Wizualizacja w chemii i nauczaniu chemii

Abstract

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie roli wizualizacji w chemii, jako jednej z gałęzi nauk przyrodniczych, ukazanie roli wizualizacji w procesie nauczania chemii oraz zbadanie, czy i w jaki sposób wizualizacja pojęć chemicznych wpływa na zrozumienie chemii i praw nią rządzących. Aby w pełni opisać zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ obrazowania na nauki chemiczne i ich nauczanie, w części początkowej pracy zostanie opisany szerszy kontekst zjawiska jakim jest wizualizacja. W tym celu zostanie przedstawiona rola obrazu w kulturze europejskiej oraz zanalizowane zostaną różnice pomiędzy przekazem informacji przy użyciu pisma i przy zastosowaniu obrazu. Omówione także zostanie obrazowanie w naukach przyrodniczych (w tym szczególnie chemii) na przestrzeni wieków. W dalszej części pracy zostaną przedstawione badania dotyczące różnic w odbiorze wiedzy chemicznej w zależności od sposobu jej podania. Główna cześć badań dotyczy wizualizacji mikroświata - świata atomów, jonów, cząsteczek. Właściwe zobrazowanie pojęć dotyczących indywiduów chemicznych jest w procesie nauczania chemii bardzo ważnym elementem. Kluczowość tego działania wynika z następujących teorii pedagogicznych: - Zgodnie z pierwszym prawem Adolfa Josta (Jost, 1897), w miarę upływu czasu siła skojarzenia starszego słabnie wolniej. Czyli w miarę upływu lat dziecko zapamiętuje pierwotne skojarzenia związane z danym pojęciem. Dlatego tak ważne jest, aby pierwsze wizualizacje, z którymi spotyka się uczeń w procesie edukacji chemicznej, były poprawne. Drugie prawo Josta głosi, że jeżeli dwa skojarzenia mają jednakową siłę, lecz jedno jest starsze od drugiego, to ponowne powtórzenie będzie bardziej faworyzowało skojarzenie starsze. To prawo również wskazuje na znaczenie pierwszych wyobrażeń związanych z pojęciem. Ponieważ pierwsze konotacje dotyczące zjawisk przyrodniczych zostają w pamięci najdłużej, niewłaściwe ich ukształtowanie może prowadzić na dalszych etapach kształcenia do transferu ujemnego. - Drugą teorią, która uzasadnia zwrócenie uwagi na obrazowanie mikroświata w nauczaniu chemii, jest teoria Jeana Piageta (Piaget, 1991). W świetle tej teorii rozwój poznawczy dziecka można podzielić na cztery stadia: okres sensomotoryczny (od początku życia do 2 roku), okres przedoperacyjny (2-7 lat), okres operacji konkretnych (7-11 lat) i okres operacji formalnych (11-15 lat). Nauczanie chemii rozpoczynamy, gdy uczniowie mają 12-13 lat, czyli są w najwyższym stadium rozwojowym - ich sposób myślenia logicznego jest pełny (Vasta, Haith, Miller, 1995). Właściwe człowiekowi w tej fazie rozwoju jest myślenie abstrakcyjne (Jurkowski, 1986). Dlatego też w rozumowaniu ucznia na tym etapie rozwoju ranga spostrzeżeń jest coraz mniejsza, potrafi on bowiem myśleć o przedmiotach, których nie spostrzega. Jednak w latach 80. XX w. niektórzy badacze zaczęli podważać Piagetowską tezę o uniwersalności stadium operacji formalnych w rozwoju poznawczym człowieka (Labovie-Vief, 1980; Trempała, 1986). Uważali oni, że rozwój zmierza, co prawda, w kierunku stadium operacji formalnych, ale nie wszyscy dorośli osiągają ten etap. Niektórzy uczniowie rozpoczynający naukę chemii znajdują się jeszcze w stadium operacji konkretnych i potrafią przeprowadzić operacje umysłowe, o ile związane są one z konkretnymi przedmiotami, a nie z pojęciami abstrakcyjnymi. Dlatego posługiwanie się wizualnymi modelami mikroświata powinno ułatwić tym uczniom zrozumienie podstaw chemii. Wizualizacja pojęć chemicznych niesie jednak także pewne pytania: - Które pojęcia należy wizualizować, a które nie? - Czy każda wizualizacja jest poprawna i czy każda faktycznie ułatwia zrozumienie tematu? - Czy obraz „sam się tłumaczy", czy też uczeń musi się nauczyć, jak odczytywać, co oznaczają poszczególne elementy wizualizacji? Na podstawie wcześniej prowadzonych badań i obserwacji jako hipotezy wstępne przyjęto, że: - aby zrozumieć, co przedstawia obraz, trzeba posiadać wcześniej wiedzę dotycząca kodów zapisu obrazu, - wizualizacja ułatwia zrozumienie pojęć abstrakcyjnych, ponieważ powoduje ich konkretyzację, - istnieje bariera język/obraz - np. trudno narysować znane nam wyobrażenia, a także trudno opisać wizualizacje bez odpowiednich ćwiczeń. Dlatego też wydaje się słusznym przyjrzenie się różnym aspektom wizualizacji zarówno w życiu codziennym, jak i w naukach przyrodniczych na przestrzeni wieków.