Ελλείμματα και Προτάσεις για τον Λυκειακό Πειραματισμό στη Φυσική

Γεωργ. Σ. Τόμπρας  Καθηγητής / Πρόεδρος Τμ. Φυσικής ΕΚΠΑ

Γεωργ. Θεοφ. Καλκάνης Ομ. Καθηγητής ΕΚΠΑ

Περίληψη

Η παντελής έλλειψη συστηματικού πειραματισμού στη Φυσική στα λύκεια της χώρας μας, καθώς και το γεγονός ότι η έλλειψη αυτή αποτελεί παγκόσμια ιδιαιτερότητα με αρνητικές συνέπειες για τους μαθητές / μελλοντικούς φοιτητές μας, επιβεβαιώνεται από τρεις σχετικές έρευνές μας:

Δύο έρευνες που διενεργήθηκαν μεταξύ Ελλήνων μαθητών και φοιτητών που βιώνουν ή έχουν βιώσει, αντίστοιχα, την πραγματικότητα των ελληνικών λυκείων και μετά διαπιστώνουν στο πανεπιστήμιο τις συνέπειες της έλλειψης λυκειακού πειραματισμού στη Φυσική. (Και) Μία έρευνα που διενεργήθηκε μεταξύ συμμετεχόντων μαθητών και των υπευθύνων όλων των ξένων αποστολών στη Διεθνή Ολυμπιάδα Φυσικής 2016 σχετικά με τον λυκειακό πειραματισμό στις χώρες τους. 

Προτείνεται στο Υπουργείο Παιδείας –όπως κάθε χρόνο με τον απολογισμό των Πανελλήνιων Διαγωνισμών Φυσικής «Αριστοτέλης» και τη συμμετοχή της χώρας μας στις Διεθνείς Ολυμπιάδες Φυσικής– η καθιέρωση και συστηματική εφαρμογή πραγματικού πειραματισμού στο μάθημα της φυσικής σε όλες τις τάξεις του λυκείου, ως συνέχεια του πειραματισμού στο γυμνάσιο και στο δημοτικό.

Εισαγωγή 

Η διεθνής βιβλιογραφία βρίθει από ανακοινώσεις / δημοσιεύσεις με επιχειρήματα υπέρ της εφαρμογής πραγματικού πειραματισμού κατά την εκπαιδευτική διαδικασία της Φυσικής σε όλες τις βαθμίδες εκπαίδευσης καθώς και προτάσεις και πρακτικές για τη βέλτιστη πραγματοποίησή του, ώστε να παρέλκει η αναφορά μας σε σχετικές ανακοινώσεις / δημοσιεύσεις. Παρόλα αυτά, συστηματικός πειραματισμός στη φυσική δεν πραγματοποιείται –αν και στοιχειωδώς προβλέπεται από τα ισχύοντα Προγράμματα Σπουδών– στα λύκεια της χώρας μας. Αυτό διαπιστώνεται καθημερινά από την πραγματικότητα των ελληνικών λυκείων και επιβεβαιώνεται από δύο σχετικές έρευνες που διενεργήσαμε. Συμπληρωματικά, από την τρίτη έρευνα διαπιστώθηκε ότι σε όλες τις άλλες χώρες που λαμβάνουν μέρος στις Διεθνείς Ολυμπιάδες Φυσικής διεξάγεται συστηματικός και πραγματικός λυκειακός πειραματισμός (Γκικοπούλου, Τσάκωνας, Καλκάνης, Τόμπρας, 2017; Καλκάνης, Τόμπρας, 2019).

Οι Έρευνες 

Η πρώτη έρευνα πραγματοποιήθηκε κατά τα έτη 2013, 2014, 2015, 2016, στο πλαίσιο των Πανελλήνιων Διαγωνισμών Φυσικής, από ερευνητές με χρήση ερωτηματολογίων και διενέργεια συνεντεύξεων σε 92 διαφορετικούς (τυχαία επιλεγμένους) εκπαιδευτικούς φυσικής του Λυκείου σε σχολεία όλης της Ελλάδας, καθώς και σε 635 (τυχαία επιλεγμένους) μαθητές της Α’, Β’ και Γ’ Λυκείου σε 20 εξεταστικά κέντρα / σχολεία της Αττικής και κατά τη β’ φάση του Διαγωνισμού της Γ’ Λυκείου. Οι ερωτήσεις αφορούσαν στη συχνότητα διεξαγωγής πραγματικών πειραμάτων φυσικής κατά τη διάρκεια του εκπαιδευτικού έτους (συστηματικά κάθε εβδομάδα, αποσπασματικά λίγες φορές κατά τη διάρκεια του έτους, καθόλου), αλλά και στο είδος του πραγματικού πειραματισμού (από τον εκπαιδευτικό ή από τους μαθητές, με συμβατικά όργανα πειραματισμού και μετρήσεις ή και με χρήση αισθητήρων και απτήρων σε διασύνδεση με ηλεκτρονικό υπολογιστή), αν υπήρχε. Επίσης, αν υπήρχε εικονικός πειραματισμός μέσω υπολογιστή (με αλλαγή παραμέτρων ή όχι). 

Η δεύτερη έρευνα πραγματοποιήθηκε το 2018 σε 728 Έλληνες φοιτητές του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών (στο Τμήμα Φυσικής) και του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (σε διάφορα Τμήματα). Όλοι αυτοί οι φοιτητές διδάσκονται τώρα ή διδάχτηκαν πρόσφατα Φυσική. Σε αυτούς περιλαμβάνονται και φοιτητές ή απόφοιτοι ελληνικών και ξένων ανώτατων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων οι οποίοι ως μαθητές διακρίθηκαν στους Πανελλήνιους Διαγωνισμούς Φυσικής «Αριστοτέλης» ή έλαβαν μέρος –ή και διακρίθηκαν– σε Διεθνείς Ολυμπιάδες Φυσικής. Οι φοιτητές παρέλαβαν τυχαία το παρακάτω ερωτηματολόγιο και απάντησαν ο καθένας ξεχωριστά και ιδιόχειρα (αλλά ανώνυμα) στα ερωτήματα (οι απαντήσεις έπρεπε να είναι έως τρεις): 

α. «Θεωρείς ότι υπάρχουν ελλείμματα στις θεωρίες της Φυσικής ή/και στον πειραματισμό στη Φυσική που διδάχθηκες ή ασκήθηκες στο Λύκειο σε σχέση με τα προαπαιτούμενα των πανεπιστημιακών σπουδών σου στη Φυσική;» και 

β. «Ποια θεωρείς ως σημαντικότερα ελλείμματα των προγραμμάτων σπουδών του Λυκείου στα θεωρητικά αντικείμενα (/τις θεωρίες) ή στον πειραματισμό;» με στόχο τη διατύπωση προτάσεων. 

Η τρίτη έρευνα πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια της 47ης Διεθνούς Ολυμπιάδας Φυσικής 2016, στη Ζυρίχη και το Λιχτενστάιν (11-17 Ιουλίου 2016) με χρήση ερωτηματολογίων και διενέργεια συνεντεύξεων με τους υπεύθυνους των υπόλοιπων 86 Αποστολών που συμμετείχαν με μαθητικές ομάδες των χωρών τους στην Ολυμπιάδα αυτή. Οι ερωτήσεις αφορούσαν στη διεξαγωγή ή όχι πραγματικού πειραματισμού σε κάθε βαθμίδα εκπαίδευσης, στη συχνότητα διεξαγωγής πραγματικών πειραμάτων φυσικής, στο είδος του πειραματισμού, στο ποσοστό (%) του χρόνου της εκπαιδευτικής διαδικασίας που αφιερώνεται στον πειραματισμό, στη συμπερίληψη ή όχι πειραματισμού στις προαγωγικές εξετάσεις των μαθητών και στη συμπερίληψη ή όχι του πειραματισμού στις εισαγωγικές εξετάσεις για τα Ανώτερα Εκπαιδευτικά Ιδρύματα. 

Επισημαίνεται ότι στις Διεθνείς Ολυμπιάδες Φυσικής οι μαθητές διαγωνίζονται σε τρία θεωρητικά θέματα και δύο πειραματικά (με διάρκεια εξέτασης 5 ώρες στα θεωρητικά και 5 ώρες στα πειραματικά). Στους μαθητές δίνονται διάφορα όργανα με τα οποία ο κάθε μαθητής μόνος του πρέπει να συνθέσει δύο ιδιαίτερα σύνθετες πειραματικές διατάξεις, να εκτελέσει ένα πλήθος μετρήσεων με μεγάλη ακρίβεια, να καταγράψει τις μετρήσεις του και να τις μεταφέρει σε ένα πλήθος διαγραμμάτων, να συνθέσει τα διαγράμματα και να συνάγει ως συμπεράσματα θεωρητικά πρότυπα που αφορούν κατά κανόνα θεωρίες μη διδαχθείσες στους Έλληνες μαθητές.

Αποτελέσματα 

Με την πρώτη έρευνα διαπιστώθηκε ότι η συντριπτική πλειοψηφία των μαθητών λυκείου που συμμετείχαν στην έρευνα δεν έχουν εκτελέσει συστηματικό πραγματικό πειραματισμό, κατά τις διδασκόμενες θεματικές της κάθε τάξης σύμφωνα με τα αναλυτικά προγράμματα σπουδών. Τα αποτελέσματα της δεύτερης έρευνας που προέκυψαν από τις απαντήσεις στο πρώτο ερώτημα ήταν –για πολλούς– αναμενόμενα, αφού οι απαντήσεις ήταν καταφατικές (ΝΑΙ) σε ποσοστό 98 % των φοιτητών, ενώ οι αρνητικές (ΟΧΙ) ήταν περίπου 1% και χωρίς απάντηση οι υπόλοιπες. Εκπλήσσει το εξαιρετικά υψηλό ποσοστό (96%) των απαντήσεων για τον πειραματισμό. Οι φοιτητές αναφέρουν επίσης ελλείμματα -σε έκταση και βάθος- στον ΗλεκτροΜαγνητισμό (με ποσοστό φοιτητών 22%), στα Μαθηματικά (με 18%), στη Μετακλασική –Σχετικιστική και Κβαντική– Φυσική (με 6%) και άλλα με μικρότερα ποσοστά, χωρίς να εμφανίζεται αξιοσημείωτη διαφοροποίηση μεταξύ των φοιτητών του ΕΚΠΑ (/Τμήμα Φυσικής) και των φοιτητών του ΕΜΠ. Με την τρίτη έρευνα διαπιστώθηκε ότι στη συντριπτική τους πλειοψηφία οι μαθητές των λυκείων των άλλων χωρών που συμμετέχουν στις Διεθνείς Ολυμπιάδες Φυσικής εκτελούν συστηματικά κάποιου είδους πραγματικό πειραματισμό στη φυσική. 

Συμπεράσματα – Προτάσεις 

Συμπεραίνουμε την αναγκαιότητα της καθιέρωσης και συστηματικής εφαρμογής ενός πραγματικού πειραματισμού στο μάθημα της φυσικής σε όλες τις τάξεις του λυκείου, ως συνέχεια του πειραματισμού στο γυμνάσιο και στο δημοτικό, με ενδεχόμενη πειραματική εξέταση –με λήψη ή μόνο με επεξεργασία μετρήσεων– στη διαδικασία της εισαγωγικής εξέτασης στα Ανώτατα Εκπαιδευτικά Ιδρύματα της χώρας. Ήδη ο τρόπος εξέτασης με την επεξεργασία πειραματικών μετρήσεων έχει διερευνηθεί και εφαρμοσθεί επί πολλά χρόνια με τη συμπερίληψη τέτοιων θεμάτων στα θέματα των Πανελλήνιων Διαγωνισμών Φυσικής λυκείου. Συγκεκριμένα, με βάση την εμπειρία μας από τους Πανελλήνιους Διαγωνισμούς Φυσικής και τις διαπιστώσεις μας από την πειραματική εξέταση στις Διεθνείς Ολυμπιάδες Φυσικής, προτείνονται συνοπτικά τα ακόλουθα: 

α) Υποχρεωτική εφαρμογή εργαστηριακών / πειραματικών ασκήσεων σε όλες τις τάξεις του λυκείου, με λήψη και επεξεργασία μετρήσεων, μέσω συμβατικών οργάνων ή και αισθητήρων / απτήρων (που ήδη διαθέτουν όλα τα λύκεια της χώρας). 

β) Καθιέρωση της πειραματικής άσκησης στα εξεταζόμενα θεωρητικά θέματα φυσικής (με επεξεργασία – καταρχήν– δεδομένων) κατά τις Εξετάσεις Εισαγωγής στα Ανώτατα Εκπαιδευτικά Ιδρύματα. 

Τα μέτρα αυτά (χωρίς μεγάλο οικονομικό κόστος) θα εξασφαλίσουν άμεσα την υποχρεωτικότητα της εφαρμογής εργαστηριακών / πειραματικών ασκήσεων φυσικής σε όλα τα λύκεια της χώρας. Υπενθυμίζεται ότι ήδη έχει συγγραφεί και εγκριθεί (χωρίς όμως να ενεργοποιηθεί ακόμη) από το Ινστιτούτο Εκπαιδευτικής Πολιτικής (ΦΕΚ 184/23-01-2015, μετά από πρόσκληση του Υπουργείου Παιδείας) αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών για τη Φυσική Λυκείου το οποίο ανταποκρίνεται στις παραπάνω προτάσεις, ανάγκες και πρακτικές.

Βιβλιογραφία 

Γκικοπούλου, Ο., Τσάκωνας, Π., Καλκάνης, Γ., Τόμπρας, Γ. (2017, Απρίλιος). «Ο Λυκειακός Πειραματισμός (;) στη Φυσική – Διαπιστώσεις και Προτάσεις», 10ο Πανελλήνιο Συνέδριο της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών και Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση, Πανεπιστημιούπολη Γάλλου, Ρέθυμνο, 7-9 Απριλίου 2017 Καλκάνης Γ., Τόμπρας Γ., (2019). «Ελλείμματα της Εκπαίδευσης στη Φυσική «από το Λύκειο στο Πανεπιστήμιο» – Μια Έρευνα και Προτάσεις», 11ο Πανελλήνιο Συνέδριο της Διδακτικής των Φυσικών Επιστημών και Νέων Τεχνολογιών στην Εκπαίδευση, Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας, Φλώρινα, 19-21 Απριλίου 2019

Πηγή:

Ο Ανοικτός Διάλογος για την «Εκπαίδευση στη Φυσική»
Ελλείμματα, Προβληματισμοί, Προτάσεις, Προοπτικές

http://physicsmentor.gr/?p=1168

Γεωργ. Σ. Τόμπρας  Καθηγητής / Πρόεδρος Τμ. Φυσικής ΕΚΠΑ

Γεωργ. Θεοφ. Καλκάνης Ομ. Καθηγητής ΕΚΠΑ