A természettudományos gondolkodás és kutatás fontosságát jól érzékeltetik a természettudományos tudást mérő nemzetközi vizsgálatok elméleti keretei. A PISA-vizsgálat természettudományos műveltséget leíró modelljében olyan készségek kerülnek a középpontba, mint a jelenségek tudományos magyarázata, a vizsgálatok tervezése, értékelése, az adatok és bizonyítékok tudományos értelmezése. Emellett fontos szerepet kap az ismeretjellegű tudás három típusa: a deklaratív tudás (természettudományos fogalmak, tények, összefüggések, modellek, elméletek, törvények ismerete); a procedurális tudás (a tudományos kutatásokban alkalmazott módszerek, eljárások ismerete) és az episztemikus tudás (a tudomány természetének, működési alapelveinek ismerete, megértése), valamint a tudás különböző kontextusokban (személyes, helyi/nemzeti, globális) való alkalmazása és a tudománnyal szembeni attitűdök formálása (OECD, 2019). A TIMSS- (Trends in International Mathematics and Science Study) felmérések is nagy hangsúlyt fektetnek a természettudományos gyakorlatokra (science practices), azokra a tudományos kutatáshoz, vizsgálódáshoz szükséges készségekre, amelyek minden természettudományos diszciplína tanulásához szükségesek (Mullis–Martin, 2017).

 

Jamie Jirout és David Klahr (2009) meghatározása szerint a kíváncsiság a bizonytalanság olyan preferált mértéke, amely kérdésfeltevéshez vagy felfedező magatartáshoz vezet. A gyerekeket természetüktől fogva jellemzi a kíváncsiság, az a késztetés, hogy megismerjék és megértsék a körülöttük lévő világot. Egyszerű problémák esetében már a négy-öt éves gyerekek is képesek arra, hogy kérdéseket tegyenek fel a bizonytalanság kezelésére, és a megszerzett információkat képesek felhasználni a bizonytalanság feloldására. A kérdések hatékonyabb használatában hat-hét éves korban jelentős fejlődés tapasztalható (Jirout–Zimmerman, 2015).

A kíváncsiság, az ismeretlen felfedezésének vágya olyan helyzetekben működik leginkább, ahol van némi bizonytalanság, de nem túl sok. A gyerekek a közepes bizonytalansági szintet részesítik előnyben a minimális és a maximális bizonytalansági szinttel szemben (Jirout–Klahr, 2009). Mindez segítheti az óvodapedagógusokat, tanítókat abban, hogy tudatosan építsenek a gyermekek kíváncsiságára. Az optimális bizonytalanság megteremtése azonban nem egyszerű. Ahhoz, hogy a gyerekek kíváncsivá váljanak, nemcsak az a fontos, hogy bizonytalanságot teremtsünk a környezetben, hanem hogy a gyerekek kognitívan érzékeljék a bizonytalanságot. Ha a gyerekeknek szilárdan megalapozott meggyőződésük van egy témáról, nem lesznek kíváncsiak, hiszen már eleve úgy gondolják, hogy tudják azt, amit a pedagógus szeretne nekik megtanítani. Ebben az esetben segíthet, ha a pedagógus kognitív konfliktust teremt, létrehoz egy olyan helyzetet, ami ellentmondásban van a gyerekek meglévő tudásával (Jirout–Zimmerman, 2015). A kognitív konfliktus keltésének számos lehetősége van. Ilyen például tanári kísérlettel vagy kérdések, beszélgetés révén olyan bizonyítékok bemutatása, amelyek más megvilágításba helyezik a dolgokat, újabb szempontokat vetnek fel. Ha a gyerekek felismerik a bizonytalanságot, törekszenek annak feloldására, ezért kérdéseket tesznek fel, és alaposabban megfigyelik, megvizsgálják a jelenségeket.

A gyerekek kíváncsiságát többféle stratégiával lehet segíteni. Ilyen például a támogató osztálytermi légkör, ami lehetőséget ad a felfedezésre, a hangosan gondolkodásra, a problémamegoldásra; ahelyett, hogy megmondanánk a gyerekeknek, hogy mit tegyenek. Modellezhetjük számukra a kíváncsiságot: megmutathatjuk, hogy mások sem tudnak mindent, de ha szeretnének valamit megtanulni, akkor kérdéseket tesznek fel, információkat keresnek, kutatásokat végeznek. A pedagógus ösztönözheti és irányíthatja a kérdések megfogalmazását, és rávezetheti a gyerekeket arra is, hogy egy probléma megválaszolásához többféle úton is el lehet jutni (Jirout, 2020).

Bár a kíváncsiság, a kérdésfeltevés és a felfedezés spontán is fejlődnek, a tudományos gondolkodás és vizsgálódás készségeinek fejlesztése tudatos tanári munkát igényel. A kérdésfeltevés egy idő után elvezet hipotézisek megfogalmazásához és elméletek megalkotásához, a megfigyelés és a bizonyítékok értékelése pedig a pontos mérésekhez és a statisztikai modellek alkalmazásához. Az információgyűjtés az alapja annak, hogy később kialakuljon a változók azonosításának és a kontrollált vizsgálatok tervezésének készsége (Jirout–Zimmerman, 2015).

 

Természettudományos témák kutatási szemléletű feldolgozása óvodáskorú gyerekek körében is lehetséges. Például Ala Samarapungavan és munkatársai (2011) azt tapasztalták, hogy azok a gyerekek, akik részt vettek az egy éven át tartó, hat témát feldolgozó programban, jobban megértették az alkalmazkodás, a növekedés és fejlődés fogalmát, illetve a biológiai struktúra és funkció közötti kapcsolatot. Sikeresen be tudtak kapcsolódni a pedagógus által irányított vizsgálódásokba. Képesek voltak használni a korábbi tapasztalataikat az élőlényekkel kapcsolatban, kérdéseket tettek fel, előrejelzéseket fogalmaztak meg, egyszerű megfigyeléseket végeztek, és következtetéseket vontak le a megfigyeléseik alapján. A gyerekek nemcsak részt tudtak venni a tudományos folyamatokban, de meg is értették a tudományos kutatás kulcsfontosságú aspektusait. A fejlesztés további hozadéka volt, hogy a kísérletbe bevont gyerekek érdeklődése, motivációja is növekedett a természettudományos témák iránt. Kisiskoláskorban a kutatásalapú tanulás típusai közül elsősorban a strukturált kutatást célszerű alkalmazni, és számos kutatási készség (például egy témában a vizsgálható kérdések megfogalmazása, előrejelzések, megfigyelések, vizsgálatok végzése, adatok összegyűjtése, rögzítése, értékelése, tapasztalatok megfogalmazása és megvitatása, adatok alapján következtetések levonása) fejlesztését be lehet építeni a tanításba (lásd például O’Connor–Rosicka, 2020).

A megfigyelés fejlesztése kiemelten fontos, mivel ez olyan más kutatási készségekhez vezet, mint például az előrejelzések megfogalmazása, hipotézisek felállítása. A megismerést segítő tevékenységek változnak a gyerekek kognitív fejlettségével, amit Wynne Harlen (2006) három életkori szakaszra bontva foglalt össze. Az óvodáskor utolsó és a kisiskoláskor első éveiben (öt-hét éves kor) a közvetlen tapasztalatszerzés és a felfedezés a mindennapokból ismerős tárgyakkal, jelenségekkel történik, amelyeket megfigyelhetnek, megvizsgálhatnak, csoportosíthatnak, rendszerezhetnek a gyerekek. A tárgyakat szét is szedhetik, megvizsgálhatják az alkotóelemeiket, szerkezetüket, és maguk is készíthetnek egyszerű modelleket. A következő életkori szakaszban (nyolc-tíz éves kor) a megfigyelt dolgok köre és a megfigyelés is összetettebb lesz (például mintázatok, összefüggések keresése). A gyerekek vizsgálatokat végezhetnek, amelyek során ők idézik elő a változást. Egyszerű kísérleti helyzetekben megértik az „egyszerre egy tényezőt változtatunk” elvet. A tevékenységek megválasztásával és a folyamatos támogatással a pedagógusok már ebben az időszakban is ösztönözni tudják a gyerekeket arra, hogy a jelenségek magyarázatához szisztematikus vizsgálatokat végezzenek, és ne véletlenszerűen cselekedjenek. A vizsgálati módszerek köre a tíz-tizenkét éves korosztálynál tovább bővül. A részletes és különböző eszközöket is alkalmazó megfigyelés mellett egyre nagyobb szerepe lesz a mérésnek, valamint a mérések megismétlésével és a pontosságra való odafigyeléssel a kvantitatív megközelítés fejlesztésének.

 

Néhány éve formálódik az a szakmai közösség, amelynek tagjai keresik az utat, illetve azokat a megvalósulási formákat, hogy milyen módon lehet intézményi keretek között lehetőséget teremteni a kisiskolások természettudományos gondolkodásának fejlesztésére (Csiszár, 2019). Ennek a munkának tudományos beágyazódási lehetőséget teremtett az MTA–SZTE Természettudomány Tanítása Kutatócsoportban a Tudomány Gyermekeknek Munkacsoport. Itt vizsgáltuk a kisiskoláskori természettudomány-tanítás tudományos alapjait, kutattuk hatékony megvalósulásának körülményeit, ismerkedtünk az ilyen irányú nemzetközi törekvésekkel és tapasztalatokkal, tananyagokat, valamint foglalkozásterveket fejlesztünk. Munkánk eredményét számos tanulmányban, valamint a tanítóknak, tanároknak, pedagógusjelölteknek szóló módszertani kézikönyvben (Korom–Csiszár, 2020) adtuk közre, amely a kutatócsoport által készített Gondolkodtató természettudomány-tanítás ötkötetes sorozat része.1 A továbbiakban az általunk kidolgozott fejlesztő program, illetve annak kimunkálásának néhány fontosabb elemét foglaljuk össze.

A természettudományokat tanító tanárok évtizedes tapasztalatai egybecsengenek azokkal a kutatási eredményekkel, amelyek rámutatnak arra, hogy mire a diákok az iskolában a szaktantárgyak keretében a 7–8. évfolyamon találkoznak a természettudományokkal, már kialakul bennük egyfajta ellenérzés (lásd például Chrappán, 2017), illetve sokak számára reménytelenül nehéznek tűnő akadályként jelennek meg ezek a tantárgyak. Ennek egyik meghatározó oka az lehet, hogy a diákok korábbi tanulmányaiból hiányoznak olyan elemek, amelyek alapot teremthetnének a későbbi sikeresebb fejlesztéshez. Az általános iskola befejező két évfolyamához érkezve szakadék tátong a tanulók felkészültsége és a természettudományokat tanító pedagógusok által a diáktól „elvárt” tudás- és képességszint között. A tanulók döntő többségénél az értő tudás hiánya tapasztalható, hiányzik a kísérleti tapasztalatszerzésen alapuló fogalomalkotás, nagyon gyenge a manuális készségük, alig ismerik a legalapvetőbb eszközök működését, használatát, nagy nehézségbe ütközik bizonyos egyszerű műveletek önálló végrehajtása. Mindezek következménye az a tapasztalat, miszerint a diákok túlnyomó része számára már az első diszciplínákra bontott természettudományos órákon elveszik a kapcsolat a diák és a tanár (vagy a tantárgy) között. Kutatómunkánk során arra kerestük a választ, hogy mit lehet tenni intézményi szinten, hogy ezek a tendenciák megváltozzanak. A helyzet javítását tűztük ki célul, melyhez egy hosszú távú fejlesztő program kidolgozását kezdtük meg. Abban a reményben végezzük ezt a munkát, hogy eredményeként érzékelhetően javulnak azok a kiindulási feltételek, amelyekre alapozni lehet a természettudományos szaktárgyi oktatás megkezdésekor.

A kisiskolások természettudományos gondolkodásának és kutatási készségeinek fejlesztésére irányuló program kidolgozásának legfontosabb jellemzői az alábbiak szerint foglalhatók össze. A program a tanulók tevékenységére, aktivitására épít, a kutatásalapú tanulás formái közül a megerősítő és a strukturált kutatást alkalmazza folyamatos pedagógusi irányítással és támogatással. A tanórán kívüli, de az iskolai tanulás szerves részét képező foglalkozásokon a tanulók kisebb csoportokban végeznek vizsgálatokat, majd a pedagógus által irányított beszélgetésben fogalmazzák meg a tapasztalataikat és a következtetéseiket. A foglalkozások témaköreinek kiválasztásánál lehetőséget kerestünk arra, hogy a gyermekek hétköznapi tapasztalataihoz, tevékenységeihez, esetleg játékaihoz kapcsolódó folyamatok, jelenségek vizsgálataira kerüljön sor, oly módon, hogy a gyermekek által jól ismert, nap mint nap használt eszközöket, játékokat is felhasználjunk a gyerekekkel együtt végzett vizsgálatokban, kísérletekben. A kísérletek kiválasztása során fontos szempont volt, hogy azok minden esetben olyanok legyenek, amelyeket a tanítók teljes biztonsággal és viszonylag egyszerűen el tudnak végezni, illetve végeztetni a tanulókkal. A foglalkozások két vagy három párhuzamos helyszínen, csoportcserével (forgószínpadszerűen) történtek, így figyelnünk kellett arra is, hogy a csoportok váltása között gyorsan újrarendezhetők legyenek az eszközök. A kísérletek során felhasznált eszközök és anyagok megválasztásánál törekedtünk arra, hogy minél egyszerűbb, a háztartásokban is előforduló eszközöket és anyagokat használjunk. Lehetőség szerint kerültük a speciális laboratóriumi eszközök használatát, olyanokat kerestünk helyettük, amelyek könnyen hozzáférhetők. A kísérletekhez használt anyagok mennyiségénél törekedtünk a takarékosságra, és kerültük a szükségtelenül nagy mennyiségek használatát. Odafigyeltünk a háztartási hulladékok (például: PET-palack, alumíniumdoboz stb.) újrahasznosításának lehetőségére. A foglalkozások felépítésekor azonosítottuk a gondolkodási műveletek (például: összehasonlítás, sorképzés, csoportosítás, ok-okozati kapcsolatok felismerése, szabályszerűségek, analógiák azonosítása) és a kutatási készségek (például: kérdésfelvetés, előrejelzés, kísérlet elvégzése, adatgyűjtés, következtetés) fejlesztésének lehetőségeit. A megvalósítás során figyelmet fordítottunk arra, hogy minél több további készség (például: együttműködés, kommunikáció) komplex fejlesztésére sor kerüljön. Kerestük a lehetőségeket a tantárgyakon átívelő fejlesztésekre. A gyermekek kísérleti tevékenységének tervezése során olyan alkalmakat is beépítettünk, amikor kipróbálhatták és gyakorolhatták a mérőeszközök és az egyszerűbb „laboratóriumi” eszközök használatát.

Az általunk kidolgozott program felépítése igazodik a gyermekkori megismerés és gondolkodás fejlődésének jellemzőihez. A program első szakasza az írni, olvasni, számolni nem tudó vagy éppen tanuló korosztálynak szól. Ezek egyrészt az óvodai nevelés utolsó évében, az iskolai előkészítő foglalkozásokhoz kapcsolódó aktivitások, másrészt az 1. évfolyamon elvégezhető rövid, a tanulók által megvalósított vizsgálatokra alapozott egyszerű tevékenységek. A második szakasz a 2–4. évfolyamosok számára tartalmaz foglalkozásokat, amelyek adott témakörök tematikus feldolgozására adnak lehetőséget tanulói kísérletek elvégzése és azok elemzése során. Ennek a szakasznak a témakörei az egyes tanévekben: folyadékok, gázok, elektromágneses jelenségek. Ezen témákhoz kidolgozott foglalkozástervekből került bemutatásra néhány a fent említett módszertani kézikönyvben. A programban szereplő foglalkozásokat meg lehet valósítani a tanév során egyenletesen elosztva (például havonta), de témahét, esetleg tematikus tábor keretében is. A harmadik részben a felső tagozat első két évfolyamára járó tanulók fejlesztése történik, ami véleményünk szerint meghatározóan fontos eleme a fejlesztési folyamatnak. Ennek a szakasznak a részletes kimunkálása és kipróbálása a jövőbeni terveink között szerepel.

A fejlesztő program középső részének (2–4. évfolyam) gyakorlati kipróbálása a Szegedi Tudományegyetem két gyakorló iskolájában kezdődött a Szegedi Regionális Természettudományos Diáklaboratórium Kisiskoláskori Természettudományos Nevelés Munkacsoport tagjainak közreműködésével. A kipróbálás során több kérdésre kerestük a választ. Egyrészt arra, hogy a foglalkozásleírásokban tervezett kísérleteket el tudják-e végezni a diákok a megadott útmutatások alapján, illetve, hogy mennyi időt vesznek igénybe az egyes kísérletek, illetve foglalkozások. Másrészt a munkánk lényegi részét képező, a gondolkodásfejlesztés lehetőségét hordozó, elemző beszélgetésekhez készített kérdések tesztelése szerepelt céljaink között. Azt is fontosnak tartottuk megvizsgálni, hogy ezek a foglalkozások hogyan illeszthetők be a tanítók és a diákok hétköznapjaiba. Milyen többletterhet ró ez a munka a pedagógusokra, és mennyire vállalható a mindennapi feladataik mellett, illetve milyen lehetőség kínálkozik a foglalkozások beillesztésére az iskolai tanulásba.

A pilot kutatás megvalósítása két tanéven keresztül zajlott 2. évfolyamos diákokkal, havonta egy délutáni alkalommal, a napközi időszakában. A 2. évfolyamon három csoportra osztottuk az osztályt, a két tanító és a kipróbálás vezetője vezette a foglalkozásokat. Egy alkalommal három 20 perces foglalkozáson vettek részt a gyermekek csoportcserével, tehát minden diák mindhárom foglalkozáson. Az egyes csoportokban nyolc–tíz diák volt, akik párokban dolgoztak. A foglalkozások között 10 perc szünetet tartottunk, ami ahhoz is szükséges volt, hogy a következő csoport számára ismét előkészítsük a helyszínt. Egy-egy foglalkozás alkalmanként összesen kb. másfél órás elfoglaltságot jelentett a tanulók számára. A 3. évfolyamon folytatódott a program, ami annyiban változott, hogy két csoportban folytak a foglalkozások, úgy, hogy az osztály felét foglalkoztattuk két csoportban, ez idő alatt az osztály másik fele a napköziben volt. A két tanévben megvalósuló munkaformák között az volt a különbség, hogy egy vagy két tanító vett-e részt a foglalkozások vezetésében.

A tantermeknek nem volt semmiféle speciális felszereltségük, az iskola két, egymás mellett elhelyezkedő, átlagos elrendezésű tantermei voltak. A foglakozásokhoz alapos előkészítő munkára volt szükség. A foglalkozásterveket előzetesen tanulmányozták a tanítók, majd részletesen megbeszélték a kipróbálás szakmai vezetőjével. A kísérletekhez szükséges eszközöket és anyagokat össze kellett gyűjteni, ezeket megfelelően előkészíteni. Ebbe néha a diákokat (szülőket) is be lehetett vonni, ha például nagyobb mennyiségű PET-palackra, alumíniumdobozra volt szükség. Azt nem állíthatjuk, hogy soha semmit nem kellett vásárolni, de ezek költségei nem jelentettek számottevő anyagi terhet az iskola számára. A tanítók előzetesen, a szakmai vezetővel együtt elvégezték a kísérleteket, áttekintették a szükséges szaktárgyi ismereteket, megbeszélték a fejlesztési célokat, és megvitatták a tanulók lehetséges kérdéseire, felvetéseire adható válaszokat. Kiemelték az egyes foglalkozások fókuszait, ami az előkészítő munka fontos része volt. Mindez igen időigényes vállalkozásnak bizonyult.

A tapasztalatok alapján elmondhatjuk, hogy figyelemre méltó nyitottsággal, példaértékű lelkesedéssel és igen kitartóan vettek részt a tanítók ebben a munkában. Egy-egy ilyen foglalkozás előkészítése a program szakmai vezetője számára kb. 25-30 órányi munkával járt, a kipróbálásban részt vevő tanítóknak kb. 5-6 órányi többletterhet jelentett. A diákok nagy várakozással tekintettek a foglalkozások elé, motiváltan, jókedvűen, érdeklődve vettek részt rajtuk. A szülők, akik számára szülői értekezleten mutattuk be a programot, teljes mértékű támogatásukról tettek tanúságot, fontosnak tartották, hogy a gyermekek azokon a délutánokon jelen legyenek, amikor ezekre a foglalkozásokra sor kerül. A munkánk során gyűjtött tapasztalatainkat, eredményeinket (például a foglalkozásokról készített videófelvételek elemzése, a részt vevő diákok és tanítók visszajelzései) folyamatosan publikáljuk, és olyan kiadványokat készítünk, amelyek közvetlenül alkalmazható segédanyagokat jelentenek azok számára, akik szeretnék ezt a programot megvalósítani. Konferenciákon, műhelymunkákon, egyéb szakmai fórumokon osztjuk meg ez irányú tapasztalatainkat. A témában 30 órás pedagógus-továbbképzést akkreditáltattunk, melyre hívjuk az érdeklődő pedagógusokat. A kutatás következő lépésében nagyobb mintán vizsgáljuk a program hatékonyságát.

Meggyőződésünk, hogy ezzel a fejlesztő munkával hiánypótló tevékenységet folytatunk. Amellett, hogy örömszerző élményt adunk diáknak, tanítónak egyaránt, kedvet ébresztünk a természettudományok későbbi, elmélyültebb tanulásához, valamint hozzájárulunk a tanulók gondolkodásának fejlesztéséhez, természettudományos szemléletmódjuk megalapozásához.