Ερευνητική εργασία: "Οι αναπαραστάσεις των μαθητών για τα διαλύματα".

1.     Εισαγωγή

Η διάλυση είναι μία πολύ βασική έννοια στον χώρο των Φυσικών Επιστημών. Καθώς παίζει σημαντικό ρόλο σε πληθώρα φυσικών φαινομένων, πιστεύουμε ότι οι μαθητές του Δημοτικού θα έπρεπε να έχουν από νωρίς μια σαφή αντίληψη για τα διαλύματα.

Ήδη από το Νηπιαγωγείο, γίνεται αναφορά στα διαλύματα αφού, όπως έχει διαπιστωθεί, η ιδιότητα της ζάχαρης, του αλατιού, κτλ. να διαλύονται στο νερό είναι αντιληπτή και κατανοητή από τα νήπια (βιβλίο δραστηριοτήτων για το Νηπιαγωγείο,

ΟΕΔΒ, σελ. 204). Εξυπακούεται λοιπόν ότι στο εκπαιδευτικό σύστημα η διάλυση αντιμετωπίζεται ως βασική έννοια, αφού εισάγεται τόσο νωρίς. Στις επόμενες όμως τάξεις του Δημοτικού αυτή η έννοια είτε χρησιμοποιείται για την εξήγηση άλλων φαινομένων θεωρούμενη ως γνωστή (Β’ και Γ’ τάξεις: «πώς τρέφονται τα φυτά»), είτε αναφέρεται σαν δευτερεύουσα έννοια (Δ’ τάξη: Θερμότητα, Ε’ τάξη: αναφέρεται στα πλαίσια της κατανόησης της έννοιας «φαινόμενο», σελ. 11 Βιβλίο Δασκάλου), χωρίς να εξηγείται η διαδικασία της διάλυσης αυτή καθεαυτή. Δηλαδή, σε αντίθεση με την ευρωπαϊκή πρωτοβάθμια εκπαίδευση, η οποία δίνει μεγάλη έμφαση στα διαλύματα, το ελληνικό σχολείο τα χρησιμοποιεί χωρίς προηγουμένως να τα έχει διδάξει.. Αυτό αποτελεί πρόβλημα, διότι δεν μπορεί το σχολείο να βασίζεται στην έννοια του διαλύματος για να επεκταθεί σε άλλες συνθετότερες (π.χ. θρέψη των φυτών, κυτταρική λειτουργία). Σε μία προσπάθεια να διαπιστώσουμε τις συνέπειες του παραπάνω προβλήματος, αποφασίσαμε να εκπονήσουμε αυτή την έρευνα, θέτοντας τα εξής ερευνητικά ερωτήματα:

Ø Έχουν κατανοήσει οι μαθητές του Δημοτικού τον μηχανισμό της διάλυσης ;

Ø Ποιες εξηγήσεις δίνουν ;

Ø Χρησιμοποιούν σωστά τους κατάλληλους όρους ;

Ø Ποιες ιδιότητες αποδίδουν στα διαλύματα ;

Το θέμα της έρευνάς μας έχει απασχολήσει πολλούς ερευνητές. Ήδη από το 1968 στο Παρίσι, οι Piaget και Inhelder (1968)  είχαν διερευνήσει τις ιδέες των παιδιών για τη διάλυση της ζάχαρης στο νερό. Η Driver (1985) έχει μελετήσει τον συλλογισμό των μαθητών σχετικά με τη διατήρηση, τις διαδικασίες αλλαγής κατάστασης, τη διάλυση και την καύση. Στη Φινλανδία, η Ahtee (1993) εκπόνησε έρευνα σκοπός της οποίας ήταν να διαπιστωθεί πώς κατανοούν οι μαθητές της Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης στη Φινλανδία, ηλικίας από 13 έως 15 ετών, τη διάλυση του αλατιού μέσα στο νερό. Στη Μάλαγα της Ισπανίας, οι Prieto & al. (1989), διερεύνησαν τις ιδέες των Ισπανών μαθητών ηλικίας 11 έως 14 ετών για τα διαλύματα και τη διαδικασία της διάλυσης. Επειδή οι περισσότεροι μελετητές έδιναν έμφαση σε ποσοτικές μεταβολές, δεν υπήρχε μια συστηματική μελέτη αποκλειστικά για τις εξηγήσεις περί του μηχανισμού της διάλυσης. Αυτός είναι ένας ακόμη λόγος για την εκπόνηση της έρευνάς μας η οποία δεν στέκεται σε ποσοτικές μεταβολές όπως π.χ. η διατήρηση ή μη διατήρηση  του όγκου, της μάζας, αλλά ασχολείται με τις ποιοτικές μεταβολές.

2.     Σκοπός της έρευνας

Σκοπός αυτής της έρευνας είναι να αναδειχθούν οι αναπαραστάσεις που κρύβονται πίσω από τις εξηγήσεις και τους όρους που δίνουν οι μαθητές της Ε’ και Στ’ τάξης του Δημοτικού για τη διάλυση της ζάχαρης, του οινοπνεύματος και κατ’ επέκταση και άλλων ουσιών στο νερό. Έτσι θα προσπαθήσουμε να συγκεντρώσουμε τις ιδέες των παιδιών για τα διαλύματα και να βγάλουμε χρήσιμα συμπεράσματα για την ορθότητά τους και για το πώς αυτές επηρεάζονται από τη διδασκαλία. Δεν θα μας απασχολήσουν εξηγήσεις ποσοτικών μεταβολών, αλλά εξηγήσεις ποιοτικής υφής, όπως π.χ. τι συμβαίνει με τα διαλύματα σε σωματιδιακό επίπεδο, ποια ουσία παίζει μεγαλύτερο ρόλο (διαλύτης-διαλυόμενη ουσία), ποια είδη διαλυμάτων πιστεύουν τα παιδιά ότι υπάρχουν, κτλ.

3.     Μεθοδολογία

Για την εκπόνηση της έρευνας χρησιμοποιήθηκε το ερευνητικό εργαλείο της συνέντευξης. Πραγματοποιήθηκαν συνεντεύξεις σε παιδιά της Ε’ και Στ’ τάξης του Δημοτικού, τόσο στη Ρόδο όσο και στον τόπο καταγωγής του κάθε φοιτητή που συμμετείχε στο τμήμα. Συμμετείχαν συνολικά 10 φοιτητές που επέλεξαν από μία δική του συνέντευξη ο καθένας (την οποία είχε πάρει ο ίδιος από μαθητή Δημοτικού) και η συνέντευξη αυτή παραδόθηκε προς ανάλυση σε όλους τους φοιτητές του τμήματος. Έτσι, ο καθένας συγκέντρωσε από 10 συνεντεύξεις για να τις αναλύσει.

O τρόπος που έγινε κάθε συνέντευξη έχει ως εξής: Αρχικά δείχνουμε στο παιδί ένα πείραμα κατά το οποίο ρίχνουμε λίγη ζάχαρη μέσα σε γυάλινο ποτήρι γεμάτο με νερό και ανακατεύουμε. Χωρίς να κάνουμε την παραμικρή υπαγόρευση, ρωτάμε το παιδί: «τι νομίζεις ότι έγινε ;». Σε κάθε γεγονός που μας αναφέρει το παιδί ζητάμε την εξήγησή του (γιατί νομίζεις ότι γίνεται αυτό ;). Στη συνέχεια ζητάμε από τον μαθητή ένα σκίτσο που να παριστάνει όλες τις λεπτομέρειες του περιάματος και επαναλαμβάνουμε αλλά αυτή τη φορά με νερό και μικρή ποσότητα καθαρού οινοπνεύματος. Επιλέγουμε καθαρό οινόπνευμα και όχι μπλε διότι τα παιδιά έχουν την τάση να παρασύρονται από το χρώμα και να παρερμηνεύουν τα φαινόμενα (είναι χαρακτηριστικό της παιδικής αντίληψης να επικεντρώνεται στο πιο εξέχον χαρακτηριστικό ενός σώματος). Αφού μας ζωγραφίσουν άλλο ένα σκίτσο για το οινόπνευμα και ρωτήσουμε για τις λεπτομέρειές του, φτάνουμε στις γενικές ερωτήσεις. Σ’ αυτές ζητάμε καταρχάς από το παιδί να μας δώσει έναν ορισμό για τα διαλύματα («τι είναι για σένα τα διαλύματα;»). Έπειτα του ζητάμε να μας αναφέρει μερικά παραδείγματα διαλυμάτων από την καθημερινή του ζωή, όσα περισσότερα μπορεί. Τέλος, του παρουσιάζουμε ένα σκίτσο με τρις διαφορετικές φάσεις της διάλυσης της ζάχαρης στο νερό σε επίπεδο μορίων. Του ζητάμε να επιλέξει μία από τις τρεις περιπτώσεις ως σωστή με τις απαραίτητες εξηγήσεις και για τις τρεις. Το σκίτσο που δείχνουμε στα παιδιά είναι το εξής:

4.     Ανάλυση των συνεντεύξεων

Ο τρόπος με τον οποίο τα παιδιά ερμηνεύουν τα διάφορα φαινόμενα λέγεται εμπειρική μορφή αιτιότητας (ΕΜΑ). Σύμφωνα με αυτήν, επιλέγουμε τρία κριτήρια με τα οποία ταξινομούμε τις εξηγήσεις των μαθητών.

1^ο κριτήριο: Παρουσία ή απουσία παράγοντα

Σύμφωνα με αυτό το κριτήριο, διακρίνουμε τις εξηγήσεις σε παραγοντικές και μη παραγοντικές. Παραγοντική λέγεται μια εξήγηση όταν εκφράζεται με όρους τους εξωτερικού περιβάλλοντος. Ανάλογα με το τι θεωρούμε εμείς ως σύστημα, διακρίνουμε και το εξωτερικό του περιβάλλον. Έτσι, όταν μιλάμε μόνο για τη ζάχαρη εξωτερικό περιβάλλον μπορεί να θεωρηθεί το νερό, ενώ όταν μιλάμε για το σύστημα νερό-ζάχαρη εξωτερικό περιβάλλον μπορεί να θεωρηθεί ο ανθρώπινος παράγοντας (π.χ. εμείς που ανακατεύουμε). Οι παραγοντικές εξηγήσεις ταξινομούνται σε δράση, αλληλεπίδραση και συνθήκες παραγωγής. Στη δράση υπάρχει ένας άμεσος δράστης και ένας παθητικός. Στην αλληλεπίδραση έχουμε δύο άμεσους δράστες, ενώ στις συνθήκες παραγωγής δίνεται το πλαίσιο - οι συνθήκες - του φαινομένου και έχουμε έναν έμμεσο δράστη (π.χ. όταν ανακατεύουμε το νερό διαλύει τη ζάχαρη). Παράδειγμα μη παραγοντικής εξήγησης είναι όταν π.χ. το παιδί λέει «η ζάχαρη διαλύεται μόνη της».

2^ο κριτήριο: Αναφορά ή όχι σε χαμηλότερο επίπεδο

Αυτό το κριτήριο ταξινομεί τις εξηγήσεις σε μακροσκοπικές, μικροσκοπικές και μακρο-μικροσκοπικές. Μακροσκοπική είναι μία εξήγηση όταν δεν αναφέρεται καθόλου σε επίπεδο σωματιδίων και εξηγεί τη διάλυση σε καθαρά μακροσκοπικό επίπεδο. Μικροσκοπική είναι η εξήγηση όταν αναφέρονται συνεχώς μόρια, άτομα, κλπ. Και μακρο-μικροσκοπική όταν για το ένα συστατικό είναι μακροσκοπική (π.χ. νερό) και για το άλλο (μικροσκοπική) (π.χ. ζάχαρη). Είναι απαραίτητο να ξεκαθαρίζουμε πότε το παιδί αναφέρεται σε σωματίδια και όχι σε κομματάκια ζάχαρης, π.χ.  όταν μας μιλάει για «πολύ μικρά κομματάκια ζάχαρης που υπήρχαν και πριν ρίξουμε τη ζάχαρη στο νερό» συμπεραίνουμε ότι δεν αναφέρεται σε μόρια ζάχαρης, αλλά απλά σε μικρά κομματάκια.

3^ο κριτήριο: Εξήγηση με φυσικό ή μη φυσικό τρόπο

Όταν η εξήγηση του μαθητή για τη διάλυση αναφέρεται σε διαδικασίες που έχουν να κάνουν με υλικά σώματα λέγεται νατουραλιστική εξήγηση, ενώ σε μη νατουραλιστικές εξηγήσεις έχουμε ανιμισμό, ατριφισιαλισμό, τελεολογία, μαγική εξήγηση. Υπάρχει περίπτωση μια εξήγηση να είναι νατουραλιστική και μη νατουραλιστική όταν συνδυάζει και τις δύο παραπάνω περιπτώσεις.

Από την ανάλυση των σκίτσων μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα σχετικά με τις ιδέες των παιδιών για την ομοιογένεια των διαλυμάτων και την ασυνέχεια της ύλης. Ειδικότερα, όταν στο σκίτσο υπάρχουν κουκίδες που διευκρινίζεται ότι είναι μόρια, συμπεραίνουμε ότι το παιδί έχει οικοδομήσει σε κάποιο ποσοστό την έννοια της ασυνέχειας. Αν αυτές οι κουκίδες έχουν την ίδια πυκνότητα συμπεραίνουμε ομοιογένεια και στην αντίθετη περίπτωση ανομοιογένεια.

Στην ανάλυση κάθε συνέντευξης βγάζουμε και συμπεράσματα για τη διατήρηση της ουσίας κατά τη διάλυσή της, τα τρία στάδια του Piaget, κτλ. , ενώ στο τέλος της εργασίας κατηγοριοποιούμε τα παραδείγματα και τους ορισμούς που μας δίνουν τα παιδιά, βγάζοντας γενικά συμπεράσματα.

5.     Συμπεράσματα

Με μια πρώτη εκτίμηση των αποτελεσμάτων των αναλύσεων συμπεραίνουμε ότι οι απαντήσεις των μαθητών διακρίνονται από μια αρκετά μεγάλη ποικιλότητα. Γενικά, μπορούμε να πούμε ότι τα παιδιά στην πλειοψηφία τους δίνουν εξηγήσεις παραγοντικές, νατουραλιστικές και μικροσκοπικές.

Αναλυτικότερα, στην περίπτωση της ζάχαρης τα περισσότερα παιδιά θεωρούν άμεσο δράστη το νερό. Σύμφωνα με την Driver, το φαινόμενο αυτό ονομάζεται γραμμικός αιτιακός συλλογισμός και οφείλεται στο ότι οι  μαθητές έχουν μάθει να σκέφτοναι «μηχανικά», δηλ. όπως στην περίπτωση ενός σώματος που κινείται: μία δράση, ή μία δύναμη παράγει ένα αποτέλεσμα. Στα σκίτσα που αναπαριστάνουν τη διάλυση της ζάχαρης συναντούμε Ομοιογένεια και Ασυνέχεια. Σε ό,τι αφορά την Ομοιογένεια έχουμε συμωναί με τηςν έρευνα του Prieto, αλλά η ασυνέχεια δεν παρατηρήθηκε τόσο συχνά στα δικά του σκίτσα. Είναι αξιοσημείωτο πως όταν μιλάμε για ασυνέχεια τη συναντούμε συνηθέστερα σε μακροσκοπικό επίπεδο. Από αυτό συμπεραίνουμε, όπως αναφέρει και ο Prieto, ότι οι γνώσεις των μαθητών για τα σωματίδια δεν ήταν επαρκείς για να περιγράψουν τη διαδικασία της διάλυσης. Αυτό είναι πολύ σημαντικό γιατί η σωματιδιακή θεωρία είναι βασική ενότητα διδασκαλίας τόσο στην Ε’ όσο και στη ΣΤ’ τάξη. Επίσης, η διατήρηση της ουσίας της ζάχαρης συνηθίζεται περισσότερο και τα περισσότερα παιδιά ταξινομούνται στο Β’ στάδιο του Piaget.

Όσον αφορά το οινόπνευμα εξηγούν το φαινόμενο με τη διαδικασία της αλληλεπίδρασης. Στα σκίτσα βλέπουμε ομοιογένεια και συνέχεια αλλά σε μακροσκοπικό επίπεδο, ενώ η ουσία του οινοπνεύματος διατηρείται πάντα. Παρατηρούμε ότι ενώ στη ζάχαραη έχουμε δράση, στο οινόπνευμα έχουμε αλληλεπίδραση. Αυτό, σύμφωνα με την Driver, ονομάζεται εξάρτηση από το πλαίσιο.

Στα παραδείγματα των διαλυμάτων, τα παιδιά δίνουν ως πρώτο παράδειγμα διάλυμα στερεού με υγρό και πρέπει να πούμε ότι σχεδόν πάντα όταν λένε «υγρό» εννοούν «νερό».

Ο δημοφιλέστερος ορισμός για το διάλυμα είναι «η ένωση ή η ανάμιξη δύο πραγμάτων». Τόσο στα παραδείγματα, όσο και στους ορισμούς, συμφωνούμε με την έρευνα του Prieto.

Στην περίπτωση του σκίτσου με τα μόρια, τα περισσότερα παιδιά επιλέγουν το Γ’ μ κριτήριο την αλλαγή μεγέθους των μορίων της ζάχαρης και την ομοιογένεια. Η αλλαγή του μεγέθους των μορίων, εκτός του ότι ξεφεύγει από την επιστημονική άποψη, αποτελεί αυτό που ονομάζει ο Prieto «άσκηση μηχανικού τύπου δυνάμεων» και είναι αποτέλεσμα της προβολής μακροσκοπικών ιδιοτήτων στον μικρόκοσμο.

Για τη διάλυση της ζάχαρης χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά ο όρος «διαλύθηκε» με κυριότερο συνώνυμο το «έλιωσε» και «διασπάστηκε/διασκορπίστηκε».

Όπως αναφέραμε, οι μακροσκοπικές εξηγήσεις των παιδιών υπερέχουν ολοκληρωτικά. Το αξιοσημείωτο είναι ότι ακόμα και στην περίπτωση των σκίτσων της ζάχαρης όπου έχουμε μία μικρή τάση για μικροσκοπικές εξηγήσεις όσο αφορά τη ζάχαρη, για το νερό οι εξηγήσεις είναι και πάλι καθαρά μακροσκοπικές. Αυτό ίσως οφείλεται στον τρόπο με τον οποίο εισάγεται η σωματιδιακή θεωρία στο ελληνικό σχολείο: ενώ τα μόρια της ζάχαρης διδάσκεται ότι προκύπτουν από τεμαχισμό, για το νερό δεν υπάρχει τεμαχισμός ή κάτι παρόμοιο κι έτσι τα παιδιά δυσκολεύονται να χρησιμοποιήσουν σε μια εξήγηση τη μικροσκοπική υφή του νερού.

Δείτε επίσης: Παρουσίαση του βιβλίου του Δ. Σταύρου "Σχολική Ηγεσία και Νέο Δημόσιο Μάνατζμεντ" στον Ιανό (βίντεο)

6.     Βιβλιογραφία

·        Γεράσιμος Κουζέλης, «Από τον βιωματικό στον επιστημονικό κόσμο», εκδ. Κριτική-Επιστημονική Βιβλιοθήκη.

·        R. Driver, E. Guense, A. Tiberghien: «Οι ιδέες των παιδιών στις Φυσικές Επιστήμες», Ένωση Ελλήνων Φυσικών, εκδ. Τροχαλία.

·        J. Piaget, B. Inhelder: “Le development des quantites physiques chez l’ enfant”.

·        T. Prieto, M. Bianco, A. Rodriques: “The ideas of 11 to 14 year-old students about the nature of solutions”, International Journal of Science Education, 1989, 451-463.

·        M. Ahtee, “Finnish pupils ideas of dissolving salt in water”, in ACTES de Zeme ECRICE, Italy: Pisa, 1993.

·        Βιβλίο Δραστηριοτήτων για το Νηπιαγωγείο (Βιβλίο Νηπιαγωγού), ΟΕΔΒ.

·        Σειρά «Εμείς κι ο κόσμος», ΟΕΔΒ.

·        Σειρά «Ερευνώ τον φυσικό κόσμο», ΟΕΔΒ.