την προσέγγιση, με τον πιστότερο δυνατό τρόπο, του ιστορικού πειράματος του Kepler. Η σειρά των ενεργειών τις οποίες ακολουθούμε έχει παρουσιαστεί διεξοδικά στο κεφάλαιο της μεθοδολογικής προβληματικής. Στη φάση αυτή εμπλέκονται όσα υποκείμενα δεν κατέστη δυνατόν να αναγνωρίσουν τα χαρακτηριστικά του επιστημονικού προτύπου κατά τη φάση της εμπλοκής. Στους πίνακες που παρουσιάζουμε δεν έχουν καταχωριστεί, όπως έχουμε ήδη επισημάνει, τα υποκείμενα τα οποία διαπιστώθηκε ότι έχουν οικοδομήσει το επιστημονικό πρότυπο από το στάδιο του προ-ελέγχου. Επί πλέον από τη διαδικασία του μετά-ελέγχου έχουν εξαιρεθεί, και επομένως απουσιάζουν από τους πίνακες, τα υποκείμενα τα οποία στον μετά-έλεγχο της θεματικής ενότητας της σημειακής πηγής (ο οποίος προηγήθηκε χρονικά) διαπιστώθηκε ότι διατηρούν εναλλακτικά σχήματα ερμηνείας. Το επιστημονικό μοντέλο της μη συνεκτικής εκπομπής θεμελιώνεται στη θεωρητική σύλληψη της σύνθεσης των επί μέρους φωτεινών αποτελεσμάτων ενός μεγάλου αριθμού (για την ακρίβεια, άπειρου πλήθους) σημειακών πηγών, κάθε μία εκ των οποίων ακτινοβολεί ακτινικά, ισότροπα και ευθύγραμμα. Συνακόλουθα, η νοητική συγκρότηση του ορθού προτύπου για τη σημειακή πηγή αποτελεί σε κάθε περίπτωση γνωστικό προαπαιτούμενο για την επαρκή ερμηνεία των φωτεινών αποτελεσμάτων κάθε εκτεταμένης πηγής. Υπό αυτή την προϋπόθεση, η συμμετοχή των συγκεκριμένων υποκειμένων στη διαδικασία του μετά-ελέγχου δεν θα είχε κανένα νόημα.

173

Στους πίνακες που ακολουθούν παρουσιάζονται οι μεταβολές των απαντήσεων πριν και μετά την πειραματική παρέμβαση κατά ηλικιακή κατηγορία.

ΠΙΝΑΚΑΣ 9. Μεταβολές των απαντήσεων μαθητών ΣΤ΄ Δημοτικού κατά τη φάση

της πειραματικής παρέμβασης (Ν=27)

Πριν την πειραματική παρέμβαση

Μετά-έλεγχος Παραστατικό

σχήμα

Υποκ.

f

f %

Υποκ.

f

f % Μη συνεκτικό 0 0 33,35,40,

43,44,46, 47,49,52, 54,56,58, 60,64

14 51,9

Ολιστικό 0 0 0 0

Ακτινικό

33-35,37-44, 46-52,54,56, 58-64

27 100 34,38,39, 42,48,50, 51,61,62, 63

10 37

Συνδυαστικό

0

0

0

0

Μεικτό 0 0 37,41,59 3 11,1

* Από τον πίνακα έχουν εξαιρεθεί τα υποκείμενα Υ.45, Υ53, Υ.55 και Υ.57 λόγω αδυναμίας συγκρότησης του ορθού προτύπου της σημειακής πηγής και το Υ.36 λόγω αναγνώρισης του ορθού προτύπου κατά τη φάση της εμπλοκής.

174

ΠΙΝΑΚΑΣ 10. Μεταβολές των απαντήσεων μαθητών Β΄ Γυμνασίου κατά τη φάση της πειραματικής παρέμβασης (Ν=28)

Πριν την πειραματική

παρέμβαση Μετά-έλεγχος

Παραστατικό σχήμα

Υποκ.

f

f %

Υποκ.

f

f % Μη συνεκτικό 0 0 65,68,70,

72,73,75, 76,79,80, 84-95

21 75

Ολιστικό 0 0 0 0

Ακτινικό

64-66,68-70, 72,73,75-80, 82-96

28 100 77,78,83,96 4 14,2

Συνδυαστικό 0 0 82 1 3,6

Μεικτό 0 0 66

1 3,6

Άλλες απαντήσεις

0 0 69 1 3,6

* Από τον πίνακα έχει εξαιρεθεί το υποκείμενο Υ.74 λόγω αδυναμίας συγκρότησης του ορθού προτύπου της σημειακής πηγής, καθώς και τα Υ.67, Υ.71 και Υ.81 λόγω αναγνώρισης του ορθού προτύπου κατά τη φάση της εμπλοκής.

175

ΠΙΝΑΚΑΣ 11. Μεταβολές των απαντήσεων μαθητών Α΄ Λυκείου κατά τη φάση της πειραματικής παρέμβασης (Ν=28)

Πριν την πειραματική

παρέμβαση Μετά-έλεγχος

Παραστατικό σχήμα

Υποκ.

f

f %

Υποκ.

f

f % Μη συνεκτικό 0 0 2,3,6,9,12,

15-17,19, 21-28,31,32

19 67,8

Ολιστικό 0 0 0 0

Ακτινικό

2,3,5-10, 12-17,19-32

28 100 7,8,10,20

4 14,3

Συνδυαστικό

0 0 13,30 2 7,1

Μεικτό 0 0 5,14,29 3 10,7

* Από τον πίνακα έχουν εξαιρεθεί τα υποκείμενα Υ.4 και Υ.11 λόγω χρήσης του ορθού προτύπου κατά τον προ-έλεγχο και τα Υ.1 και Υ.18 λόγω αναγνώρισης του ορθού προτύπου κατά τη φάση της εμπλοκής.

176

7.2.3. Μετά-έλεγχος: Οι συνολικές μεταβολές των απαντήσεων των μαθητών Στο τρίτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας, με την παρουσίαση των ίδιων έργων του προ-ελέγχου, επιχειρούμε τη διερεύνηση των μεταβολών των νοητικών παραστάσεων των υποκειμένων που προέκυψαν από τη συνολική διαδικασία της διδακτικής παρέμβασης (εμπλοκή και πειραματική παρέμβαση), καθώς και του βαθμού προσέγγισης του επιστημονικού προτύπου. Παρουσιάζουμε στη συνέχεια πίνακες μεταβολών των απαντήσεων των υποκειμένων κατά ηλικιακό επίπεδο μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου. Από τους πίνακες αυτούς έχουν εξαιρεθεί όσα υποκείμενα κατά τον προ-έλεγχο διαπιστώθηκε ότι έχουν οικοδομήσει επαρκώς το αποδεκτό επιστημονικό πρότυπο, καθώς αυτά δεν συμμετείχαν στην πειραματική διαδικασία. Επίσης δεν συμμετείχαν στον μετά-έλεγχο, και συνεπώς απουσιάζουν από τους πίνακες, τα υποκείμενα τα οποία δεν κατέστη δυνατόν να αναγνωρίσουν το πρότυπο της Γεωμετρικής Οπτικής για την εκπομπή από σημειακή πηγή, για λόγους που έχουν προηγουμένως αναλυθεί. Αντιθέτως, συμμετείχαν στον μετά-έλεγχο, και καταχωρούνται επομένως στους πίνακες, όσα υποκείμενα ανακάλεσαν το ορθό πρότυπο κατά τη φάση της εμπλοκής, καθόσον οι μεταβολές των παραστατικών προτύπων τους οφείλονται στην επίδραση της διδακτικής παρέμβασης. Οι πίνακες των συνολικών μεταβολών συνοδεύονται και από το αντίστοιχο ραβδόγραμμα.

177

ΠΙΝΑΚΑΣ 12. Συνολικές μεταβολές των απαντήσεων μαθητών ΣΤ΄ Δημοτικού για

την εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη πηγή (Ν=28)

Προ-έλεγχος

Μετά-έλεγχος Παραστατικό

σχήμα

Υποκ.

f

f %

Υποκ.

f

f % Μη συνεκτικό 0 0 33,35,40,

43,44,46, 47,49,52, 54,56,58, 60,64

14 50

Ολιστικό 34,35,38, 39,43,44, 47,50

8 28,6 0 0

Ακτινικό

33,37,51, 54,56,59, 61,62,64

9 32,1 34,38,39, 42,48,50, 51,61,62, 63

10 35,7

Συνδυαστικό 36,40,41, 42,46,49, 52,60,63

9 32,1 36 1 3,6

Μεικτό 48,58 2 7,2 37,41,59 3 10,7

* Από τον πίνακα έχουν εξαιρεθεί τα υποκείμενα Υ.45, Υ.53, Υ.55, και Υ.57 λόγω αδυναμίας συγκρότησης του ορθού προτύπου της σημειακής πηγής.

178

ΠΙΝΑΚΑΣ 13. Συνολικές μεταβολές των απαντήσεων μαθητών Β΄ Γυμνασίου για την εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη πηγή (Ν=31)

Προ-έλεγχος

Μετά-έλεγχος

Παραστατικό σχήμα

Υποκ.

f

f %

Υποκ.

f

f % Μη συνεκτικό 0 0 65,67,68,

70-73,75, 76,79,80, 81,84-95

24 77,4

Ολιστικό 67,68,69, 85,86,87, 95

7 22,6 0 0

Ακτινικό

70,71,72, 73,76,78, 83,88,89, 96

10 32,3 77,78,83,96 4 12,9

Συνδυαστικό 65,66,75, 79,80,81, 82,84,90, 91,92,94

12 38,7 82 1 3,2

Μεικτό 77 1 3,2 66

1 3,2

Άλλες απαντήσεις 93 1 3,2 69 1 3,2

* Από τον πίνακα έχει εξαιρεθεί το υποκείμενο Υ.74 λόγω αδυναμίας συγκρότησης του ορθού προτύπου της σημειακής πηγής.

179

ΠΙΝΑΚΑΣ 14. Συνολικές μεταβολές των απαντήσεων μαθητών Α΄ Λυκείου για την εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη πηγή (Ν=30)

Προ-έλεγχος

Μετά-έλεγχος

Παραστατικό σχήμα

Υποκ.

f

f %

Υποκ.

f

f % Μη συνεκτικό 0 0 1,2,3,6,9,

12,15-17,19,21-28,31,32

20 66,7

Ολιστικό 1,8,10,12, 18,20,27, 30

8 26,7 0 0

Ακτινικό

3,6,7,14, 15,16,17, 21,22,24, 26,29,31, 32

14 46,7 7,8,10,18, 20

5 16,7

Συνδυαστικό 2,5,9,13, 19,23,25, 28

8 26,6 13,30 2 6,6

Μεικτό 0 0 5,14,29 3 10

* Από τον πίνακα έχουν εξαιρεθεί τα υποκείμενα Υ.4 και Υ.11 λόγω χρήσης του ορθού προτύπου κατά τον προ-έλεγχο.

180

ΡΑΒΔΟΓΡΑΜΜΑ 4. Συνολικές μεταβολές των απαντήσεων των υποκειμένων μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου για την εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη

πηγή

0

14

0

24

0

20

8

0

7

0

8

0

910 10

4

14

5

9

1

12

1

8

223

1 10

3

0 01 1

0 00

5

10

15

20

25

30

Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος Προ-έλεγχος Μετά-έλεγχος

ΣΤ Δημοτικού Β Γυμνασίου Α Λυκείου

Μη συνεκτικό Ολιστικό Ακτινικό Συνδυαστικό Μεικτό Άλλο

181

7.2.4. Στατιστική επεξεργασία των δεδομένων Η στατιστική επεξεργασία των δεδομένων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση μεθόδων της επαγωγικής στατιστικής. Οι μέθοδοι αυτοί της στατιστικής ανάλυσης χρησιμοποιούνται όταν θέλουμε να εξαγάγουμε συμπεράσματα για τον πληθυσμό μιας έρευνας βασιζόμενοι στα δεδομένα που έχουν ληφθεί από ένα μικρότερο αντιπροσωπευτικό δείγμα, στο σύνολο των ομοειδών περιπτώσεων (Παρασκευόπουλος 1984, σ. 21). Στην έρευνά μας χρησιμοποιώντας ως ανεξάρτητες μεταβλητές τη μέθοδο παρέμβασης, το ηλικιακό επίπεδο και το είδος της διάταξης, και ως εξαρτημένη μεταβλητή την ενδεχόμενη μεταβολή της επίδοσης (Παπακωνσταντίνου 1982, σ. 68), πιστοποιούμε τη στατιστική σημαντικότητα των απαντήσεων των υποκειμένων πριν και μετά τη διδακτική παρέμβαση. Στην περίπτωσή μας, τα υποκείμενα αξιολογούνται ως προς τη μεταβολή της επίδοσης σε μια ιεραρχική κλίμακα η οποία περιλαμβάνει τέσσερις κατηγορίες: πρόοδο, σχετική πρόοδο, στασιμότητα και οπισθοδρόμηση (Echelle ordinale, Reuclin 1976). Για τον έλεγχο των μεταβολών των απαντήσεων οι εναλλακτικές νοητικές παραστάσεις των μαθητών ομαδοποιήθηκαν σε δύο κατηγορίες, αφού αξιολογήθηκαν και ιεραρχήθηκαν με βάση την εννοιολογική τους συνάφεια με το αποδεκτό επιστημονικό πρότυπο. Στην πρώτη κατηγορία κατατάξαμε το ακτινικό σχήμα, τα χαρακτηριστικά του οποίου δεν παρουσιάζουν ασυμβατότητα με αυτά του ορθού προτύπου –απλά απορρέουν από ανεπαρκή εφαρμογή των αρχών της Γεωμετρικής Οπτικής. Στη δεύτερη κατηγορία κατατάξαμε τα υπόλοιπα παραστατικά σχήματα τα οποία παραπέμπουν σαφώς στον διαισθητικό τρόπο σκέψης. Έτσι, ως πρόοδο ορίζουμε τη μετάβαση ενός υποκειμένου από οποιοδήποτε παραστατικό σχήμα στο μη συνεκτικό, ενώ ως σχετική πρόοδο τη μετάβαση στο ακτινικό σχήμα, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί, από εννοιολογική άποψη, ως το πλησιέστερο στο επιστημονικό πρότυπο. Την ακριβώς αντίθετη εννοιολογική διαδρομή θεωρούμε ως οπισθοδρόμηση, ενώ ως στασιμότητα ορίζουμε την παραμονή ενός υποκειμένου στο ίδιο επίπεδο παραστατικής συγκρότησης μεταξύ προ-ελέγχου και μετά-ελέγχου. Τις διαφορές μεταξύ προ-ελέγχου και μετά ελέγχου θεωρούμε στατιστικώς σημαντικές σε επίπεδο σημαντικότητας 0,05 (Παρασκευόπουλος 1984, σ. 134). Ο στατιστικός έλεγχος των δεδομένων τα οποία προέκυψαν από την πειραματική διαδικασία διενεργήθηκε σε τέσσερα επίπεδα, με τα ακόλουθα αποτελέσματα. 1ος στατιστικός έλεγχος Για να διαπιστωθεί κατά πόσον η επίδοση βελτιώθηκε μετά τη διδακτική παρέμβαση εκτελέστηκε ο έλεγχος καλής προσαρμογής (Χ2) για κάθε ηλικιακή κατηγορία (Ρούσσος & Τσαούσης 2002, σ. 338). Από τα αποτελέσματα των τριών ελέγχων συμπεραίνουμε ότι ο αριθμός των υποκειμένων που σημείωσαν πρόοδο είναι σημαντικά μεγαλύτερος από τον αριθμό των υποκειμένων που βρίσκονται στις υπόλοιπες βαθμολογικές κατηγορίες. Στην ΣΤ΄ Δημοτικού πρόοδο σημείωσε το 50% των υποκειμένων, ενώ σχετική πρόοδο, στασιμότητα και οπισθοδρόμηση το 25%, 17,9% και 7,1% αντίστοιχα (Χ2(3)=11,4, p=0,011). Το ποσοστό των υποκειμένων που σημείωσε πρόοδο στη Β΄ Γυμνασίου ανέρχεται σε 77,4% και είναι σημαντικά μεγαλύτερο από τα ποσοστά της σχετικής προόδου και της στασιμότητας που ανέρχονται σε 3,2% και 19,4% αντίστοιχα (Χ2(2)=28,32, p<0,001). Και στην Α΄ Λυκείου παρατηρείται σημαντικά υψηλότερο ποσοστό υποκειμένων που αντιστοιχεί στην πρόοδο (66,7%) από ότι τα ποσοστά στις υπόλοιπες κατηγορίες που ανέρχονται σε 13,3%, 13,3% και 6,7% για σχετική πρόοδο, στασιμότητα και οπισθοδρόμηση αντίστοιχα (Χ2(3)=28,13, p<0,001). Οι απόλυτες συχνότητες και τα ποσοστά επίδοσης κατά τάξη δίνονται αναλυτικά στον πίνακα 15.

182

2ος στατιστικός έλεγχος Επειδή το ποσοστό των μαθητών που σημείωσε πρόοδο είναι αρκετά χαμηλότερο στην ΣΤ΄ Δημοτικού από ότι στις άλλες δύο ηλικιακές κατηγορίες εκτελέσαμε τον έλεγχο X2 ανεξαρτησίας (Γιαλαμάς 2005, σ. 157) μεταξύ της μεταβολής στην επίδοση και της τάξης. Το αποτέλεσμα του ελέγχου δεν ανέδειξε σημαντικές διαφορές στην μεταβολή μεταξύ των τριών τάξεων (X2(6)=10,8, p=0,095 και ακριβής τιμή ελέγχου μονής κατεύθυνσης (Fisher exact test) p=0,089). Σε μη σημαντικό αποτέλεσμα οδηγηθήκαμε με τη χρήση της ανάλυσης διακύμανσης Kruskal–Wallis για τον έλεγχο τις ισότητας στη μέση μεταβολή της επίδοσης των τριών τάξεων (X2(2)=4,3, p<0,114). Για την ανάλυση διακύμανσης θεωρούμε και εδώ ότι οι μαθητές αξιολογούνται με μια κλίμακα 1-4 (οπισθοδρόμηση=1 στασιμότητα=2 σχετική πρόοδος=3 και πρόοδος=4) ως προς τη μεταβολή της επίδοσής τους. 3ος στατιστικός έλεγχος Για να διαπιστωθεί κατά πόσο η επίδοση βελτιώθηκε μετά τη διδακτική παρέμβαση για κάθε τύπο διάταξης (διάταξη διαφράγματος με οπή – διάταξη εμποδίου) εκτελέστηκε ο έλεγχος καλής προσαρμογής (X2). Από τα αποτελέσματα των δύο ελέγχων συμπεραίνουμε ότι ο αριθμός των μαθητών που σημείωσαν πρόοδο είναι σημαντικά μεγαλύτερος από τον αριθμό των μαθητών που βρίσκεται στις υπόλοιπες βαθμολογικές κατηγορίες. Το συμπέρασμα αυτό ισχύει τόσο για τους μαθητές του 1ου τύπου διάταξης (X2(3)=70, p<0,001) όσο και για τους μαθητές του 2ου τύπου διάταξης (X2(3)=21,8, p<0,001). Οι απόλυτες συχνότητες και τα ποσοστά επίδοσης κατά τύπο διάταξης δίνονται στον πίνακα 16. 4ος στατιστικός έλεγχος Ο διερεύνηση της διαφοράς στη βελτίωση μεταξύ των δύο τύπων διατάξεων έγινε με τον έλεγχο Mann-Whitney U για να διαπιστωθεί η ισότητα της κεντρικής θέσης μεταξύ των δύο κατανομών. Το αποτέλεσμα αυτού του ελέγχου ήταν στατιστικά σημαντικό. Οι βελτίωση των μαθητών του πρώτου τύπου διάταξης ήταν σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή των μαθητών του δεύτερου τύπου διάταξης (z=2,475, p=0,013). Οι διάμεσες τιμές είναι 3,8 και 3,5 για τον πρώτο και δεύτερο τύπο διάταξης αντίστοιχα.

183

ΠΙΝΑΚΑΣ 15. Μεταβολές της επίδοσης μετά την παρέμβαση κατά τάξη

ΣΤ΄ Δημοτικού Β΄ Γυμνασίου Α΄ Λυκείου Σύνολα Μεταβολή επίδοσης f f % f f % f f % f f %

Πρόοδος 14 50,0 24 77,4 20 66,7 58 65,2

Σχετική πρόοδος 7 25,0 1 3,2 4 13,3 12 13,5

Στασιμότητα 5 17,9 6 19,4 4 13,3 15 16,9

Οπισθοδρόμηση 2 7,1 0 0 2 6,7 4 4,5

Σύνολα 28 100,0 31 100,0 30 100,0 89 100,0

ΡΑΒΔΟΓΡΑΜΜΑ 5. Μεταβολές των επιδόσεων μετά τη διδακτική παρέμβαση κατά

τάξη

14

24

20

7

1

45 64

20

2

0

5

10

15

20

25

30

ΣΤ΄ Δημοτικού Β΄ Γυμνασίου Α΄ Λυκείου

Μεταβολή επίδοσης

πρόοδοςσχετ. πρόοδοςστασιμότηταοπισθοδρόμηση

184

ΠΙΝΑΚΑΣ 16. Μεταβολές της επίδοσης μετά την παρέμβαση κατά διάταξη

Διάταξη οπής Διάταξη εμποδίου Σύνολα Μεταβολή επίδοσης f f % f f % f f %

Πρόοδος 35 79,5 23 51,1 58 65,2

Σχετική πρόοδος 4 9,1 8 17,8 12 13,5

Στασιμότητα 3 6,8 12 26,7 15 16,9

Οπισθοδρόμηση 2 4,5 2 4,4 4 4,5

Σύνολα 44 100,0 45 100,0 89 100,0

ΡΑΒΔΟΓΡΑΜΜΑ 6. Μεταβολές των επιδόσεων μετά τη διδακτική παρέμβαση κατά διάταξη

35

23

4

8

3

12

2 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Διάταξη οπής Διάταξη εμποδίου

Μεταβολή επίδοσης

πρόοδοςσχετ. πρόοδοςΣτασιμότηταΟπισθοδρόμηση

185

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ

186

Στα πλαίσια της αναζήτησης μεθόδων και πρακτικών για τη διδακτική αξιοποίηση της Ιστορίας της Επιστήμης στο πεδίο της Οπτικής, υποθέσαμε κατά πρώτον ότι εναλλακτικά μοντέλα ερμηνείας τα οποία έχουν διατυπωθεί στην πορεία της ιστορικής εξέλιξης των επιστημονικών ιδεών, είναι δυνατόν να εντοπισθούν στη σκέψη και στους ερμηνευτικούς συλλογισμούς των σύγχρονων μαθητών και κατά δεύτερον ότι έργα και δραστηριότητες επιστημόνων του παρελθόντος που συνεισέφεραν στην αλλαγή του εννοιολογικού πλαισίου ερμηνείας και την αποδοχή του σύγχρονου επιστημονικού προτύπου, είναι δυνατόν να αποτελέσουν τη βάση διδακτικών προσεγγίσεων για το μετασχηματισμό των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών, όπου αυτές εκδηλώνονται. Μολονότι η κεντρική ερευνητική μας στόχευση αφορά τον μηχανισμό εκπομπής της φωτεινής ακτινοβολίας από εκτεταμένες φωτεινές πηγές, εντούτοις κρίθηκε απαραίτητη σε πρώτη φάση η εξακρίβωση της ερμηνευτικής επάρκειας των υποκειμένων στο ζήτημα της εκπομπής του φωτός από σημειακή πηγή, και η συνακόλουθη διδακτική παρέμβαση, όπου αυτό θεωρηθεί αναγκαίο, με στόχο την αναδόμηση των ενδεχόμενων αυθόρμητων παραστάσεων. Οι λόγοι που υπαγόρευσαν την επιλογή αυτή έχουν να κάνουν αφενός με το ότι η νοητική συγκρότηση του ορθού προτύπου για την ακτινοβολία της σημειακής πηγής συνιστά γνωστικό προαπαιτούμενο για την οικοδόμηση του μηχανισμού της μη συνεκτικής εκπομπής, και αφετέρου γιατί η πρόσκτησή του δεν είναι αυτόδηλη, όπως δείχνουν οι σχετικές μελέτες αλλά και τα αποτελέσματα από τη δοκιμαστική φάση της έρευνας. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων γίνεται κατ’ αρχήν κατά ηλικιακή κατηγορία και στη συνέχεια επιχειρείται η μεταξύ τους σύγκριση, με την οποία καταλήγουμε στον έλεγχο των ερευνητικών μας υποθέσεων, στην εξαγωγή των γενικών συμπερασμάτων και στη διατύπωση ερευνητικών και διδακτικών προτάσεων. 8.1. Πρώτη θεματική ενότητα: Η εκπομπή του φωτός από σημειακή πηγή Για την ανίχνευση των νοητικών παραστάσεων των υποκειμένων επιλέξαμε μια διερευνητικού τύπου προσέγγιση, ενώ για τον μετασχηματισμό τους επιχειρήσαμε τη δημιουργία συγκρουσιακών διδακτικών καταστάσεων, χρησιμοποιώντας σε όλα τα στάδια της διαδικασίας έργα με το ίδιο γνωστικό και εμπειρικό περιεχόμενο. Οι πειραματικές καταστάσεις που σχεδιάσαμε παρουσιάζουν σαφή συγγένεια με αυτές της δεύτερης θεματικής ενότητας (εκτεταμένη πηγή), δεν εντάσσονται όμως στο ίδιο πλαίσιο θεωρητικού προβληματισμού, καθώς δεν εντοπίζονται στην Ιστορία της Επιστήμης δεδομένα τα οποία να καταγράφουν κάποια εξέλιξη στη διαμόρφωση των ιδεών για το συγκεκριμένο ζήτημα, με την έννοια της διατύπωσης εναλλακτικών μοντέλων ερμηνείας. 8.1.1. Βιωματικές νοητικές παραστάσεις των μαθητών Στο πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας (προ-έλεγχος), με την παρουσίαση μιας ομάδας τεσσάρων έργων στα οποία διατηρήσαμε απενεργοποιημένη τη φωτεινή πηγή, αποτυπώσαμε τις λεκτικού και διαγραμματικού τύπου απαντήσεις των υποκειμένων, με στόχο την ανίχνευση και καταγραφή των νοητικών παραστάσεών τους για τον τρόπο εκπομπής και διάδοσης της φωτεινής ακτινοβολίας. Επισκοπώντας τα αριθμητικά δεδομένα του Πίνακα 1, παρατηρούμε ότι μόνο το 43,8% των υποκειμένων της ΣΤ΄ Δημοτικού έχει οικοδομήσει ένα παραστατικό πρότυπο, τα χαρακτηριστικά του οποίου είναι συμβατά με αυτά του προτύπου της Γεωμετρικής Οπτικής. Ανατρέχοντας στα πορίσματα ανάλογων ερευνών διαπιστώνουμε παρόμοια συμπεράσματα. Η E. Guesne (1984) εργαζόμενη με

187

μαθητές λίγο μεγαλύτερης ηλικίας (13-14 ετών), παρατηρεί ότι μόνο το ένα τρίτο των παιδιών επικαλείται την ευθύγραμμη και ισότιμη προς όλες τις κατευθύνσεις διάδοση του φωτός. Τα αντίστοιχα ποσοστά για παιδιά κατά ένα χρόνο μικρότερα (μαθητές Ε΄ Δημοτικού), κυμαίνονται σε επίπεδα μικρότερα του 10% πριν τη διδασκαλία της αντίστοιχης ύλης, ενώ παρουσιάζουν μια μικρή μόνο βελτίωση αμέσως μετά τη σχολική διδασκαλία (Ravanis & Papamichaël 1995). Το γεγονός ότι και στη δική μας έρευνα τα ποσοστά αυτά παραμένουν καθηλωμένα σε επίπεδα μικρότερα του 50%, παρά τη διδασκαλία των σχετικών θεμάτων στη σχολική τάξη για δεύτερη συνεχή χρονιά, μας οδηγεί στο συμπέρασμα μιας ισχυρής επίδρασης των χαρακτηριστικών της διαισθητικής σκέψης στα παιδιά αυτής της ηλικιακής βαθμίδας, η οποία εκφράζεται είτε με την απόδοση μιας εγγενούς ιδιότητας στη φωτεινή πηγή (με τη μορφή μιας περιορισμένης χωρικά ικανότητας εκπομπής), είτε με την επικέντρωση σε αντιληπτικά δεδομένα τα οποία σχετίζονται με τη χωροταξική διευθέτηση των στοιχείων των πειραματικών διατάξεων. Στην πρώτη περίπτωση εντάσσονται τα παραστατικά σχήματα της περιορισμένης εκπομπής (ποσοστό 9,4%) και της ολιστικής μεταφοράς του σχήματος της πηγής σε οριζόντια διεύθυνση (ποσοστό 12,5%). Η απόδοση των φωτεινών αποτελεσμάτων σε συγκεκριμένη ιδιότητα της πηγής πιστοποιείται χαρακτηριστικά στο έργο Α14, όπου, παρά την απομάκρυνση οιουδήποτε στοιχείου θα μπορούσε με την παρεμβολή του να διαμορφώσει το σχήμα της προβολής, οι απαντήσεις των υποκειμένων εμμένουν στην υπόδειξη μιας περιορισμένης φωτεινής περιοχής στις οθόνες (Σχ. 7.5, 7.7 & 7.8). Στη δεύτερη περίπτωση εντάσσεται το παραστατικό σχήμα του ενεργού φωτός (ποσοστό 18,7%), όπου, όπως προκύπτει από τις προβλέψεις στα έργα Α11, Α12 και Α13, το εύρος εκπομπής και η διεύθυνση διάδοσης του φωτός καθορίζονται από τη θέση, το σχήμα και το μέγεθος της οπής, του εμποδίου ή της οθόνης. Παραστάσεις αυτού του τύπου προέρχονται συνήθως από μαθητές οι οποίοι δεν αναγνωρίζουν το φως ως ανεξάρτητη οντότητα στο χώρο και το εντοπίζουν μόνο στην πηγή και στα αποτελέσματά του. Στην περίπτωση αυτή η έννοια της διάδοσης παραμένει συνδεδεμένη με τα χαρακτηριστικά των συγκεκριμένων διευθετήσεων των πειραματικών διατάξεων (Rice & Feher 1987, Guesne 1984). Η επικέντρωση των συλλογισμών των υποκειμένων στα χωροταξικά χαρακτηριστικά των διατάξεων επιβεβαιώνεται με τις απαντήσεις στο έργο Α14, όπου η απουσία κατισχύοντος αντιληπτικού ερεθίσματος απεγκλωβίζει τη σκέψη των παιδιών από τις χωροταξικές εξαρτήσεις, και οδηγεί σε προβλέψεις οι οποίες φαίνονται να συμφωνούν με το ακτινικό σχήμα εκπομπής (Σχ. 7.9, 7.10 & 7.11). Αντίθετα με τους μαθητές του Δημοτικού, τα ποσοστά των υποκειμένων που έχουν συγκροτήσει επαρκώς το ορθό πρότυπο αυξάνονται θεαματικά στις μεγαλύτερες ηλικιακά ομάδες (81,3% και 84,4% αντίστοιχα –Πίνακας 1). Η νόηση εδώ δείχνει να έχει απαγκιστρωθεί σε σημαντικό βαθμό από αντιληπτικού τύπου επικεντρώσεις και συνεπώς σε αυτά τα επίπεδα ηλικίας δεν φαίνεται να υπάρχει ουσιαστική ανάγκη παρεμβατικών πρωτοβουλιών υπό την έννοια ότι οι βιωματικές παραστάσεις των μαθητών της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης στο συγκεκριμένο ζήτημα δεν συνιστούν σοβαρό μαθησιακό πρόβλημα. 8.1.2. Ο μετασχηματισμός των παραστάσεων Τα αποτελέσματα του μετά-ελέγχου δείχνουν σημαντικές μεταβολές των απαντήσεων των υποκειμένων σε σχέση με τα αρχικά παραστατικά τους πρότυπα. Η εμφάνιση των φωτεινών αποτελεσμάτων, συνεπικουρούμενη από την διαμεσολάβηση του

188

πειραματιστή, οδήγησαν τα υποκείμενα σε θεαματική έως απόλυτη πρόοδο. Τόσο στο εμπειρικό περιβάλλον της οπής όσο και σ’ αυτό του εμποδίου, τα παιδιά μπορούσαν να εξηγήσουν με ακρίβεια, και σε απολύτως ικανοποιητικά ποσοστά, φαινόμενα τα οποία οφείλονται στην ακτινική εκπομπή και στην ισότροπη διάδοση του φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις του περιβάλλοντος τη φωτεινή πηγή χώρου, αποφεύγοντας αντιληπτικού τύπου επικεντρώσεις. Ο μετασχηματισμός των παραστατικών σχημάτων και η υιοθέτηση του ορθού προτύπου, όπως αποτυπώνονται στους Πίνακες 2, 3 και 4, επιτεύχθηκαν σε ποσοστά 77,8% για τους μαθητές της ΣΤ΄ Δημοτικού, 83,3% για τους μαθητές της Β΄ Γυμνασίου και 100% για τους μαθητές της Α΄ Λυκείου. Η επιτυχία επομένως των συγκρουσιακών διδακτικών διαδικασιών, είναι σημαντική για τις δύο πρώτες ηλικιακές ομάδες και απόλυτη για την τρίτη ηλικιακή ομάδα. 8.2. Δεύτερη θεματική ενότητα: Η εκπομπή του φωτός από εκτεταμένη πηγή Η αναζήτηση δεδομένων από την Ιστορία της Επιστήμης πρόσφορων για διδακτική αξιοποίηση, μας οδήγησε στον εντοπισμό ενός οπτικού φαινομένου που παρουσίασε εξαιρετικές ερμηνευτικές δυσκολίες στη διαδρομή των αιώνων, καθώς και στις νοητικές διεργασίες και τις πειραματικές πρακτικές επίλυσής του. Για την πραγματοποίηση του πειράματός μας χρησιμοποιήσαμε ως εμπειρικό υλικό μια σειρά έργων τα οποία συνιστούν εργαστηριακή προσομοίωση του οπτικού φαινομένου-γρίφου. Στη βάση της θεωρητικής προβληματικής που αναπτύξαμε, διατυπώσαμε στη συνέχεια δύο γενικές ερευνητικές υποθέσεις, τον έλεγχο των οποίων επιχειρούμε ακολούθως μέσα από την ανάλυση των αποτελεσμάτων. 8.2.1. Η ανίχνευση των παραστάσεων Τα αποτελέσματα του προ-ελέγχου είναι περίπου ταυτόσημα και για τις τρεις ηλικιακές ομάδες, σε ό,τι αφορά τη συγκρότηση του ορθού προτύπου. Μόνο δύο μαθητές της Α΄ Λυκείου (ποσοστό 6,3% για την ηλικιακή αυτή ομάδα ή 2,1% επί του συνόλου των υποκειμένων –Πίνακας 5) διαπιστώθηκε ότι έχουν οικοδομήσει επαρκώς το πρότυπο της μη συνεκτικής εκπομπής και μπορούν να περιγράψουν με ακρίβεια το μηχανισμό δημιουργίας των φωτεινών προβολών στην οθόνη*. Το εντυπωσιακά χαμηλό αυτό ποσοστό μπορεί να αποδοθεί σε δύο λόγους: είτε στην απαίτηση υψηλού βαθμού αφαιρετικής νοητικής ικανότητας από την πλευρά των υποκειμένων του συγκεκριμένου ηλικιακού φάσματος, είτε στην απουσία εμπεριστατωμένης αναφοράς του μηχανισμού της μη συνεκτικής εκπομπής κατά τη σχολική διδασκαλία των γνωστικών αντικειμένων που σχετίζονται με τη φωτεινή ακτινοβολία εκτεταμένων πηγών. Η πιθανή θεώρηση ως αυτονόητης κατάκτησης των μαθητών της ικανότητας οικοδόμησης μεταβατικών συλλογισμών (Piaget & Garcia 1971), υποβαθμίζει ενδεχομένως την ανάγκη αναλυτικής αναφοράς του συγκεκριμένου προτύπου της Γεωμετρικής Οπτικής, με αποτέλεσμα να καθίσταται προβληματική η νοητική προσπέλαση από τον απλό μηχανισμό εκπομπής της σημειακής πηγής στον σαφώς πολυπλοκότερο της εκτεταμένης. Αλλά για το ζήτημα αυτό θα επανέλθουμε στα συμπεράσματα της έρευνας. Ας περάσουμε τώρα στην ανάλυση των εναλλακτικών παραστατικών σχημάτων των υποκειμένων όπως αυτά αποτυπώνονται στο στάδιο του προ-ελέγχου. * Και στα δύο αυτά υποκείμενα παρουσιάστηκε η εναλλακτική σειρά έργων με τη χρήση εμποδίου. Ωστόσο, ο εξαιρετικά μικρός αριθμός των υποκειμένων δεν μας προσφέρει τη δυνατότητα συγκριτικού ελέγχου της διερευνητικής αποτελεσματικότητας των δύο τύπων των διατάξεων.

189

Το ολιστικό σχήμα (αποδοχή σε ποσοστό 26% επί του συνόλου) παραπέμπει ευθέως σε συλλογισμούς οι οποίοι απορρέουν από την κυριαρχία του διαισθητικού τρόπου σκέψης. Καθώς η διάδοση του φωτός στο χώρο δεν εμπίπτει συνήθως στα αντιληπτικά δεδομένα, η συγκρότηση παραστατικών σχημάτων διαμορφώνεται συχνά από αποσπασματικά εμπειρικά δεδομένα τα οποία, λόγω της έλλειψης λογικομαθηματικών νοησιακών κατακτήσεων, αποκτούν στη σκέψη των παιδιών γενική ισχύ (Tiberghien et al. 1980). Ακόμα και στην περίπτωση όπου κάτω από ειδικές συνθήκες καθίστανται δυνατές αισθητηριακές διαπιστώσεις, είναι γνωστό ότι αυτό δεν είναι αρκετό για να οδηγήσει στη διαμόρφωση νέων σχημάτων και ορθών παραστάσεων. Ο αντιληπτικός έλεγχος απλώς εντάσσει τα παρατηρούμενα στο ήδη υπάρχον νοητικό σχήμα (Piaget 1974). Έτσι, όπως προκύπτει και από τις αιτιολογήσεις των υποκειμένων, παρατηρήσεις του άμεσου περιβάλλοντος προερχόμενες από ειδικά διαμορφωμένες φωτεινές δέσμες (Laser, φακοί με διαφράγματα, ειδικά φωτιστικά χώρου), δημιουργούν την εντύπωση μιας ολιστικής μεταφοράς του σχήματος της πηγής στην κατεύθυνση της στόχευσης. Στην περίπτωση αυτή η αυθόρμητη βιωματική σκέψη, συνεπικουρούμενη και από το στοιχείο του εντυπωσιασμού, οδηγείται, με την απλή συγκέντρωση αντιληπτικών δεδομένων και χωρίς τη δυνατότητα συστηματικής αφαιρετικής επεξεργασίας, στη γενίκευση. Η εντυπωσιακή σταθερότητα του ποσοστού αποδοχής του ολιστικού σχήματος και στις τρεις ηλικιακές ομάδες (28,1%, 25% και 25% -Πίνακας 5), αποτελεί σαφή ένδειξη της εμβέλειας των ισχυρών διαισθητικών χαρακτηριστικών του. Το ακτινικό σχήμα μπορεί να θεωρηθεί ως το πλησιέστερο, από εννοιολογική άποψη, στο ορθό πρότυπο, καθώς εμπεριέχει εν σπέρματι την ιδέα της μη συνεκτικής εκπομπής. Σύμφωνα με το πρότυπο αυτό κάθε σημείο της πηγής εκπέμπει αυτόνομα στο χώρο, η δε ακτινοβολία διαδίδεται ισότροπα προς όλες τις κατευθύνσεις χωρίς προνομιακές εξαρτήσεις που παραπέμπουν σε διαισθητικού τύπου επικεντρώσεις. Η συγκρότηση του παραστατικού αυτού σχήματος απαιτεί συνεπώς αποκεντροθέτηση από την υποκειμενική οπτική της προνομιακής διάδοσης και σηματοδοτεί σε ένα βαθμό την ενεργοποίηση λογικών νοητικών διεργασιών. Σ’ αυτήν την περίπτωση η σκέψη ωθείται προς τη διαμόρφωση απλών και ταυτόχρονα λειτουργικών επεξηγηματικών προτύπων. Έτσι, η απλή μορφολογικά δομή του και κυρίως η ερμηνευτική του επάρκεια στο μεγαλύτερο μέρος των οπτικών φαινομένων που αντιμετωπίζουν τα παιδιά, αναδεικνύουν το σχήμα αυτό κυρίαρχο στις απαντήσεις των υποκειμένων της μεγαλύτερης ηλικιακής ομάδας (ποσοστό 43,7 %). Επί πλέον η σταθερή αύξηση των ποσοστών αποδοχής του με την αύξηση της ηλικίας (28,1% για την ΣΤ΄ Δημοτικού, 31,3% για τη Β΄ Γυμνασίου και 43,7% για την Α΄ Λυκείου –Πίνακας 5), μπορεί να θεωρηθεί ως μια σαφής ένδειξη της σταδιακής απαγκίστρωσης της σκέψης των υποκειμένων από προσηλώσεις διαισθητικού χαρακτήρα. Από την άλλη μεριά ωστόσο, η εμμονή στην διατήρηση της αμφιμονοσήμαντης σύνδεσης κάθε σημείου της πηγής με μία φωτεινή ακτίνα (και όχι δέσμη), υποδηλώνει σαφέστατα τη σχηματική και μηχανιστική μεταφορά του μοντέλου ακτινικής εκπομπής της σημειακής πηγής στο επίπεδο της εκτεταμένης, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που υπεισέρχονται στη διαδικασία μετάβασης. Έτσι το σχήμα αυτό, παρά τη εμφανή ερμηνευτική υπεροχή του έναντι του ολιστικού, παραμένει ουσιαστικά ανεπαρκές, καθώς αγνοεί ένα μεγάλο μέρος της «ποσότητας» της εκπεμπόμενης από τη φωτεινή πηγή ακτινοβολίας. Σε ό,τι αφορά το συνδυαστικό παραστατικό σχήμα, αυτό είναι φανερό ότι έχει διαμορφωθεί από την ενσωμάτωση των πρωταρχικών διαισθητικών παραστάσεων ολιστικής απεικόνισης στο παρεχόμενο από τη σχολική διδασκαλία γνωστικό σώμα,

190

του μοντέλου δηλαδή ακτινικής εκπομπής της σημειακής πηγής. Τα υποκείμενα δεν χρησιμοποιούν εναλλακτικά τα δύο σχήματα αλλά αποδίδουν σε κάθε περίπτωση στην πηγή τη δυνατότητα διπλής ταυτόχρονης εκπομπής. Ο τρόπος με τον οποίο κάθε μαθητής αντιλαμβάνεται τα πράγματα είναι γενικά διαφορετικός από εκείνον του δασκάλου με αποτέλεσμα να αποδίδει πολλές φορές σε αυτά που του παρουσιάζονται ένα νόημα εντελώς διαφορετικό από αυτό του διδάσκοντα, διαμορφώνοντας με τον τρόπο αυτό ιδιαίτερες σημασίες για φαινόμενα και έννοιες που οδηγούν στη συγκρότηση προσωπικών σχημάτων ερμηνείας. Στην προκειμένη περίπτωση, τα παιδιά διατηρούν το «επεξεργασμένο» μοντέλο της ακτινικής εκπομπής, το οποίο διαθέτει την εγκυρότητα της επιστημονικής προέλευσης και την ασφάλεια της αισθητηριακής επιβεβαίωσης, χωρίς ταυτόχρονα να απεμπολούν τις βιωματικές τους θεωρήσεις, οι οποίες έχουν σχηματιστεί πριν την ένταξή τους στην οργανωμένη εκπαιδευτική διαδικασία. Ο Gowin (1983), σε μια ψυχολογικού τύπου προσέγγιση, υποστηρίζει ότι οι ιδέες που διαμορφώνονται κατ’ αυτόν τον τρόπο αντιστέκονται ισχυρά στις διδακτικές δραστηριότητες, καθώς οι μαθητές διατηρώντας το άλλοθι των επιστημονικών καταβολών των παραστάσεών τους, μπορούν να «δράσουν» άνετα χωρίς τα ενδεχόμενα λάθη να τους κοστίσουν πάρα πολύ. Όπως φαίνεται από τα αποτελέσματα του Πίνακα 5, το συνδυαστικό σχήμα κυριαρχεί στις απαντήσεις των υποκειμένων των δύο πρώτων ηλικιακών ομάδων (34,4% και 37,5% αντίστοιχα) –ένδειξη ισχυρής αντίστασης της βιωματικής γνώσης- ενώ μειώνεται αισθητά και υπολείπεται σημαντικά του ακτινικού σχήματος στις απαντήσεις των υποκειμένων της Α΄ Λυκείου (25% έναντι 43,7%). Τέλος, το παραστατικό σχήμα που χαρακτηρίζουμε ως μεικτό δεν αντιστοιχεί σε κάποιο συγκροτημένο παραστατικό πρότυπο, αλλά αναφέρεται σε υποκείμενα τα οποία χρησιμοποιούν επιλεκτικά και κατά περίπτωση κάποιο από τα προαναφερθέντα σχήματα. Ως εκ τούτου δεν μπορεί να αποτελέσει αντικείμενο περαιτέρω ανάλυσης ή συγκριτικής μελέτης. Οι αντιλήψεις των υποκειμένων που έχουν ενταχθεί σε αυτήν την κατηγορία διακρίνονται από παραστατική αστάθεια, η οποία είναι αξιοσημείωτη στα παιδιά της πρώτης ηλικιακής ομάδας (9,4%), αμελητέα όμως στα παιδιά των μεγαλύτερων ομάδων (3,1% και 0% αντίστοιχα –Πίνακας 5). 8.2.2. Η εμπλοκή των μαθητών στις συγκρουσιακές διδακτικές διαδικασίες Έργο Β1/Β΄1 Η μετάβαση από το πρώτο στο δεύτερο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας σηματοδοτείται από την αλλαγή του σχήματος της φωτεινής πηγής, από σταυροειδή σε τετραγωνική. Η αλλαγή του συγκεκριμένου εμπειρικού δεδομένου, πέρα από τη μεθοδολογική σκοπιμότητα που εξυπηρετεί και στην οποία έχουμε ήδη αναφερθεί, μας παρείχε, στη φάση της πρόβλεψης, και τη δυνατότητα ελέγχου της σταθερότητας των παραστατικών προτύπων ή την ενδεχόμενη εξάρτησή τους από το εκάστοτε σχήμα της πηγής. Η σύγκριση των αριθμητικών δεδομένων της πρώτης στήλης των Πινάκων 6, 7 και 8, με αυτά του πίνακα 5, δείχνει μια εντυπωσιακή εμμονή των υποκειμένων στις αρχικές απαντήσεις, καθώς μόνο ένα υποκείμενο εμφάνισε μεταβολή του παραστατικού σχήματος (το Υ.68, από ολιστικό σε ακτινικό). Η προσήλωση των υποκειμένων σε ένα σταθερό μοντέλο εκπομπής είναι ενδεικτική της ισχύος των αναπαραστάσεων οι οποίες έχουν διαμορφωθεί βιωματικά, καθώς τα παραστατικά πρότυπα δείχνουν να υποτάσσονται σε ένα συγκροτημένο νοητικό σχήμα, το οποίο παρατηρούμε ότι τα παιδιά χρησιμοποιούν σε πολλαπλές πειραματικές καταστάσεις.

191

Στη φάση της ερμηνείας η ισχυρή επίδραση των αντιληπτικών δεδομένων λειτούργησε, όπως ήταν αναμενόμενο, καταλυτικά για το ολιστικό σχήμα, είτε στην αυτούσια είτε στη λανθάνουσα μορφή του ως συνιστώσα του συνδυαστικού σχήματος. Οι συγκρουσιακές συνθήκες που δημιουργήθηκαν από την ριζική αντίθεση προβλέψεων και αποτελεσμάτων, σηματοδότησαν την απόρριψη του ολιστικού και του συνδυαστικού προτύπου και οδήγησαν συνολικά τα υποκείμενα στην υιοθέτηση του ακτινικού σχήματος εκπομπής. Η απόλυτη εξηγητική επάρκεια του τελευταίου σχήματος στα συγκεκριμένο έργο, σε συνδυασμό με την ερμηνευτική του εμβέλεια σε ένα ευρύ φάσμα φαινομένων της καθημερινής εμπειρίας, φαίνεται ότι λειτούργησε καθοριστικά για την πλήρη αποδοχή του από τα υποκείμενα και των τριών ηλικιακών ομάδων. Έργο Β2/Β΄2 Στη φάση της πρόβλεψης δεν διαπιστώνεται καμία μεταβολή ερμηνευτικού προτύπου. Το σύνολο των υποκειμένων αναμένει, και αιτιολογεί με συνέπεια, φωτεινά αποτελέσματα συμβατά με το ακτινικό μοντέλο εκπομπής. Η εξηγητική ισχύς του παραμένει αμετάβλητη ακόμη και κάτω από τις συγκρουσιακές συνθήκες που δημιουργούνται στη φάση της ερμηνείας. Έτσι, η διαφαινόμενη τρώση της ερμηνευτικής του αξίας κατά την εμφάνιση των φωτεινών αποτελεσμάτων δε στάθηκε ικανή να σηματοδοτήσει την αμφισβήτησή του, πολύ δε περισσότερο να λειτουργήσει ως μοχλός αναγνώρισης του ορθού προτύπου. Μόνο τρία υποκείμενα (ένα από τη Β΄ Γυμνασίου και δύο από την Α΄ Λυκείου) αναγνωρίζουν στα φωτεινά αποτελέσματα τα χαρακτηριστικά του μοντέλου της μη συνεκτικής εκπομπής του φωτός (ποσοστό 3,2% επί του συνόλου). Η μεγάλη πλειοψηφία (56 υποκείμενα ή ποσοστό 59,5%) οδηγείται σε ερμηνευτικό αδιέξοδο, ενώ ένας σημαντικός αριθμός υποκειμένων (35 υποκείμενα ή ποσοστό 37,3%) επικαλείται την παράλληλη συνδρομή ενεργών ιδιοτήτων στοιχείων των διατάξεων για την υποστήριξη της ισχύος του, διαμορφώνοντας με τον τρόπο αυτό τρία νέα σχήματα ερμηνείας, τα οποία ως εκ της φύσης τους χαρακτηρίσαμε «συνεργατικά». Όπως προκύπτει από τα αριθμητικά δεδομένα των Πινάκων 6, 7 και 8, οι απαντήσεις που εντάσσονται στις δύο τελευταίες κατηγορίες είναι περίπου ισοκατανεμημένες στους μαθητές των δύο πρώτων ηλικιακών ομάδων (16-16 για την ΣΤ΄ Δημοτικού και 15-16 για την Β΄ Γυμνασίου), στους μαθητές όμως της Α΄ Λυκείου η διαφορά είναι σημαντική (25-3). Δεδομένου ότι η προσφυγή σε υποθετικές ιδιότητες αντικειμένων ή φυσικών οντοτήτων είναι χαρακτηριστικό νοητικών διεργασιών οι οποίες επηρεάζονται ή καθορίζονται από διαισθητικού τύπου επικεντρώσεις, η εντυπωσιακή αυτή διαφοροποίηση αναδεικνύει με σαφήνεια την κυριαρχία του διαισθητικού τρόπου σκέψης στους μικρότερους μαθητές, σε αντίθεση με την σταδιακή επικράτηση λογικών νοητικών διεργασιών στις μεγαλύτερες ηλικίες. Η ισχυρή εξάρτηση των απαντήσεων από τη μορφή των φωτεινών προβολών, είχε σαν αποτέλεσμα την αποκλειστική συσχέτισή τους με τον ιδιαίτερο τύπο των διατάξεων. Έτσι, τα νοητικά σχήματα του ενεργού φωτός και της ενεργής οπής ανιχνεύτηκαν μόνο στις απαντήσεις των υποκειμένων, στα οποία παρουσιάστηκε η σειρά έργων με χρήση διαφράγματος. Καθώς η διαδοχική παρουσίαση των έργων Β1 και Β2 διαμόρφωσαν αντιληπτικές συνθήκες πανομοιότυπες με αυτές που δημιούργησαν και συντήρησαν ιστορικά το γρίφο του οπτικού παράδοξου, η παιδική σκέψη οδηγήθηκε στη διαμόρφωση μορφών συλλογισμού, οι οποίες παρουσιάζουν εμφανείς αναλογίες με αντίστοιχα ιστορικά ερμηνευτικά μοντέλα. Η απόδοση ενεργών ιδιοτήτων στο φως ή σε αντικείμενα που διαμορφώνουν το σχήμα των φωτεινών προβολών, αποτελούν βασικές παραδοχές των θεωριών που διατυπώθηκαν από τους R. Bacon, J. Pecham και Witelo κατά τη διάρκεια του μεσαίωνα όπως πιστοποιεί η ιστορική έρευνα.

192

Το τρίτο κατά σειρά «συνεργατικό» ερμηνευτικό σχήμα εντοπίζεται μόνο στις απαντήσεις των υποκειμένων στα οποία παρουσιάστηκε η εναλλακτική σειρά έργων με χρήση εμποδίου. Η εμφάνιση στο έργο Β΄2 σκιασμένης περιοχής στην οθόνη σχήματος τετραγώνου, χωρίς να λειτουργήσει υπονομευτικά για το μοντέλο της ακτινικής εκπομπής, ώθησε τους συλλογισμούς ενός αριθμού υποκειμένων σε επικουρικές αιτιολογήσεις σύμφωνα με τις οποίες ο σχηματισμός της σκιάς οφείλεται αποκλειστικά σε ιδιότητα της πηγής. Π. χ. ‘η σκιά έχει το ίδιο σχήμα με τη λάμπα … είναι η σκιά της πηγής (Υ. 40). Για το ερμηνευτικό αυτό σχήμα δεν μπορούμε να ισχυριστούμε εκδήλωση αναλογικού συλλογισμού, καθώς δεν υπάρχει αντίστοιχο ιστορικό μοντέλο ερμηνείας. Η σταθερή ωστόσο εμφάνισή του σε σχετικές με το φως έρευνες της διδακτικής μας υποχρεώνει σε μια ιδιαίτερη αναφορά. Οι παραστάσεις των παιδιών για τη σκιά ως υλικής οντότητας τεκμηριώνονται για πρώτη φορά από τον J. Piaget (1930). Σύμφωνα με τα πορίσματα της εργασίας του, παιδιά ηλικίας 5 – 9 ετών αντιλαμβάνονται τη σκιά ως ένα αντικείμενο ή μία «ουσία» η οποία «βγαίνει μέσα από τα αντικείμενα» και «κινείται στο χώρο». Τα αποτελέσματα μιας μεγάλης σειράς πιο πρόσφατων ερευνών επιβεβαιώνουν την άποψη του Piaget, καθώς δείχνουν ότι μαθητές μέχρι και 15 ετών κατανοούν σε μεγάλο βαθμό το μηχανισμό σχηματισμού της σκιάς όχι ως προϊόν της αλληλεπίδρασης του εκπεμπόμενου φωτός με τα αντικείμενα που παρεμβάλλονται στην πορεία του, αλλά αποδίδοντας σ’ αυτήν χαρακτηριστικά μιας αυθύπαρκτης οντότητας, η οποία σχετίζεται αποκλειστικά με το αντικείμενο-εμπόδιο (Tiberghien et al. 1980, Piaget & Inhelder 1981, Anderson & Smith 1982, Guesne 1984 & 1993, Ραβάνης & Παπαμιχαήλ 1994, Langley et al. 1997). Η σχηματική ομοιότητα σκιάς και εμποδίου, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις όπου η φωτεινή πηγή βρίσκεται σε μεγάλη απόσταση από το αντικείμενο, σε συνδυασμό με την αδυναμία αναγνώρισης του φωτός ως οντότητας στο χώρο, οδηγούν τη διαισθητική σκέψη στην κατανόηση της σκιάς ως ιδιότητας των αντικειμένων. Πολύ συχνά μάλιστα τα παιδιά χρησιμοποιούν (για τη σκιά) τον όρο «αντανάκλαση», όχι με την έννοια της αλλαγής της κατεύθυνσης του φωτός ή κάποιου τύπου ανάκλασης, αλλά με αυτήν της προβολής της «εικόνας» του αντικειμένου. Στην περίπτωσή μας, η έκθεση των υποκειμένων σε ένα «απρόσμενο» φωτεινό αποτέλεσμα, όπως αυτό του έργου Β΄2, διατάραξε σε ένα βαθμό τη σταθερότητα των νοητικών δομών τους και επανέφερε στο προσκήνιο ένα ανάλογο ερμηνευτικό σχήμα, με τη μεταφορά όμως της συγκεκριμένης ιδιότητας των σωμάτων από το αντικείμενο-εμπόδιο στην πηγή. Η συχνότητα εμφάνισης του σχήματος αυτού είναι ιδιαίτερα μεγάλη για τα υποκείμενα της πρώτης και δεύτερης ηλικιακής ομάδας (10 στα 16 ή ποσοστό 62,5%), για τα υποκείμενα όμως της τρίτης ηλικιακής ομάδας το αντίστοιχο ποσοστό μειώνεται θεαματικά (1 στα 13 ή ποσοστό 7,7%). Σε ανάλογα συμπεράσματα καταλήγει και σχετική έρευνα των Feher & Rice η οποία απευθύνεται σε μαθητές ηλικίας 8-14 ετών (Feher & Rice 1988). Έργο Β3/Β΄3 Στη φάση της πρόβλεψης δεν διαπιστώνεται καμία μεταβολή ερμηνευτικού προτύπου. Όσα υποκείμενα είχαν αναγνωρίσει το ορθό πρότυπο προβλέπουν σωστά τη δημιουργία αντεστραμμένου «Π» αιτιολογώντας επαρκώς τις απαντήσεις τους. Όσα είχαν δηλώσει αδυναμία ερμηνείας στο προηγούμενο έργο προβλέπουν τη δημιουργία ορθού «Π» στην οθόνη, χωρίς όμως να είναι σε θέση να δώσουν εξηγήσεις. Στις αντιλήψεις τους εμμένουν και τα υπόλοιπα υποκείμενα προβλέποντας το ίδιο αποτέλεσμα επικαλούμενα τα «συνεργατικά» σχήματα ερμηνείας. Στη φάση της ερμηνείας η διατάραξη της σχηματικής συμμετρίας της πηγής, η οποία είχε σαν αποτέλεσμα την αντιστροφή της εικόνας της προβολής, οδηγεί τρία ακόμα

193

υποκείμενα από εκείνα που είχαν δηλώσει αδυναμία ερμηνείας –ένα από τη ΣΤ΄ Δημοτικού και δύο από τη Β΄ Γυμνασίου- στην αναγνώριση των χαρακτηριστικών της μη συνεκτικής εκπομπής. Χαρακτηριστικές είναι εδώ οι αιτιολογήσεις των συγκεκριμένων παιδιών οι οποίες παραπέμπουν στην επίδραση της πρόσφατης σχολικής διδασκαλίας. ‘Α, ναι, τώρα το θυμήθηκα, το είχαμε πει στο μάθημα…’ (Υ. 36), ‘ναι, της το είχε εξηγήσει ο κύριος…’ (Υ. 81). Τα υπόλοιπα 53 υποκείμενα της υποκατηγορίας αυτής, αδυνατώντας να αναγνωρίσουν στην πορεία των φωτεινών ακτίνων τα χαρακτηριστικά της ευθύγραμμης διάδοσης, παραμένουν σε ερμηνευτικό αδιέξοδο. Για τα υποκείμενα που είχαν προσφύγει στο προηγούμενο έργο στην επίκληση «συνεργατικών» σχημάτων (συνολικά 35 τον αριθμό), η αναίρεση της ερμηνευτικής επάρκειας του διατυπωμένου σχήματος δε στάθηκε ούτε εδώ ικανή να πυροδοτήσει την επιδιωκόμενη αναδιοργάνωση της σκέψης τους. Έτσι, η συντριπτική πλειοψηφία τους (32 υποκείμενα ή ποσοστό 91,4%) δηλώνει τώρα αδυναμία ερμηνείας, ενώ τα υπόλοιπα τρία υποκείμενα (δύο από την ΣΤ΄ Δημοτικού και ένα από την Α΄ Λυκείου) αδυνατούν να απεμπλακούν από τη λογική των «συνεργατικών» λύσεων και προσαρμόζουν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά τους στις ερμηνευτικές απαιτήσεις του ανιχνεύσιμου αποτελέσματος. Π.χ. ‘Οι ακτίνες περιστρέφονται στο δρόμο μέχρι να φτάσουν στο χαρτόνι … γι’ αυτό το «Π» είναι ανάποδο (Υ.90). ‘Οι ακτίνες αναποδογυρίζουν μόλις περάσουν το πρώτο χαρτόνι … γιατί η τρύπα είναι πολύ μικρή και της στρίβει (Υ.34). Συνοψίζοντας της παρατηρήσεις της από της απαντήσεις των υποκειμένων στη φάση της εμπλοκής, οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι η συγκρουσιακή πειραματική διαδικασία (η απλή αντίθεση δηλαδή των παρατηρησιακών δεδομένων με τα αυθόρμητα νοητικά σχήματα ερμηνείας), δημιούργησε προϋποθέσεις γνωστικής προόδου καθώς, αφενός λειτούργησε απορριπτικά για της παραστάσεις της ολιστικής και της συνδυαστικής εκπομπής, αφετέρου οδήγησε συνολικά τη σκέψη των παιδιών στο ακτινικό σχήμα ερμηνείας, ένα αναγνωρίσιμο δηλαδή από την καθημερινή εμπειρία πρότυπο. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να επισημάνουμε ότι η επίκληση «συνεργατικών» σχημάτων δεν αναιρεί την ισχύ του ακτινικού μοντέλου, καθώς δεν αφορά τον τρόπο εκπομπής της ακτινοβολίας από την πηγή αλλά την απόδοση ιδιαίτερων ιδιοτήτων στο φως ή σε στοιχεία των διατάξεων. Επί πλέον η δηλούμενη, σε έντονες συγκρουσιακές συνθήκες, εξηγητική αδυναμία επιβεβαιώνει μάλλον παρά αποδυναμώνει την αποδοχή της ερμηνευτικής του αξίας, καθόσον δεν συνοδεύεται σε καμία περίπτωση από την παραστατική του αντικατάσταση. Η μέθοδος ωστόσο αποδείχτηκε ανεπαρκής για τον πλήρη μετασχηματισμό των παραστάσεων των υποκειμένων. Μόνο 6 από τα 94 υποκείμενα που συμμετείχαν στην πρώτη φάση της παρέμβασης (ποσοστό 6,4%) ανακάλεσε το ορθό πρότυπο, αναγνωρίζοντας τα χαρακτηριστικά της μη συνεκτικής εκπομπής, γεγονός που υπογραμμίζει την αναγκαιότητα μιας συστηματικότερης διδακτικής πρωτοβουλίας. 8.2.3. Η πειραματική παρέμβαση Για το μετασχηματισμό των παραστάσεων των υποκειμένων τα οποία μετά και τη φάση της εμπλοκής δεν κατέστη δυνατόν να αναγνωρίσουν τα χαρακτηριστικά του προτύπου της Γεωμετρικής Οπτικής, επιλέξαμε ως μέθοδο παρέμβασης την παρουσίαση του ορθού προτύπου η οποία πραγματοποιήθηκε σε ένα μαθησιακό περιβάλλον που διαμορφώθηκε κατάλληλα με τη διαμεσολάβηση του πειραματιστή. Το ζήτημα δηλαδή της γνωστικής προόδου ετέθη εδώ όχι μόνο με όρους δραστηριότητας των υποκειμένων αλλά με όρους κοινωνικής αλληλεπίδρασης. Για την πειραματική υποστήριξη του επιστημονικού προτύπου χρησιμοποιήσαμε ως εργαλείο μία αυτοσχέδια οπτική συσκευή η οποία μας παρείχε τη δυνατότητα

194

επιλεκτικής αποσύνθεσης της εκτεταμένης πηγής, εμπνευσμένη από το ιστορικό πείραμα του Kepler και προσαρμοσμένη σε συνθήκες συμβατές με τον εργαστηριακό εξοπλισμό των σύγχρονων σχολείων. Τα αποτελέσματα του μετά-ελέγχου πιστοποιούν ότι ένα ποσοστό 51,9% των υποκειμένων της ΣΤ΄ Δημοτικού έχει αναγνωρίσει το πρότυπο της Γεωμετρικής Οπτικής, οι μαθητές δηλαδή είναι σε θέση να προβλέπουν σωστά και να αιτιολογούν επαρκώς τα αποτελέσματα με βάση το μοντέλο της μη συνεκτικής εκπομπής (Πίνακας 9). Το ποσοστό αυτό για τα υποκείμενα της Β΄ Γυμνασίου είναι κατά πολύ αυξημένο καθώς φτάνει στο επίπεδο του 75%, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό για τα υποκείμενα της Α΄ Λυκείου φθάνει στο επίπεδο του 67,8%, το οποίο από διδακτική άποψη είναι και αυτό πολύ ικανοποιητικό (Πίνακες 10 & 11). Οι διαφοροποιήσεις των ποσοστών μεταβολής ανά ηλικιακό επίπεδο αποκτούν ιδιαίτερη σημασία στη διαμόρφωση ανάλογων διδακτικών προτάσεων, τις οποίες διατυπώνουμε στο αμέσως επόμενο κεφάλαιο σε επίπεδο εκπαιδευτικής πρακτικής. Σε κάθε περίπτωση πάντως, τα απολύτως ικανοποιητικά ποσοστά συγκρότησης του επιστημονικού προτύπου και από τις τρεις ηλικιακές ομάδες, συνυπολογιζομένου του γεγονότος ότι στη δεύτερη φάση της παρεμβατικής διαδικασίας συμμετείχαν αποκλειστικά υποκείμενα που είχαν εκδηλώσει αδυναμία αναγνώρισης των χαρακτηριστικών του προτύπου της γεωμετρικής οπτικής, μας δίνει σαφείς ενδείξεις ότι η πειραματική παρέμβαση ήταν επιτυχής σε ό,τι αφορά τον επιδιωκόμενο μετασχηματισμό των παραστάσεων. 8.2.4. Ο μετασχηματισμός των παραστάσεων Τα αποτελέσματα του μετά-ελέγχου, όπως καταγράφονται στους πίνακες των συνολικών μεταβολών των απαντήσεων (Πίνακες 12, 13 και 14), δείχνουν ότι η συγκρότηση του ορθού προτύπου επιτεύχθηκε σε ποσοστά 50% για την πρώτη, 77,4% για τη δεύτερη και 66,7% για την τρίτη ηλικιακή ομάδα. Επί πλέον, αξιοσημείωτα ποσοστά υποκειμένων και στις τρεις ηλικιακές κατηγορίες (35,7%, 12,9% και 16,7% αντίστοιχα) οδηγήθηκαν στην αποδοχή του ακτινικού σχήματος ερμηνείας, δηλαδή ενός μοντέλου η συγκρότηση του οποίου σηματοδοτεί την απόρριψη παραστατικών σχημάτων που παραπέμπουν ευθέως στον διαισθητικό τρόπο σκέψης. Αθροίζοντας τα επί μέρους ποσοστά ανά ηλικιακή κατηγορία παρατηρούμε συνολικές προόδους της τάξης του 85,7%, 90,3% και 83,4% αντίστοιχα. Μια ιδιαίτερη αναφορά θα πρέπει να γίνει εδώ για τα έξι υποκείμενα τα οποία αναγνώρισαν το ορθό πρότυπο κατά τη διάρκεια της φάσης της εμπλοκής. Τα υποκείμενα αυτά εξαιρέθηκαν από τη φάση της πειραματικής παρέμβασης, συμμετείχαν ωστόσο στο στάδιο του μετά-ελέγχου. Τα τέσσερα από τα έξι αυτά υποκείμενα διατήρησαν στις νοητικές παραστάσεις τους το επιστημονικό πρότυπο, ενώ τα υπόλοιπα δύο (το Υ. 36 από την ΣΤ΄ Δημοτικού και το Υ. 18 από την Α΄ Λυκείου) επανήλθαν σε εναλλακτικά παραστατικά σχήματα, καταγράφοντας σε ένα βαθμό και τα όρια της αποτελεσματικότητας των συγκρουσιακών διδακτικών διαδικασιών στη συγκρότηση σταθερών σε βάθος χρόνου νοητικών σχημάτων σκέψης. Και εδώ όμως η επίδραση της ηλικίας είναι χαρακτηριστική, καθώς το υποκείμενο της ΣΤ΄ Δημοτικού επέστρεψε στο αρχικό παραστατικό του σχήμα ενώ το υποκείμενο της Α΄ Λυκείου, ερμηνεύοντας τα αποτελέσματα με τη χρήση του ακτινικού μοντέλου, παρουσίασε συνολικά γνωστική πρόοδο. Ας περάσουμε τώρα στον έλεγχο των γενικών ερευνητικών μας υποθέσεων. Στο ζήτημα της ανίχνευσης των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών για την εκπομπή του φωτός από εκτεταμένες φωτεινές πηγές, υποθέσαμε ότι η

195

αντιμετώπιση από την πλευρά των υποκειμένων πειραματικών καταστάσεων διαμορφωμένων κατ’ αναλογία με το οπτικό παράδοξο του Αριστοτέλη, είναι δυνατόν να αποκαλύψουν παραστατικά πρότυπα ή να διαμορφώσουν ερμηνευτικά σχήματα τα οποία εμφανίζουν αξιοσημείωτες ομοιότητες με ιστορικά μοντέλα ερμηνείας. Οι απαντήσεις που καταγράφτηκαν κατά το στάδιο του προ-ελέγχου πιστοποιούν ότι τα υποκείμενα και των τριών ηλικιακών ομάδων εμφορούνται σχεδόν αποκλειστικά από παραστατικά πρότυπα, τα χαρακτηριστικά των οποίων παρουσιάζουν σαφείς ομοιότητες με ιστορικά μοντέλα ερμηνείας. Ο ολιστικός τρόπος εκπομπής, η συνδυαστική (διπλή) ακτινοβολία και η προνομιακή διάδοση του φωτός σε κατεύθυνση που καθορίζεται από τη χωροθέτηση των αντικειμένων που περιβάλλουν την πηγή, αποτελούν βασικά στοιχεία των θεωριών που έχουν διατυπωθεί για το ίδιο ζήτημα στην Ιστορία της Οπτικής, όπως καταδεικνύει η ιστορική έρευνα που διενεργήσαμε στο τέταρτο κεφάλαιο. Επί πλέον, κατά τη φάση της εμπλοκής, η αναπαραγωγή αντιληπτικών συνθηκών πανομοιότυπων με αυτές που δημιούργησαν και συντήρησαν ιστορικά το γρίφο του οπτικού παράδοξου, διαμορφώνει στη σκέψη ενός σημαντικού αριθμού υποκειμένων ερμηνευτικά σχήματα, τα χαρακτηριστικά των οποίων προσιδιάζουν με συστατικά στοιχεία προγενέστερων επιστημονικών θεωρήσεων. Οι αποκλίσεις από την αρχή της ευθύγραμμης διάδοσης και η απόδοση ενεργών ιδιοτήτων στο φως ή σε αντικείμενα που διαμορφώνουν το σχήμα των φωτεινών προβολών, αποτελούν βασικές παραδοχές των θεωριών που διατυπώθηκαν από τους «οπτικούς» επιστήμονες και λόγιους του μεσαίωνα R. Bacon, J. Pecham και Witelo. Ως εκ τούτου μπορούμε να ισχυριστούμε ότι η πρώτη ερευνητική μας υπόθεσή επαληθεύεται. Σε ό,τι αφορά το ζήτημα της οικοδόμησης και της νοητικής κατοχύρωσης του μηχανισμού εκπομπής του φωτός από εκτεταμένη φωτεινή πηγή, υποθέσαμε ότι τα υποκείμενα τα οποία συμμετείχαν στη συνολική παρεμβατική διαδικασία θα παρουσιάζουν σημαντικές μεταβολές σε σχέση με τα αρχικώς διατυπωθέντα παραστατικά σχήματα και θα προσεγγίζουν σε ικανοποιητικό βαθμό το πρότυπο της Γεωμετρικής Οπτικής. Τα αποτελέσματα του μετά-ελέγχου, όπως καταγράφονται στους πίνακες των συνολικών μεταβολών των απαντήσεων, είναι απολύτως ικανοποιητικά και για τις τρεις ηλικιακές κατηγορίες, γεγονός που πιστοποιεί την επιτυχία της πειραματικής διαδικασίας. Ο στατιστικός μάλιστα έλεγχος δεν αφήνει περιθώρια για αμφισβητήσεις. Οι μεταβολές των απαντήσεων των υποκειμένων πριν και μετά τη διδακτική παρέμβαση είναι σημαντικές σε όλα τα επίπεδα ανάγνωσης. Μπορούμε επομένως να ισχυριστούμε ότι και η δεύτερη θεωρητική μας υπόθεση επαληθεύεται. Συμπερασματικά, με βάση τα εξαγχθέντα αποτελέσματα και τη στατιστική επεξεργασία των εμπειρικών δεδομένων, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι υποκείμενα τα οποία συμμετείχαν στην πειραματική διαδικασία της ανίχνευσης των νοητικών βιωματικών παραστάσεων, της συγκρουσιακής διαδικασίας και της διδακτικής επεξεργασίας του ορθού προτύπου με έργα τα οποία αντλούν το γνωστικό και εμπειρικό περιεχόμενό τους από την Ιστορία της Επιστήμης, γίνονται ικανά, μέσα στα πλαίσια ενός αλληλεπιδραστικού μαθησιακού περιβάλλοντος, να αντιμετωπίζουν τα αντιληπτικά δεδομένα των φωτεινών προβολών και των σκιών που οφείλονται σε εκτεταμένες φωτεινές πηγές, με συλλογισμούς που αποδεικνύουν την πρόσκτηση του αποδεκτού επιστημονικού μοντέλου της μη συνεκτικής εκπομπής. Από διδακτική άποψη λοιπόν, καθώς τα ερμηνευτικά πρότυπα των παιδιών ανταποκρίνονται πλήρως στο πρότυπο της Γεωμετρικής Οπτικής, μπορούμε να ισχυριστούμε ότι η πειραματική διαδικασία υπήρξε επιτυχής.

196

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

197

Ολοκληρώνοντας την παρουσίαση της εργασίας μας, μπορούμε να συνοψίσουμε σε δύο τις κύριες συνιστώσες της ερευνητικής μας προσπάθειας: α) την ανάδειξη των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών ενός συγκεκριμένου ηλικιακού φάσματος στο ζήτημα της εκπομπής του φωτός από σημειακή και εκτεταμένη φωτεινή πηγή β) τον έλεγχο της ευεργετικής επίδρασης συγκεκριμένων μεθόδων παρέμβασης για τη μετάβαση από ένα αυθόρμητα συγκροτημένο παραστατικό πρότυπο, προς ένα άλλο, του οποίου τα χαρακτηριστικά προσεγγίζουν αυτά του μοντέλου της Γεωμετρικής Οπτικής. Ο βαθμός επίτευξης των ερευνητικών στόχων που θέσαμε αποτελεί όχι μόνο κριτήριο ελέγχου της επιτυχίας της διαδικασίας την οποία ακολουθήσαμε, αλλά και την αφετηρία για τη διατύπωση διδακτικών προτάσεων με στόχο τη βελτίωση της αποδοτικότητας της διδασκαλίας σε επίπεδο σχολικής πρακτικής. Οι παρατηρούμενες διαφοροποιήσεις των αποτελεσμάτων, τόσο στο επίπεδο της καταγραφής των παραστατικών σχημάτων όσο και σ’ αυτό των ποσοστών μετασχηματισμού, καθορίστηκαν από την επίδραση και την αλληλεξάρτηση δύο παραγόντων. Του ηλικιακού επιπέδου των υποκειμένων και της εμβέλειας της παρεχόμενης σχολικής γνώσης, δεδομένου ότι η έρευνα πραγματοποιήθηκε αμέσως μετά τη διδασκαλία των συγκεκριμένων γνωστικών αντικειμένων στην ΣΤ΄ Δημοτικού και στη Β΄ Γυμνασίου. Εφ’ όσον το μείζον ζήτημα στο οποίο επιχειρούμε να ανταποκριθούμε είναι η χάραξη νέων διδακτικών στρατηγικών, θα προσπαθήσουμε να διατυπώσουμε τα συμπεράσματά μας υπό το πρίσμα της συνάρθρωσης των προτάσεών μας με τα αποτελέσματα της επίδρασης των εξωτερικών αυτών παραγόντων. Στη θεματική ενότητα της σημειακής πηγής, οι διαφοροποιήσεις των αποτελεσμάτων ανά ηλικιακό επίπεδο είναι σημαντικές σε ό,τι αφορά την αποτύπωση των βιωματικών παραστάσεων. Η επικράτηση επικεντρώσεων διαισθητικού χαρακτήρα στα υποκείμενα της ΣΤ΄ Δημοτικού, είχε σαν αποτέλεσμα την καθήλωση των σωστών απαντήσεων σε ποσοστά μικρότερα του 50% και την ανάδειξη ενός φάσματος εναλλακτικών παραστάσεων, κοινό χαρακτηριστικό των οποίων αποτελεί η αντίληψη της ανισοτιμίας της εκπομπής του φωτός, με προνομιακές κατευθύνσεις που καθορίζονται είτε από τη δυνατότητα εκπομπής της πηγής είτε από τη χωροταξική διευθέτηση των στοιχείων που την περιβάλλουν. Η διατύπωση απαντήσεων κατά τη διάρκεια του μετά-ελέγχου, οι οποίες σηματοδοτούν το μετασχηματισμό των συλλογισμών των παιδιών –αποτέλεσμα των συγκρουσιακών διδακτικών διαδικασιών που χρησιμοποιήσαμε στην προκειμένη περίπτωση-, αναδεικνύει με σαφήνεια την ισχυρή επιρροή των αντιληπτικών δεδομένων κατά την περίοδο της διαισθητικής σκέψης. Από διδακτική επομένως άποψη, η συχνή προσφυγή σε δραστηριότητες πειραματικού χαρακτήρα κρίνεται επιβεβλημένη από την πλευρά των διδασκόντων, δεδομένου ότι στην περίπτωση της σημειακής πηγής, η αισθητηριακή εμπειρία δεν αντιστρατεύεται τη συγκρότηση του προτύπου της Γεωμετρικής Οπτικής. Επί πλέον η χρήση παραδειγμάτων κατά την προφορική διδασκαλία καθώς και η αξιοποίηση εργαστηριακών διατάξεων, θα πρέπει να είναι με τέτοιο τρόπο διαρθρωμένες, ώστε να δημιουργούν ευνοϊκές συνθήκες για την αποκεντροθέτηση της σκέψης των μαθητών από αυτές οι οποίες εκλαμβάνονται από τα παιδιά ως προνομιακές κατευθύνσεις διάδοσης του φωτός. Αντίθετα, τα υποκείμενα της Β΄ Γυμνασίου και της Α΄ Λυκείου έχουν σε ικανοποιητικό βαθμό οικοδομήσει το πρότυπο της ακτινικής και ισότιμης προς όλες τις κατευθύνσεις εκπομπής, δείχνοντας αξιοσημείωτη ικανότητα ένταξης των αντιληπτικών δεδομένων σε έναν εννοιολογικό τρόπο σκέψης. Ο σχεδόν απόλυτος μετασχηματισμός των παραστάσεων των ολιγάριθμων υποκειμένων που εμφάνισαν εναλλακτικά παραστατικά πρότυπα, επιβεβαιώνει τον ισχυρισμό μας αυτόν. Έτσι, από διδακτική άποψη, στο επίπεδο της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης δεν προκύπτει η αναγκαιότητα

198

μιας συστηματικού τύπου παρέμβασης στο συγκεκριμένο γνωστικό πεδίο, χωρίς αυτό να σημαίνει ότι η πειραματική προσέγγιση είναι άσκοπη ή περιττή όταν και εφόσον το αναλυτικό πρόγραμμα, ο χρόνος ή οι σχολικές συνθήκες το επιτρέπουν. Στη θεματική ενότητα της εκτεταμένης πηγής και στο στάδιο της καταγραφής των παραστάσεων η επίδραση της σχολικής διδασκαλίας αναδεικνύεται εξαιρετικά ασθενής, καθώς κανένα από τα υποκείμενα των δύο πρώτων ηλικιακών ομάδων δεν είναι σε θέση να αναγνωρίσει τα χαρακτηριστικά του ορθού προτύπου (παρά το γεγονός ότι ήρθαν πρόσφατα σε επαφή με τα γνωστικά αντικείμενα στα οποία η εφαρμογή της αρχής της μη συνεκτικής εκπομπής κρίνεται απαραίτητη), ενώ εξαιρετικά χαμηλό είναι και το αντίστοιχο ποσοστό των υποκειμένων της Α΄ Λυκείου. Μια αδρομερής καταγραφή της κατανομής των εναλλακτικών παραστάσεων που διατυπώθηκαν από τα υποκείμενα και των τριών ηλικιακών ομάδων, θα οδηγούσε ίσως στο συμπέρασμα μιας τυχαίας διασποράς. Επιχειρώντας, ωστόσο, μια λεπτομερή διείσδυση στους αναβαθμούς των παραστατικών προτύπων, μπορούμε να διακρίνουμε αξιόλογες διαφοροποιήσεις οι οποίες πιστοποιούν την ισχυρή εξάρτηση των εννοιολογικών χαρακτηριστικών των παραστατικών σχημάτων από την ηλικία των υποκειμένων. Η σαφής αύξηση των ποσοστών υιοθέτησης του ακτινικού σχήματος –τα χαρακτηριστικά του οποίου απαιτούν, όπως έχουμε και αλλού υποστηρίξει, περισσότερο «λογικές» διεργασίες- με την ηλικιακή ωρίμανση (28,1%, 31,3%, 43,7%), σε συνδυασμό με την αντίστοιχη μείωση των ποσοστών των νοητικών σχημάτων τα οποία ανάγονται στη διαισθητική σκέψη (71,9%, 65,6%, 50%), επιβεβαιώνουν τον ισχυρισμό μας. Η ανίχνευση ωστόσο των βιωματικών νοητικών παραστάσεων των μαθητών, η οποία επιτυγχάνεται στις περισσότερες περιπτώσεις με βάση καθαρά περιγραφικά χαρακτηριστικά, καθώς και η αποτύπωση των παραγόντων που επιδρούν στην παγίωση ή την αποσταθεροποίησή τους, δεν οδηγεί αναγκαστικά στα αίτια της διαμόρφωσης ούτε στον προσδιορισμό των αποφασιστικών δυσκολιών υπέρβασής τους. Αποτελεί δηλαδή συνθήκη αναγκαία αλλά όχι και ικανή για την ανάδειξη σημείων εστίασης για την ανάπτυξη συστηματικών διδακτικών δραστηριοτήτων οι οποίες αποσκοπούν στο μετασχηματισμό της σκέψης των παιδιών (Χατζηνικήτα 1997, Martinand 1989). Στη βάση αυτής της συλλογιστικής θα επιχειρήσουμε να μελετήσουμε στη συνέχεια τις εναλλακτικές παραστάσεις των υποκειμένων της έρευνας, υπό το πρίσμα όχι της περιγραφής των προβλημάτων της σκέψης αλλά της ανάδειξης των μαθησιακών δυσκολιών. Όπως αποφαίνονται έρευνες από τη σχετική ελληνική και διεθνή βιβλιογραφία (Weil-Barais 1985, Giordan et al. 1994, Ψύλλος 1988, Ραβάνης & Παπαμιχαήλ 1994) η νόηση, κατά την περίοδο της διαισθητικής σκέψης, χαρακτηρίζεται από την έλλειψη λογικομαθηματικών κατακτήσεων, με αποτέλεσμα οι συλλογισμοί των παιδιών να ευνοούν τη συγκρότηση ερμηνευτικών σχημάτων με βάση απλά και λειτουργικά επεξηγηματικά πρότυπα, γεγονός το οποίο επιβεβαιώνεται και από την ανάλυση του εμπειρικού υλικού της έρευνάς μας. Πράγματι, αν επιχειρήσουμε να αναζητήσουμε κάποιο κοινό χαρακτηριστικό στους συλλογισμούς των υποκειμένων, όπως εκφράζονται και στα τρία εναλλακτικά παραστατικά σχήματα, θα διαπιστώσουμε μια απόλυτη προσήλωση στην ιδέα ότι από κάθε σημείο της φωτεινής πηγής εκπέμπεται μία και μόνο ακτίνα (ή το πολύ δύο, στην περίπτωση του συνδυαστικού σχήματος), ανεξάρτητα από την κατεύθυνση διάδοσής της. Η νοητική αυτή προσέγγιση αυτή αγνοεί το συντριπτικό μέρος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας και αφαιρεί από τα

199

παιδιά τη δυνατότητα αναγνώρισης της συνολικής προσφοράς της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας στη διαμόρφωση των φωτεινών σχημάτων. Από ιστορική άποψη, η αδυναμία υπέρβασης του νοητικού αυτού μοντέλου δημιούργησε και συντήρησε την ερμηνευτική αδυναμία σε ότι αφορά το φαινόμενο του «Αριστοτελικού παράδοξου». Κατ’ αναλογία, στη σκέψη των μαθητών, η παραστατική συγκρότηση που στηρίζεται στο νοητικό αυτό σχήμα λειτουργεί ως το βασικό μαθησιακό εμπόδιο για την προσέγγιση του επιστημονικού προτύπου και αποτελεί ταυτόχρονα τον βασικό παράγοντα διατήρησης του ερμηνευτικού μηχανισμού που χρησιμοποιεί την έννοια της φωτεινής ακτίνας στη θέση της φωτεινής δέσμης. Στο σημείο αυτό δεν θα πρέπει να αγνοήσουμε και την επίδραση της σχολικής διδασκαλίας όπου, σε υπολογιστικού τύπου προβλήματα για τον σχεδιαστικό εντοπισμό των προβολών, των σκιών ή των ειδώλων, η σύνδεση της πηγής με τα αποτελέσματά της επιτελείται με την παρουσία μόνο κάποιων «ειδικών» ακτίνων. Μπορεί η επιλεκτική χρήση των απαραίτητων ακτίνων να εξυπηρετεί λόγους σχεδιαστικής οικονομίας, στο επίπεδο όμως της διαμόρφωσης παραστατικών προτύπων, οι «ειδικές» αυτές ακτίνες αναδεικνύονται όχι μόνο ικανές αλλά και αναγκαίες για τον προσδιορισμό των φωτεινών αποτελεσμάτων. Εξάλλου, “καμία διδακτική προσέγγιση όταν περιορίζεται στον μαθηματικό φορμαλισμό δεν είναι ικανή να προκαλέσει αναδιοργάνωση των νοητικών παραστάσεων, οι οποίες θεμελιώνονται στη βιωματική εμπειρία” (Langley et al. 1997, σελ. 401). Στο πλαίσιο επομένως της διδασκαλίας που σχετίζεται με ζητήματα της Γεωμετρικής Οπτικής, αποκτά ιδιαίτερη σημασία η υπέρβαση του εμποδίου αυτού, με την ανάδειξη της συνεισφοράς όλης της «ποσότητας» του φωτός που εκπέμπεται από τη φωτεινή πηγή. Η χρήση διαφραγμάτων μεταβλητής διαμέτρου στις διατάξεις οπτικής τράπεζας αποτελεί ένα πρόσφορο μέσο, όπως πιστοποιεί η επιτυχία της πειραματικής μας παρέμβασης, για την αφομοίωση της μη συνεκτικής και ισότροπης προς όλες τις κατευθύνσεις εκπομπής. Σε ό,τι αφορά το ζήτημα της αναδόμησης των παραστάσεων, τη μεγαλύτερη δυσκολία μετασχηματισμού συναντούν τα υποκείμενα της μικρότερης ηλικιακής ομάδας, όπως δείχνουν τα αποτελέσματα του μετά-ελέγχου. Η βελτίωση των ποσοστών μετασχηματισμού με την αύξηση της ηλικίας είναι εν πολλοίς αναμενόμενη σε παρεμβάσεις τέτοιου τύπου. Η θεαματική, ωστόσο, υπεροχή των υποκειμένων της δεύτερης ηλικιακής ομάδας έναντι των δύο άλλων μπορεί να ερμηνευθεί ως αποτέλεσμα της ευεργετικότερης δυνατής επίδρασης του συνδυασμού των δύο παραγόντων που προαναφέραμε. Της νοητικής δηλαδή εξέλιξης που επέρχεται με την αύξηση της ηλικίας και της χρονικής εμβέλειας της διδασκαλίας των σχετικών θεμάτων στη σχολική τάξη. Με άλλα λόγια, μπορεί οι μαθητές της Α΄ Λυκείου να τοποθετούνται, κατά γενική παραδοχή, σε υψηλότερο επίπεδο σκέψης από άποψη ικανότητας νοητικών διεργασιών, η χρονική ωστόσο απόσταση των δύο χρόνων που μεσολάβησε από την τελευταία φορά που διδάχτηκαν τα σχετικά με το θέμα μας γνωστικά αντικείμενα φαίνεται ότι λειτούργησε ανασταλτικά στους νοητικούς μηχανισμούς κατοχύρωσης της επιθυμητής γνώσης. Από τη σκοπιά επομένως αυτή, ενδιαφέρον θα είχε η επανάληψη του πειράματος με μαθητές της Α΄ Λυκείου οι οποίοι κατά τη διδασκαλία των σχετικών θεμάτων στην ΣΤ΄ Δημοτικού και στην Β΄ Γυμνασίου προσέγγισαν τα σχετικά γνωστικά αντικείμενα με την πειραματική παρουσίαση του ορθού προτύπου, μέσω μιας διαδικασίας ανάλογης με αυτήν που εφαρμόσαμε. Μια τέτοια απόπειρα θα έδινε εκτός των άλλων και τη δυνατότητα συγκρίσεων και ελέγχου της ισχύος της πρότασής μας σε μια βαθιά χρονική προοπτική.

200

Επί πλέον, όπως πιστοποιούν τα αποτελέσματα του Πίνακα 16 της στατιστικής επεξεργασίας των δεδομένων, οι πρόοδοι των μαθητών στους οποίους παρουσιάστηκε ο δεύτερος τύπος διατάξεων (εμπόδια), υπολείπονται των αντίστοιχων προόδων των μαθητών οι οποίοι αντιμετώπισαν τις διατάξεις του πρώτου τύπου (διαφράγματα με οπές), παρά τη στατιστική σημαντικότητα των διαφορών που παρατηρείται και για τους δύο τύπους των διατάξεων. Η διαπιστούμενη αυτή υστέρηση μπορεί να ερμηνευθεί ως αποτέλεσμα υψηλότερων νοητικών απαιτήσεων των διατάξεων των εμποδίων, καθώς εδώ τα υποκείμενα, εκτός από την υπέρβαση του διαισθητικού σχήματος «σκιά - ιδιότητα των αντικειμένων», καλούνται να διανύσουν νοητικά και την πορεία «πηγή – εμπόδιο – σκιά» προς περισσότερες διασταυρούμενες κατευθύνσεις ταυτοχρόνως. Πιστεύουμε ότι ο μηχανισμός σχηματισμού πολλαπλών σκιών θα πρέπει να αποτελέσει αντικείμενο περισσότερο εντοπισμένης έρευνας, καθόσον απαιτεί την επίτευξη συνθετότερων γνωστικών συντονισμών. Έτσι, στην περίπτωση κατά την οποία μια διδακτική δραστηριότητα εστιάζεται αποκλειστικά στην ερμηνεία του μηχανισμού εκπομπής του φωτός από εκτεταμένες πηγές, θεωρούμε ότι η χρήση διατάξεων του πρώτου τύπου (διαφράγματα με οπές) αποτελεί προσφορότερη επιλογή. Συνοψίζοντας τα συμπεράσματά μας, ας επανέλθουμε σε ένα ζήτημα στο οποίο αναφερθήκαμε ακροθιγώς κατά την ανάλυση των αποτελεσμάτων. Είναι ήδη γνωστό από τις μελέτες της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών σε όλους τους θεματικούς χώρους του ερευνητικού της πεδίου, ότι σε ορισμένα γνωστικά αντικείμενα οι βιωματικές νοητικές παραστάσεις των μαθητών παρουσιάζουν σθεναρή αντίσταση κατά τη «συνάντησή» τους με την επιστημονική γνώση, όπως τουλάχιστον αυτή μεταφέρεται στη σχολική τάξη. Σπάνια ωστόσο καταγράφονται αποτελέσματα στα οποία η γνωστική πρόοδος των μαθητών να αξιολογείται ως μηδαμινή μετά τη επίδραση της σχολικής διδασκαλίας, όπως στη δική μας περίπτωση. Η σχεδόν απόλυτη αδυναμία των υποκειμένων της έρευνάς μας να αναγνωρίσουν τα χαρακτηριστικά του προτύπου της Γεωμετρικής Οπτικής, στην περίπτωση των φωτεινών προβολών και των σκιών που προέρχονται από εκτεταμένες πηγές, θα μπορούσε κατ’ αρχήν να αποδοθεί στην απουσία αναφοράς του μηχανισμού της μη συνεκτικής εκπομπής κατά τη διάρκεια της σχολικής διδακτικής διαδικασίας. Καθώς απουσιάζει κάθε ρητή αναφορά του μοντέλου αυτού στα αναλυτικά προγράμματα τόσο του Δημοτικού όσο και του Γυμνασίου, θα μπορούσε κανείς να υποθέσει ότι το συγκεκριμένο ζήτημα μόνο παρεμπιπτόντως μπορεί να τεθεί στη σχολική τάξη. Η υποχρεωτική όμως διδασκαλία θεμάτων, τα οποία δεν μπορούν να τύχουν επιτυχούς επεξεργασίας παρά μόνο στο πλαίσιο της εφαρμογής του (μηχανισμός της όρασης, σκοτεινός θάλαμος, είδωλα από κάτοπτρα και φακούς), αποδυναμώνει εξαιρετικά το ενδεχόμενο αυτό. Ένας δεύτερος λόγος στον οποίο θα μπορούσε να αποδοθεί η συγκεκριμένη αποτυχία είναι η αδυναμία συγκρότησης, από την πλευρά των υποκειμένων του συγκεκριμένου ηλικιακού φάσματος, των απαραίτητων νοητικών συντονισμών που θα επέτρεπαν την επαρκή ερμηνεία των φωτεινών αποτελεσμάτων στο πλαίσιο μιας συνεπούς εφαρμογής των αρχών της Γεωμετρικής Οπτικής. Πράγματι, τα αντιληπτικά δεδομένα του συγκεκριμένου πειράματος δεν βοηθούν στην άμεση αναγνώριση των αρχών αυτών, δεδομένου ότι η διαδρομή του φωτός στο χώρο δεν είναι αισθητηριακώς ανιχνεύσιμη. Η οικοδόμηση συνεπώς του επιστημονικού προτύπου προϋποθέτει αφενός την ικανότητα αφαιρετικών νοητικών διεργασιών, αφετέρου τη δυνατότητα επεξεργασίας των αντιληπτικών δεδομένων μέσω μιας νοητικής διαδικασίας σύνθεσης και ανάλυσης, κατακτήσεις οι οποίες δεν μπορούν να θεωρηθούν δεδομένες στα συγκεκριμένα στάδια νοητικής ανάπτυξης. Όμως τα

201

αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι ακόμη και τα υποκείμενα της μικρότερης ηλικιακής κατηγορίας είναι δυνατόν να μεταπλάσουν –με μεγαλύτερη αναμφίβολα δυσκολία- σε ικανοποιητικά ποσοστά τις βιωματικές παραστάσεις τους όταν συμμετέχουν σε μια αλληλεπιδραστικού χαρακτήρα διδακτική διαδικασία η οποία υποστηρίζεται από την παρουσίαση του ορθού προτύπου. Από διδακτική επομένως άποψη, είναι απαραίτητη όχι μόνο η επιμονή του αναλυτικού προγράμματος, αλλά και η ειδική ευαισθητοποίηση των διδασκόντων στο ζήτημα της εκπομπής του φωτός από εκτεταμένες πηγές. Η συστηματική και εμπεριστατωμένη αναφορά του μοντέλου της μη συνεκτικής εκπομπής κατά τη διδασκαλία των σχετικών θεμάτων, θεωρούμε ότι δημιουργεί τις απαραίτητες προϋποθέσεις για το μετασχηματισμό των βιωματικών παραστάσεων των μαθητών και την προσέγγιση της επιθυμητής γνώσης. Παράλληλα, η εφαρμογή της θεωρητικής σύλληψης του Kepler σε πειραματικές διατάξεις οι οποίες επιλέγονται για να υποστηρίξουν τη θεωρητική διδασκαλία (η κατασκευή δηλαδή εκτεταμένων φωτεινών πηγών με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι δυνατή η «αποσύνθεσή» τους σε έναν αριθμό σημειακών), μπορεί να αποτελέσει ένα πρόσφορο διδακτικό υλικό και να οδηγήσει την εκπαιδευτική διαδικασία στην αποτελεσματικότερη επίτευξη των μαθησιακών στόχων. Σε κάθε περίπτωση βέβαια, η κατάλληλη καθοδήγηση των μαθητών αποτελεί εκ των ουκ άνευ όρο για την κατανόηση οποιασδήποτε ιδιότητας ή θεωρητικού μοντέλου σχετικά με το φως. Η αλληλεπίδραση αντικειμένου και υποκειμένου όταν διαμεσολαβείται από μια δομημένη παρέμβαση, μπορεί να συμβάλλει αποφασιστικά στην αποκέντρωση της σκέψης του μαθητή από τα βιωματικά παραστατικά πρότυπα και στην εστίαση των συλλογισμών του στα χαρακτηριστικά του επιστημονικού μοντέλου.

202

ΕΠΙΛΟΓΟΣ

203

Κλείνοντας την παρουσίαση της έρευνάς μας, θα προσπαθήσουμε να συνοψίσουμε τις κύριες συνιστώσες της, να διερευνήσουμε τις ενδεχόμενες προοπτικές της και να εξετάσουμε τους όρους και τις προϋποθέσεις εφαρμογής των πορισμάτων της. Η κεντρική στόχευση της εργασίας μας ήταν η επιβεβαίωση υποθέσεων σχετικών με την ευεργετική συμβολή της Ιστορίας της Επιστήμης στην ανίχνευση και τον μετασχηματισμό βιωματικών νοητικών παραστάσεων μαθητών 12-16 ετών, αναφορικά με τα φαινόμενα εκπομπής και διάδοσης του φωτός από εκτεταμένες πηγές, καθώς και της αλληλεπίδρασής του με την ύλη, όταν αυτή επιτελείται μέσα από μια δομημένη και αλληλεπιδραστικού χαρακτήρα διδακτική παρέμβαση. Στο τέλος αυτής της ερευνητικής διαδρομής, μπορούμε να ισχυριστούμε ότι τα αποτελέσματα της έρευνας δικαίωσαν σε μεγάλο βαθμό τις θεωρητικές και μεθοδολογικές επιλογές μας. Το κύριο αίτημα στο οποίο επιχειρήσαμε να ανταποκριθούμε ήταν η χάραξη μιας αποτελεσματικής διδακτικής στρατηγικής, ικανής να οδηγήσει από μια εμπειρική και περιγραφική, σε μια συγκροτημένη και επεξηγηματική διδασκαλία των εν λόγω γνωστικών αντικειμένων, και από την άποψη αυτή η προσπάθειά μας συμβαδίζει με τους σύγχρονους ερευνητικούς προσανατολισμούς της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών. Πράγματι, τα τελευταία χρόνια έχει αναληφθεί ένα ευρύ φάσμα πρωτοβουλιών από τους ερευνητές της Διδακτικής των Φ.Ε., με σκοπό το σχεδιασμό και την υλοποίηση ερευνητικών προτάσεων που αφορούν το διδακτικό έργο σε όλες τις εκπαιδευτικές βαθμίδες, σε μια προσπάθεια απαγκίστρωσης από το εσωστρεφές περιβάλλον των πρώτων χρόνων, το οποίο είχε ως κύριο ερευνητικό άξονα την αναζήτηση και τη μελέτη των χαρακτηριστικών της βιωματικής σκέψης των παιδιών. Ερευνητικά δεδομένα, μεθοδολογικές προσεγγίσεις και καινοτομικές στρατηγικές τροφοδοτούν με συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό την ελληνική και διεθνή βιβλιογραφία με προτάσεις για το σύνολο σχεδόν των ζητημάτων που σχετίζονται με την καθημερινή διδακτική πρακτική (Ραβάνης 2003). Ωστόσο, οι αναγκαίες διεπιστημονικές προσεγγίσεις που απαιτούνται αλλά και οι προτεινόμενες ερευνητικές διδακτικές περιστάσεις, κρίνονται σε πολλές περιπτώσεις ως μη προνομιακές για την εκπαίδευση. Όπως επισημαίνει ο Η. Ματσαγγούρας (1996, σ. 106), “δύο από τους βασικούς λόγους που, μέχρι τώρα, η διδακτική έρευνα δεν έχει καταφέρει να επηρεάσει σημαντικά τη διδακτική πράξη είναι α) η αδυναμία των ερευνητών να «μιλήσουν» τη γλώσσα των εκπαιδευτικών και β) η ενασχόλησή τους με επιστημονικά ενδιαφέροντα που δεν ταυτίζονται πάντοτε με τα προβλήματα της διδακτικής πράξης, όπως τουλάχιστον τα αντιλαμβάνονται οι εκπαιδευτικοί. Γι’ αυτό οι τελευταίοι συχνά θεωρούν την εκπαιδευτική έρευνα πολύ «θεωρητική» και τις διδακτικές συνεπαγωγές και προτάσεις ως «εξωπραγματικές»”. Με άλλα λόγια, σε πολλές περιπτώσεις, οι προτεινόμενες διδακτικές δραστηριότητες δεν είναι οι πλέον κατάλληλες για να επιφέρουν τους αναγκαίους γνωστικούς μετασχηματισμούς στη σκέψη των μαθητών/τριών, καθώς υπερβαίνουν τους όρους και τις δεσμεύσεις της καθημερινής εκπαιδευτικής πραγματικότητας. Υπό το πρίσμα αυτό, τα αποτελέσματα της ερευνητικής μας προσπάθειας θα έχουν πραγματικό αντίκρισμα εφ’ όσον καταφέρουν να ανταποκριθούν στις πραγματικές ανάγκες της σχολικής διδασκαλίας. Αυτό προϋποθέτει κατ’ αρχήν την προσαρμογή της προτεινόμενης διαδικασίας σε συνθήκες σχολικής τάξης, καθόσον το δικό μας πείραμα πραγματοποιήθηκε με ατομικές συνεντεύξεις και έξω από το περιβάλλον της σχολικής αίθουσας, ελαχιστοποιώντας, δηλαδή, τους περιορισμούς που επιβάλλει το προκαθορισμένο εκπαιδευτικό πλαίσιο. Η προσαρμογή αυτή μπορεί να επιτευχθεί με την παράκαμψη του διερευνητικής διαδικασίας, καθώς τα αποτελέσματα του σταδίου αυτού, επιβεβαιώνοντας τα πορίσματα μιας σειράς ερευνών που έχουν

204

πραγματοποιηθεί σε διαφορετικές χώρες, μαθησιακά περιβάλλοντα και ηλικιακά στρώματα, μπορούν να θεωρηθούν πλέον ως επαρκή για την πιστοποίηση παγιωμένων εναλλακτικών παραστάσεων των μαθητών για τις εμπλεκόμενες έννοιες και τα φαινόμενα. Επί πλέον, η παρεμβολή του σταδίου της εμπλοκής μπορεί να περιοριστεί αποκλειστικά στον άξονα της γνωστικής αποσταθεροποίησης, καθώς ο έλεγχος των μεταβολών και των προόδων έδειξε τη σχετική ανεπάρκεια των συγκρουσιακών διαδικασιών σε ό,τι αφορά τον πλήρη μετασχηματισμό των παραστάσεων ή την ανάκληση του επιστημονικού προτύπου από την πρόσφατη σχολική διδασκαλία. Μια τέτοια προσαρμογή θα οδηγούσε στη μείωση του απαιτούμενου διδακτικού χρόνου, ενός παράγοντα δηλαδή, η επίδραση του οποίου θα πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη στην εφαρμογή κάθε καινοτόμου διδακτικής πρότασης. Από την άλλη πλευρά, ιδιαίτερη σημασία έχει η επέκταση του πειράματος, όπως ακριβώς το πραγματοποιήσαμε, και στα υπόλοιπα γνωστικά αντικείμενα του αναλυτικού προγράμματος τα οποία σχετίζονται με την εκπομπή του φωτός από εκτεταμένες πηγές, δηλαδή το σχηματισμό ειδώλων από κάτοπτρα και φακούς, τη δημιουργία σκιών και το μηχανισμό της όρασης. Μια τέτοια προσπάθεια θα έδινε τη δυνατότητα συγκρίσεων με τα αποτελέσματα της δικής μας έρευνας, ενώ ταυτόχρονα θα διαμόρφωνε μια προοπτική ενιαίας αντιμετώπισης των σχετικών θεμάτων. Σε κάθε περίπτωση, η ισχύς και τα όρια εφαρμοσιμότητας της πρότασής μας θα κριθούν αναπόφευκτα σε συνθήκες καθημερινής πρακτικής. Προς την κατεύθυνση αυτή, και στα πλαίσια του προβληματισμού που καταθέσαμε προηγουμένως, επιδιώξαμε εξαρχής τη διαμόρφωση συνθηκών εφαρμογής συμβατών με τους κανόνες και τους περιορισμούς της σχολικής διδασκαλίας. Έτσι, η διαδικασία και τα μέσα που χρησιμοποιήσαμε μπορούν να συνεισφέρουν στην παραγωγή διδακτικού υλικού, τόσο στο επίπεδο συγγραφής σχολικών βιβλίων όσο και σε αυτό της δημιουργίας εργαστηριακών διατάξεων, με την έννοια ότι δεν αποκρυσταλλώνουν απλώς κάποια αδιαμόρφωτη πρακτική γνώση, αλλά προσαρμόζουν το αντικείμενο της μάθησης στις πραγματικές ανάγκες και δυνατότητες μαθητών και διδασκόντων. Πιο συγκεκριμένα, οι διδακτικές δραστηριότητες που προτείνουμε: • οριοθετούνται μέσα στα πλαίσια του ισχύοντος αναλυτικού προγράμματος

σπουδών, • δεν υπερβαίνουν τον διαθέσιμο σχολικό χρόνο (ιδιαίτερα μετά τη επίσημη

θεσμοθέτηση της εργαστηριακής διδασκαλίας των «φυσικών» μαθημάτων και βέβαια στο πλαίσιο των απαραίτητων προσαρμογών),

• δεν απαιτούν ιδιαίτερη ή ασυνήθιστη οργάνωση της σχολικής τάξης, • δεν απέχουν από τον κύκλο γνώσεων των εκπαιδευτικών ούτε απαιτούν την

ανάληψη ρόλων εκ μέρους τους που τους είναι αδιάφοροι, ξένοι ή ακατανόητοι (Μπαγάκης 1999).

Τέλος, σε πρακτικό επίπεδο, η κατασκευή και προμήθεια των απαραίτητων εποπτικών μέσων –εκτεταμένων δηλαδή φωτεινών πηγών με δυνατότητα «αποσύνθεσης» σε σημειακές- μπορεί να επιτευχθεί στα πλαίσια του προγράμματος εκπόνησης προδιαγραφών εργαστηριακών συσκευών και εξοπλισμού εργαστηρίων Φυσικών Επιστημών των σχολείων, που βρίσκεται σε εξέλιξη από την πολιτεία. Στο βαθμό που το απώτερο ζητούμενο κάθε ερευνητικής προσπάθειας στο χώρο της Διδακτικής, είναι η ανακάλυψη καταλληλότερων και αποτελεσματικότερων μεθόδων διδασκαλίας με την εκμετάλλευση κάθε διαθέσιμης πηγής, οι παραπάνω διατυπωθείσες επιδιώξεις πιστεύουμε ότι υπηρετούν το βασικό στόχο της εργασίας

205

μας: τη διδακτική αξιοποίηση της Ιστορίας της Επιστήμης με γνώμονα τη διδακτική πράξη.

206

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

207

Αριστοτέλης (1995). Προβλήματα 2. Κάκτος, Αθήνα. Αυγελής, Ν. (1979). Η αιτιότητα στην Επιστήμη και στη Φιλοσοφία. Στο Θεμέλια

των Επιστημών, 1, 229-240. ΕΕΦ-Gutenberg, Αθήνα. Αυγελής, Ν. (1998). Φιλοσοφία της Επιστήμης. Κώδικας, Θεσσαλονίκη. Αυγελής, Ν. (2004). Εισαγωγή στη Φιλοσοφία. Θεσσαλονίκη. Abraham, M. R., Williamson, V. M., Westbrook, S. L. (1994). A cross-age study of

the understanding of five chemistry concepts. Journal of Research in Science Teaching, 31(2), 147-165.

Abrams, E., Southerland, S. (2001). The how’s and why’s of biological change: How learners neglect physical mechanisms in their search for meaning. International Journal of Science Education, 23(12), 1271-1281.

Addinell, S., Solomon, J. (1983). Science in a social context: Teacher’s guide. Blackwell, Oxford.

Amigues, R., Caillot, M. (1990). Les représentations graphiques dans l’enseignement et l’apprentissage de l’électricité. European Journal of Psychology of Education, V(4), 477-488.

Andersson, B., Kärrqvist, C. (1983). How Swedish pupils aged 12-15 years understand light and its properties. European Journal of Science Education, 5(4), 387-402.

Andersson, C. W., Smith, E. L. (1982). Student’s conceptions of light, color and seeing. In Proceedings of the Annual convention of the National Association for Research in Science Teaching, Fontana, Wisconsin.

Anderson, C. W., Smith, E. L. (1983). Children’s conceptions of light and color: Understanding the concept of unseen rays. In Proceedings of the annual meeting of the American Educational Research Association, Montreal.

Aristotle (1952). Problems (trans. W. S. Hett). Heinemann, U.K. Aristotle (1963). Problems (trans. E. S. Forster). Oxford University Press. Arons, A. B. (1984). Education through science. Journal of College Science

Teaching, 13, 210-220. Asimov, I. (1975). Biographical encyclopedia of science and technology. Macmillan,

London. Aznar, M. M., Orcajo, T. I. (2005). Solving problems in genetics. International

Journal of Science Education, 27(1), 101-121. Βαλαδάκης, Α. (2001). Η αποθησαύριση της ιστορίας της Φυσικής με γνώμονα τη

διδακτική πράξη. Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Βαλανίδης, Ν. (1998). Φοιτητικές αντιλήψεις για τους μετασχηματισμούς της ύλης κατά τη διάρκεια της απόσταξης. Στο Π. Κουμαράς, Π. Καριώτογλου, Β. Τσελφές & Δ. Ψύλλος (επιμ.), Πρακτικά του 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου «Διδακτική των Φυσικών Επιστημών και Εφαρμογή των Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Βαμβακούσης, Χ. (1984). Ο νόμος του Ohm και οι «κρυφές σκέψεις» των μαθητών. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 17, 50-63.

Βλάχος, Ι. (2004). Εκπαίδευση στις Φυσικές Επιστήμες. Η πρόταση της εποικοδόμησης. Γρηγόρης, Αθήνα.

Βοσνιάδου, Σ. (1989). Τι πιστεύουν τα παιδιά για τη Γη, τον Ήλιο και το φαινόμενο μέρας-νύχτας. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 46, 41-50.

Βοσνιάδου, Σ. (1994). Η εννοιολογική αλλαγή στην παιδική ηλικία: Παραδείγματα από το χώρο της Αστρονομίας. Στο Β. Κουλαϊδής (επιμ.), Αναπαραστάσεις του φυσικού κόσμου. Gutenberg, Αθήνα.

208

Βοσνιάδου, Σ., Brewer, W. F. (1988). Θεωρίες της αναδιοργάνωσης της γνώσης κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 39, 83-89.

Bachelard, G. (1975). Le rationalisme appliqué. PUF, Paris. Bachelard, G. (2004). La formation de l’esprit scientifique. Vrin, Paris. Bacon, R. (1962). The Opus Majus of Roger Bacon (2 vols.). Russell & Russell, N.Y. Bandura, A. (1971a). Social learning theory. General Learning Press, N.Y. Bandura, A. (1971b). Theories of modeling. Atherton Press, N.Y. Bar, V., Zinn, B. (1995). Abstract physical concepts as concrete realizations in the

history of science and in pupils’ ideas about action at a distance. In F. Finley, D. Allchin, D. Rhees & S. Fifield, Proceedings of the third International History, Philosophy and Science Teaching Conference. Vol I, Minneapolis, Minnesota.

Bar, V., Zinn, B., Rubin, E. (1997). Children’s ideas about action at a distance. International Journal of Science Education, 19(10), 1137-1157.

Batts, G. (1999). Learning about colour subtraction by role-play. School Science Review, 80(292), 99-100.

Benseghir, A., Closset, J. L. (1996). The electrostatics-electrokinetics transition: historical and educational difficulties. International Journal of Science Education, 18(2), 179-191.

Berg, K. C. de. (1997). The development of the concept of work: A case where History can inform Pedagogy. Science & Education, 6(5), 511-527.

Bickerton, D. (1988). A two-stage model of the human language faculty. In S. Strauss (ed.), Ontogeny, Phylogeny, and Historical Development. Ablex Publishing Corporation, Norwood, New Jersey.

Bliss, J. (1994). Η σημασία του Piaget για την έρευνα σχετικά με τις αντιλήψεις των παιδιών. Στο Β. Κουλαϊδής (επιμ.), Αναπαραστάσεις του φυσικού κόσμου. Gutenberg, Αθήνα.

Bloom, B., Krathwohl, D. (1986). Ταξινομία διδακτικών στόχων (τομ. Α΄). Κώδικας, Θεσσαλονίκη.

Botvin, G. J., Murray, F. B. (1975). The efficacy of peer modeling and social conflict in the acquisition of conservation. Child Development, 46, 796-799.

Boyes, E., Stanisstreet, M. (1991). Development of pupils’ ideas about seeing and hearing - the path of light and sound. Research in Science and Technology Education, 9, 223-244.

Bradley, J. (1991). Repeating the electromagnetic experiments of Michael Faraday. Physics Education, 26, 284-288.

Brook, A., Briggs, H., Driver, R. (1984). Aspects of Secondary Students’ Understanding of the Particulate Nature of Matter. Children’s Learning in Science Project Center for Studies in Science and Mathematics, The University of Leeds.

Brumby, M. (1979). Problems in learning the concept of natural selection. Journal of Biological Education, 13, 119-122.

Brush, S. G. (1969). The role of History in the teaching of Physics. The Physics Teacher, 75, 271-276.

Brush, S. G. (1974). Should the History of Science Be Rated X? Science 18, 1164-1172.

Butterfield, H. (1983). Η καταγωγή της σύγχρονης επιστήμης (1300-1800). Μορφωτικό Ίδρυμα Εθνικής Τραπέζης (ΜΙΕΤ), Αθήνα.

Bybee, R. W., Powell, J. C., Ellis, J. D., Giese, J. R., Parisi, L., Singleton, L. (1991). Integrating the history and nature of science and technology in science and social studies curriculum. Science Education, 75(1), 143-155.

209

Γιαλαμάς, Β. (2005). Στατιστικές τεχνικές και εφαρμογές στις Επιστήμες της Αγωγής. Πατάκης, Αθήνα.

Γομάτος, Λ. (1998). Επίλυση προβλημάτων: Εξέλιξη των αναπαραστάσεων του προβλήματος σε μαθητές που επιλύουν προβλήματα Μηχανικής του Λυκείου σε μικρές ομάδες. Επιθεώρηση Φυσικής, Η(26), 29-35.

Carey, S. (1985). Conceptual Change in Childhood. MIT Press, Cambridge. Carey, S. (1987). Theory change in childhood. In B. Inhelder, D., Caprona & A.

Cornu-Wells (eds), Piaget today. Lawrence Erlbaum, London. Carey, S. (1988). Reorganization of knowledge in the course of acquisition. In S.

Strauss (ed.), Ontogeny, Phylogeny and Historical Development. Ablex Publishing Corporation, Norwood, New Jersey.

Carugati, F., Mugny, G. (1985). La théorie du conflit sociocognitif. In G. Mugny (ed.), Psychologie sociale du développent cognitif. P. Lang, Berne.

Champagne, A. B., Gunstone, R. F., Klopfer, L. E. (1985). Effecting changes in cognitive structures among physics students. In L. West & A. Pines (eds), Cognitive Structure and Conceptual Change. Academic Press, Orlando, Florida.

Champagne, A. B., Klopfer, L. E., Anderson, J. (1980). Factors influencing learning of classical mechanics. Research in Science and Technology Education, 1(2), 173-183.

Champagne, A. B., Klopfer, L. E., Gunstone, R. F. (1982). Cognitive research and the design of science instruction. Educational Psychologist, 17, 31-53.

Chang, Jin-Yi (1999). Teacher’s college students’ conceptions about evaporation, condensation and boiling. Science Education, 83(5), 511-526.

Chauvet, F. (1994). Un instrument pour évaluer un état conceptuel: exemple du concept de couleur. Didaskalia, 8, 61-79.

Chauvet, F. (1996). Teaching Colour: designing and evaluation of a sequence. European Journal of Teacher Education, 19(2), 121-136.

Chi, M. T. H., Feltovidh, P. J., Glaser, R. (1981). Categorization and representation of physics problems by experts and novices. Cognitive Science, 5, 121-152.

Clement, J. (1982). Students’ preconceptions in introductory mechanics. American Journal of Physics, 50, 66-71.

Clement, J. (1983). A conceptual model discussed by Galileo and intuitively used by physics students. In D. Genter & A. L. Stevens (eds), Mental Models. Erlbaum, Hillsdale, N. J.

Clough, E. E., Driver, R. (1985). Secondary students’ conceptions of the conduction of heat: Bringing together scientific and personal views. Physics Education, 20(4), 176-182.

Conant, J, B. (1948/1957). Harvard case histories in experimental science. Harvard University Press, Cambridge, Mass.

Copal, H., Kleismidt, J., Case, J., Musonge, P. (2004). An investigation of tertiary students’ understanding of evaporation, condensation and vapor pressure. International Journal of Science Education, 26(13), 1597-1620.

Cosgrove, M., Osborne, R. (1985). Lesson frameworks for changing children’s ideas. In R. Osborne & P. Freyberg (eds), Learning in Science: The implications of children’s science. Heinemann, Portsmouth, New Hampshire.

Crahay, M., Delhaxhe, A. (1989). La compréhension du fonctionnement de la balance. Une analyse hiérarchique. European Journal of Psychology of Education, IV(3), 349-375.

Crombie, A. C. (1989). Από τον Αυγουστίνο στον Γαλιλαίο (τομ. Α, 5ος-17ος αι.). ΜΙΕΤ, Αθήνα.

210

Crombie, A. C. (1992). Από τον Αυγουστίνο στον Γαλιλαίο (τομ. Β, 13ος-17ος αι.). ΜΙΕΤ, Αθήνα.

Δαπόντες, Ν., Κασέτας, Α., Μουρίκης, Σ., Σκιαθίτης, Μ. (1984). Φυσική Ενιαίου Πολυκλαδικού Λυκείου. ΟΕΔΒ, Αθήνα.

Δέδες, Χ. (1997). Μια Ιστορία από την Ιστορία των Φυσικών Επιστημών: Ένα διδακτικό μέσο στα πλαίσια μιας αντιδογματικής διδασκαλίας. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 92, 62-67.

Δέδες, Χ. (2004). Η συνεισφορά της Ιστορίας της Επιστήμης στη διδασκαλία της Οπτικής: Μια πρόταση. Φυσικός Κόσμος, 14(173), 6-12.

Δελλής, Γ. (2003). Εισαγωγή στη Φιλοσοφία. Τυπωθήτω – Γιώργος Δαρδανός, Αθήνα.

Dedes, C. (2005). The mechanism of vision: Conceptual similarities between historical models and children’s representations. Science & Education, (υπό δημ.).

Dijksterhuis, E. J. (1986). The Mechanization of the World Picture. Princeton University Press, Princeton.

DiSessa, A. (1982). Unlearning Aristotelian Physics: A study of knowledge-based learning. Cognitive Science, 6, 37-75.

Doise, W., Mugny, G. (1987). Η κοινωνική ανάπτυξη της νοημοσύνης. Πατάκης, Αθήνα.

Driver, R. (1982). Children’s Learning in Science. Educational Analysis, 4, 69-79. Driver, R., Easley, J. (1978). Pupils and paradigms: A review of literature related to

concept development in adolescent science students. Studies in Science Education, 5, 61-84.

Driver, R., Warrington, L. (1985). Students’ use of the principle of energy conservation in problem situations. Physics Education, 20(4), 171-176.

Driver, R., Guesne, E., Tiberghien, A. (1985). Children’s ideas in Science. Open University Press, Buckingham.

Driver, R., Guesne, E., Tiberghien, A. (1993). Οι ιδέες των παιδιών στις Φυσικές Επιστήμες. Ε.Ε.Φ. – Τροχαλία, Αθήνα.

Driver, R., Squires, A., Rushworth, P., Wood-Robinson, V. (1994). Making sense of secondary science. Research into children’s ideas. Routledge, London and N.Y.

Driver, R., Squires, A., Rushworth, P., Wood-Robinson, V. (1998). Οικο-δομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών. Τυπωθήτω – Γιώργος Δαρδανός, Αθήνα.

Duhem, P. (1906/1954). The Aim and Structure of Physical Theory. Princeton University Press, Princeton.

Duschl, R. A. (1994). Research on the history and philosophy of science. In D. L. Gabel (ed.), Handbook of Research on Science Teaching and Learning. McMillan, London.

Eaton, J., Anderson, C. W., Smith, E. L. (1984). Student’s misconceptions interfere with science learning: Case studies of fifth-grade students. The Elementary School Journal, 84(4), 365-379.

Eckstein, S. G., Kozhevnikov, M. (1997). Parallelism in the development of children’s ideas and the historical development of projectile motion theories. International Journal of Science Education, 19(9), 1057-1073.

Ζόγκζα, Β. (1998). Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης και η θρέψη των φυτών: Βιωματικές νοητικές παραστάσεις μαθητών Γυμνασίου. Επιθεώρηση Φυσικής, Η(26), 70-77.

Ζούμπος, Α. (1970). Εισαγωγή εις την ιστορίαν της Φιλοσοφίας. Παρισιάνος, Αθήνα. Fauvel, J., Van Maanen, J. (eds) (2000). History in Mathematics Education: the ICMI

study. Kluwer, Dordrecht.

211

Fawaz, A., Viennot, L. (1986). Image optique et vision: Enquête en classe de premier au Liban. Bulletin de l’Union des Physiciens, 686, 1125-1146.

Feher, E., Rice, K. (1988). Shadows and anti-images: Children’s conceptions of light and vision. Science Education, 75(5), 637-649.

Ferk, V., Vrtacnick, M., Bleject, A., Gril, A. (2003). Students’ understanding of molecular structure representations. International Journal of Science Education, 25(10), 1227-1245.

Feyerabend, P. (1983). Ενάντια στη μέθοδο. Σύγχρονα Θέματα, Θεσσαλονίκη. Flannery, M. C. (1995). Science, technology and the public in the 19th century: How

to select science content for an interdisciplinary course. In F. Finley, D. Allchin, D. Rhees & S. Fifield, Proceedings of the third International History, Philosophy and Science Teaching Conference. Vol I, Minneapolis, Minnesota.

Fleer, M. (1996). Early learning about light: mapping preschool children’s thinking about light before, during and after involvement in a two week teaching program. International Journal of Science Education, 18(7), 819-836.

Gagliardi, R. (1981). Pourquoi est – ce qu’on enseigne seulement les résultats de la science? AJIES 3, 161-164. Chamonix.

Gagné, R. (1985). The conditions of learning (4th ed.). Holt, N.Y. Galili, I. (1996). Student’s conceptual change in geometrical optics. International

Journal of Science Education, 18(7), 847-868. Galili, I., Hazan, A. (2000). The influence of an historically oriented course on

student’s content knowledge in optics evaluated by means of facets-schemes analysis. American Journal of Physics, 68(7), S3-S15.

Galili, I., Hazan, A. (2001). The effect of a history-based course in optics on students’ views about science. Science & Education, 10, 7-32.

Galili, I., Bendall, S., Goldberg, F. (1993). The effects of prior knowledge and instruction on understanding image formation. Journal of Research in Science Teaching, 30(3), 271-301.

Gallagher, J. J. (1991). Prospective and practicing secondary school teachers’ knowledge and beliefs about the philosophy of science. Science Education, 75(1), 121-133.

Gardner, H. (1985). The mind’s new science: A history of the cognitive revolution. Basic Books, N.Y.

Garnett, P. J., Hackling, M. W. (1995). Students’ alternative conceptions in chemistry: A review of research and implications for teaching and learning. Studies in Science Education, 25, 69-95.

Gauld, C. F. (1988). The cognitive context of pupils’ alternative frameworks. International Journal of Science Education, 10(3), 267-274.

Gauld, C. F. (1991). History of science, individual development and science teaching. Research in Science Education, 21, 133-140.

Giere, R. N. (1987). The cognitive study of science. In N. J. Nersessian (ed.), The Process of Science. Martinus Nijhoff, Dordrecht.

Gillispie, C. C. (1986). Στην κόψη της αλήθειας. Η εξέλιξη των επιστημονικών ιδεών από τον Γαλιλαίο ως τον Einstein. ΜΙΕΤ, Αθήνα.

Gilly, M., Roux, J. P. (1988). Social marking in ordering tasks: Effects and action mechanisms. European Journal of Social Psychology, 18, 251-266.

Giordan, A. (sous la dir.) (1994). L’élève et/ou les connaissances scientifiques: Approche didactique de la construction des concepts scientifiques par les élèves. Peter Lang, Berne.

Giordan, A., Vecchi, G. (1987). Les origines du savoir. Des conceptions des apprenants aux concepts scientifiques. Delachaux et Niestlé, Paris.

212

Goldberg, F. M., McDermott, L. C. (1987). An investigation of student understanding of the real image formed by a converging lens or concave mirror. American Journal of Physics, 55(2), 108-119.

Golin, G. (1995). Some experiences in teaching the history of science to future high-school teachers in universities of the former Soviet Union (1970-1990). In F. Finley, D. Allchin, D. Rhees & S. Fifield, Proceedings of the third International History, Philosophy and Science Teaching Conference. Vol I, Minneapolis, Minnesota.

Gowin, D. B. (1983). Misconceptions, metaphors and conceptual change: Once more with feeling. In H. Helm & J. D. Novak, Proceedings of the International Seminar on misconceptions in Science and Mathematics. Cornell University, Ithaca.

Grant, E. (ed.) (1974). A Source Book in Medieval Science. Cambridge, Mass. Greenslade, T. B., Howe, R. H. (1981). A modern use of Volta’s electroscope.

Physics Teacher, December 1981, 614-615. Guesne, E. (1978). Lumière et vision des objets. In G. Delacote (ed.), Physics

Teaching in Schools. Taylor & Francis, London. Guesne, E. (1984). Children’s ideas about light. In E. J. Wenham (ed.), New Trends in

Physics Teaching IV. Unesco, Paris. Guesne, E. (1993). Το φως. Στο R. Driver, E. Guesne & A. Tiberghien (eds.), Οι ιδέες

των παιδιών στις Φυσικές Επιστήμες. Τροχαλία – Ένωση Ελλήνων Φυσικών, Αθήνα.

Gunstone, R. F., White, R. T. (1981). Understanding of gravity. Science Education, 65(3), 291-300.

Θεοδωρόπουλος, Β., Δόσης, Σ., Κανδεράκης, Ν., Καρανίκας, Γ., Κολιόπουλος, Δ., Φασουλόπουλος, Γ. (1998). Όταν ο ήχος έγινε κύμα: Μια επισκόπηση των ιδεών για την έννοια του ήχου στην επιστήμη και στους μαθητές. Στο Π. Κουμαράς, Π. Καριώτογλου, Β. Τσελφές & Δ. Ψύλλος (επιμ.), Πρακτικά του 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου «Διδακτική των Φυσικών Επιστημών και Εφαρμογή των Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Θεοφιλίδης, Χ. (1996). Η σχέση της ψυχολογίας της μάθησης με τη Διδακτική. Η ψυχολογική θεμελίωση της διδασκαλίας. Στο Η. Ματσαγγούρας (επιμ.), Η εξέλιξη της Διδακτικής. Gutenberg, Αθήνα.

Θωμαδάκη, Σ., Σκορδούλης, Κ. (2002). Διδακτική αξιοποίηση της ιστορίας του πειράματος Michelson-Morley. Στο Π. Κόκκοτας, Ι. Βλάχος, Π. Πήλιουρας, & Κ. Πλακίτση (επιμ.), Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στην κοινωνία της πληροφορίας. Πρακτικά του 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της ΕΔΙΦΕ. Γρηγόρης, Αθήνα.

Halbwachs, F. (1974). La pensée physique chez l’enfant et le savant. Delachaux et Niestlé, Neuchâtel, Switzerland.

Hamburger, A. I. (1990). Epistemological and historical studies of physics concepts for science teaching. In D. E. Herget (ed.), Proceedings of the First International Conference “More History and Philosophy of Science in Science Teaching”. Tallahassee, Florida State University.

Harrow, A. (1972). A taxonomy of the psychomotor domain. David McKay, N.Y. Hatzinikita, V., Koulaidis, V. (1997). Pupils’ ideas on conservation during changes in

the state of water. Research in Science and Technological Education, 15(1), 53-70.

Hegel, G. (1806/1931). The phenomenology of mind. Allen & Unwin, London. Heller, I. J., Reif, F. (1984). Prescribing effective human problem solving processes:

Problem description in physics. Cognition & Instruction, 1(2), 177-216.

213

Hodson, D. (1992). In search of a meaningful relationship: An exploration of some issues relating to integration in science and science education. International Journal of Science Education 14(5), 541-562.

Hodson, D. (1993). Philosophic stance of secondary school science teachers, curriculum experiences and children’s understanding of science. Interchange, 24, 41-52.

Holton, G. (1952). Introduction to Concepts & Theories in Physical Sciences. Addison-Wesley, N.Y.

Holton, G. (1978). On the Educational Philosophy of the Project Physics Course. In his The Scientific Imagination: Case Studies. Cambridge University Press, Cambridge.

Honey, J. (1990). Investigating the nature of science: Teacher’s guide. Nuffield-Chelsea Curriculum Trust, Longman. U.K.

Hosson, C., Kaminski, W. (2002). Les yeux des enfants sont-ils des «porte-lumière»? Bulletin de l’Union de Physiciens, 840, 143-160.

Howe, C., Rodgers, D., Tolmie, A. (1990). Peer interaction in primary school physics. European Journal of Psychology of Education, V(4), 459-475.

Ιωαννίδης, Χ., Βοσνιάδου, Σ. (1992). Ιδέες των παιδιών σχολικής και προσχολικής ηλικίας για την έννοια της δύναμης σε σχέση με κινούμενα και ακίνητα αντικείμενα. Στο Α. Δημητρίου, Α. Ευκλείδη, Ε. Γωνίδα & Μ. Βακάλη (επιμ.), Ψυχολογικές έρευνες στην Ελλάδα, τ.1, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Θεσσαλονίκη.

Ιωαννίδης, Χ., Βοσνιάδου, Σ. (2001). ΄΄Τα σώματα έχουν ιδιότητες΄΄: Μια εδραιωμένη προϋπόθεση στις διαισθητικές θεωρίες των μαθητών και στις πρώιμες επιστημονικές θεωρίες. Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Inhelder, B., Sinclair, H., Bovet, M. (1974). Apprentissage et structures de la connaissance. PUF, Paris.

Jenkins, E. W. (1989). Why the history of science? In M. Shortland & A. Warwick (eds), Teaching the history of science. Blackwell, Oxford.

Jenkins, E. W. (1996). The ‘nature of science’ as a curriculum component. Journal of Curriculum Studies, 28, 137-150.

Joshua, S., Dupin, J. J. (1988). Processus de modélisation en électricité. Technologies Idéologies Pratiques, 2(7), 155-169.

Jung, W. (1986). Cognitive science and the history of science. In P. V. Thomsen (ed.), Science Education and the History of Physics. University of Aarhus, Denmark.

Καριώτογλου, Π., Κουμαράς, Π., Ψύλλος, Δ. (1994). Η ανάπτυξη χάρτη εννοιών των μαθητών και η χρήση τους στο σχεδιασμό διδακτικών παρεμβάσεων: η περίπτωση των ρευστών. Παιδαγωγική επιθεώρηση, 20/21, 147-170.

Καρούνιας, Δ., Χατζόπουλος, Χ., Παναγόπουλος, Θ., Μελιγαλιώτη, Α. (2003). Ηλεκτρισμός με χειρόκτια. Φυσικός Κόσμος, 10(169), 38-42.

Καρύδας, Α., Κουμαράς, Π. (2001). Η Ιστορία της Επιστήμης και προτάσεις για τη διδακτική της εκμετάλλευση: Η περίπτωση της θερμότητας και των θερμικών φαινομένων. Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Κασσέτας, Α. (1992). Η Διδακτική της Φυσικής: Απ’ το Νηπιαγωγείο μέχρι το Πανεπιστήμιο. Εκπαιδευτική Κοινότητα, 15, 30-31.

214

Κασσέτας, Α. (1998). Ορισμένα γνωστικά αντικείμενα αντιστέκονται περισσότερο. Μια έρευνα. Στο Π. Κουμαράς, Π. Καριώτογλου, Β. Τσελφές & Δ. Ψύλλος (επιμ.), Πρακτικά του 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου «Διδακτική των Φυσικών Επιστημών και Εφαρμογή των Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Κασσέτας, Α. (2001). Ορυχείο δύο. Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Κασσέτας, Α. (2003). Η οργή του Δία και ένα απίστευτα μικρό σωματίδιο. Δύο παραδείγματα «επεξεργασίας μεταλλεύματος» που προέκυψε από το έδαφος της Ιστορίας των Επιστημών. Στο Κ. Σκορδούλης & Κ. Χαλκιά (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». ΠΤΔΕ, Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Κασσωτάκης, Μ., Φλουρής, Γ. (2000). Μάθηση και Διδασκαλία. Αθήνα. Κιντή, Β. (2003). Πρέπει η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών να περιλαμβάνει

την Ιστορία της Επιστήμης; Στο Κ. Σκορδούλης & Κ. Χαλκιά (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». ΠΤΔΕ, Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Κλωνάρη, Κ., Τσάμης, Ε. (2002). Μελέτη των αντιλήψεων μαθητών, φοιτητών και δασκάλων για τις βασικές έννοιες της Αστρονομίας. Στο Π. Κόκκοτας, Ι. Βλάχος, Π. Πήλιουρας, & Κ. Πλακίτση (επιμ.), Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στην κοινωνία της πληροφορίας. Πρακτικά του 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της ΕΔΙΦΕ. Γρηγόρης, Αθήνα.

Κόκκοτας, Π. (2001α). Το είναι και το γίγνεσθαι της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών. Στο Π. Κόκκοτας & Ι. Βλάχος (επιμ.), Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στις αρχές του 21ου αιώνα: προβλήματα και προοπτικές. ΕΔΙΦΕ – Γρηγόρης, Αθήνα.

Κόκκοτας, Π. (2001β). Διδακτική των Φυσικών Επιστημών. Γρηγόρης, Αθήνα. Κόκκοτας, Π. (2002). Σύγχρονες προσεγγίσεις στη διδασκαλία των Φυσικών

Επιστημών (3η έκδ.). Αθήνα. Κόκκοτας, Π. (2003). Η φύση της επιστήμης ως παράγοντας διαμόρφωσης των

αναλυτικών προγραμμάτων. Στο Κ. Σκορδούλης & Κ. Χαλκιά (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». ΠΤΔΕ, Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Κολιόπουλος, Δ., Ραβάνης, Κ. (2001). Η συγκρότηση αναλυτικών προγραμμάτων για τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών: Από τον εμπειρισμό στη θεωρία των αναλυτικών προγραμμάτων και τη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών. Στο Π. Κόκκοτας & Ι. Βλάχος (επιμ.), Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στις αρχές του 21ου αιώνα: Προβλήματα και προοπτικές. ΕΔΙΦΕ – Γρηγόρης, Αθήνα.

Κολιόπουλος, Δ., Ψύλλος, Δ. (1982). Ένα πολυδιάστατο εργαλείο της διδασκαλίας και μάθησης της Φυσικής: Η Ιστορία της Φυσικής. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 9, 93-98.

Κομίλη, Α. (1981). Σύγχρονη Ψυχολογία. Η έρευνα της συμπεριφοράς. Νέα Σύνορα, Αθήνα.

Κομίλη, Α. (1989). Βασικές αρχές και μέθοδοι επιστημονικής έρευνας στην Ψυχολογία. Οδυσσέας, Αθήνα.

215

Κοντογιαννοπούλου-Πολυδωρίδη, Γ. (1983). Επιλογή και αξιολόγηση στην εκπαίδευση: συναίνεση και αξιοκρατία ή έλεγχος και αναπαραγωγή; Σύγχρονα Θέματα, 18, 41-56.

Κοσμόπουλος, Α. (1983). Σχεσιοδυναμική Παιδαγωγική του προσώπου. Αθήνα. Κοσμόπουλος, Α. (1985). Στοιχεία Γενικής Διδακτικής και Αξιολόγησης.

Πανεπιστήμιο Πατρών-ΟΕΔΒ, Αθήνα. Κουζέλης, Γ. (1991). Από τον Βιωματικό στον Επιστημονικό Κόσμο. Κριτική, Αθήνα. Κουζέλης, Γ. (1996). Το επιστημολογικό υπόβαθρο των επιλογών της Διδακτικής.

Στο Η. Ματσαγγούρας (επιμ.), Η εξέλιξη της Διδακτικής. Gutenberg, Αθήνα. Κουλαϊδής, Β. (1994). Πρότυπα αλλαγής της επιστημονικής γνώσης:

Επιστημολογική προσέγγιση. Στο Β. Κουλαϊδής (επιμ.), Αναπαραστάσεις του Φυσικού κόσμου. Gutenberg, Αθήνα.

Κουλαϊδής, Β. (1996). Επιστήμες της διδακτικής διαμεσολάβησης. Οριοθέτηση και οργάνωση. Στο Η. Ματσαγγούρας (επιμ.), Η εξέλιξη της Διδακτικής. Gutenberg, Αθήνα.

Κουλαϊδής, Β., Σταυρίδου, Ε., Τσαπαρλής, Γ., Χατζηνικήτα, Β., Σολομωνίδου, Χ. (1998). Η Διδακτική της Χημείας: σημερινή κατάσταση και προοπτικές. Στο Πρακτικά συνεδρίου «Διδακτική της Χημείας στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση». ΕΕΧ – Τμήμα Χημείας Πανεπιστημίου Αθηνών, Αθήνα.

Κουμαράς, Π. (1989). Εποικοδομητική προσέγγιση στην πειραματική διδασκαλία του ηλεκτρισμού. Διδακτορική διατριβή. Τμήμα Φυσικής, Α.Π.Θ.

Κουμαράς, Π., Ψύλλος, Δ., Βαλασιάδης, Ο., Ευαγγελινός, Δ. (1990). Επισκόπηση των απόψεων ελλήνων μαθητών της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης στην περιοχή των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Παιδαγωγική Επιθεώρηση, 13, 125-154.

Κουτούγκος, Α. (1981). Πρότυπα αλλαγής επιστημονικών θεωριών. Στο Θεμέλια των Επιστημών, 3, 245-268. Gutenberg – Ε.Ε.Φ., Αθήνα.

Κρασανάκης, Γ. (1987). Ψυχολογία του παιδιού. Αθήνα. Κωνσταντινίδη, Κ., Σεβαστίδου, Α., Ραφτόπουλου, Α. (2003). Η αξιοποίηση της

ιστορικής επιχειρηματολογίας στη διδασκαλία αστρονομικών φαινομένων. Στο Κ. Σκορδούλης & Κ. Χαλκιά (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». ΠΤΔΕ, Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Κωσταρίδου-Ευκλείδη, Α. (1992). Γνωστική Ψυχολογία. Art of Text, Θεσσαλονίκη. Κωστόπουλος, Δ., Κλωνάρη, Α. (1997). Ο Κόσμος μας –Επιστήμες της Γης. Αθήνα. Kafai, Y. B., Gilliland-Swetland, A. J. (2001). The use of historical materials in

elementary science classrooms. Science Education, 85(4), 349-367. Kaminski, W. (1989). Conceptions des enfants (et des autres) sur la lumiere. Bulletin

de l’Union des Physiciens, 716, 973-996. Kepler, J. (1604/2000). Optics: Paralipomena to Witelo & Optical Part of Astronomy.

Green Lion Press, Santa Fe, New Mexico. Kipnis, N. (1993). Rediscovering Optics. BENA Press, Minneapolis. Kipnis, N. (1996). The ‘historical-investigative’ approach to science teaching. Science

& Education 5(3), 277-292. Kitcher, P. (1988). The Child as parent of the scientist. Mind & Language, 3(3), 217-

228. Klein, M. J. (1972). Use and Abuse of Historical Teaching in Physics. In S. G. Brush

& A. L. King (eds), History in the Teaching of Physics. University Press of New England.

Klopfer, L. E. (1964a). History of Science Cases. Science Research Association, Chicago.

Klopfer, L. E. (1964b). The use of case histories in science teaching. School, Science and Mathematics, 64, 660-666.

216

Klopfer, L. E., Cooley, W. W. (1963). The history of science cases for high schools in the development of student understanding of science and scientists: A report on the HOSC instruction project. Journal of Research in Science Teaching, 1, 33-47.

Kohler, W. (1929/1992). Gestalt Psychology. Liveright, London. Koliopoulos, D., Tantaros, S., Papandreou, M., Ravanis, K. (2004). Preschool

children’s ideas about floating: a qualitative approach. Journal of Science Education, 5(1), 21-24.

Kovács, L. (1998). Zoltán Bay and the first moon-radar experiment in Europe (Hungary, 1946). Science & Education, 7(3), 313-316.

Koyré, A. (1978). Galileo Studies. Atlantic Highlands, Humanities Press. Kragh, H. (1992). A sense of history: History of science and the teaching of

introductory quantum theory. Science & Education 1(4), 349-363. Krasilchik, M. (1990). The scientists: An experiment in science teaching.

International Journal of Science Education 12(3), 282-287. Krathwohl, D., Bloom, B., Masia, B. (1964). Taxonomy of educational objectives.

Handbook II: Affective domain. David McKay Co, N.Y. Krnel, D., Watson, R., Grazar, S. (2005). The development of the concept of matter:

A cross-age study of how children describe materials. International Journal of Science Education 27(3), 367-383.

Kuhn, T. (1977). The Essential Tension. University of Chicago Press, Chicago. Kuhn, T. (1981). Η δομή των επιστημονικών επαναστάσεων. Σύγχρονα Θέματα,

Θεσσαλονίκη. Lakatos, I. (1987). Μεθοδολογία των προγραμμάτων επιστημονικής έρευνας.

Σύγχρονα Θέματα, Θεσσαλονίκη. Langevin, P. (1926/1964). La valeur éducative de l’histoire des sciences. In P.

Laberenne (ed.), La Pensée et l’Action. Editions Sociales, Paris. Langley, D., Ronen, M., Eylon, B. S. (1997). Light propagation and visual patterns:

Preinstruction learners’ conceptions. Journal of Research in Science Teaching, 34(4), 399-424.

Leach, J., Driver, R., Scott, P., Wood-Robinson, C. (1996). Children’s ideas about ecology 3: ideas found in children aged 5-16 about the interdependency of organisms. International Journal of Science Education 18(2), 129-141.

Lefebvre, R., Pinard, A. (1972). Apprentissage de la conversation des quantités par une méthode de conflit cognitif. Revue Canadienne des Sciences du Comportement, 7, 37-42.

Lefevre, R., Escaut, A. (1986). Les conceptions des etudiants à l’entrée dans l’Université a propos de la lumière. In A. Giordan & J. L. Martinand (eds), Feuilles d’Epistémologie Appliquée et de Didactique des Sciences, 7, 37-42.

Lefevre, R., Escaut, A. (1987). Modèles de la lumière: Les conceptions des etudiants de 1ere année universitaire. In A. Giordan & J. L. Martinant, Actes JES, 9, 297-302.

Lejeune, A. (1948). Euclide et Ptolémée: Deux stades de l’optique geometrique grecque. Louvain: Bibliothèque de l’Université.

Lemeignan, G., Weil-Barais, A. (1997). Η Οικοδόμηση των Εννοιών στη Φυσική. Τυπωθήτω – Γιώργος Δαρδανός, Αθήνα.

Lemmer, M., Lemmer, T. N., Smit, J. J. A., Vreken, N. J. (1999). Students’ perceptions of time. In M. Komorek, H. Behrendt, H. Dahncke, R. Duit, W. Graber & A. Kross (eds), Proceedings of the Second International Conference of the E.S.E.R.A. “ Research in Science Education. Past, Present, Future”. Vol. I, Kiel, Germany.

217

Lindberg, D. C. (1967). Alhazen’s theory of vision and its reception in the West. Isis, 58, 321-341.

Lindberg, D. C. (1968). The theory of pinhole images from antiquity to the thirteenth century. Archive for History of Exact Sciences, 5, 154-176.

Lindberg, D. C. (1970a). The theory of pinhole images in the fourteenth century. Archive for History of Exact Sciences, 6, 299-325.

Lindberg, D. C. (1970b). A reconsideration of Roger Bacon’s theory of pinhole images. Archive for History of Exact Sciences, 6, 214-223.

Lindberg, D. C. (1976). Theories of vision from Al-Kindi to Kepler. The University of Chicago Press, Chicago.

Lindberg, D. C. (1987). Continuity and discontinuity in the history of optics: Kepler and the medieval tradition. History and Technology, 4, 431-448.

Lindberg, D. C. (1997). Οι απαρχές της Δυτικής Επιστήμης. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Ε.Μ.Π., Αθήνα.

Linder, C. (1993). University physics students’ conceptualization of factors affecting the speed of sound propagation. International Journal of Science Education, 15(6), 655-662.

Lochhead, J., Dufrence, R. (1989). Helping students understand difficult concepts through the use of dialogues with history. In D. E. Herget (ed.), Proceedings of the First International Conference “More History and Philosophy of Science in Science Teaching”. Tallahassee, Florida State University.

Lythcott, J. (1983). “Aristotelian” was given as the answer, but what was the question? In Proceedings of the International Seminar on misconceptions in Science and Mathematics. Cornell University, Ithaca.

Ματσαγγούρας, Η. (1996). Μεθοδολογία της επιστημονικής Διδακτικής. Στο Η. Ματσαγγούρας (επιμ.), Η εξέλιξη της Διδακτικής. Gutenberg, Αθήνα.

Μίχας, Π. (2001α). Με τα μάτια του Μεσαίωνα. Αλεξανδρούπολη. Μίχας, Π. (2001β). Παραδείγματα χρήσης της Ιστορίας της Οπτικής στη διδασκαλία.

Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Μίχας, Π., Ανδρεάδης, Π. (2003). Χρήση της ιστορίας για τη διδασκαλία της ευθύγραμμης διάδοσης και της σκιάς. Στο Κ. Σκορδούλης & Κ. Χαλκιά (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». ΠΤΔΕ, Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Μπαγάκης, Γ. (1991). Επίλυση προβλημάτων: Εμπειρική μελέτη στις γνωστικές δυσκολίες των μαθητών/μαθητριών της δευτέρας Γυμνασίου όταν επιλύουν προβλήματα έργου. Επιθεώρηση Φυσικής, Ζ(20), 22-25.

Μπαγάκης, Γ. (1992). Αφιέρωμα στη Διδακτική της Φυσικής: Από το Νηπιαγωγείο μέχρι το Πανεπιστήμιο. Εκπαιδευτική Κοινότητα, 15, 23-31.

Μπαγάκης, Γ. (1999). Ένα παράξενο σύνθημα: Ο εκπαιδευτικός ως ερευνητής και μια απόπειρα θεμελίωσης της έρευνας δράσης. Στο Γ. Μπαγάκης, Εκπαιδευτικές Αλλαγές, Προγράμματα Κινητικότητας και Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης. Μεταίχμιο, Αθήνα.

Mach E. (1883/1960). The Science of Mechanics. Open Court Publishing Company, LaSalle, IL.

Mach E. (1895/1943). On instruction in the classics & the sciences. In his Popular Scientific Lectures. Open Court, LaSalle.

Marrou, H. I. (1979). Ιστορία και Μέθοδοί της (τομ. 1). ΜΙΕΤ, Αθήνα.

218

Martinand, J. L. (1989). Des objectifs-capacités aux objectifs-obstacles. In N. Bednarz & C. Garnier (eds), Construction des savoirs, obstacles et conflits. Agence d’ ARC, Ottawa.

Mas, C. J., Perez, J. H., Harris, H. H. (1987). Parallels between adolescents’ conception of gases and the history of chemistry. Journal of Chemical Education, 64(7), 616-618.

Matthews, M. R. (1989). A role for history and philosophy in science teaching. Interchange, 20(2), 3-15.

Matthews, M. R. (1992). History, Philosophy and Science teaching: The present rapprochement. Science & Education 1(1), 11-47.

Matthews, M. R. (1994). Science Teaching. The Role of History and Philosophy of Science. Routledge, N.Y.

Matthews, M. R. (2001). Methodology and politics in science: the fate of Huygens’1673 proposal of the seconds pendulum as an international standard of length and some educational suggestions. Science & Education, 10(2), 119-135.

Maurines, L. (1999). La propagation des ondes en dimension 3: analyse des difficultés des etudiants quant au modèle géométrico-ondulatoire. Didaskalia, 15, 87-122.

McCloskey, M. (1983). Intuitive Physics. Scientific American, 248, 114-122. McCloskey, M., Kargon, R. (1988). The meaning and the use of historical models in

the study of intuitive physics. In S. Strauss (ed.), Ontogeny, Phylogeny and Historical Development. Ablex Publishing Corporation, Norwood, New Jersey.

McDermott, L. (1984). Research on conceptual understanding in mechanics. Physics Today, 37, 24-32.

McDermott, L. (1996). Physics by Inquiry (2 vols). John Wiley & Sons, N.Y. McDermott, L., Shaffer, P. (2001). Μαθήματα Εισαγωγικής Φυσικής. Τυπωθήτω –

Γιώργος Δαρδανός, Αθήνα. Millar, R. (1996). Towards a science curriculum for public understanding. School

Science Review, 77, 7-18. Mischel, T. (1971). Piaget: Cognitive conflict and the motivation of thought. In T.

Mischel (ed.), Cognitive Development and Epistemology. New York. Monk, M., Osborn, J. (1997). Placing the History and Philosophy of Science on the

curriculum: A model for the development of pedagogy. Science Education, 81(4), 405-424.

Moser, P., Vander, Α. (2002). Human knowledge: classical and contemporary approaches. OUP, USA.

Mugny, G. (dir.) (1985). Psychologie sociale du développement cognitive. P. Lang, Berne.

Mugny, G., Doise, W., Perret-Clermont, A. N. (1975-76). Conflit de centrations et progrès cognitif. Bulletin de Psychologie, 29, 199-204.

Mugny, G., Giroud, J. C., Doise, W. (1978-79). Conflit de centrations et progrès cognitif II : Nouvelles illustrations expérimentales. Bulletin de Psychologie, 32, 979-985.

Murray, F. R. (ed.) (1979). The Impact of Piagetian Theory on Education, Philosophy, Psychiatry and Psychology. University of Park, Baltimore.

Murray, J. P. (1974). Social learning and cognitive development: Modeling effects on children’s understanding of conservation. British Journal of Psychology, 65, 151-160.

219

Νικολάου, Χ., Ραφτόπουλος, Α. (2003). Μια διδακτική παρέμβαση για την κατανόηση της θερμότητας και της θερμοκρασίας. Στο Κ. Σκορδούλης & Κ. Χαλκιά (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». ΠΤΔΕ, Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Νιτσόπουλος, Μ. (1984). Η παιδαγωγική Gestalt: μία αντιαυταρχική μέθοδος. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 16, 71-74.

Neisser, U. (1967). Cognitive Psychology. Appleton, Century and Crofts, N.Y. Neisser, U. (1976). Cognition and Reality. Freeman, San Francisco. Nersessian, N. J. (1989). Conceptual change in science and in science education.

Synthese, 80(1), 163-184. Nersessian, N. J. (1994). Εννοιολογική δόμηση και διδασκαλία: Ένας ρόλος για την

Ιστορία στη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών. Στο Β. Κουλαϊδής (επιμ.), Αναπαραστάσεις του φυσικού κόσμου. Gutenberg, Αθήνα.

Nesher, P. (1988). Precursors of number in children: A linguistic perspective. In S. Strauss (ed.), Ontogeny, Phylogeny and Historical Development. Ablex Publishing Corporation, Norwood, New Jersey.

Nielsen, H., Thomsen, P. V. (1990). History and Philosophy of Science in Physics Education. International Journal of Science Education, 12(3), 308-316.

Novick, S., Nussbaum, J. (1978). Junior high school pupils’ understanding of the particulate nature of matter: An interview study. Science Education, 62(3), 273-281.

Novick, S., Nussbaum, J. (1981). Pupils’ understanding of the particulate nature of matter: A cross age study. Science Education, 65(2), 187-196.

Nussbaum, J. (1983). Classroom conceptual change: The lesson to be learned from the history of science. In H. Helm & J. D. Novak (eds), Misconceptions in Science & Mathematics. Department of Education, Cornell University.

Nussbaum, J. (1985). The particulate nature of matter in gaseous phase. In R. Driver, E. Guesne & A. Tiberghien (eds), Children ideas in science. Open University Press, Buckingham.

Nussbaum, J., Novick, S. (1982). Alternative frameworks, conceptual conflict and accommodation: Toward a principled teaching strategy. Instructional Science, 11, 183-200.

Ogborn, J. (1985). Understanding students’ understanding. An example from dynamics. International Journal of Science Education, 7(2), 141-150.

Osborne, J., Black, P., Meadows, J., Smith, M. (1993). Young children’s (7-11) ideas about light and their development. International Journal of Science Education, 15(1), 83-93.

Παπαδημητρίου, Β. (1988). Σύγχρονες τάσεις για τις Φυσικές Επιστήμες του σχολείου. Παιδαγωγική Επιθεώρηση, 9, 145-160.

Παπαδημητρίου, Ε. (1996). Η θέση της Διδακτικής στο σύστημα των Κοινωνικών Επιστημών. Στο Η. Ματσαγγούρας (επιμ.), Η εξέλιξη της Διδακτικής. Gutenberg, Αθήνα.

Παπαδοπούλου, Π., Αθανασίου, Κ. (2001). Η συμβολή της ιστορίας των εννοιών στην κατανόηση των σημερινών αντιλήψεων διδασκόντων και διδασκομένων: Η περίπτωση της έννοιας «ζώο». Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Παπακωνσταντίνου, Π. (1982). Εισαγωγή στη μεθοδολογία έρευνας των Επιστημών της Αγωγής. Γιάννενα.

220

Παπαμιχαήλ, Γ. (1988). Μάθηση και κοινωνία. Η εκπαίδευση στις θεωρίες της μάθησης. Οδυσσέας, Αθήνα.

Παπανούτσος, Ε. (1973). Γνωσιολογία. Ίκαρος, Αθήνα. Πάπαρου, Φ. (2003). Ερευνώντας το «γιατί» των χημικών μεταβολών μέσα από

επεισόδια της ιστορίας της επιστήμης. Στο Κ. Σκορδούλης & Κ. Χαλκιά (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». ΠΤΔΕ, Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Παρασκευόπουλος, Π. (1984). Στοιχεία περιγραφικής και επαγωγικής στατιστικής. Αθήνα.

Πασχάλης, Α. (1989). Εισαγωγή στην επιστήμη της Ψυχολογίας. Παπαζήσης, Αθήνα. Πελεγρίνης, Θ. (2000). Αρχές Φιλοσοφίας. ΟΕΔΒ, Αθήνα. Πόρποδας, Κ. (1996). Γνωστική Ψυχολογία. Αθήνα. Palacios, F. P., Cazorla, F. N., Cervantes, A. (1989). Misconceptions on geometric

optics and their association with relevant educational variables. International Journal of Science Education, 11(3), 273-286.

Park, J., Lee, L. (2004). Analysing cognitive or non-cognitive factors involved in the process of physics problem-solving in an everyday context. International Journal of Science Education, 26(13), 1577-1595.

Perret-Clermont, A. N. (1986). La construction de l’ intelligence dans l’ interaction sociale. P. Lang (3eme ed.), Berne.

Perret-Clermont, A. N., Nicolet, M. (dir.) (1988). Interagir et connaître. Delval, Fribourg.

Peterson, R. F., Treagust, D. F. (1989). Grade-12 students’ misconceptions of covalent bonding and structure. Journal of Chemical Education, 66(6), 459-460.

Pfund, H., Duit, R. (1994 & 1998). Bibliography: Students’ alternative frameworks and Science Education. IPN, Kiel, Germany.

Piaget, J. (1930). The Child’s conception of physical causality. Routledge and Kegan Paul, London.

Piaget, J. (1950a). Introduction a l’épistémologie génétique: la pensée mathématique. PUF, Paris.

Piaget, J. (1950b). Introduction a l’épistémologie génétique: la pensée physique. PUF, Paris.

Piaget, J. (1956). La psychologie de l’ intelligence. Armand Colin, Paris. Piaget, J. (1970). Genetic Epistemology. Columbia University Press, London. Piaget, J. (1974). Réussir et comprendre. PUF, Paris. Piaget, J. (1976). La représentation du monde chez l’enfant. PUF, Paris. Piaget, J. (1978). Le jugement et le raisonnement chez l’enfant. Delachaux et Niestlé,

Paris. Piaget, J. (1979α). Προβλήματα Γενετικής Ψυχολογίας. Υποδομή, Αθήνα. Piaget, J. (1979β). Ψυχολογία και Παιδαγωγική. Νέα σύνορα, Αθήνα. Piaget, J. (1986). Η ψυχολογία της νοημοσύνης. Καστανιώτης, Αθήνα. Piaget, J., Garcia, R. (1971). Les explications causales. PUF, Paris. Piaget, J., Garcia, R. (1983). Psychogenèse et histoire des sciences. PUF, Paris. Piaget, J., Inhelder, B. (1967). Η ψυχολογία του παιδιού. Ζαχαρόπουλος, Αθήνα. Piaget, J., Inhelder, B. (1981). La représentation de l’espace chez l’enfant. PUF,

Paris. Pol, H., Harskamp, E., Suhre, C. (2005). Solving physics problems with the help of

computer-assisted instruction. International Journal of Science Education, 27(4), 451-469.

Popper, K. (2002). The logic of Scientific Discovery. Routledge, London.

221

Prat, C. (1989). Conceptions des élèves de collège sur la lumiere et les phénomènes de couleur. Bulletin de l’Union de Physiciens, 710, 97-113.

Ραβάνης, Κ. (1991). Η συμβολή της συγκρουσιακής δυναμικής στη διδακτική μεθοδολογία του μετασχηματισμού των αυθόρμητων παραστάσεων των μαθητών της 5ης Δημοτικού για το φως. Διδακτορική διατριβή, Π.Τ.Ν., Πάτρα.

Ραβάνης, Κ. (1994). Το φως ως οντότητα στο χώρο. Αυθόρμητες νοητικές παραστάσεις παιδιών ηλικίας δέκα ετών. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 74, 71-78.

Ραβάνης, Κ. (1996). Από τη Γενική Διδακτική στη Διδακτική των Φυσικών Επιστημών. Παιδαγωγική συνέχεια και επιστημολογική ασυνέχεια. Στο Η. Ματσαγγούρας (επιμ.), Η εξέλιξη της Διδακτικής. Gutenberg, Αθήνα.

Ραβάνης, Κ. (2000). Πώς βλέπουμε τα ετερόφωτα αντικείμενα; Βιωματικές νοητικές παραστάσεις μαθητών/τριών 12-13 ετών για την όραση. Στο Πρακτικά του 2ου Πανελλήνιου Συνεδρίου «Η Διδακτική των Φυσικών Επιστημών και η Εφαρμογή Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση». Λευκωσία, Κύπρος.

Ραβάνης, Κ. (2002). Οι Φυσικές Επιστήμες στην προσχολική εκπαίδευση. Τυπωθήτω – Γιώργος Δαρδανός, Αθήνα.

Ραβάνης, Κ. (2003). Η Φυσική στον κόσμο της εκπαίδευσης: Διδασκαλία, Διδακτική και Εκπαιδευτικές αποφάσεις. Στο Πρακτικά του 8ου κοινού Συνεδρίου Ε.Ε.Φ. & Ένωσης Κυπρίων Φυσικών «Προοπτικές, Εξελίξεις και Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών», τόμος Α΄. Ε.Ε.Φ., Καλαμάτα.

Ραβάνης, Κ., Κολιόπουλος, Δ. (2000). Εκπαιδευτικά προγράμματα και διδακτικό υλικό για τη διδασκαλία της Φυσικής: Η τεράστια αδράνεια του αναχρονισμού. Στο Πρακτικά του 8ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της Ένωσης Ελλήνων Φυσικών. Ε.Ε.Φ., Αθήνα.

Ραβάνης, Κ., Παπαμιχαήλ, Γ. (1994). Η διαδικασία της κοινωνικογνωστικής σύγκρουσης ως παράγων μετασχηματισμού των αυθόρμητων παραστάσεων παιδιών 10 ετών, για το σχηματισμό σκιάς, σε επιστημονικές έννοιες. Στο Β. Κουλαϊδής (επιμ.), Αναπαραστάσεις του φυσικού κόσμου. Gutenberg, Αθήνα.

Ραβάνης, Κ., Αποστολίδου, Μ., Ασβεστά, Μ., Κολιόπουλος, Δ. (2002). Θεωρητικές, μεθοδολογικές, και διδακτικές διαστάσεις του ζητήματος της νοητικής συγκρότησης πρόδρομων μοντέλων των Φυσικών Επιστημών. Η τριβή ολίσθησης στη σκέψη παιδιών 5-6 ετών. Παιδαγωγική Επιθεώρηση, 34, 156-172.

Ρούσσος, Π., Τσαούσης Γ. (2002). Στατιστική εφαρμοσμένη στις κοινωνικές επιστήμες. Ελληνικά γράμματα, Αθήνα.

Ramadas, J., Driver, R. (1989). Aspects of secondary students’ ideas about light. Centre for Studies in Science and Mathematics Education, University of Leeds.

Ravanis, K., Papamichaël, Y. (1995). Procédures didactiques de déstabilisation du système spontanée des élèves pour la propagation de la lumière. Didaskalia, 7, 43-61.

Reiner, M., Finegold, M. (1987). Changing students’ explanatory frameworks concerning the nature of light. In Proceedings of the second International Seminar «Misconceptions and Educational Strategies in Science and Mathematics II». Cornell University, Ithaca.

Reiner, M., Slotta, J. D., Chi, M. T. H., Resnick, L. B. (2000). Naive physics reasoning: A commitment to substance-based conceptions. Cognition and Instruction, 18(1), 1-34.

Reuclin, M. (1976). Précis de statistique. PUF, Paris. Rice, K., Feher, E. (1987). Pinholes and images: Children’s conceptions of light and

vision. Science Education 71(4), 629-639.

222

Robin, N., Ohlsson, S. (1989). Impetus then and now: A detailed comparison between Jean Buridan and a single contemporary subject. In D. E. Hegert (ed.), The History and Philosophy of Science Teaching. Florida State University, Florida.

Ronchi, V. (1956). Histoire de la lumiere. SEVPEN, Paris. Rosen, S. (1983). The role of the History of Science in the Training of Science

Teachers. Paper presented at the Bat Sheva Seminar on Preservice and Interservice Education of Science Teaching. The Weizmann Institute, Rehovot and the Hebrew University of Jerusalem, January 3-13, Jerusalem.

Rosenthal, T. L., Zimmerman, B. J. (1972). Modeling by exemplification and interaction in training conservation. Developmental Psychology, 6, 392-401.

Roth, K. T., Anderson, C. W., Smith, E. L. (1986). Curriculum materials, teacher talk and student learning: Case studies in fifth-grade science teaching. Michigan State University, The Institute of Research and Teaching.

Russell, T. L. (1981). What history of science, how much and why? Science Education, 65, 51-64.

Σέρογλου, Φ. (2000). Η συμβολή της ιστορίας της φυσικής στο σχεδιασμό διδακτικού υλικού. Διδακτορική διατριβή, Π.Τ.Δ.Ε., Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης.

Σέρογλου, Φ. (2003). Ιστορία των φυσικών επιστημών και επιστημονικός αλφαβητισμός: μια πρόταση για τη διαθεματική διδασκαλία του εκκρεμούς. Στο Κ. Σκορδούλης & Κ. Χαλκιά (επιμ.), 2ο Πανελλήνιο Συνέδριο «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». ΠΤΔΕ, Πανεπιστήμιο Αθηνών.

Σέρογλου, Φ., Κουμαράς, Π. (2001). Συγκριτική παρουσίαση των προτάσεων για τη συμβολή της ιστορίας της φυσικής στη γνωστική, μεταγνωστική και συναισθηματική διάσταση της διδασκαλία και μάθησης της φυσικής. Διερεύνηση της εφαρμοσιμότητας προτάσεων της γνωστικής διάστασης με το μοντέλο SHINE. Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Σκαμάγκα, Κ. (2002). Βιωματικές νοητικές παραστάσεις παιδιών ηλικίας 11 ετών για την έννοια του βάρους. Στο Π. Κόκκοτας, Ι. Βλάχος, Π. Πήλιουρας, & Κ. Πλακίτση (επιμ.), Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στην κοινωνία της πληροφορίας. Πρακτικά του 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της ΕΔΙΦΕ. Γρηγόρης, Αθήνα.

Σολομωνίδου, Χ., Σταυρίδου, Ε. (1993). Οι έννοιες της δράσης και της αντίδρασης: μελέτη γνωστικών δυσκολιών και διδακτική αντιμετώπιση με ένα καινοτομικό μοντέλο ερευνητικής και διδακτικής παρέμβασης. Επιθεώρηση Φυσικής, Θ(24), 19-33.

Saltiel, E., Viennot, L. (1985). What do we learn from similarities between historical ideas and the spontaneous reasoning of students? In P. L. Lijnse (ed.), The many faces of teaching and learning mechanics in secondary and early tertiary education. Girep, Utrecht.

Sanner, M. (1980). Prise en compte des représentations dans les stratégies pédagogiques: perspectives. AJIES, 2, 121-130. Chamonix.

Sanner, M. (1983). Du concept au fantasme. PUF, Paris. Science Education. http://www. ipn.uni-kiel.de/aktuell/stcse/stcse.html. Scott, P., Asoko, H., Driver, R. (1991). Teaching for conceptual change: A review of

strategies. In R. Duit, F. Goldberg & H. Niedderer (eds), Research in Physics Learning: Theoretical Issues and Empirical Studies. University of Kiel, Germany.

223

Selley, N. F. (1996). Children’s ideas on light and vision. International Journal of Science Education, 18(6), 713-723.

Sequeira, M., Leite, L. (1991). Alternative Conceptions and History of Science in Physics Teacher Education. Science Education, 75(1), 45-56.

Seroglou, F., Koumaras, P. (2001). The Contribution of the History of Physics in Physics education: A Review. Science & Education, 10(1-2), 153-172.

Seroglou, F., Koumaras, P., Tselfes, V. (1998). History of Science and instructional design: The case of electromagnetism. Science & Education, 7(3), 261-280.

Shayer, M., Wylam, H. (1981). The development of the concepts of heat and temperature in 10-13 years old. Journal of Research in Science Teaching, 18(5), 419-434.

Sherratt, W. J. (1982). History of Science in the science curriculum: An historical perspective. School Science Review, December 1982, 225-236.

Smith, C., Carey, S., Wiser, M. (1985). On differentiation: A case study of the development of the concepts of size, weight and density. Cognition, 21, 177-237.

Solomon, J. (1989). The retrial of Galileo. In D. E. Herget (ed.), Proceedings of the First International Conference “More History and Philosophy of Science in Science Teaching”. Tallahassee, Florida State University.

Solomon, J. (1991a). Exploring the nature of science: Key stage 3. Blackie Schools, Glasgow.

Solomon, J. (1991b). Teaching about the nature of science in the British National Curriculum. Science Education, 75(1), 95-103.

Solomon, J., Scott, L., Duveen, J. (1996). Large-scale exploration of pupils’ understanding of the nature of science. Science Education, 80(5), 493-508.

Stavy, R. (1991). Children’s ideas about matter. School, Science and Mathematics, 91(6), 240-244.

Stavy, R., Berkovitz, B. (1980). Cognitive conflict as a basis for teaching quantitative aspects of the concept of temperature. Science Education, 64(5), 697-692.

Stead, B. F., Osborn, R. J. (1980). Exploring science student’s concepts of light. Australian Science Teachers Journal, 26(3), 84-90.

Steinberg, M, S., Brown, D. E., Clement, J. (1990). Genius is not immune to persistent misconceptions: conceptual difficulties impeding Isaac Newton and contemporary physics students. International Journal of Science Education, 12(3), 265-273.

Stinner, A., Williams, H. (1998). History and philosophy of science in the science curriculum. In K. G. Tobin & B. J. Fraser (eds), International handbook of Science Education. Kluver Academic Publishers, Dordrecht.

Straker, S. M. (1971). Kepler’s Optics: A study in the development of seventeenth-century natural philosophy. Ph. D. Thesis, Indiana University.

Sydner, S., Feldman, D. (1977). Internal and External influences on cognitive development change. Child Development, 48, 937-943.

Τζανάκης, Κ. (2001). Η αξιοποίηση της Ιστορίας της Φυσικής στη διδασκαλία της: Σχόλια, επισημάνσεις και κατευθύνσεις. Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Τσελφές, Β. (1989). Η Ιστορία των Φ.Ε. και οι Δάσκαλοι που τις χειρίζονται στην εκπαίδευση των (μη επιστημόνων) πολιτών. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 45, 63-71.

224

Τσελφές, Β. (1991). Διδάσκοντας φυσικές επιστήμες στην υποχρεωτική εκπαίδευση – Ιστορία των φυσικών επιστημών: Ποια πιθανή σχέση; Προφορική παρουσίαση στο Συμπόσιο «Η εκπαιδευτική ανάπτυξη της Ιστορίας των Φυσικών Επιστημών». Θεσσαλονίκη, Αύγουστος, 1991.

Τσελφές, Β. (2001). Ιστορικός λόγος ‘περί επιστήμης’ και διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στην προοπτική 2000+. Στο Π. Κουμαράς, Φ. Σέρογλου & Σ. Σκορδούλης (επιμ.), Πρακτικά του Συμποσίου «Η συμβολή της Ιστορίας και Φιλοσοφίας των Φυσικών Επιστημών στη Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών». Χριστοδουλίδης, Θεσσαλονίκη.

Τσελφές, Β., Κουλαϊδής, Β. (1994). Μια διερεύνηση των αντιλήψεων των μαθητών για τη σχέση φωτός-θερμότητας. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 76, 51-58.

Taber, K. S. (2005). Learning quanta: Barriers to stimulating transitions in student understanding of orbital ideas. Science Education, 89(1), 71-93.

Tao, P. K. (2001). Developing understanding through confronting varying views: The case of solving qualitative physics problems. International Journal of Science Education, 23(12), 1201-1218.

Teichmann, J. (1983). The ‘history’ laboratory. In F. Bevilacqua & P. J. Kennedy (eds), Proceedings of the International Conference on “Using History of Physics in Innovatory Physics Education”. Pavia, Italy.

Teichmann, J. (1991). History and historical experiments in physics education with special regard to Astronomy. Physics Education, 26, 46-51.

Teichmann, J. (1999). Studying Galileo at secondary school: A reconstruction of his “jumping-hill” experiment and the process of discovery. Science & Education, 8(2), 121-136.

Thacker, B. A., Ganiel, U., Boys, D. (1999). Macroscopic phenomena and microscopic processes: Student understanding of transients in direct current electric circuits. American Journal of Physics, 67(suppl. 7), 25-31.

Tiberghien, A. (1984a). Revue critique sur les recherches visant a élucider le sens de la notion de lumière pour les élèves de 10 a 16 ans. In Recherche en didactique de la Physique: Les actes du premier atelier international. CNRS, Paris.

Tiberghien, A. (1984b). Revue critique sur les recherches visant a élucider le sens des notions de température et chaleur chez les élèves de 10 a 16 ans. In Recherche en didactique de la Physique: Les actes du premier atelier international. CNRS, Paris.

Tiberghien, A. (1985). Quelques éléments sur l’évolution de la recherche en didactique de la physique. Revue Française de Pédagogie, 72, 71-86.

Tiberghien, A., Delacote, G., Ghiglione, R., Matalon, B. (1980). Conceptions de la lumière chez l’enfant de 10 – 12 ans. Revue Française de Pédagogie, 50, 24-41.

Φλουρής, Γ. (1992). Η αρχιτεκτονική της διδασκαλίας και η διαδικασία της μάθησης. Γρηγόρης, Αθήνα.

Φράγκος, Χ. (1984). Ψυχοπαιδαγωγική. Gutenberg, Αθήνα. Vergnaud, G. (1989). Questions vives de la psychologie du développement. Bulletin

de Psychologie, XLII(390), 450-457. Viennot, L. (1979). Le raisonnement spontané en dynamique élémentaire. Hermann,

Paris. Voska, K. W., Heikkinen, H. W. (2000). Identification and analysis of student

conceptions used to solve chemical equilibrium problems. Journal of Research in Science Teaching, 37(2), 160-176.

Vygotski, B. (1993). Σκέψη και γλώσσα. Γνώση, Αθήνα. Wandersee, J. H. (1986). Can the history of science help science educators anticipate

students’ misconceptions? Journal of Research in Science Teaching, 23(7), 581-597.

225

Wandersee, J. H. (1990). On the value and use of the history of science in teaching today’s science: Constructing historical vignettes. In D. E. Herget (ed.), Proceedings of the First International Conference “More History and Philosophy of Science in Science Teaching”. Tallahassee, Florida State University.

Wandersee, J., Mintzes, J., Novak, J. (1994). Research in alternative conceptions in science. In D. Gabel (ed.), Research Handbook on Research on Science, Teaching and Learning. MacMillan, N.Y.

Watts, M. (1982). Gravity: Don’t take it for granted. Physics Education, 17, 116-121. Watts, M., Gilbert, J. K. (1985). Appraising the understanding of science concepts:

Light. Department of Educational Studies, University of Surrey, Guildford. Weil-Barais, A. (1985). L’étude des connaissances des élèves comme préalable a

l’action didactique. Bulletin de Psychologie, 368, 157-160. Weil-Barais, A. (1991). Résolution de problèmes. In J. P. Rossi (dir.), La recherche

en Psychologie, Domaines et méthodes. Dunod, Paris. Weil-Barais, A. (1994). Heuristic value of the notion of Zone of Proximal

Development in the study of child and adolescent construction of concept in Physics. European Journal of Psychology of Education, IX(4), 367-383.

Weil-Barais, A., Lemeignan, G. (1990). Apprentissage de concepts en Mécanique et modélisation de situations expérimentales. European Journal of Psychology of Education, V(4), 391-416.

Welch, W. (1973). Review of the research and evaluation program of Harvard Project Physics. Journal of Research in Science Teaching, 104, 365-378.

Whitaker, M. A. B. (1979). History and Quasi-History in Physics Education. Physics Education, 14, 108-112.

Whitaker R. J. (1983). Aristotle is not dead: Student understanding of trajectory motion. American Journal of Physics, 51(4), 352-357.

Whiteley, P. (1993). The History of Physics – its use in a Caribbean Physics Syllabus. School Science Review, 75(271), 123-127.

Winnykamen, F., Lafont, L. (1990). Place de l’imitation - modélisation parmi les modalités relationnelles d’acquisition: Le cas des habiletés motrices. Revue Francaise de Pédagogie, 92, 23-30.

Wiser, M. (1988). The differentiation of heat and temperature: History of Science and novice-expert shift. In S. Strauss (ed.), Ontogeny, Phylogeny and Historical Development. Ablex Publishing Corporation, Norwood, New Jersey.

Wiser, M., Carey, S. (1983). When heat and temperature were one. In D. Gentner & A. L. Stevens (eds), Mental Models. Lawrence Erlbaum, Hillsdale, N. J.

Χατζηνικήτα, Β. (1997). Διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών: Εννοιολογικά δίκτυα και εμπόδια. Η Λέσχη των Εκπαιδευτικών, 18, 24-26.

Χατζηνικήτα, Β., Κουλαϊδής, Β., Ραβάνης, Κ. (1996). Ιδέες μαθητών προσχολικής και πρώτης σχολικής ηλικίας για το βρασμό του νερού. Ερευνώντας τον κόσμο του παιδιού, 2, 106-116.

Χατζηνικήτα, Β., Κουλαϊδής, Β., Χρηστίδου, Β. (1997). Κατασκευή δυναμικού δικτύου «στόχου-εμποδίου» για μια διδακτική προσέγγιση: Μεταβολές της ύλης. Στο Γ. Καλκάνης (επιμ.), Οι Φυσικές Επιστήμες και η Τεχνολογία στην Πρωτοβάθμια Εκπαίδευση. ΠΤΔΕ Πανεπιστημίου Αθηνών, Αθήνα.

Ψαρρός, Ν., Σταυρίδου, Ε. (2002). Αντιλήψεις των παιδιών της Ε΄ Δημοτικού για τη λειτουργία του πεπτικού συστήματος. Στο Π. Κόκκοτας, Ι. Βλάχος, Π. Πήλιουρας, & Κ. Πλακίτση (επιμ.), Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών στην κοινωνία της πληροφορίας. Πρακτικά του 1ου Πανελλήνιου Συνεδρίου της ΕΔΙΦΕ. Γρηγόρης, Αθήνα.

226

Ψύλλος, Δ. (1979). Συγκριτική μελέτη δύο μελετών Φυσικής και οι επιπτώσεις για την αναδιάρθρωση της διδασκαλίας και μάθησης της Φυσικής στην Ελλάδα. Επιθεώρηση Φυσικής, 4, 38-43.

Ψύλλος, Δ. (1988). Οι επιπτώσεις των ιδεών των μαθητών στο σχεδιασμό της διδακτικής διαδικασίας. Διεθνές Workshop Διδακτικής της Φυσικής, Παιδαγωγικά τμήματα Πανεπιστημίου Αιγαίου, Ρόδος.

Ψύλλος, Δ., Κουμαράς, Π., Καριώτογλου, Π. (1993). Εποικοδόμηση της γνώσης στην τάξη με συνέρευνα δασκάλου και μαθητή. Σύγχρονη Εκπαίδευση, 70, 34-42.

Zogza, V., Papamichaël, Y. (2000). The development of the concept of alive by preschoolers through a cognitive conflict teaching intervention. European Journal of Psychology of Education, XV(2), 191-205.

227

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

228

Α. ΠΡΩΤΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: ΕΡΓΑ ΜΕ ΔΙΑΦΡΑΓΜΑΤΑ ΠΟΥ ΦΕΡΟΥΝ ΟΠΕΣ

Πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας: Προ-έλεγχος

Α11

Α12

Α13

Α14

229

Α21

Α22

Α23

Α24

230

Α25

Α26

Α27

Α28

231

Δεύτερο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας: Διδακτική παρέμβαση Πρώτη φάση: Εμπλοκή των μαθητών στις συγκρουσιακές διδακτικές διαδικασίες

Β2

Β1

Β3

232

Δεύτερη φάση: Πειραματική παρέμβαση

Γ1

Γ2

Γ3

233

234

Β. ΔΕΥΤΕΡΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ: ΕΡΓΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΕΜΠΟΔΙΩΝ

Πρώτο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας: Προ-έλεγχος

Α΄11

Α΄12

Α΄13

Α΄14

235

Α΄21

Α΄22

Α΄23

Α΄24

236

Α΄25

Α΄26

Α΄27

Α΄28

237

Δεύτερο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας: Διδακτική παρέμβαση Πρώτη φάση: Εμπλοκή των μαθητών στις συγκρουσιακές διδακτικές διαδικασίες

Β΄1

Β΄2

Β΄3

238

Δεύτερη φάση: Πειραματική παρέμβαση

Γ΄3

Γ΄2

Γ΄1

239