جنبش نو سازی در آموزش علوم

مراکز آموزشی ریاضیات و علوم در کشورهای پیش رفته‌ی صنعتی در حال باز نگری مطالب مورد نیاز شاگردان و نحوه‌ی تدریس این مطالب هستند. دیدگاه‌های تازه هم اکنون بر بسیاری از مواد آموزشی تأثیر گذارده است. در حال حاضر تأکید اصلی بر تعمیق فرهنگ علمی، ریاضی، و فنی همه‌ی شاگردان است و بر این نکته بیش از توان علمی آن‌ها تأکید می‌شود. در این جنبش نو سازی، به جای معلم و تعلیم، دانش آموز و یاد گیری مرکز توجه است.
از چند دهه قبل، در امریکا بحث فراوانی در مورد لزوم اصلاح شیوه‌های آموزش علوم، ریاضیات، و تکنولوژی در گرفته است. گزارش‌هایی با عناوینی چون «ملتی در آستانه‌ی خطر» و مقایسه‌هایی در سطح بین المللی راجع به دست آوردهای ریاضیات و علوم نیز انتشار یافته است. این همه منجر به پیدایش مواد آموزشی جدید و نیز اصلاح شیوه‌ی تعلیم معلمان فعلی و آینده شده است تا بتوانند شاگردان خود را بهتر آموزش دهند، چون همین شاگردان هستند که دانشمندان، ریاضی دانان، مهندسان، تکنسین‌ها، کارگران، و شهروندان مؤثر در سرنوشت فردی هر ملتی را شکل می‌دهند.
این اصلاحات با اصلاحات دوره‌ی پس از اسپوتنیک که هدفش افزایش تعداد دانشمندان و مهندسان بود کاملاً فرق دارد. واکنش حاصل از آن اصلاحات، نوعی برگشت به اصول بود که عملاً شاگردانی پدید آورد که قادر به محاسبه بودند اما به سختی می‌توانستند تشخیص دهند که هر شیوه‌ی محاسبه‌ای در کجا به کار می‌آید.
تاکنون تأکید اصلی بر تعمیق فرهنگ علمی، ریاضی، و فنی همه‌ی شاگردان است و بر این نکته بیش از توان علمی آنان تأکید می‌شود. تلاش‌های کنونی در زمینه‌ی اصلاح و باز سازی آموزش‌های پیش دانشگاهی با هدف تغییر کار کرد دستگاه آموزشی و نه صرفاً بهبود کار کرد فعلی آن است. با آن که اصلاحات عمده‌ی فردی به قصد تغییر شرایط کلاس درس انجام می‌گیرد، گرایش کلی در جهت تغییر کل ساختارهای آموزشی است آن چنان که بتواند پاسخ گوی نیاز آموزندگانِ «ز گهواره تا گور دانش بجوی» عصر اطلاعات باشد.
در این جنبش نو سازی، به جای معلم و تعلیم، بر شاگرد و یادگیری تمرکز صورت می‌گیرد. پیش رفت‌های حاصل شده در علم شناخت که چشم انداز آموزش را دگرگون کرده است حاکی از آن است که: نباید شاگردان را هم چون ظرف‌هایی خالی دانست که دانش به درون آن‌ها ریخته می‌شود، بلکه باید آنان را برانگیخت تا به کمک مهارت‌هایی که دارند و دانشی که کسب کرده‌اند بر دانش خود بیافزایند. در این جا آموزگار به جای آن که انتقال دهنده‌ی اصلی دانش و قدرت برتر باشد تنها روند فراگیری را آسان‌تر می‌کند.
در این دیدگاه جدید، یاد گیری در چارچوب مجموعه‌ای از فعالیت‌ها قرار می‌گیرد: شیوه‌ی سخن گفتن، قواعد استدلال، دستور العمل‌ها، نظام‌های اعتقادی و غیره. فرض اولیه آن است که شاگردان نیاز دارند و می‌خواهند که دانش و مهارت‌های لازم برای حل مسائل واقعی را کسب کنند. در این مقاله به بررسی تدابیر و اقداماتی می‌پردازیم که برای تحقق بخشیدن به این نظرات انجام گرفته است. گر چه این بررسی همه جانبه نیست ولی امید آن را داریم که هم برای آموزگاران و هم برای دانشمندان علاقه‌مند به اصلاحات آموزشی مفید واقع شود.
شورای ملی معلمان ریاضی (امریکا) جزوه‌هایی در باره‌ی استانداردهای مواد درسی و ارزیابی ریاضیات دبیرستانی و هم چنین استانداردهای تدریس ریاضیات منتشر کرد. این اسناد، برنامه‌ی بلند پروازانه‌ای برای محتوای آموزش ریاضی و چگونگی تدریس آن پیشنهاد می‌کند.
این استانداردها حاوی هدف‌های گسترده و در عین حال مشخصی هستند که معلوم می‌کنند شاگردان در سطوح مختلف چه چیزهایی از ریاضیات باید بدانند. این هدف‌ها طوری تبیین شده‌اند که میزان پیش رفت به سوی آن‌ها را می‌توان از لحاظ کمیت ارزیابی کرد.
استانداردهای مذکور بر این اساس تنظیم شده‌اند که ریاضیات باید برای همه‌ی شاگردان مفید و دل پذیر باشد. شیوه‌ی اساسی در این جا عبارت است از درگیر کردن شاگردان با طیف گسترده‌ای از مسائل به طوری که آنان را برانگیزاند تا به جستجوی راه حل‌هایی برای این مسائل برآیند و در عین حال به هنگام لزوم بتوانند از ماشین حساب یا کامپیوتر استفاده کنند. بنا به روش مطرح شده در این استانداردها، به شاگردان فرصت‌های زیادی داده می‌شود تا چیزهایی را کشف کنند، رابطه‌هایی را بیابند، به استدلال منطقی بپردازند، و روش‌های گوناگونی را برای حل یک رشته مسائل غیر متعارف که می‌توانند پاسخ‌های متعدد داشته باشند به کار گیرند. آنان باید بتوانند با گرد آوری، ارائه، و تفسیر داده‌های واقعی (حاصل از آزمایش‌هایی که در صورت امکان انجام دهند)، و نیز با استفاده از جدول‌ها، نمودارها، و روش‌های آماری، تصمیم گیری کنند. هم چنین باید یاد بگیرند که مسائلی را که با ابهام طرح شده‌اند به طور مشخصی بیان کنند و راه‌های مؤثری برای حل آن‌ها بیابند. دیدگاه‌های مورد تأکید شورای ملی معلمان هم چنین متوجه راه‌هایی برای حل مسائل ریاضی است که شاگردان پیش از ورود به مدرسه با آن‌ها آشنا هستند ولی در کتاب‌های درسی نیامده است.
در مدارسی که برنامه‌های درسی تهیه شده با دیدگاه‌های فوق در آن‌ها به طور آزمایشی عرضه می‌شود، هم شاگردان زرنگ و هم شاگردان متوسط بازده مطلوبی داشته‌اند و حتی در مواردی شاگردان متوسط نتیجه‌ی مطلوب‌تری نسبت به زرنگ‌ها به بار آورده‌اند.
متأسفانه در همه‌ی جوامع علمی، استانداردهایی نظیر آن چه که شورای ملی معلمان تهیه کرده دیده نمی‌شود. البته انجمن ملی معلمان علوم (امریکا) اقدام به بررسی مطالبی کرد که باید به شاگردان تدریس شود و به خصوص در رشته‌ی فیزیک به نتایجی هم رسید. انجمن معلمان فیزیک امریکا نیز موضوع استانداردهای تدریس فیزیک را مورد مطالعه قرار داد.
انجمن شیمی امریکا برنامه‌ای برای مواد درسی شیمی دبیرستانی تهیه کرد که بیش‌تر بر کاربردهای شیمی در جامعه تأکید دارد. بررسی‌های انجام شده نشان می‌دهد که شاگردانی که با این برنامه درس خوانده‌اند چه از لحاظ معلومات نظری و چه از لحاظ کاربرد آموخته‌هایشان بر سایر شاگردان برتری دارند. تلاش‌های مشابهی نیز در قلمرو آموزش زیست شناسی صورت گرفته است.
بررسی جداگانه‌ی این استانداردها برای رشته‌های مختلف درسی این خطر را به همراه دارد که وقت شاگردان و معلمان را بیش از حد اشغال کند و عملاً هیچ کدام از استانداردها به نحو مطلوب اجرا نشود. به این لحاظ بهتر است شیوه‌هایی برای بررسی فراگیر استانداردهای درسی مورد توجه قرار گیرد.
انجمن پیش برد علوم امریکا طی کتابی که منتشر کرد نظرات خود را در باره‌ی «برداشت‌ها و عادت‌های ذهنی ضروری برای همه‌ی شهروندانِ جامعه‌ای دارای فرهنگ علمی» بیان کرد. در نخستین مرحله‌ی این طرح، میزان دانسته‌ها، مهارت‌ها، و برداشت‌هایی که شاگردان پس از پایان دوره‌ی دبیرستان باید در هر درس کسب کرده باشند بیان شده است. پدید آورندگان این طرح بر آن هستند که شاگردان علاوه بر فراگیری محتوای درس‌های مختلف، باید با مفاهیم سیستم‌ها، مدل‌ها، روندهای پایدار، تکامل، مقیاس‌ها، و الگوهای تغییر آشنایی کافی پیدا کنند. هم چنین بعضی از خصوصیات ذهنی باید در شاگردان ایجاد شود (مثل کنجکاوی، انعطاف در برابر افکار جدید، و قدرت شک کردن)، و باید مهارت‌هایی در محاسبه، تخمین، آزمایش و مشاهده، برقراری ارتباط، و عکس العمل به موقع و مناسب به دست آورند. این هدف‌های گسترده به تدریج در قالب استانداردهایی تنظیم می‌شود تا منجر به ترکیب متعادل و مطلوبی از اندیشه و عمل بشود.
مرحله‌ی دوم این طرح مربوط است به ایجاد چند گزینه‌ی مختلف برای برنامه‌های درسی به منظور دست یابی به سواد علمی و فنی مطلوب. در مرحله‌ی سوم، اصلاحاتی در آموزش علوم، ریاضیات، و تکنولوژی اِعمال می‌شود که محور توجه در آن‌ها مواد آموزشی، آموزش معلمان، روش‌های ارزیابی، درگیر شدن والدین و جامعه با مسأله‌ی آموزش، گروه‌های «در خطر» (شاگردانی با سوابق نامطلوب) و شاگردانی با انواع معلولیت‌ها هستند.
انجمن ملی معلمان علوم، برنامه‌ای برای تغییر ترتیب مطالب علمی دوره‌ی دبیرستان تهیه کرد که بر اساس آن، شاگردان در هر سال مباحثی از زیست شناسی، شیمی، زمین شناسی، و فیزیک را یاد می‌گیرند. نحوه‌ی عرضه‌ی مطالب، متناسب با سطح پیش رفت شاگردان است و در جهت حرکت از مطالب محسوس به انتزاعی، و از بیان توصیفی به کمیتی است.
جا دارد در این بررسی کلی اشاره‌ای هم به تحول در آموزش تکنولوژی بکنیم که هدف آن آگاه‌تر کردن شاگردان نسبت به جهان ساخته شده به دست بشر است. بدیهی است که تحقق این اصلاحات، همراه با اصلاحاتی در سایر رشته‌ها مثل املا، جغرافیا، تاریخ، موسیقی، و هنر به خصوص در سطح دبستان کار ساده‌ای نیست و با پیچیدگی‌هایی همراه خواهد بود.
در هر حال، برخوردهای متفاوتی که در مورد محتوا و نحوه‌ی انجام این اصلاحات وجود دارد دارای نکات مشترکی به این شرح نیز هستند: - حضور کار شناسان درگیر در فعالیت‌های علمی و هم کاری آنان با مربیان و معلمان. – تأکید بر پیش رفت ذهنی و تلقی علوم و ریاضیات به عنوان ابزارهای کسب دانش. – توجه به فعالیت‌های گوناگون به ویژه در آزمایش‌های علمی که برای شاگردان جذابیت دارد. – استفاده از تکنولوژی‌های آموزشی مناسب. – تشویق شاگردان به کار در چارچوب گروه‌های کوچک و گفتگو در باره‌ی ریاضیات و علوم. – تفسیر نقش معلم به عنوان کسی که به شاگرد کمک می‌کند تا به دانش دست رسی یابد نه به عنوان نسخه پیچ حقایق بی چون و چرا. این شیوه‌های تازه برای معلمان هم جالب است و آن‌ها نیز از این طریق علاوه بر آموزش علمی، نکات تربیتی را فرا می‌گیرند. – ارزیابی مداوم شیوه‌ها و مواد آموزشی جدید. ضمن این کار توجه می‌شود به این که شاگردان چه چیزهایی را می‌توانند یاد بگیرند، چطور یاد می‌گیرند، و چطور می‌توان میزان یاد گیری در آن‌ها را اندازه گرفت. این نکته فقط به حقایق مربوط نمی‌شود بلکه مفاهیم و فرایندها را نیز در بر می‌گیرد. – توجه کامل به نیازهای خاص زنان، اقلیت‌ها، و افراد ناتوان.
هم اکنون مواد درسی که در چارچوب این استانداردها و با استفاده از ابزارها و شیوه‌های آموزشی گوناگون تهیه شده است به طور وسیعی در دسترس علاقه‌مندان و پژوهشگران قرار می‌گیرد. مواد مذکور از جمله به صورت برنامه‌های درسی، مجموعه‌های آزمایشگاهی و کارگاهی، کتاب، فیلم، نوار ویدئویی و برنامه‌های کامپیوتری در سطوح مختلف و با برخوردهای متنوع نسبت به مواد درسی فراهم شده است. چندین مجله‌ی علمی نیز در جهت تبیین و اجرای این استانداردها انتشار می‌یابند که از آن‌ها می‌توان در خانه‌ یا در مدرسه استفاده کرد. چندین پایگاه اطلاعاتی نیز به صورت شبکه‌ی پیوسته و فراگیر کامپیوتری ایجاد شده است که مراکز آموزشی و تربیتی می‌توانند از امکان استفاده از مطالب ذخیره شده در آن‌ها برخوردار شوند.
روشی دیگر برای جلب علاقه‌ی دانش آموزان به علم، تأکید بر آموزش تکنولوژی یا مطالعه‌ی ساخته‌های دست بشر است. در این شیوه، بیش از مشاهده و کشف قوانین طبیعت، به طراحی و تولید توجه می‌شود. ابتدا یک نیاز خاص بشر در نظر گرفته می‌شود و سپس با استفاده از مفاهیم و اندیشه‌های فنی و با در نظر گرفتن محدودیت‌ها، امکانات موجود در تولید محصولی بررسی می‌شود. چنین مسائلی عموماً به چندین راه حل می‌انجامند. انتظار می‌رود چنین فعالیت‌هایی شاگردان بیش‌تری با توانایی‌های گوناگون را ترغیب کند تا در فراگیری علوم و ریاضیات که برای کار در هر سطحی ضروری است موفق شوند. این روش در سطح مقدماتی هم می‌تواند کار آمد باشد، زیرا وجود چندین جواب موجب می‌شود که شاگردان و معلمان به روند یافتن جواب و نه صرفاً به خود جواب توجه کنند.
ارزیابی میزان پیش رفت شاگردان در امر یاد گیری نیز موضوع فوق العاده مهمی است. روش‌های فعلی ارزیابی از دقت و کارایی مطلوب برخوردار نیستند و مطالعاتی برای یافتن شیوه‌های بهتر مثلاً از طریق ارزیابی مداوم یا ارزیابی عملی (که در حین انجام آزمایش عملی صورت می‌گیرد) دنبال می‌شود.
اکنون به عنوان حسن ختام، مسأله‌ای از ریاضیات دبیرستانی را بررسی می‌کنیم. این مسأله در جزوه‌ی استانداردهای مواد درسی و ارزیابی شورای ملی معلمان ریاضی مطرح شد: یک کارخانه‌ی ساخت قوطی کنسرو، سفارشی برای ساختن قوطی‌های استوانه‌ای با گنجایش یک لیتر آب میوه دریافت کرده است. به دلایل گوناگونی این کارخانه مایل است قوطی‌ها را طوری طراحی کند که کم‌ترین مقدار مواد اولیه مصرف شود. ابعاد قوطی‌ها را تعیین کنید.
این مثال نشان می‌دهد که چطور یک مسأله‌ی واحد را می‌توان به شاگردانی با توان ریاضی متفاوت عرضه کرد. در ملموس‌ترین سطح، دانش آموزان می‌توانند جدولی از ارتفاع‌ها، شعاع‌ها، و مساحت‌های مربوط به آن‌ها را با استفاده از ماشین حساب تشکیل دهند و سپس با بررسی این جدول پاسخ تقریبی را بیابند.
در یک سطح دیگر، شاگردان می‌توانند عبارتی جبری به دست آورند و بر اساس آن به کمک یک برنامه‌ی ساده‌ی کامپیوتری جدولی تشکیل دهند. در مرحله‌ای باز هم بالاتر، شاگردان می‌توانند مساحت را به صورت تابعی از شعاع بیان کنند و از روش ترسیم نمودار برای تعیین مساحت استفاده کنند و از آن جا شعاع و ارتفاع را به دست آورند. بررسی بیش‌تر این مسأله در مورد قوطی‌های استوانه‌ای دیگر می‌تواند منجر به حدس‌هایی شود پیرامون رابطه‌ی بین ارتفاع و شعاعی که مساحت را به حداقل می‌رساند. آن وقت می‌توان از شاگردان خواست تا اثبات کنند که در حالت کلی، وقتی مساحت حداقل می‌شود که ارتفاع دو برابر شعاع قاعده باشد یا این که مثالی در رد این مدعا بیاورند. این شیوه‌ی کار، مسابقه‌ی ذهنی خوبی برای شاگردان خواهد بود که بعدها نیز به این گونه مسائل در حساب دیفرانسیل و انتگرال بر خواهند خورد.
در مسائل مشابهی می‌توان شرایط و محدودیت‌ها را تغییر داد و مثلاً شرط حداقل بودن میزان دور ریز یا اتلاف ورق یا تسمه‌ی فلزی با ابعاد مختلف را مطرح کرد. چنین مسائلی در همه‌ی سطوح، شاگردان را وادار می‌کند که در باره‌ی مفاهیم ریاضی بحث کنند یا نظراتی روی کاغذ بیاورند.