Doświadczenia to za mało  – potrzebne są eksperymenty

Przeprowadzony przez uczniów eksperyment – obojętnie,  czy jego wynik był zgodny z przewidywaniem (hipotezą),  czy nie – zawsze wzbogaca ich obiektywną wiedzę o badanym  fragmencie rzeczywistości oraz ich umiejętności badawcze. Zgoda?

Aby dowiedzieć się czegoś więcej o świecie, powinniśmy zacząć od posiadanej już wiedzy, często potocznej. Musimy mieć na przy-
kład choćby mgliste przekonanie o tym, że aby nasiona zakiełkowały potrzebna jest woda, słońce i może coś jeszcze. Na początek wystarczy jakaś wstępna obserwacja związana ze wzrostem roślin – ot, choćby dostrzeżenie, że w domu ktoś podlewa kwiaty w doniczkach. I że zwykle stoją one przy oknie. Jeżeli mamy takie elementarne wiadomości, to zapewne jesteśmy gotowi, by z pomocą krytycznego myślenia poznać zjawisko dogłębniej.
Na początku jest doświadczenie
 

Jeśli jednak nie mamy o danym zagadnieniu żadnego pojęcia, to konieczne będzie doświadczenie, czyli obserwacja zdarzeń zachodzących samoistnie bądź sprowokowanych przez nas samych. Czasem może wystarczyć nawet rozmowa o tych doświadczeniach: o wspomnieniach z wakacji czy o obserwacjach domowych. Zbieranie doświadczeń i ich analiza może nas doprowadzić do wiedzy o różnych zależnościach (np. do stwierdzenia, że istnieje jakiś związek między warunkami pogodowymi a kiełkowaniem nasion). Jednak poprzestanie na zbieraniu i analizie doświadczeń nie wyposaży nas w narzędzia intelektualne badacza. W wyniku biernego gromadzenia wniosków z przeżywanych i obserwowanych doświadczeń nie nauczymy się aktywnego, odkrywczego poznawania świata – tworzenia hipotez i planowania procesu poznawczego. Warto tu zwrócić uwagę, że robiąc proste doświadczenia polegające na wykonywaniu instrukcji mówiącej co, kiedy i jak robić z określonymi obiektami czy zjawiskami, również jesteśmy bierni. W takiej sytuacji budujemy wprawdzie wiedzę i uczymy się przez asymilację tego, co widzieliśmy i zrozumieliśmy pod wpływem instrukcji z zewnątrz, ale nie wykorzystujemy ani twórczej wyobraźni, ani twórczego myślenia.
Eksperyment w twojej głowie
Do fazy eksperymentowania przechodzimy dopiero wtedy, gdy świadomie i zgodnie z pewną procedurą planujemy badania wspierające nasz proces poznawania świata. Wbrew intuicyjnym skojarzeniom podpowiadającym, czym jest eksperymentowanie, to co najważniejsze w tym procesie, dzieje się w naszych głowach przed podjęciem jakichkolwiek działań. Kluczem do naszego rozwoju intelektualnego i budowania wiedzy o świecie jest bowiem projektowanie hipotez i procedur ich weryfikacji (co się stanie, gdy…). Krytyczną rolę odgrywa tu zdolność do antycypacji – przewidywania przebiegu wydarzeń, które jeszcze nie nastąpiły, a które musimy sobie wyobrazić, by podjąć określone działanie. Równie ważne jest planowanie, jak zrealizować te procedury i potwierdzić prawdziwość wyniku. A następujące potem działanie? Doskonali tylko pewne umiejętności praktyczno-teoretyczne. Eksperymentalne badanie naszego otoczenia (fizycznego, społecznego i psychicznego) nie jest jednak możliwe bez wyodrębnienia i zdefiniowania zmiennych. Co to takiego? Zmienna to właściwość obiektu bądź zjawiska, która może się zmieniać, a my jesteśmy w stanie tę zmianę stwierdzić i zmierzyć lub opisać. Zmienną może być np. barwa, wysokość, temperatura lub czas trwania. Wyodrębniając i definiując zmienne, możemy opisać otaczający nas świat. Ale gdy chcemy go w pełni poznać, musimy poznać zależności między poszczególnymi dostrzeganymi przez nas zmiennymi. Bo od tych zależności oraz wewnętrznych i zewnętrznych uwarunkowań zależy kształt i funkcjonowanie świata.
 
Manipulujemy zmiennymi,  badamy zależności
Powyższe zależności najpełniej poznajemy, posługując się metodą badawczą w czasie eksperymentu, czyli ukierunkowanej obserwacji inspirowanej szczegółowym planem, co i jak chcemy obserwować. W eksperymencie działamy danym czynnikiem po to, aby wywołać określoną zmianę. Musimy zatem przewidywać, pod wpływem jakich czynników (zmiennych niezależnych) można osiągnąć określone stany (zmienne zależne od wprowadzonego przez nas czynnika – zmiennej niezależnej).

Przykład? Aby przeprowadzić eksperyment testujący hipotezę Intensywność kiełkowania nasion i wzrostu siewki jest zależna od ilości wody w glebie, musimy mieć pewną wiedzę, choćby potoczną, że proces kiełkowania jest związany z wodą. Następnie musimy wyodrębnić zmienne: ilość wody (zmienna niezależna) oraz cechy określające kiełkowanie (np. długość pędu – zmienna zależna) i być w stanie je mierzyć. Jednak przede wszystkim musimy zbudować w naszej wyobraźni plan badania zależności tych zmiennych (np. kilka doniczek z zasadzonymi nasionami tego samego gatunku rośliny podlewanych
Do fazy eksperymentowania przechodzimy wtedy,  gdy świadomie i zgodnie  z pewną procedurą planujemy badania wspierające nasz  proces poznawania świata.
podczas eksperymentu różną ilością wody, codzienna obserwacja i pomiar). Wysiłek włożony w wymyślenie eksperymentu, wykorzystanie wiedzy już posiadanej, trafne wytypowanie zmiennych, prawidłowo przeprowadzone pomiary, analiza wyników i wyciągnięcie wniosków – to wszystko daje w rezultacie nieporównywalnie trwalszy i bardziej znaczący rezultat od samego doświadczenia polegającego np. na obserwacji kiełkującego ziarna fasoli trzymanego na wilgotnej wacie.
Przeprowadzony przez uczniów eksperyment – obojętnie czy jego wynik był zgodny z przewidywaniem (hipotezą), czy nie – zawsze wzbogaca ich obiektywną wiedzę o badanym fragmencie rzeczywistości oraz ich umiejętności badawcze. Rozwija też ciekawość świata, odwagę i krytyczne, samodzielne myślenie. Kompetencje, których znaczenie wykracza daleko poza szkolne mury.

Prof. dr hab. Stanisław Dylak pedagog, profesor Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu, kierownik zakładu Pedeutologii na Wydziale Studiów Edukacyjnych.

www.kopernik.org.pl

Eksperyment i obserwacja[1]. W ramach praktycznego konstruowania wiedzy wykorzystujemy: eksperyment rozumiany jako proces, w trakcie którego badacz wprowadza zaplanowaną zmianę jednego czynnika i bada, jakie ta zmiana przynosi rezultaty, uważając przy tym, by pozostałe czynniki pozostały niezmienne, obserwację rozumianą jako zaplanowane gromadzenie faktów, bez wprowadzania jakichkolwiek ingerencji w zjawisko. W trakcie obserwacji nie występuje zmienna niezależna, ponieważ, jak już zostało powiedziane, nie ingeruje się w badany proces. W powyższych działaniach eksperyment i obserwacja realizowana jest zgodnie z metodą naukową. Po pierwsze, uczniowie stawiają najpierw pytanie badawcze. Pozwoli to ukierunkować myśli i skoncentrować się na badanym problemie. Pytania badawcze nie mogą mieć formy zamkniętej i nie mogą sugerować gotowej odpowiedzi. Następnie należy postawić hipotezę, czyli prawdopodobną, przewidywaną i wymyśloną odpowiedź na pytanie badawcze na podstawie wcześniejszej wiedzy bądź własnych przypuszczeń. Przed wykonaniem eksperymentu nie ma złych lub dobrych hipotez. Każda, nawet najbardziej śmiała hipoteza jest dopuszczalna. Na dalszym etapie pracy weryfikuje się postawioną hipotezę, tak, aby można ją odrzucić bądź przyjąć jako prawdziwą. Jeśli żadna z tych dwóch opcji nie jest możliwa, oznacza to ponowne przemyślenie doboru metod badawczych i przeprowadzenie kolejnego eksperymentu. Następnym krokiem wchodzącym w świat metody naukowej jest określenie zmiennych: zmiennej niezależnej (to, co będziemy zmieniać), zmiennej zależnej (to co będziemy mierzyć lub obserwować) i zmiennych kontrolnych (to co musimy pozostawić niezmienne). Zwraca się uwagę na wspólne przejście z uczniami przez cały proces planowania eksperymentów i obserwacji i zaangażowanie uczniów do samodzielnego planowania eksperymentów. Dzięki temu uczniowie nie tylko utrwalą wiedzę merytoryczną, ale również będą w stanie powiązać przyczynę ze skutkiem, a wynik z weryfikacją postawionej hipotezy. Zdolność do wyszukiwania zależności przyczynowo-skutkowych ułatwi uczniom poznanie innych treści merytorycznych i logiczną interpretację poznawanych faktów. Profesor S. Dylak uważa, iż tylko eksperymenty przeprowadzane z procedurą naukową dają uczniom właściwy obraz „nauki”. „W wyniku biernego gromadzenia wniosków z przeżywanych i obserwowanych doświadczeń nie nauczymy się aktywnego, odkrywczego poznawania świata – tworzenia hipotez i planowania procesu poznawczego. Robiąc proste doświadczenia polegające na wykonywaniu instrukcji mówiącej co, kiedy i jak robić z określonymi obiektami czy zjawiskami, również jesteśmy bierni. Do fazy eksperymentowania przechodzimy dopiero wtedy, gdy świadomie i zgodnie z pewną procedurą planujemy badania wspierające nasz proces poznawania świata. Kluczem do naszego rozwoju intelektualnego i budowania wiedzy o świecie jest bowiem projektowanie hipotez i procedur ich weryfikacji (co się stanie, gdy…). Przeprowadzony przez uczniów eksperyment – obojętnie czy jego wynik był zgodny z przewidywaniem (hipotezą), czy nie – zawsze wzbogaca ich obiektywną wiedzę o badanym fragmencie rzeczywistości oraz ich umiejętności badawcze. Rozwija też ciekawość świata, odwagę i krytyczne, samodzielne myślenie. Kompetencje, których znaczenie wykracza daleko poza szkolne mury”[2].

Wymagania doświadczalne – propozycja doświadczeń

Podczas wykonywania eksperymentów na fizyce uczniowie zdobywają wiedzę czynną, na którą składają się czynności praktyczne:

1. Ilustrowanie
2. Wyznaczanie
3. Badanie
4. Demonstrowanie
5. Rozróżnianie
6. Łączenie
7. Obserwowanie
8. Otrzymywanie

Działy fizyki w szkole podstawowej

1. Ruch i siły (5)
2. Energia (0)
3. Zjawiska cieplne  (5)
4. Właściwości materii (7)
5. Elektryczność (5)
6.  Magnetyzm (2)
7. Ruch drgający i fale (2)
8. Optyka (5)           

 Razem: 31 doświadczeń