Εξ αποστάσεως εκπαίδευση εκπαιδευτικών για τη διαφοροποίηση της διδασκαλίας στις Φυσικές Επιστήμες

Α. Θεωρητικό μέρος

Ο Επιστημονικός-Τεχνολογικός Γραμματισμός ως θέμα της επιμορφωτικής δράσης

Το θεωρητικό πλαίσιο πάνω στο οποίο αναπτύσσεται η επιμορφωτική δράση για την προσέγγιση της διαφοροποιημένης διδασκαλίας στο γνωστικό αντικείμενο των ΦΕ και της τεχνολογίας απεικονίζεται στο σχήμα 1. Συγκεκριμένα, οι άξονες που απαρτίζουν το θεωρητικό πλαίσιο είναι: (α) η Παιδαγωγική Γνώση Περιεχομένου (ΠΓΠ) στις ΦΕ, (β) ο Επιστημονικός και Τεχνολογικός Γραμματισμός και (γ) η διερεύνηση για την ανάπτυξη του Επιστημονικού-Τεχνολογικού Γραμματισμού. Στην ενότητα αυτή περιγράφονται οι τρεις αυτοί άξονες και στη συνέχεια παρουσιάζονται οι σχεδιαστικές αρχές που διαμορφώθηκαν με βάση τον κάθε άξονα, προκειμένου να εναρμονιστούν με τη θεματική του σεμιναρίου.

Παιδαγωγική Γνώση Περιεχομένου στις Φυσικές Επιστήμες (ΠΓΠ)

Με τον όρο ΠΓΠ εννοούμε την ξεχωριστή κατηγορία γνώσης που αφορά αποκλειστικά και μόνο στον εκπαιδευτικό και την οποία καλείται αυτός να αναπτύσσει κατά τη διάρκεια της επαγγελματικής του διαδρομής (Shulman 1986). Η ΠΓΠ εκφράζει τη γνώση του εκπαιδευτικού να συνδυάζει επιτυχώς το δίπολο «περιεχόμενο-παιδαγωγική», δηλαδή να μετασχηματίζει ένα συγκεκριμένο περιεχόμενο του γνωστικού αντικειμένου λαμβάνοντας υπόψη του την ποικιλία των ενδιαφερόντων και ικανοτήτων των μαθητών, τους διαφορετικούς ρυθμούς κατανόησης, καθώς και τις διαφορετικές εμπειρίες και γνώσεις τους (Shulman 1986, Kagan 1990, Lee et al. 2007, Kanter & Konstantopoulos 2010). Επομένως, η «καρδιά» του ορισμού της ΠΓΠ είναι ο μετασχηματισμός του περιεχομένου σε μορφές πιο κατανοητές από τους μαθητές (Καριώτογλου 2006).

Σχήμα 1
Το θεωρητικό πλαίσιο της επιμορφωτικής δράσης

Yπάρχουν πολλά μοντέλα που προσπαθούν να περιγράψουν τις συνιστώσες της ΠΓΠ, δηλαδή να αναγνωρίσουν υποκατηγορίες από τις οποίες αποτελείται, το εάν και πώς εξαρτώνται μεταξύ τους, καθώς και το πώς εξελίσσονται στον επαγγελματικό χρόνο του εκπαιδευτικού (Gess-Newsome & Lederman 1993, Fernandez-Balboa & Stiehl 1995, van Driel, Verloop & de Vos 1998, Magnusson, Krajcik & Borko 1999). Ανεξάρτητα από τις επιμέρους διαφορές που παρουσιάζουν τα σχετικά μοντέλα, κοινή θεωρητική παραδοχή είναι ότι η διδασκαλία είναι μια σύνθετη διαδικασία και ότι η επιτυχία της εξαρτάται από την ανάπτυξη της ΠΓΠ του κάθε εκπαιδευτικού. Όταν ένας εκπαιδευτικός δεν αναπτύσσει στον ίδιο βαθμό τις επιμέρους συνιστώσες της ΠΓΠ, τότε είναι δύσκολο να πετύχει μια αποτελεσματική διδασκαλία. Κατά συνέπεια, η επιμόρφωση των εκπαιδευτικών μπορεί να υποστηρίξει ουσιαστικά την επαγγελματική τους ανάπτυξη, εφόσον σχεδιάζεται, υλοποιείται και αξιολογείται με βάση συγκεκριμένες συνιστώσες της ΠΓΠ (Loughran, Mulhall & Berry 2004).

Ακολουθώντας το παραπάνω σκεπτικό, η επιμορφωτική δράση που περιγράφεται στο κεφάλαιο αυτό σχεδιάστηκε με βάση το μοντέλο των Park και Chen (2012), ένα εξελιγμένο μοντέλο της σχετικής βιβλιογραφίας (Magnusson, Krajcik & Borko 1999). Οι πέντε συνιστώσες του μοντέλου τοποθετούνται στις κορυφές ενός πενταγώνου στο κέντρο του οποίου βρίσκεται η ΠΓΠ (σχήμα 2). Ειδικότερα, οι συνιστώσες της ΠΓΠ είναι:

Σκοποί και στόχοι στη διδασκαλία των ΦΕ: περιλαμβάνει τις γνώσεις και πεποιθήσεις του εκπαιδευτικού για τους σκοπούς και τους στόχους της διδασκαλίας των ΦΕ σε όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης.

Διδακτικές στρατηγικές για τις ΦΕ: περιλαμβάνει τις γνώσεις γενικών διδακτικών στρατηγικών που αφορούν στη διδασκαλία των ΦΕ, π.χ. στρατηγικές εννοιολογικής αλλαγής, καθώς και ειδικών στρατηγικών που σχετίζονται με τη διδασκαλία συγκεκριμένων διδακτικών ενοτήτων των ΦΕ, όπως είναι η χρήση ενός επιστημονικού μοντέλου για την περιγραφή και πρόβλεψη ενός φυσικού φαινομένου.

Σχήμα 2
Το μοντέλο της ΠΓΠ των Park & Chen (2012)

Αξιολόγηση της μάθησης των ΦΕ: αφορά τη γνώση μορφών, μεθόδων και εργαλείων αξιολόγησης της μάθησης των ΦΕ.

Αναλυτικά προγράμματα των ΦΕ: αφορά τη γνώση του εκπαιδευτικού πάνω στο αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών για τις ΦΕ σε όλες τις τάξεις, τις ενότητες που περιλαμβάνονται σε κάθε τάξη, καθώς και τα διδακτικά υλικά που είναι διαθέσιμα για την υλοποίηση του αναλυτικού προγράμματος π.χ. διδακτικά σενάρια των ΦΕ σε εκπαιδευτικές ιστοσελίδες.

Κατανόηση των ΦΕ από τους μαθητές: σχετίζεται με τις γνώσεις που έχει ο εκπαιδευτικός όσον αφορά στις δυσκολίες κατανόησης που αντιμετωπίζουν οι μαθητές για τα φυσικά φαινόμενα και τις έννοιες. Επιπλέον, στη συνιστώσα αυτή περιλαμβάνονται οι γνώσεις του εκπαιδευτικού για τη διαφορετικότητα της σύνθεσης του σχολικού πληθυσμού (Lee et al. 2006).

Ερευνητικά δεδομένα υποστηρίζουν ότι τα πέντε συστατικά αλληλοεπηρεάζονται (βλ. διπλά βέλη στο σχήμα 2). Επιπρόσθετα, φαίνεται ότι ο αναστοχασμός των εκπαιδευτικών «κατά τη δράση» και «πάνω στη δράση» συμβάλλει ουσιαστικά στην ανάπτυξη όλων των συστατικών της ΠΓΠ και αυξάνει τη συνοχή των συστατικών μεταξύ τους (βλ. βέλη στο κέντρο του μοντέλου, στο σχήμα 2). Εν κατακλείδι, καθώς η ΠΓΠ αναπτύσσεται μέσω του αναστοχασμού, η συνοχή των συστατικών της αυξάνεται και αντίστροφα.

Επιστημονικός και Τεχνολογικός Γραμματισμός

Ο Επιστημονικός και Τεχνολογικός Γραμματισμός (ΕΤ-Γ) εστιάζει στην ανάγκη δημιουργίας πολιτών που να μπορούν να κατανοούν όχι μόνο τις έννοιες και τις διαδικασίες της επιστήμης και της τεχνολογίας, αλλά και την αλληλεξάρτηση της επιστήμης, της τεχνολογίας, της κοινωνίας και του φυσικού περιβάλλοντος¹ (Hodson 1998, Layton 2000). Παρά τις πολλαπλές σημασίες που του αποδίδονται, θεωρείται «αναπόσπαστο κομμάτι της γενικής εκπαίδευσης και κουλτούρας των πολιτών σε παγκόσμια κλίμακα» (Χαλκιά 2010: 41).

Κοινός τόπος των σχετικών θεωρητικών και ερευνητικών μελετών είναι ότι ο ΕΤ-Γ αφορά σε όλο το μαθητικό πληθυσμό και όχι μόνο όσους ενδιαφέρονται να προετοιμαστούν για επαγγελματική καριέρα στα πεδία των ΦΕ και της τεχνολογίας (NRC 2000, Čap 2007). Έτσι, σε κάθε κράτος αναζητείται, μέσα από προτάσεις αναλυτικών προγραμμάτων ή/και εκπαιδευτικών επιστημονικών ενώσεων και συνεδρίων, ένα πλαίσιο πρότυπων-δεικτών κατάκτησης του ΕΤ-Γ, ούτως ώστε όλοι οι αυριανοί πολίτες -στο μέτρο του εφικτού- να είναι ικανοί να διαχειρίζονται, καθώς και να παίρνουν αποφάσεις για κοινωνικά και περιβαλλοντικά ζητήματα που έχουν σχέση με τις ΦΕ και την τεχνολογία, όπως είναι η χρήση των κινητών τηλεφώνων, η ρύπανση του νερού, η χρήση χημικών ουσιών στις καλλιέργειες κ.λπ. (NRC 2000, Osborne et al. 2002, Hodson 2003, Project 2061/ AAAS).

Μία από τις κατευθύνσεις του ΕΤ-Γ που κερδίζει συνεχώς έδαφος τις τελευταίες δεκαετίες, ενώ παράλληλα παρουσιάζει δυσκολίες στην υλοποίησή της, είναι η ενσωμάτωση της Τεχνολογίας στο αναλυτικό πρόγραμμα (Report of the High Level Group 2004). Από τη μια, η εκπαιδευτική κοινότητα συνειδητοποιεί ότι οι σημερινοί πολίτες -άρα και οι μαθητές- ζουν σε έναν τεχνολογικά κατασκευασμένο κόσμο από τον οποίο είναι ισχυρά εξαρτημένοι. Από την άλλη, οι γνώσεις μας για τις έννοιες και τις διαδικασίες του τεχνολογικού κόσμου είναι συγκριτικά ελάχιστες σε σχέση με την εξάρτησή μας από αυτόν (Layton 2000, Jones 2005, Mc Crory 2008). Η ανάπτυξη του ΕΤ-Γ προϋποθέτει, μεταξύ άλλων, τη συγκριτική ανάλυση της φύσης της τεχνολογίας και της επιστήμης, καθώς και την αποσαφήνιση των ομοιοτήτων και διαφορών που έχουν οι δύο αυτοί κλάδοι (Rohann & van Keulen 2011).

Επιπρόσθετα, τα ερευνητικά συμπεράσματα φανερώνουν ότι το χαμηλό ενδιαφέρον των μαθητών για τις ΦΕ είναι δυνατό να αντιστραφεί, όταν η διδασκαλία των ΦΕ ενσωματώνει περιεχόμενα της τεχνολογίας που σχετίζονται με την καθημερινή ζωή των μαθητών (Baram-Tsabari & Seger 2011, Jenkins 2011).

Με βάση τα παραπάνω, θεωρούμε ότι ο ΕΤ-Γ και οι αρχές της διαφοροποιημένης διδασκαλίας έχουν την ίδια οπτική όσον αφορά στο μήνυμα που εκπέμπουν στους εκπαιδευτικούς: να μπορούν να σχεδιάζουν και να υλοποιούν περιβάλλοντα μάθησης που θα βοηθήσουν τον κάθε μαθητή -ως αυριανό πολίτη- να συμμετέχει ενεργά, στο μέτρο των δυνατοτήτων του, σε κοινωνικά και περιβαλλοντικά ζητήματα που έχουν σχέση με την επιστήμη και την τεχνολογία.

Διερεύνηση για την ανάπτυξη του ΕΤ-Γ

Η διερεύνηση θεωρείται πλέον ως ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά της διδασκαλίας των ΦΕ στην υποχρεωτική εκπαίδευση για την ανάπτυξη του ΕΤ-Γ. Πράγματι, η ερευνητική εκπαιδευτική κοινότητα εστιάζει τα τελευταία χρόνια στις γνώσεις και δεξιότητες που καλείται να αναπτύξει ο μαθητής ως πολίτης του 21^ου αιώνα και στην αξία που έχει η εξοικείωση του μαθητή με τις διαδικασίες διερεύνησης για τον σκοπό αυτό² (Report of the High Level Group 2004, NRC 2005, Duschl & Grandy 2008, Lawson 2010, Pedretti & Nazir 2011).

Ειδικότερα, στη Διδακτική των ΦΕ η διερεύνηση έχει δύο εκδοχές:

1. Είναι μια μέθοδος διδασκαλίας, όπως είναι η ανακαλυπτική επίδειξη, η καθοδηγούμενη ανακάλυψη, η ανοιχτή διερεύνηση, οι επισκέψεις πεδίου, η συνεργατική μέθοδος Jigsaw, κ.ά. (Καριώτογλου 2006, Chamberlain & Crane 2009, Lawson 2010). Αναγνωρίζουμε ένα φάσμα ποικίλων διερευνητικών διδακτικών μεθόδων, οι οποίες διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τον βαθμό καθοδήγησης του εκπαιδευτικού, την οργάνωση της τάξης ή τους στόχους. Για παράδειγμα, ισχυρά καθοδηγούμενη είναι η περίπτωση όπου ο εκπαιδευτικός χειρίζεται τα υλικά, εκτελεί τις δραστηριότητες και θέτει ερωτήματα. Αντίθετα, ανοιχτό διερευνητικό περιβάλλον μάθησης έχουμε όταν οι μαθητές θέτουν το ερώτημα, διατυπώνουν υποθέσεις, σχεδιάζουν και υλοποιούν το πείραμα για να ελέγξουν την ορθότητα των υποθέσεών τους (Hanauer, Hatfull & Jacobs-Sera 2009).
2. Είναι ένας μαθησιακός στόχος, διερεύνηση για τη διερεύνηση, καθώς οι μαθητές καλούνται να ασκήσουν συγκεκριμένες δεξιότητες και να αναστοχαστούν πάνω σε αυτές, για να κατανοήσουν όχι μόνο έννοιες και φαινόμενα αλλά και την ίδια τη διαδικασία της διερεύνησης. Έτσι, σε ένα διερευνητικό περιβάλλον μάθησης-διδασκαλίας αναγνωρίζονται τρία αλληλοεξαρτώμενα χαρακτηριστικά (σχήμα 3)

(International Technology Education Association ITEA 2006, Waight & Abd-El-Khalick 2007, Chinn & Samarapungavan 2008, Steinberg 2011).

(Χ₁) Μαθαίνω το περιεχόμενο των ΦΕ και της τεχνολογίας (ΤΧ). Αφορά στην κατανόηση θεμελιωδών εννοιών, νόμων, ιδιοτήτων και μοντέλων των ΦΕ και της ΤΧ, όπως είναι η ενέργεια, οι νόμοι της θερμοδυναμικής, οι ιδιότητες υλικών και αντικειμένων από την τεχνολογία των κατασκευών, των μεταφορών κ.λπ.

(Χ₂) Μαθαίνω για τις ΦΕ & την ΤΧ. Πρόκειται για την κατανόηση των μεθόδων που ακολουθούν οι δύο αυτοί συγγενείς κλάδοι, τη δυναμική τους αλληλεπίδραση και την ιστορική τους εξέλιξη. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες των ΦΕ/ΤΧ δημιουργούν μοντέλα, δηλαδή απλοποιημένες εκδοχές ενός συστήματος, ενός φαινομένου, ενός τεχνολογικού αντικειμένου/έργου, έτσι ώστε να μπορούν να κάνουν υπολογισμούς, προβλέψεις, περιγραφές και ερμηνείες.

Σχήμα 3
Απεικόνιση χαρακτηριστικών διερευνητικού περιβάλλοντος μάθησης-διδασκαλίας για την ανάπτυξη του ΕΤ-Γ

(Χ₃) Μαθαίνω διερευνητικά. Οι μαθητές εμπλέκονται σε διαδικασίες που ακολουθούν οι επιστήμονες/τεχνολόγοι κατά την εργασία τους. Μαθαίνουν, δηλαδή, να θέτουν ερωτήματα, να παρατηρούν, να σχεδιάζουν έρευνες, να συλλέγουν πληροφορίες, να αναλύουν και να ερμηνεύουν δεδομένα, να παρουσιάζουν τις απόψεις και τις λύσεις που προτείνουν για ένα πρόβλημα, να επιχειρηματολογούν για τις ερμηνείες που δίνουν, να δοκιμάζουν τις λύσεις που προτείνουν.

Υπό το πρίσμα της διαφοροποίησης, η διερευνητική μάθηση-διδασκαλία για την ανάπτυξη του ΕΤ-Γ αφορά σε όλους τους μαθητές, ανεξάρτητα από την ηλικία, το φύλο, τις πολιτισμικές και γλωσσικές διαφορές, τα διαφορετικά είδη νοημοσύνης, τις ειδικές ανάγκες και τα ενδιαφέροντα: «Διαφορετικοί μαθητές θα κατανοήσουν με διαφορετικούς τρόπους και με βάση τα ενδιαφέροντά τους, τις ικανότητές τους και τις συνθήκες, θα πετύχουν διαφορετικούς βαθμούς κατανόησης σε βάθος και εύρος. Ωστόσο, όλοι οι μαθητές μπορούν να αναπτύξουν τη γνώση και τις δεξιότητες...» (National Science Education Standards 2005: 2).