Însușirea interactivă a noțiunilor de fizică prin investigație științifică

Elevul zilelor noastre este un participant activ la actul învăţării, în cadrul căruia dorește să preia iniţiativa, să participe direct la propriul proces de învăţare prin valorificarea cunoştinţelor existente, să lucreze independent,  să-şi însuşească abilitatea de a lucra în grup în cadrul căruia să înveţe de la colegii, să se autoevalueze, dar să-i poată evalua şi pe alţii.
În activitățile de fizică, am constatat că centrarea pe elev devine atât o condiţie de calitate şi eficienţă a procesului de învățare cât şi o modalitate de rezolvare a unor dificultăţi cu care ne confruntăm la ore: diminuarea motivaţiei la învăţătură, lipsa de atractivitate a unor conţinuturi, scăderea gradului de implicare a elevilor în activităţile de învăţare, scăderea performanţelor şcolare. Pentru a rezolva aceste dificultăți, am introdus în activitățile mele o strategie de învățare centrată pe elev, Învățarea bazată pe investigație, care, utilizată într-un context interactiv, pleacă de la o întrebare sau o situație problematică din lumea reală, și în care elevul ghidat de profesor trebuie să cerceteze, să experimenteze, să analizeze, să exploreze, să creeze și să comunice pentru a găsi răspunsul la aceasta.

Consider că în orice situaţie de învăţare, rolul profesorului este de a găsi căile cele mai adecvate pentru a-l determina pe elev să rezolve sarcinile propuse fără a-l constrânge. În acest sens, Pestalozzi spunea: „Gândeşte-te că dacă constrângerea îţi răpeşte încrederea copilului, toate eforturile tale sunt zadarnice. De aceea, asigură-ţi bine inima lui, fă-te necesar copilului. Cunoştinţele tale nu trebui să-l apese pe copil, trebuie să laşi adevărul să vină la el”.

În încercarea continuă de a obţine performanţe cât mai bune cu elevii pe care îi îndrum, care să aprecieze valoarea şi plăcerea muncii, mi-am pus de mai multe ori întrebările: Cum să fac să-i determin să lucreze mai uşor, cu mai multă bucurie şi satisfacţie, fără să fie nevoie să trag de ei,să le supreveghez fiecare mişcare… şi să-i aud văitându-se la fiecare pas. E mai uşor să programez bine activităţile şi să le fac singur pe toate? Cum ar trebui să acţionez pentru a-i determina să lucreze mai uşor, cu mai multă bucurie şi satisfacţie dar cu efort mai mic? Cum ar trebui să predau astfel încât să ajung la mintea şi la sufletul copilului?

Pentru a identifica răspunsuri adecvate la aceste întrebări, am considerat necesar că trebuie să-mi îndrept atenția asupra metodelor, tehnicilor şi instrumentelor pe care le pot valorifica în cadrul demersului instructiv-educativ, astfel încât învățarea să fie atractivă, motivantă, stimulativă, eficientă. De aceea, consider că este nevoie de metode și tehnici de învățare interactive cu valoare motivantă și stimulativă care să le fructifice abilitățile elevilor, plasându-i astfel în centrul unor experiențe creative de învăţare, fără să simtă constrângerea, ci doar implicarea în propria lor formare.

În activitățile de învățare realizate, am constatat că metodele  interactive de tip investigativ precum: mozaicul, cubul, tehnica ”Știu.Vreau să ştiu. Am învăţat”, diagrama Venn, ciorchinele, hărţile conceptuale, metoda R.A.I., tehnica 3-2-1, Gândiți- Lucrați în perechi- Comunicați, Unul stă- trei circulă, proiectul, jurnalul reflexiv, eseul de 5 minute, turul galeriei, urmaresc optimizarea comunicării între elevi, o înțelegere mai temeinică a noțiunilor, facilitând coparticiparea elevilor la evaluarea propriilor rezultate. Aceste metode pot fi îmbinate cu măiestrie cu metode tradiționale precum: problematizarea, algoritmizarea, explicația, jocul didactic, rezolvare de exerciţii şi probleme.

Procesul învăţării noțiunilor de fizică bazat pe investigația științifică este organizat în manieră ciclică, folosind ca model de învăţare, Modelul celor “5E” (Engage, Explore, Explain, Elaborate, Evaluate).

Etapa 1. Angajare (Evocare-Anticipare)

„În această etapă, se formulează întrebarea sau situația-problemă. Este o etapă provocatoare și dificilă, deoarece trebuie găsită o întrebare bună, incitantă care să trezească curiozitatea și dorința de studiu a elevului, dar să fie și ancorată în realitate.”

a) Un copil și un adult își dau drumul cu coarda elastică. Care dintre ei ajunge mai jos?/ Interacțiunea;
b) Cum pot fi ridicate ușor corpurile grele?/Mecanisme simple;
c) De ce un alergător slab poate să înainteze mai repede pe pistă decât un înătător excelent în apă/Energia mecanică;
d) Un scafandru poate coborî oricât de adânc în ocean?/Mecanica fluidelor;
e) De ce oamenii poartă haine închise la culoare iarna și deschise la culoare vara?/ Căldura.

Profesorul aplică diverse metode pentru a descoperi cunoştinţele anterioare ale elevilor, nivelul de înţelegere, dar şi pentru a-i încuraja să formuleze propriile întrebări.

Printre tehnicile și metodele recomandate în cadrul acestor lecţii sunt: Harta „Ştiu. Vreau să ştiu. Am învăţat”, ”Eseul de 5 minute”, Interviul în perechi, brainstormingul, ciorchinele.

Brainstorming– este utilă profesorului de fizică pentru a evalua ideile anterioare ale elevilor despre o anumită temă, de obicei nestudiată de elevi anterior, cu precădere la începutul unei unități de învățare (Mecanisme simple, clasa a VII-a/ Formularea unor răspunsuri privind întrebarea de investigat „Cum pot fi ridicate ușor corpurile grele?”; Interacțiunea/ Formulează răspunsuri în grup pentru întrebarea de investigat „Un copil și un adult își dau drumul cu coarda elastică”), pentru a genera ipoteze de lucru (Echilibru mecanic, clasa a VII-a/ Discuții privind echilibrul unor corpuri observate), pentru crearea unei liste de întrebări în vederea desfășurării unei investigații sau a unui proiect.

Etapa 2. Explorare (Explorare-Experimentare)

„În această etapă, întrebarea de investigat rămâne aceeaşi, elevilor li se oferă ocazii de a se implica direct în studiul fenomenelor şi corpurilor, lucrează împreună în echipe, pe cont propriu, concep experienţe comune, proiectează, formulează propriile concluzii.”

1) Interacțiunea/ Elevii vor înţelege noţiunea de greutate, vor stabili o legătură între greutatea şi masa, între forţa deformatoare şi alungirea corzii elastice, experimentând cu corpuri diferite. În acest sens, elevii evocă aspecte relevante ale experienţelor anterioare iar prin investigaţie în grup măsoară masa şi greutatea unor corpuri diferite, înregistrează în tabele corpul folosit, masa, greutatea şi calculează raportul dintre greutate şi masă cât și observă deformarea corpurilor sub acţiunea unor forțe deformatoare diferite .

2) Fenomene termice/ „Toate corpurile se dilată la fel?”. Elevii urmăresc o prezentare PPT, vor încerca să definească noţiunea de dilatare, să stabilească o legătură între dilatare şi natura materialului din care este făcut corpul, urmăresc câteva experimente virtuale AeL, formulează concluzii parţiale.

Metode, tehnici, procedee pentru această etapă sunt: mozaicul (etapa de învăţare în grupurile de experţi),SINELG (etapa de citire a textului şi marcarea pe text a simbolurilor), Gândiţi-Lucraţi în perechi-Comunicaţi, Tabelul conceptelor, Metoda Philips 6-6.

Gândiți-Lucrați în perechi-Comunicați– “este o activitate de învăţare prin colaborare care se desfăşoară repede şi care constă în faptul că elevii reflectează asupra unei informații, observații experimentale, text scurt, fiind solicitați să își exprime o opinie sau să răspundă unei întrebări deschise sau să rezolve o problemă scurtă, beneficiind în acelaşi timp de ajutorul unui coleg în formularea ideilor.”

De exemplu, elevii pot să dezbată situații problemă, formulează răspunsuri la întrebările problemă: „Ce fel de energie are o piatră care cade?”, analizează problemele din fișele de lucru stabilind un algoritm de rezolvare, etc.

Etapa 3. Explicare/clarificare (Reflecție–Explicare)

„Elevii au ocazia de a comunica între ei ceea ce au aflat şi de a înţelege semnificaţiile noilor informaţii. Rolul profesorului este cel de ghid: el ajută elevii să ordoneze și să își clarifice conținutul, să își corecteze ideile greșite, să verbalizeze, să explice ceea ce au descoperit, să utilizeze într-o cât mai mare măsură un vocabular de specialitate.”

1) Tema“Interacțiune”: elevii calculează rapoartele dintre forţele deformatoare şi alungirile înregistrate în tabel. Prin aplicarea metodei „Gândiţi, lucraţi în perechi, comunicaţi”, elevii pot să definească (cu ajutorul profesorului) noţiunea de constantă de elasticitate (simbol, definiţie, unităţi de măsură, metode de măsurare), să reformuleze concluziile anterioare (constanta de elasticitate este invers proporţională cu lungimea firului elastic; F•d = k•Δl), să definească (cu ajutorul profesorului) forţa elastică.

2) Tema „Fenomene termice”: „De ce se crapă paharul rece în care turnăm apă fierbinte?”, elevii realizează experimente, fac observații, comunică constatările făcute sub forma unor enunţuri generale.

Metode, tehnici, procedee pentru această etapă: … am învățat, mozaicul, Sinelg, Ciorchinele  (revizuit), Tabelul conceptelor, Tabelul T, Gândiţi- Lucraţi în perechi- Comunicaţi, Unul stă, trei circulă, Turul galeriei, Linia Valorii, Diagrama Venn, Cvintetul, Cubul, Eseul de 5 minute.

Cubul– “această tehnică orientează demersurile cognitive ale elevilor în cunoaşterea unui fenomen/ proces, din perspective multiple. Pe feţele cubului sunt notate operaţiile mentale, exprimate în termeni de verbe la modul imperativ, pe care elevul urmează să le  dezvolte.”

De exemplu, la tema „Interacțiune, clasa a VI-a, consolidare:
Grupa 1: Descrie tipurile de interacțiune;
Grupa 2: Compară efectul static al interacțiunii corpurilor cu efectul dinamic;
Grupa 3: Asociază deformarea cu tipul deformării;.
Grupa 4: Analizează efectele interacțiunii corpurilor prezentate;
Grupa 5: Aplică noțiunile însușite în identificarea efectelor prezentate;
Grupa 6: Argumentează „Ce legătură există între valoarea alungirii unei coarde elastice și greutatea corpului de la capătul ei liber?”

Unul stă, trei circulă– „Metoda poate fi utilizată ca modalitate de interevaluare. Pentru a putea fi folosită este necesar ca, mai întâi, elevii să lucreze la o problemă care se poate materializa într-un produs şi care, pe cât posibil, poate fi abordată în diferite feluri.
A.) Elevul care a stat acasă raportează comentariile pe care le-au făcut vizitatorii.
B.) Ceilalţi elevi spun pe rând ce au văzut în grupurile pe care le-au vizitat, subliniind asemănările şi diferenţele cu propriul produs.
C.) Elevii discută cum şi-ar putea îmbunătăţi produsul.”
Exemple: Fenomene termice, clasa a VI-a, recapitulare și sistematizare; Lucru mecanic și energia mecanică, recapitulare, ciochine structurat.

Diagrama Venn-Euler– „este un organizator grafic utilizat pentru a compara două idei, fenomene, evidențiind trăsăturile comune şi pe cele diferite.”
1) Tema: Tipuri de forțe/ Clasa: a VII-a:
a.În perechi, stabiliţi caracteristicile: forţei deformatoare și  forţei elastice;
b.Comparaţi cele 2 forţe, folosind diagrama Venn.
2) Tema: Încălzirea. Răcirea, Clasa a VI-a.

Cvintetul – „este o poezie de cinci versuri care solicită capacitatea elevului de a rezuma şi sintetiza informaţii, idei şi convingeri în exprimări concise. Cvintetul poate servi ca: instrument de sintetizare a informaţiilor complexe, mijloc de evaluare a înţelegerii elevilor, mijloc de exprimare a creativităţii.”
Exemplu: Tema/Fenomene optice- refracţia  luminii/ Clasa: a VII-a: Curcubeul, Multicolor, efemer, Răsărind, strălucind, dispărând, Incită privirile copiilor curioşi, Enigmatic!

Tabloul conceptelor– „îi ajută pe elevi în ordonarea, analiza, sistematizarea, sintetizarea informațiilor.” Ca și diagrama Venn se aplică în etapa de reflecţie și presupune efort mare de gândire din partea elevilor.
Exemplu: Tema- Echilibru mecanic și energia potențială, clasa a VII-a, după investigația în grup privind realizarea a trei experiemente( echilibru stabil, echilibru instabil, echilibru indiferent), se completează un tabel pe baza observațiilor realizate ( Dacă corpul revine singur sau nu la poziția de echilibru după ce a fost scos, Ce se întâmplă cu energia potențială?).

Etapa 4. Aplicare/ Extindere/ Elaborare (Aplicare–Transfer)

„Elevii folosesc noile cunoştinţe şi continuă să exploreze implicaţiile, consecinţele acestora.Sarcinile didactice dominante ale acestei etape sunt: sistematizarea şi consolidarea noilor cunoştinţe, dezvoltarea atitudinilor, a percepţiei valorilor și evaluarea rezultatelor învăţării.”
1) Interacțiune- Astfel, organizaţi pe grupe, elevii vor fi stimulaţi să rezolve probleme şi să comunice rezultatele în maniere diverse: turul galeriei;  Harta „Ştiu. Vreau să ştiu. Am învăţat; Eseul de 5 minute, ciochine structurat.
2) Fenomene termice- Folosind prezentări multimedia, elevii explică aplicaţii ale fenomenului de dilatare în viaţa de zi cu zi; realizează un ciorchine structurat cu toate informațiile din unitatea de învățare.

Linia valorilor– „este o metodă de învăţare prin colaborare, de dezbatere la care participă toţi elevii clasei. La cererea profesorului, elevii se aşază pe o linie imaginară în funcţie de poziţia adoptată: la un capăt se grupează elevii cu opinii pro, la celălalt capăt al liniei se grupează elevii cu opinii contra. Elevii indecişi se plasează la mijlocul liniei valorice, sau într-o parte separată a sălii. Elevii situaţi la extremităţi se consultă şi îşi prezintă argumentele pentru susţinerea punctului de vedere.”
Exemplu: Echilibru mecanic, clasa a VII-a, întrebarea-problemă: O piatră care cade are atât energie cinetică cât și energie potențială gravitațională.

Etapa 5. Evaluarea

În această etapă se determină nivelul învăţării, al înţelegerii care a rezultat și permite profesorului să determine dacă elevul a reuşit să înţeleagă, să însuşească  conceptele şi faptele.

Instrumentele care sprijină procesul de evaluare sunt: chestionarele, interviuri, portofolii, proiecte, fişe de observare a elevului în timpul activităţii investigative, jurnale de reflecție. Elevii pot să-şi demonstreze înţelegerea prin jurnale, desene, construcţii.
În urma acestei etape rezultă noi întrebări ce conduc la reluarea ciclului investigativ, fie ca o necesitate pentru a lămuri ce nu s-a înțeles, fie pentru aprofundarea temei.

Turul galeriei- reprezintă o metodă prin care se poate realiza interevaluarea elevilor, care lucrează în grupuri mici la o temă care se poate materializa într-un produs, temă ce poate fi abordată în diferite moduri. Exemple:Interacțiunea, recapitulare; Fenomene termice, clasa a VI-a, recapitulare.

Eseul de 5 minute– se foloseşte la sfârşitul orei, pentru a-i ajuta pe elevi să-şi adune ideile legate de tema lecţiei şi pentru a-i da profesorului o idee mai clară despre ceea ce s-a întâmplat în acea oră cu elevii și din perspectiva acestora.
Se solicită elevilor elevilor două lucruri:
• să scrie un lucru pe care l-au învăţat/ care le-a plăcut din lecţia respectivă ;
• să formuleze o întrebare pe care o mai au în legătura cu aceasta.
Câteva eseuri se vor citi în plen, în măsura în care timpul o permite. Eseurile vor fi strânse și folosite de către profesor pentru a-şi planifica la aceeaşi clasă lecţia următoare.
Exemple: Cea mai interesantă parte a lecției a fost realizarea experimentelor; Mi-ar plăcea să învăț mai mult despre echilibru mecanic.

Concluzii

O învățare autentică și de lungă durată presupune a trezi elevului curiozitatea și  dorința de implicare, responsabilizarea acestuia cu privire la propriul proces de învățare, a permite elevului să parcurgă acele stări firești procesului de înțelegere și învățare: nedumerire, îndoială, presupunere, ipoteză, explicație, reflecție.

Folosind în activitățile de învățare aceste metode interactive, le dezvoltăm elevilor gândirea critică, îi determinăm pe elevi să caute şi să dezvolte soluţii la diverse probleme, să realizeze conexiuni între informaţiile noi şi cunoştinţele existente evidenţiind modul propriu de înţelegere, totul fiind bazat pe un climat antrenant, relaxat,de colaborare, încredere şi respect între profesor-elev, elev-elev.
Iată de ce consider că ar fi oportun ca în această disciplină, fizica, predarea, învățarea și evaluarea să se realizeze interactiv, creativ şi în context interdisciplinar şi transdisciplinar, angrenând cunoştinţe din alte domenii integrând conştient această ştiinţă minunată în viaţa de toate zilele.

Receptivi la nou, este bine să îmbinăm judicios interactivitatea cu inovaţia şi creativitatea, familiarizăndu-i pe elevi cu noile tehnici de comunicare, învăţare și evaluare, ajutându-i să acceadă la tezaurul cunoaşterii.

Arhimede cerea un punct de sprijin pentru a răsturna Pământul pe baza sistemului de pârghii. Profesorul este în situaţia savantului antic. Mereu are nevoie de sprijin. Acesta nu poate fi găsit însă decât la elev.

Deci, trebuie să-i oferim elevului încredere în propria forţă de manifestare, stimulându-i orice iniţiativă, căci atunci el se va simţi valorizat și capabil.

Bibliografie
1. Facultatea de Fizică, Univ. București, Metode eficiente de învățare a fizicii, 2015;
2. Şoitu Laurenţiu, Strategii centrate pe elev, MEC, Bucureşti, 2006;
3. Pintilie M., Metode moderne de învăţare evaluare, Editura Eurodidact, Cluj Napoca, 2002.