1. مقدمه
در
آموزش فیزیک انجام آزمایش یک ابزار بسیار مهم و ایجادکننده انگیزه است. هر فعالیت
آموزشی براساس آزمایش می‌تواند یک انگیزه قوی و محرک
توانمند برای دانش آموزان و دانشجویان باشد.
معلمان فیزیک اغلب علاقه مند هستند تا آزمایشهای فیزیک را طراحی کنند و انجام دهند
اما به دلایلی از انجام آزمایش مناسب در کلاس خودداری می‌کنند و یا تعداد آزمایش های انجام شده کافی و مناسب نیست.
هدف
این پژوهش بررسی اهمیت آزمایش در افزایش انگیزه‌‌های یادگیری دانش‌آموزان است.
روش‌های زیر می‌توانند محرک‌‌های بسیار مناسبی جهت ایجاد انگیزه در
دانش‌آموزان برای درک بهتر مفاهیم
فیزیکی باشند.
(1-
الف) انگیزش از طریق ادراک نا‌خودآگاه شخص با استفاده از
آزمایش.
(1-
ب) استفاده از مهار پدیده های طبیعی.
(1-
ب) انجام تکالیف حل مسایل علمی و پروژ‌ه های علمی.
(1-
ج) نمایش آزمایش های ساده و تفریحی و سرگرمی
مانند اسباب بازی ها
(1-
د) تماشای فیلم و نرم افزار‌های رایانه ای
(1-
ذ) تجربه های طنز در فیزیک
2.
ارائه کاربرد‌های فیزیک و بیان پیشرفت های علمی جهت افزایش انگیزه
می توان برای افزایش انگیزه دانش آموزان به یادگیری مفاهیم فیزیک موارد
زیر را قبل از تدریس بیان کرد:
(2
- الف): استفاده از فیزیک برای زندگی (انرژی، محیط‌زیست، کمبود آب و غیره)
(2-
ب): استفاده از فیزیک در فناوری مانند MRI، لیزر، سفینه‌‌های فضایی و غیره
(2-
پ): بهره‌برداری از بیان تاریخ اکتشافات
و زندگی دانشمندان برای ایجاد هیجان در دانش‌آموزان
(2
- ج): بیان داستان‌های علمی‌تخیلی و تماشای فیلم‌های علمی‌تخیلی
(2
- د): استفاده از فیزیک و هنر به‌طور همزمان، کاریکاتور نیوتون و
اینشتین، انیمیشن ذرات بنیادی
(2
- ذ): بیان پارادوکس‌ها و ترفند‌های علمی و ارتباط دادن آن‌ها با مفاهیم درسی مانند پارادوکس دو
قلوها در نسبیت و یا گربه شرودینگر
آنچه
گفته شد مهم‌ترین عامل ایجاد انگیزه در دانش‌آموزان به یادگیری و انجام آزمایش است.
آزمایش را می‌توان جزء مهمی از آموزش فیزیک
دانست. این پژوهش بر روی دانش‌آموزان سوم دبیرستان شهرستان
فسا در مبحث الکترومغناطیس انجام شده است. جذابیت و انگیزه دانش‌آموزان توسط پرسش‌نامه‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج در
جدول زیر بیان شده است.
جدول
1 نشان می دهد که انجام آزمایشهای ساده و اسباب‌بازی و پارادوکس‌ها و ترفندها بهترین درصد را بین پاسخ‌‌های پرسش‌نامه‌ها دارند و روش‌های مبتنی بر آزمایش به شدت هر دو دانش‌آموز استعداد‌های درخشان و عادی را تحت‌تأثیر قرار داده است.
3.
نامناسب بودن و یا ناکافی بودن آزمایش ها
در آموزش فعلی
آزمایشهای فیزیک را می‌توان در تمام مراحل تدریس انجام داد. متأسفانه تحقیقات نشان می‌دهند
که آزمایشهای فیزیک انجام شده در مدارس
به اندازه کافی مناسب و مفید نیست. نمودار زیر انجام و استفاده از آزمایش در حین
تدریس را نشان می‌دهد.
چنانچه
مشاهده می‌شود بیشترین مقدار مربوط به عدم
انجام آزمایش است که می‌تواند دلایل مختلفی را داشته
باشد. همچنین بعضی از آزمایشهای انجام شده به اندازه کافی
برای سطح و توان علمی دانش‌آموزان مناسب نیستند.
نتایج
حاصل از پرسش‌نامه‌هایی از دانش‌آموزان و معلمان نشان می‌دهد که در درس الکترومغناطیس کلاس سوم
دبیرستان تنها 11 درصد از دبیران از انجام آزمایش استفاده کرده و بقیه دیگر روش‌ها را بکار برده‌اند. این موضوع می‌تواند برای آموزش یک اخطار باشد.
4.
آزمایش های ساده برای ایجاد انگیزه
شاید
انتظار داشته باشیم که همه آزمایشهای فیزیک تأثیر یکسانی در
ایجاد انگیزه داشته باشند اما حقیقت این است که آزمایشهای ساده بیشترین عامل ایجاد انگیزش در
دانش‌آموزان هستند. این آزمایش‌ها را می‌توان با وسایل بسیار ساده و در همه‌جا مثلاً کلاس یا خانه انجام داد.
برخی
ویژگی‌‌های آزمایشهای بسیار ساده که می‌تواند تأثیر بسیاری داشته باشد به شرح
زیر است:
ـ
شفافیت
ـ
فعالیت توسط دانش آموز
ـ
خلاقیت دانش آموز و معلم
ـ
ارزان‌قیمت بودن
ـ
پیشگیری از تصورات غلط
ـ
اثر‌های انگیزشی
آزمایشهای ساده منبع قوی انگیزش هستند زیرا می‌توانند قوای شناختی لازم برای حل مسئله
را فعال سازند. همچنین می‌توانند حواس ما را به جنبش
وادارند و باعث تمرکز و قدرت بیشتر شوند. آزمایشهای ساده در آموزش سودبخش هستند زیرا
نیاز به تجهیزات گران‌قیمت و پیچیده ندارند و دانش‌آموزان می‌توانند هم در کلاس و هم در خانه آن را
اجرا کنند. از دیدگاه آموزشی بسیار مهم است که آزمایشهای مدرسه‌ای مناسب انتخاب شود.
در
اینجا ما آزمایشهای ساده و محرک را بررسی می‌کنیم که باعث انگیزش بیشتر در آموزش می‌شوند.
5.
انواع آزمایش های ساده فیزیکی با قدرت انگیزش
بالا
ـ
آزمایشهای ساده و جذاب و گیرا در
فیزیک
ـ
آزمایشهای ساده با پارادوکس‌ها و نکته‌های پرسش‌برانگیز
ـ
آزمایشهای ساده سرگرم‌کننده و موردپسند همگان مانند تردستی
ـ
آزمایشهای ساده خانوادگی
ـ
آزمایشهای مجازی رایانه‌ای و اینترنتی
ـ
آزمایشهای خلاق و مهارتی
1.5. آزمایشهای جذاب
بسیاری
از آزمایشهای اپتیک و پدیده‌‌های ستاره‌شناسی جالب و زیبا هستند و دانش‌آموزان به آن‌ها بسیار علاقه‌مندند.
رنگین‌کمان، مشاهدات نجومی، تخلیه الکتریکی
گازها، اشکال مختلف در آینه‌‌های موازی و متعامد، نمونه‌هایی از آن‌ها هستند.
2.5. پارادوکس‌ها، معما‌ها و مسئله‌های پرسش‌برانگیز
در
اینجا یک آزمایش جالب به عنوان نمونه را معرفی می‌کنیم.
دهانه
یک لیوان پر از آب را با یک مقوا یا کارت می‌پوشانیم و با دست آن را محکم نگه می‌داریم، به‌طوری که هوا بین لیوان و بیرون مبادله
شود.
سپس
آن را وارونه می‌کنیم و دست را به دقت برمی‌داریم، می‌بینیم، آب خارج نمی‌شود، فشار هوای اطراف که به مقوا وارد
می‌شود، مانع خروج آب می‌شود.
3.5. آزمایشهای مربوط زندگی روزمره
آزمایشهای ساده بسیاری وجود دارند که می‌توانند با زندگی روزمره ما ارتباط داشته
باشند. در اینجا برای نمونه یک مورد را بررسی می‌کنیم.
فشار
هیدرواستاتیک آب به بدن و مخصوصاً پرده گوش هنگام شناو شیرجه زدن
اگر
یک لوله آزمایش را با یک بادکنک محکم ببندیم و در یک بطری آب قرار دهیم و سر بطری
را با یک پمپ باد وصل کنیم با افزایش فشار بر اثر باد کردن بادکنک به طرف داخل
لوله آزمایش رانده می‌شود. همان اثری که در هنگام
شیرجه به پرده گوش وارد شده باعث درد آن می‌شود.
4.5. آزمایش های سرگرم کننده و اسباب بازی ها
بسیاری
از اسباب‌بازی‌ها و دستگاه‌‌های سرگرم‌کننده دارای مفاهیم بسیار مهم فیزیکی
هستند می‌توان با استفاده از آن‌ها آزمایشهای ساده را انجام داده و به شرح علمی
آن‌ها پرداخت.
برای
نمونه می‌توان یک یویو با وسایل بسیار
ساده ساخت و با استفاده از آن قانون‌های حرکت دورانی ـ پایستگی
انرژی و قانون هوک و پدیده کشسانی را شرح داد.
5.5. آزمایش های خانوادگی
می‌توان آزمایش های فیزیک را به خانه منتقل کرد و همراه
با پدر ـ مادرـ پدربزرگ ـ مادربزرگ و غیره انجام و مورد تحلیل و بررسی قرار داد.
به‌عنوان مثال: بررسی ساختار و عملکرد
فروریزموج ـ تلفن همراه و یا بررسی خطرات احتمالی مانند حمل‌ونقل ـ آتش‌سوزی مواد سمی
برای نمونه اندازه‌گیری مساحت کف پای افراد مختلف خانواده
و ارتباط آن با وزن هر شخص و بررسی فشار وارده می‌تواند بسیار جذاب و آموزنده باشد، حتی
درد‌‌های پا و کمر را می‌توان بررسی کرده و با فشار ارتباط داد.
5.6. آزمایش های مجازی و رایانه ای و براساس فناوری اطلاعات و ارتباطات
(ICT)
در سال های
اخیر فناوری اطلاعات و ارتباطات بسیار گسترش یافته است و در همه زمینه ها
از جمله آموزش کاربرد دارد. بسیاری از آزمایش‌ها به‌صورت مجازی بر روی اینترنت قرار گرفته و
به‌صورت نرم افزار منتشر شده است که از آن‌ها می‌توان برای جذابیت بیشتر کلاس و افزایش
انگیزه استفاده کرد.
5.7. آزمایش های خلاق و ابتکاری ساده
می‌توان با وسایل بسیار ساده و ارزان‌قیمت آزمایشهای خلاقانه و ابتکاری را در بسیاری از
مدارس حتی مناطق محروم انجام داد. این آزمایش‌ها می‌تواند باعث تحریک قوای یادگیری و افزایش
انگیزه برای دانش‌آموزان باشد. به‌عنوان مثال با یک لوله آزمایش و یک لوله
شیشه‌ای ساده می‌توان حرکت یکنواخت با سرعت ثابت را نشان
داد. بدین صورت که دو سر لوله را با درپوش چوب‌پنبه‌ای می‌بندیم و در زاویه مناسبی (درون لوله آب
است) قرار می‌دهیم حباب‌‌های هوا با سرعت ثابت به طرف بالا حرکت
می‌کنند و اگر در لوله آزمایش آب و
گلوله رنگی سنگینی قرار دهیم و در لوله را ببندیم و در زاویه خاصی قرار دهیم گلوله
با سرعت ثابت و یکنواخت به طرف پایین حرکت می‌کند.
6.
نتیجه گیری و توصیه
آزمایش های فیزیک در مدرسه و دانشگاه می‌تواند جهت افزایش انگیزه و تمرکز
فراگیران بسیار مؤثر باشد. چندین راه و روش برای استفاده از آزمایش‌ها در کلاس وجود دارد. استفاده از
آزمایش های ساده و جذاب، استفاده از
آزمایشهای پرسش برانگیز و پارادوکس، آزمایش های مرتبط با زندگی روزمره، آزمایش هایی که در خانه و با خانواده انجام می‌شود، آزمایش هایی ساده که می توان از ICT کمک گرفت و آزمایش های خلاق و مهارتی که می‌تواند جذاب باشد. نه تنها دانش نظریه
علم فیزیک اهمیت دارد بلکه مهارت های طراحی و انجام آزمایش نیز
مهم است.
معلمان
فیزیک باید توانایی های خود در 3 مرحله زیر افزایش
دهند:
1.
مهارت انجام آزمایش های کلی فیزیک و تحلیل و تجزیه
آن ها و تدریس با آزمایش
2.
مهارت در انجام آزمایش با توجه به امکانات مدرسه و ارتباط دادن آن با نظریه های تدریس شده
3.
آموزش مهارت انجام آزمایش و تحلیل و تجزیه به دانش آموزان
این
موضوع ها می‌تواند در تربیت معلم فیزیک در نظر گرفته
شود.
1. Trna, J., Trnová, E, Novák, P. (2010). Improvement of science and technology literacy by means of ICT-based collaborative action research including hands-on experiments. In HSci2010. Bridging the science and society gap. Rethymno : University of Crete, pp. 326-332.
2. Trna, J. (2008). Hands-on Activity as a Source of Learning Tasks in Science Education. In HSci2008. Formal and Informal Science Education. Braga : University of Braga, pp. 78-82.
3. Haury, D. L. , Rillero, (1994). P. Perspectives of Hands-On Science Teaching. Columbus : ERIC-CSMEE.
4. Trna, J. (2005). Motivation and Hands-on Experiments. In Proceedings of the International Conference Handson Science in a Changing Education. HSci2005. Rethymno : University of Crete, pp. 169-174.
5. Trna, J., Trnová, E (2006). Cognitive Motivation in Science Teacher Training. In Science and Technology Education for a Diverse Word. Lublin : M. Curie-Sklodovska university press, pp. 491-498.
6. Trna, J., Trnová, E (2008). The motivation of gifted students through a natural experiment in learning tasks. In Education and Talent 2. Brno : MSD, pp. 32-46.
7. Royer, J. M., Cisero, Ch. A. , Carlo, M. S. (1993). Techniques and procedures for Assessing Cognitive Skills.
۹. دستور کار آزمایشگاه فیزیک دانشگاه فنی و حرفه ای فسا تألیف عبدالرضا احمدیان، ۱۳۹۴