Nauczanie przedmiotów ścisłych: robimy to źle | Danny Doucette | TEDxRiga

Dziś świat potrzebuje naukowców i inżynierów bardziej niż kiedykolwiek, ale nasze podejście do ich wychowania jest zacofane i nieefektywne. Na podstawie własnych badań i doświadczenia Danny Doucette, nauczyciel szkoły średniej, wyzywa nas, abyśmy zmienili nasze wyobrażenie o nauczaniu przedmiotów ścisłych.

Jako nauczyciel fizyki i matematyki Danny próbuje zrozumieć, dlaczego nauki ścisłe stanowią dla uczniów wyzwanie oraz stara się opracować lepsze metody nauczania. Wierzy, że naukowe myślenie pozwoli każdemu lepiej zrozumieć otaczający nas świat.

Prelekcja wygłoszona na konferencji TEDx. Konferencje TEDx korzystają z formatu TED, ale organizowane są niezależnie, przez lokalnych ochotników.

Jestem nauczycielem szkoły średniej.

Nie przywykłem do tego,
że cała sala mnie słucha.

(Śmiech)

Kto z was lubił uczyć się
w liceum przedmiotów ścisłych?

Nieźle.

A kto z was w zeszłym tygodniu

wykorzystał wiedzę z lekcji fizyki

w życiu codziennym?

Parę osób, ale to niewiele.

Sądzę, że jako nauczyciel

nie mam większego wpływu
na życie swoich uczniów

i to jest problem.

Na początek chciałbym opowiedzieć o Zayi.

Zaya była moją uczennicą,
kiedy siedem lat temu uczyłem w Mongolii.

Miała wtedy 14 lat.

Zaya była cichą
i bardzo pracowitą dziewczynką.

Była zawsze miła dla kolegów.

Zaya wierzyła w UFO.

Jej dziadek twierdził, że kilkakrotnie
został przez nich porwany,

i zasłynął ze swoich obrazów
przedstawiających owe porwania.

Podczas naszej znajomości
Zaya odkryła internet

i zaczęła dowiadywać się
coraz więcej o teoriach spiskowych.

Z czasem zaczęła podejrzewać,

że lokalne władze i rząd jej kraju,

a nawet gospodarka światowa,
są w rękach małych, zielonych ludzików.

Tak się właśnie kończy,

gdy nastolatek bez umiejętności
krytycznego myślenia

dostanie się do internetu.

Jako globalna społeczność,
mamy przed sobą poważne wyzwania,

jak globalne ocieplenie,

i coraz szybszy rozwój
medycyny i technologii.

Żeby poradzić sobie
z tym jako społeczeństwo,

będziemy potrzebować ludzi
z podstawami nauk ścisłych.

Zarazem

jeśli każdy z was będzie zdolny
do naukowego i krytycznego myślenia,

będziecie mogli
lepiej zrozumieć otoczenie.

Jednak jak pokazuje przypadek Zayi,

my, nauczyciele, nie uczymy
uczniów, jak myśleć krytycznie.

Nie uczymy ich,

jak wykorzystywać pojęcia naukowe tak,
aby miały znaczenie w ich życiu.

Większość z nas przyznaje,
że powinno być nas stać na więcej,

ale jednocześnie

prawie cała dyskusja o tym jest skupiona
na nie tych problemach, co trzeba.

Większość ludzi pewnie myśli,

że dzieci pokochają przedmioty ścisłe
i będą w nich dobre,

jeśli tylko pokażemy im

wystarczająco wiele wybuchów
i fascynujących pokazów.

Przyjrzyjmy się takiemu
fascynującemu pokazowi.

(Brawa)

Mam kolbę, a tutaj jest katalizator.

Ta kolba zawiera nadtlenek wodoru
z odrobiną zwykłego płynu do mycia naczyń.

Teraz to wlewam.

No i mamy właśnie taki fajny efekt.

Widzimy tutaj,

jak katalizator rozkłada nadtlenek wodoru

na wodę i tlen w postaci gazu.

Płyn do naczyń w tej mieszance

wyłapuje cząsteczki tlenu za pomocą piany,

co daje całe mnóstwo piany.

Przez kolejne 10 minut
będzie to tak sobie wybuchać.

Mam nadzieję, że to
was za bardzo nie rozproszy

i będziecie nadal słuchać tego,
co mam tu do powiedzenia.

To wszystko super,

ale czy wzrosła przez to
wasza ciekawość świata?

Czy zastanawiacie się,
czemu niebo jest niebieskie

lub jak pracuje silnik samochodu

lub czemu żółwie mają
takie fajne wzory na skorupach?

Nie bardzo.

To znaczy, zadawanie takich pytań wywołuje
ciekawość, ale nie jestem pewien,

czy taki pokaz jest
naprawdę dobry dla uczniów.

Jeśli nie umiemy ich wykorzystać

do promowania ciekawość
czy nauki krytycznego myślenia,

takie pokazy to tylko efekciarstwo

w świecie, który potrzebuje ludzi
umiejących myśleć krytycznie.

Naszym drugim błędem jest założenie,

że nauki ścisłe to pewien
rodzaj zbioru wiedzy.

Jeśli nauka jest zbiorem wiedzy,

to szkoły zajmują się sprawdzaniem,

czy uczniowie zdobyli tę wiedzę, czy nie.

Mamy do tego dwa główne narzędzia.

Jednym z nich jest test
z odpowiedziami do wyboru.

Która z barw da najlepszą
rozdzielczość obrazu

w teleskopie optycznym lub mikroskopie?

Cztery odpowiedzi są błędne,
jedna poprawna.

Jakie elektrownie należy budować,
by dostarczać energię elektryczną?

Nie ma tu miejsca
na subtelności czy wyjaśnienia.

Ile chromosomów ma człowiek?

Nie ma żadnych wyjątków, tylko odpowiedzi.

Która z poniższych
podobnie brzmiących definicji

jest poprawną definicją pojęcia energii?

Jest to głównie test
czytania ze zrozumieniem.

Jak się nazywa najbliższa gwiazda?

Nie da się ocenić zdolności dziecka
do zadawania właściwych pytań,

formułowania hipotez,
przeprowadzania eksperymentów,

czy szukania sensu życia
poprzez taki test.

Drugim narzędziem jest dawanie zadań.

Zadania udają sytuację
z prawdziwego życia,

w której uczniowie mają
zastosować wiedzę naukową.

Na przykład:

Masa wynosi 5 kg,

przyspieszenie - 2 metry
na sekundę do kwadratu,

a wiemy, że siła to
masa razy przyspieszenie,

więc: ile wynosi siła?

Na widok takich zadań
uczniowie zadają sobie pytania:

jakie to ma być równanie?

Jakiego słownictwa mam użyć?

Jakie pojęcia mam zapisać?

I przestają myśleć.

Takie zadania nie dają
żadnej wymiernej oceny

zdolności dziecka
do zastosowania wiedzy naukowej.

To nic innego jak sprawdzenie,

czy uczniowie umieją
rozwiązać zadanie tego typu.

Więc testy z przedmiotów ścisłych
nic nie dają, prawda?

Ale co z tego?

Otóż te testy służą jako furtki.

Są używane, żeby jednym
nie dać skończyć szkoły,

a innych dopuścić na uniwersytety,

lub by mogli otrzymać
potrzebne przygotowanie zawodowe.

Wynikiem jest ogromna presja

na uczniów, na rodziny i na nauczycieli,

aby przygotowywali uczniów do tych testów.

Skupiamy się na niewłaściwej rzeczy,
te testy są niewłaściwym celem.

Jeśli nauka ma jakieś znaczenie,
czy kryje w sobie jakąś magię

na początku roku szkolnego,

to poczucie znika do grudnia.

Tak się sprawy mają.

Nauczanie przedmiotów ścisłych nie działa.

Próbujemy z wybuchami, które nie działają,

i przeciskamy uczniów przez egzaminy,
które nie mówią nic istotnego.

Mam dla was jeszcze jeden pokaz.

Ten jest lepszy.

Jest to tajemnicze pudełko,

popatrzcie proszę.

A teraz, kiedy to zobaczyliście,
kto ma jakieś pytanie?

Kto jest ciekawy, co to jest?

Kto chciałby wbiec na scenę,

pociągnąć za sznurek,
i zobaczyć, co się stanie?

Tak, to właśnie reakcja,
jakiej oczekujemy od uczniów!

Chcemy, żeby byli ciekawi.

Kiedy pokazałem uczniom
pudełko, powiedzieli:

"Niech pan nam pokaże, co jest w środku!".

Nigdy tego nie zrobię.

Jest przecież szczelnie zamknięte.

Tak jak w naukach ścisłych,
w tym przypadku nie chodzi o odpowiedź,

nie mamy dostępu do jakiejś
uniwersalnej prawdy.

Mamy tylko pytania.

Mówię więc uczniom, że mogą
w domu zrobić swoje pudełko

i wy tez możecie.

Jeśli wasze pudełko
będzie działało jak moje

- gratuluję, udało wam się.

Ale nigdy nie pokażę wam,
co jest w moim pudełku.

I na tym polegają pokazy, nie?

Ale zazwyczaj nauczanie nauk ścisłych
jest trochę trudniejsze,

więc spójrzmy na jeszcze jeden pokaz.

Mam plastikową piłeczkę i magnes.

Ani piłeczka nie oddziałuje na miedź,

ani magnes, ponieważ miedź
nie ma właściwości ferromagnetycznych.

Jeśli puścimy je przez te rurki,

widać już plastikową piłeczkę,
ale gdzie się podział magnes?

O, już jest.

O co tu chodzi?

Podczas spadania w rurze
zmienia się pole magnetyczne.

Tak jak w dynamie czy prądnicy,

zmieniające się pole magnetyczne,
wywarza prąd elektryczny.

Ponieważ magnes jest ustawiony pionowo,

strumień magnetyczny będzie
przemieszczał się po okręgach;

te okręgi to prąd wirowy.

Tak jak przewodnik z prądem
wytwarza pole magnetyczne,

prąd wirowy też wytworzy pole magnetyczne.

Pole magnetycznie, które się tu wytwarza

będzie miało przeciwny kierunek

do kierunku pola, które posiada magnes.

Dlatego przy spadaniu

magnes jest odpychany przez pole,
które w pośredni sposób wytwarza.

W wyniku tego, magnes opada wolniej.

A teraz, gdy już widzieliście pokaz,

usłyszeliście wyjaśnienie

i zobaczyliście zdjęcia,
to rozumiecie, o co chodzi, co nie?

No to przetestujmy waszą wiedzę.

Wezmę magnes

i odwrócimy go do góry nogami
i opuścimy przez rurkę.

Będzie spadał szybciej, wolniej,
czy z taką samą prędkością?

Ta sama prędkość.

Sytuacja jest skomplikowana, trudna.

Nad indukcją elektromagnetyczną

pracujemy z uczniami wiele godzin.

Przerabiamy konkretne ćwiczenia,
budujemy model i testujemy go.

Zrozumienie pojęć nauk ścisłych

wymaga czasu, wysiłku
i starannego nauczania.

W pracy korzystam z metody
o nazwie nauczanie modelowe.

Polega to na symulowaniu tego,
jak naukowcy faktycznie zdobywają wiedzę,

co jest naprawdę skuteczne.

Chciałbym wam to pokazać.

Zaczynamy od eksperymentu.

Uczniowie mają znaleźć zależność

między dwiema starannie
ograniczonymi zmiennymi.

Następnie podczas lekcji

wspólnie zbieramy wnioski,
by stworzyć model.

Ale dlatego, że uczniowie
sami stworzyli ten model,

nie jest to już prawo ciążenia Newtona,

tylko prawo Ani, prawo Iwana,
czy prawo Aleksandra.

To prawo jest ich własnością.

Następnie bierzemy ten model
i wykorzystujemy go w praktyce.

Na koniec można znieść ograniczenia modelu

i przekonać się,
że wtedy przestaje działać.

To pozwala stworzyć nowy,
bardziej uogólniony model.

Taka aktywna nauka naprawdę działa;

badania nie pozostawiają
co do tego wątpliwości.

Przeszkolenie nauczycieli
w efektywnym nauczaniu

będzie wymagało od nas czasu i wysiłku.

Ale na szczęście

nie jest to ani trudne, ani kosztowne.

Moim ulubionym narzędziem w klasie
jest tablica interaktywna.

Ja tylko przynoszę tablicę,
a interaktywni są uczniowie.

Kiedy chcę, żeby uczniowie
rozwinęli pewne umiejętności,

daję im praktyczne zadanie

i w ten sposób pozostają zaangażowani.

W zeszłym tygodniu dostali
balon wypełniony wodą,

mieli z drugiego piętra
wystawić go przez okno

i przewidzieć, kiedy trzeba go puścić,

żebym dostał nim w głowę,

kiedy będę przechodził pod oknem.

Popatrzmy na to.

(Wideo)

Widzicie... spada...

i trafiony, zatopiony.

(Śmiech)

Widzicie jacy są tam na górze szczęśliwi?

(Śmiech) (Brawa)

Dziękuję.

Ale wrócmy do Zayi.

Zayę ogarniała coraz większa paranoja,

coraz bardziej zamartwiała się
z powodu UFO.

Kazałem jej więc zastosować

myślenie naukowe,
którego uczyła się na lekcjach,

do tematu UFO i teorii spiskowych.

W trakcie roku szkolnego powoli
zaczęła się wycofywać ze swoich poglądów.

Pod koniec roku szkolnego
była znów normalnym dzieckiem.

Nauka oraz sposób myślenia,
który za nią stoi,

umożliwiły Zayi lepsze zrozumienie świata.

Wyobraźcie tylko sobie,
gdyby istniały zajęcia,

uczące poprzez aktywne,

wciągające i sensowne lekcje.

Gdyby wszyscy mogli nauczyć się

myślenia naukowego i krytycznego.

Ale w tej układance brakuje wciąż
jednego, dużego elementu.

Egzaminy.

Tu w Europie, jak i na świecie,

coraz większą wagę przykładamy
do ujednoliconych egzaminów.

Czas, który uczniowie poświęcają
na naukę stawiania pytań,

przeprowadzania eksperymentów,
czy naukowego rozumowania

to czas, którego nie poświęcają
na przygotowanie się do egzaminu.

Każda zmiana w nauczaniu
przedmiotów ścisłych

musi się zacząć od zmiany systemu ocen.

Oto czym możemy zastąpić
te okropne egzaminy:

projekty, zadania otwarte, portfolio,
praca w grupach, ćwiczenia laboratoryjne,

czy wirtualne laboratoria.

Jeśli jesteście nauczycielami,
dowiedzcie się czegoś o tym.

Te metody przetestowano i używa się ich

już od kilkudziesięciu lat.

Nie mogę zrozumieć, dlaczego ludzie
z nich nie korzystają, to szaleństwo!

Jestem tutaj, bo chcę zaapelować
do liderów świata naukowego

na całym świecie,

żeby stopniowo obniżali swoje zaufanie
do ujednoliconych egzaminów,

żeby zbadali i poważnie rozważyli
inne formy oceny.

Mam tez przesłanie do was,
a zwłaszcza do uczniów.

Nauki ścisłe to coś
znacznie więcej niż testy.

Jeśli potraficie wykorzystać
naukę w toku myślenia

i nauczyć się naukowego
i krytycznego myślenia,

będziecie mądrzejsi i bogatsi.

Można nauczyć się myślenia
naukowego i krytycznego,

wymagajcie więc tego
od szkół i systemów oświaty,

wymagajcie też tego od siebie.

I najważniejsze,

nie pozwólcie, żeby testy
dyktowały wam priorytety.

Nauka przedmiotów ścisłych
jest trudna, ale jest też ważna.

Myślę, że robimy to źle,

i myślę, że możemy robić to lepiej.

I, prawdę mówiąc, myślę,
że musimy robić to lepiej.

Bardzo wam dziękuję.

(Brawa)