جايگاه انجام آزمايش در آموزش شيمي
علم شيمي در مقايسه با ساير رشتههاي علمي از جمله فيزيك، زيستشناسي و زمينشناسي، وابستگي زيادي به انجام آزمايش و كسب مهارتهاي دستورزي دارد و در بررسي سيرتاريخي علم شيمي مشخص شده است كه بدون انجام آزمايش و كسب مهارتهاي آزمايشگاهي، نميتوان از مفاهيم آموخته شده به نحو احسن در زندگي روزمره استفاده كرد. اگر آموزش شيمي را همانند پرندهاي در نظر گيريم، انجام آزمايش به مثابه بالهاي پرنده خواهد بود كه بدون آنها پرواز ممكن نيست.
به راستي چرا بيشتر متخصصان آموزش علوم تجربي، انجام آزمايش و كسب مهارت را به عنوان يكي از مؤلفههاي بسيار مهم جهت آموزش شيمي لازم دانستهاند؟ پاسخ اين سئوال را ميتوانيم در نوشتههاي «رامسن»[1] در دوره زماني بين قرن 19 و 20 پيدا كنيم. وي يكي از شخصيتهاي مهم آموزش شيمي در ايالات متحده آمريكا است كه فعاليتهاي ارزندهاي در راستاي رشد، توسعه و تكامل اين علم در آن كشور انجام داده است. رامسن خاطرات اولين رويارويياش با علم شيمي را كه در زندگي حرفهاي او بسيار با ارزش بود، با نوشتاري ساده و از زبان يك دانشآموز و يا دانشجوي مبتدي توصيف ميكند.
متن زير نمونهاي از خاطرات رامسن است كه بنيان گذار سبك يادگيري توصيفي شيمي نيز ميباشد:
«هنگام مطالعه يك كتاب شيمي به اين مطلب رسيدم كه «نيتريك اسيد بر فلز مس اثر ميكند». از مطالعه چنين مطالب نامعقول خسته شده بودم و تصميم گرفتم تا اين مفاهيم را با چشمانم ببينيم. فلز مس كم و بيش برايم آشنا بود. چند سكه مسي در جيبم بود و يك بطري هم كه برچسبي با عنوان نيتريك اسيد داشت روي ميز دفتر استادم ديده بودم. اين ويژگي «اثر ميكند» را نميفهميدم و ميخواستم آن را ياد بگيرم. روح ماجراجويي بر من حاكم بود و با داشتن چند سكه مسي و نيتريك اسيد، ميخواستم معني «اثر ميكند» را درك كنم. همه چيز آماده بود و من به خاطر علاقه زياد به يادگيري و كسب تجربه، حاضر بودم حتي يكي از چند سكه مسي را كه كل داراييام بودند، قرباني كنم. يكي از آنها را روي ميز گذاشتم، درب بطري نيتريك اسيد را باز كردم و مقداري مايع اسيدي روي سكه ريختم و آماده مشاهده شدم. صحنه بسيار عجيبي بود. سكه مسي دچار تغيير شده بود و مايع جوشاني به رنگ آبي مايل به سبز به همراه بخارهايي بالاي سكه و ميز به وجود آمده بودند. هواي اطراف مكان آزمايش به رنگ قرمز تيره در آمده بود و تودهاي ابر رنگي فضا را پر كرده بود كه بويي بسيار نامطبوع و خفهكننده داشت. چطور ميتوانستم آن را متوقف كنم؟ من سعي كردم با برداشتن سكه و پرتاب آن از پنجره به بيرون، از اين وضعيت خلاص شوم؛ اما واقعيتي را آموختم و آن اين كه نيتريك اسيد نه تنها بر مس بلكه بر انگشتان دست نيز اثر ميكند. اين درد مرا به تجربه ناخواسته ديگري رهنمون كرد. من انگشتان خود را بر شلوارم كشيدم و حقيقت ديگري كشف شد؛ نيتريك اسيد بر پارچه شلوار نيز اثر ميكند. اين اثرگذارترين و شايد با ارزشترين آزمايشي است كه تاكنون انجام دادهام. من هنوز هم درمورد اين تجربه با علاقه صحبت ميكنم. با گذشت زمان و كسب تجربههاي مفيد در آموزش اثربخش شيمي، به اين نتيجه رسيدهام كه تنها راه يادگيري مؤثر علم شيمي، انجام آزمايش و مشاهده زنده پديدههاي شيميايي است».
با بررسي نوشته هاي رامسن، ميتوان به نتايج بسيار با ارزشي دست يافت. شماري از نتايج استخراج شده در زير آمده است:
- هنگامي كه موضوع مورد بحث در ياددهي و يادگيري شيمي، شامل انجام آزمايش و يا مشاهده پديدهاي باشد، كنجكاوي عامل مهمي محسوب ميشود.
- رامسن در اصل علاقمند به ديدن اثر نيتريك اسيد بر فلز مس بود؛ اما از اين طريق تجربه، تعريف عملياتي و مفاهيم ديگري را نيز بهدست آورد.
- رامسن نتيجه گرفت كه درك شخصي از اهميت زيادي برخوردار بوده و فقط با انجام آزمايش و كسب تجربه به دست ميآيد.
عوامل دخيل در يادگيري رامسن اغلب از نوع كيفي و توصيفي بودند. هر چند امروزه شيميدانان جهت درك يك پديده شيميايي كمتر از عوامل كيفي كمك مي گيرند و معمولاً اطلاعات كمّي را ترجيح ميدهند؛ اما براي آموزش مفاهيم و مهارتهاي دستورزي علم شيمي در سطوح پايينتر يعني مدارس، ميتوان از روش كيفي و توصيفي رامسن استفاده كرد. به هر حال اگر ميخواهيم مشاهداتي مثل رامسن داشته باشيم مجبوريم ابتدا نقش چنين ايدههاي كيفي را در آزمايشگاه بفهيم و سپس آنها را براي استفاده در آموزش دستكاري كنيم.
بررسي برخي مقالات و گزارشهاي پژوهشي نشان ميدهد كه براساس مفيد بودن به كارگيري آزمايشگاه و انجام آزمايش در رويكردهاي ياددهي- يادگيري شيمي، دو گروه متفاوت جبههگيري كردهاند. يك گروه معتقدند كه به كارگيري آزمايشگاه كار بيارزشي است و جز اتلاف وقت، نتيجه با ارزش ديگري در بر ندارد. اين گروه فوايد چنين فعاليتهايي را قبول ندارند، شايد به اين دليل كه تجربهاي شبيه رامسن براي شرح دادن پديدههاي شيميايي سخت است و تقريباً جادويي به نظر ميرسد. از سوي ديگر افرادي هم وجود دارند كه ميخواهند نشان دهند كه به كارگيري آزمايشگاه و انجام آزمايش در آموزش اثربخش شيمي يك نياز مبرم است.
پژوهشگران زيادي سعي كردهاند تا ويژگي آزمايشگاه و شرايط يادگيري در آن را تبيين نمايند. آزمايشگاه بايد مثل يك پازل باشد، نه مكاني براي مرور دانستههاي قبلي. در آزمايشگاه نبايد چيزهايي كه دانشآموزان قبلاً درستي آنها را فهميدهاند آزمايش شود؛ يا به عبارتي نبايد مكاني باشد براي بررسي صحت و سقم قوانين و مفاهيم شيمي. «پيكرينگ»[2] از پيشگامان آموزش آزمايشگاه محور شيمي معتقد است: «اگر قرار است انجام آزمايش چيزي را نشان دهد، بهتر است آن چيز روش علمي باشد. اجازه دهيم آزمايشگاه مكاني باشد كه در آن يافته هاي علمي و كسب تجربه در اولويت قرار گيرند». از ديد پيكرينگ، تجربههاي كسب شده در آزمايشگاه، بايد شامل به كارگيري تفكرات منطقي و خلاقانه همراه با پرهيز از دستورالعملهاي كليشهاي و مقيدساز موجود در شيوههاي سنتي آموزش شيمي باشد.
«شلسينگر»[3] شيميدان برجسته و يكي ازطرفداران نياز به آزمايشگاه در آموزش شيمي، هدفهاي روان و صريحي را براي فعاليتهاي آزمايشگاهي بر شمرده است. وي معتقد است كه يك تجربه آزمايشگاهي بايد داراي ويژگيهاي زير باشد:
1. بيان صريح و روشن مفاهيم بحث شده در كلاس درس از طريق مشاهده رفتار مواد شيميايي.
2. درك ماهيت علم شيمي از طريق برخورد با مسائل و پديدههاي واقعي - در غير اين صورت مفاهيم علمي كلمات و يا جملههايي بيش نيستند(الگوي رامسن).
3. تسهيل درك حقايق علمي؛ طوري كه دانشآموزان ياد بگيرند و تأثيرگذاري آن به اندازهاي باشد كه در حافظه آنها ماندگار باشد.
4. ارايه بصيرت و بينشي كلي نسبت به روشهاي علمي و آزمايشگاهي و آموزش طريقه استفاده از آنها در موقعيت هاي مختلف(الگوي ليبيگ).
با توجه به نقطه نظرات طرفداران به كارگيري آزمايشگاه در آموزش شيمي، ميتوان اهداف دنبال شده در انجام آزمايش و فعاليتهاي آزمايشگاهي را به شرح زير بيان كرد:
1. ياددهي مهارتهاي دستورزي
2. شناخت ابزارها و وسايل آزمايشگاهي و شيوه كار با آنها
3. پرورش روحيه كاوشگري علمي شامل:
§ طراحي آزمايش
§ اجراي آزمايش
§ گردآوري دادههاي تجربي
§ تجزيه، تحليل و تفسير داده ها و اطلاعات
§ تعميم دادن نتايج حاصل به ساير پديدههاي مشابه
در يك نگاه ساده ميتوان ادعا كرد كه شيمي بخشي از علوم تجربي است. بنابراين در کنار آموزش آن، بايد فعاليتهاي آزمايشگاهي مناسبي نيز انجام گيرند. اگر كمي دقيقتر به اين موضوع نگريسته شود، ممكن است گفته شود كه هدف از فعاليتهاي آزمايشگاهي، آموزش مهارتهاي دستورزي، كسب تجربه، اثبات و بيان مفاهيم نظري است. اما آيا اين پايان داستان است؟ اگر به راهبردهاي مختلف انجام فعاليتهاي آزمايشگاهي بنگريم، در اين صورت درمييابيم كه بايد درانتخاب راهبرد مناسبي كه منطبق بر اهداف آموزشي بوده و منجر به رشد تحصيلي بيشتر ميشود، وسواس زيادي به خرج داد.