Természettudomány és nevelés

Bár már az ókor oktatási intézményeiben is megismertették a tanulókat a korabeli természettudományos eredmények legfontosabbjaival - hiszen a klasszikus "hét szabad művészet" témái között a grammatika, dialektika, retorika és zene mellett ott szerepelt az aritmetika, a geometria és az asztrológia is -, a mai értelemben vett iskolai természettudományos oktatás előzményei Nyugat-Európában^[2] mintegy kétszáz esztendőre nyúlnak vissza. A híres fizikus, Michael Faraday 1854-ben írott "Mental Education" című munkája^[3] mindenesetre az e téren összegyűlt tapasztalatok egyfajta summázatának is tekinthető. Az amerikai kontinens oktatási rendszerében ez a hagyomány valamivel rövidebb, és a 19. század második felétől számítható.^[4] (Ott ugyanis 1856-ban hozták létre az egyik állami egyetemen az első önálló, teljes egészében az oktatás segítésének céljából kialakított kémiai laboratóriumot.)

A természettudományos ismeretek kezdetben elsősorban a felsőoktatásban kaptak helyet, majd fokozatosan kerültek be a közép- és az elemi szintű iskolák tananyagába is. Mindmáig nem szűnt meg azonban a vita a megtanítandó tudástartalomról és a tanítás során alkalmazandó módszerekről. Az európai kontinens országai láthatóan még mindig ragaszkodnak az erős elméleti tradíciókhoz, és kevesebb hangsúlyt helyeznek a vizsgálódásra, a felfedezésre. De ezeket az oktatási rendszereket sem hagyta érintetlenül az a változás, amely az Amerikai Egyesült Államokban kezdődött meg, és eredményeképpen az iskolák elitista, elméleti beállítottságú szemléletét egyre inkább felváltja egy nagyobb népesség minden korosztálya számára alkalmas, a korábbinál jóval általánosabb természettudományos oktatás. Érdemes megemlíteni azonban, hogy Japán e téren is a saját útját járja, míg a fejlődő országok számára a legnagyobb gondot az iskolarendszer rendkívüli mértékű expanziója okozza, amelynek következtében nincs elég pedagógus, sem pedig megfelelő tananyag a tudományos ismeretek oktatására.^[5]

Abban sincs igazán egyetértés, hogy mely életkorban helyes elkezdeni a természettudományos ismeretek oktatását. Az utóbbi időben ugyan a legtöbb országban már az alapfokon, a kötelező iskoláztatás első szakaszában megkezdik valamiképpen a természettudomány megismertetését, vannak országok - például Belgium, Chile, Új-Zéland -, ahol csak tízéves kor után veszik föl a tananyagba. A legfejlettebb nyugat-európai országok - Nagy-Britannia, Franciaország, Svédország - iskoláiban viszont a középfokú tanulmányok felsőbb szakaszában, a tanulók 15-16 éves kora körül a természettudományos képzés már rendkívül határozott specializáció keretében folyik.

A legnagyobb méretű fejlődés a tudományos nevelés terén is az elmúlt néhány évtizedben következett be, földrészenként és országonként eltérő mértékben. E vonatkozásban elsőként az Amerikai Egyesült Államokpéldáját kell megemlíteni. A Szputnyik 1957-es fellövése után valóságos sokkállapotba került az egész ország. A műhold létrehozását a közvélemény ugyanis egyszersmind úgy is értelmezte, mint annak bizonyítékát, hogy a szovjet tudományos oktatás ebben is megnyilvánuló szupremációja messzire mutató fenyegetéseket jelent számukra. Ebben a - mondhatni - hektikus hangulatban kezdtek hozzá oktatási rendszerük és tananyagaik gyökeres átalakításához.^[6] Évtizedes fejlesztő munkájuk eredményeképpen a kilencvenes évek elején két olyan reformdokumentummal is előrukkoltak^[7], amelyek rövid időn belül az összes államban teljes mértékben meghatározták a természettudományos oktatás elméletét és gyakorlatát is. 1994-ben pedig létrehozták a Nemzeti Tudományos Alapítványt, amely 1,2 millió dolláros költséggel útnak indított egy hároméves programot is, amelynek a célja az volt, hogy "tegyék élővé a természettudományos fogalmakat".^[8]

Nagy-Britanniában is a hatvanas évek elején kezdtek költséges curriculumfejlesztésekbe elsősorban a fizika, a biológia és a kémia területén. 1963-ban hozták létre a Tudományos Oktatás Egyesületét, amely először adott hangot annak a követelésnek, hogy minden tanulót meg kell ismertetni a természettudományos tantárgyakkal, nem csak azokat, akik továbbtanulásuk érdekében ilyen témájú vizsgák letételére kötelezettek. E szándék megvalósítása jegyében aztán 1969-ig több mint egymillió fontot költöttek a tudományos tananyag fejlesztésére. Sokak szerint^[9] ez volt az ország addigi legnagyobb oktatási beruházása.

De elmondhatjuk, hogy a világon másutt is számottevő reformpróbálkozás zajlott, melyeknek lényegileg egyetlen célja a természettudományos oktatás hatékonyságának növelése volt. Radikális reformot vezetett be - egyebek között - Franciaország (ezt a tantervi reformot törvényi eszközökkel is megerősítette), valamint Dánia is. Azokról a változtatásokról nem is szólva, amelyek egy-egy természettudományos szakterület curriculumját érintették, például Amerikában a biológia, illetve a kémia tantárgyak elnevezése - természetesen a tartalom és módszerek megújításával - biológiai tudományokra, illetve kémiai tudományokra változott^[10]; vagy amikor a kémiaoktatást a Nagy-Britanniában élő, magyar származásúLakatos Imre tudományfilozófiai eredményei nyomán átalakították^[11], vagy amikor az ugyancsak magyar származású Polányi Mihálynak a matematika terén bevezetett módszertani módosításait érvényesítették.^[12] Még kevésbé van lehetőségünk itt megemlíteni az egy-egy tudományterület valamely jelentős képviselőjének megítélésében, illetve az egy-egy felfedezés értelmezésében bekövetkezett változtatásokat.

Csak a Science and Education című, kéthavonta megjelenő nemzetközi tudományos-szakmai folyóirat számainak általam megismert közleményeiben a szerzők foglalkoztak - egyebek között - Galilei, Einstein, Volta életművének vagy éppen az elektromosság és a mágnesesség jelenségeinek átértékelésével és ennek a tanításban is érvényesítendő tanulságaival.

A tudományos nevelés szerepe, feladata

A tudományos - így a természettudományos - nevelés céljának meghatározásaiban a szakirodalomban használt definíciók jó része meglepően harmonizál egymással, bár egyesek számára fontosabb a mindennapi életben való eligazodás segítése, mások változatlanul kiemelt jelentőséget tulajdonítanak a későbbitudományos teljesítményekre való felkészítésnek is. Van olyan álláspont is, amelyben mindkét elvárás egyszerre van jelen. Például: "A tudományok oktatásának kettős funkciója van - írja az egyik szerző^[13] -, egyrészt olyan kulcsfontosságú ismereteket átadni a tanulóknak, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy megválaszolják a mindennapi életük során felmerülő tudományos és technikai kérdéseket; ugyanakkor kifejleszteni bennük olyan attitűdöket, gondolkodási módszereket, amelyek hasonlóak azokhoz, amelyek révén a tudósok a laboratóriumok mélyén létrehozzák az eredményeiket." "A természettudományos oktatás feladata felkészíteni az egyéneket arra, hogy iskolai oktatásuk befejeztével eljussanak a tudományos megértés egy bizonyos szintjére. Ezek a tudományosan művelt emberek majd képesek lesznek a tudományok által megkívánt ismeretek és képességek alkalmazására is."^[14] Vagy: "A cél az, hogy jobb betekintést adjunk a tanulóknak a tudomány működésébe, és megfelelő kereteket biztosítsunk ahhoz, hogy későbbi, saját kutatásaikat is megalapozhassák."^[15] "A tudomány tanulmányozása képessé teszi a tanulókat önmaguk megértésére, és világosabbá teszi a motivációikat is."^[16] "A tudomány a világ megértésére törekszik. Ennek a folyamatnak a tudatosítását kell a tudományos nevelés során erősíteni."^[17]

Végezetül még egy idézet. "A tudományos műveltség egy lépés afelé, hogy a nagyközönség is megértsen valamit a tudományból és a technikából. A következőket kell birtokolnia:

• a tudományos és technikai definíciók alapszókincsét;
• a tudományos módszerek megértését abból a célból, hogy a valóság más modelljeit is értelmezni lehessen;
• a tudomány és a technika társadalomra gyakorolt hatásának pontos ismeretét."^[18]

Ez a meghatározás a tudományos oktatás és nevelés óhajtott következményét is érinti, jelezve egyszersmind a korábban elsősorban csak az úgynevezett humán ismereteket tartalmazó műveltségfogalom kiterjedését,valamint a természettudományi ismeretek fontosságának minden eddiginél nagyobb mértékű elismerését is. Megjelenik tehát a pedagógiai szakirodalomban a természettudományos alapműveltség fogalma, melyre a"scientific literate" kifejezést alkalmazzák, hasonlóan az írni-olvasni tudás képességére alapuló műveltséget jelző literate fogalomhoz, és amelynek birtoklását egyes szerzők^[19] legoptimistább számításaik szerint is legfeljebb a lakosság 10%-ához merik hozzákapcsolni.

Jellegzetes trendek a tudomány oktatásának folyamatában

Elemzések szerint a 20. század második felében - már a negyvenes évek végétől számítva - a természettudományos nevelésben három, időben nem teljesen elválasztható, de szemléletmódjában egymástól jól elkülöníthető irányzat érvényesült.^[20] Az első időszakot - leginkább az ötvenes, hatvanas éveket számíthatjuk ide - a diszciplínaorientált tantárgyfejlesztés jellemezte, amely tulajdonképpen egy-egy tudományág iskolai leképezésével hozta létre a megfelelő iskolai tantárgyat. Ennek a módszernek - természetesen - egy idő múlva láthatóvá váltak a hibái is: egyrészt a világ jelenségei nem mindig illeszkednek a tudomány határai közé, másrészt nem mindig tudatosul a tanulókban, hogy a különböző tantárgyakban tulajdonképpen ugyanarról a valóságdarabról van szó, és ez óhatatlanul is rugalmatlan, izolált szemléletet alakít ki bennük. A hatvanas évek végétől a hetvenes évek közepéig tartó második periódus az integrált tárgyak megjelenésével jellemezhető, amelyekben tartalmi vagy csupán módszertani integráltságot, vagy mindkettőt együtt sikerült megvalósítani. A harmadik trend eredményeképpen - a kirekesztő jellegű tudománycentrikussággal való szakítás jegyében - olyan komplex tárgyak jöttek létre, amelyekben a tudomány és a technika megfelelő ismeretanyaga mellett azok társadalmi jelentőségét, összefüggéseit is sikerül érvényesíteni. (Ezt a folyamatot jelölik gyakran az STS, azaz a Science-Technology-Society fogalmak rövidítésével.)

Érdemes megfigyelni, hogyan alakult az utóbbi három évtizedben az egyes természettudományos tantárgyak történeti alapjainak és szociális hátterének oktatása. Óriási viták voltak és vannak még ma is ezen a területen. A 20. századi természettudományos oktatás egyik legnagyobb hatású személyisége,Thomas Khun^[21] például a történeti részleteket legfeljebb a tantárgyaktól szeparáltan, esetleg külön anyagként látta pedagógiai felhasználásra érdemesnek. Más kutatók viszont úgy érzik - nyilvánvalóan nem ok nélkül, és most már láthatóan ők vannak többen -, hogy az ismeretek hatékony oktatása érdekében a puszta tények mellett szükség van a tudományos felfedezés folyamatának, történetének megismertetésére is. Csak megemlítem, hogy ezek a szerzők meggyőzően magyarázták, mennyire szükséges - egyebek között - az elektromosság és a mágnesesség jelenségeinek megértetéséhez^[22], a matematika tanításához^[23], a fizika témáinak elfogadtatásához^[24] a hozzájuk kapcsolódó tudománytörténeti ismeretek felhasználása is. A történelem bevonása egyben a tudományos képzés interdiszciplinaritását is biztosítja.^[25] A történelmen kívül újabban mind gyakrabban merül fel a szociológia és a tudományfilozófia lehetőségeinek tantervi alkalmazása iránti igény is az oktatás hatékonyságának növelése céljából.^[26]

A szakemberek nem győzik hangoztatni azt sem, hogy a természettudományos oktatás során nem csupán ismeretátadásról, gondolkodás- és képességfejlesztésről van szó; ez ugyanis az értékközvetítésnek is egyik eszköze. A természettudományok egyáltalán nem a való világ érték nélküli modelljei, nagyon is sokoldalú kapcsolatban vannak értékekkel, és az oktatás során a pedagógusoknak ezeket az értékeket is közvetíteniük kell.^[27] Az értékek egyrészt a tudomány művelőinek az értékeit tükrözik, másrészt magából a tudományos igazság természetéből következnek.

A felsorolásból nem hagyható ki a természettudományos oktatást-nevelést is igencsak meghatározó politikasem. A politikának a tudományos ismeretek átadását módosító szerepéről a volt szocialista országok szakemberei tudják a legtöbbet. Egy nemzetközi konferencián^[28] például a szlovák tudósok saját hazájuk esetén szemléltették, hogy a totalitárius rendszerek - előbb a nácizmus, majd a kommunizmus - milyen károkat okoztak a tudományos nevelés ügyének. Hasonló töltetű mondandója volt a bolgár résztvevőnek is; ő azonban referátumában elsősorban a hazai tudományos irányítás politikai kényszerrel való működtetésének visszásságait összegezte.

Nehézségek a természettudományos oktatás területén

Az eredmények mellett számtalan nemzetközi példát találunk a természettudományos oktatásban jelentkező problémákra is. A legsúlyosabb gond talán mindenütt az, hogy a tanulók többségét nem érdeklik igazán ezek a tantárgyak; tanulásukhoz nem kellőképpen motiváltak. A természettudományos ismereteknek még mindig nem megfelelő a presztízse ahhoz, hogy a tanulók körében általános népszerűségre tegyenek szert.^[29]A témával foglalkozó vizsgálatok a gondok több részletére is rávilágítanak.

Például a német iskolákban - egy felmérés^[30] szerint - ma a matematika sem túlságosan népszerű a diákok körében, de a fizikát egyenesen utálják. Ez különösen a lányokra igaz, ami nem csupán németországi jelenség. Hasonló képet mutatnak a világ többi országai is; erről tanúskodnak - egyebek közt - az IEA-vizsgálatok megfigyeléseit közreadó elemzések^[31] is. A tanulói teljesítmények elemzésekor ugyanis következetesen feltűnnek a nemek közötti különbségek. Mivel a fiúk általában jobb számolási és téri képességekkel rendelkeznek, jobb teljesítményt nyújtanak a matematikában és a fizikában is. A lányok erőssége viszont - verbális képességeiknek köszönhetően - a nyelvi tárgyakban mutatkozik meg, a természettudományok közül pedig inkább a biológiát preferálják. (Egyes vélemények^[32] szerint például a tudománytörténeti anyagrészek beillesztése a fizika tantárgyba abból a szempontból is nagyon hasznos, hogy így a lányok könnyebben megbarátkoznak a tanítandó témákkal.) A fizika tantárgy ilyen mértékű elutasításában természetesen annak is szerepe van, hogy a tanulók nehéznek, elvontnak, a valóságtól elrugaszkodott tantárgynak látják. Feltűnő az is, hogy nagymértékben csökken a természettudományokra épülő szakmák-pályák választásának gyakorisága a továbbtanulók körében.

A természettudományok oktatása során sok problémát okoz a tanárok néhol túlzottan merev ragaszkodása a tankönyvekhez. Egyes vélemények szerint^[33] a pedagógusok 90%-a kizárólag ezekből dolgozik; nem merik vállalni az önálló kezdeményezések rizikóját. (E tekintetben - úgy tűnik - Thomas Khun intelmei önmagukat is túlélik: szerinte a természettudományos oktatásnak teljes egészében a tankönyveken kell alapulnia; más forrásoknak nincs helyük az iskolai órákon.^[34]) Egyre többen vannak azonban, akik munkájuk során - a tudomány korrektségéből jottányit sem engedve - abból indulnak ki, hogy amikor megmagyarázunk valamit egy gyermeknek, megakadályozzuk őt abban, hogy önmaga fedezze fel azt.^[35]

A problémákat észlelve Dániában vizsgálatsorozatot^[36] végeztek, hogy megkeressék a módját e negatív attitűd esetleges megváltoztatásának. A felmérés első fázisában (1986/1987-ben) alkalmazott tesztek a tanulók tudásszintjét voltak hivatva feltérképezni, mégpedig az energiamegmaradás jelenségeivel kapcsolatos kérdésekkel. Az eredmény elszomorító volt, de egyszersmind a tanárok nagyon hiányos szakmai felkészültségét is minősítette. A tapasztalatok nyomán a vizsgálat vezetője néhány konkrét - s igencsak megszívlelendő - javaslatot is megfogalmazott a fizikatanítás megújítása érdekében:

• a természettudományos nevelést sokkal korábbi életkorban kell elkezdeni;
• középfokon egy integrált fizika-kémia kurzust kell bevezetni;
• a megtanítandó anyag mennyisége helyett a tanítás minőségére kell törekedni;
• nagyobb figyelmet kell fordítani az elmélet és a gyakorlat egyensúlyára;
• a tanárokat arra kell ösztönözni, hogy változtassák meg pozitivista/empirikus szemléletüket, és kövessék inkább a konstruktivista tanuláselméletet;
• az oktatás irányítói hatékony szakmai továbbképzési programot dolgozzanak ki a pedagógusok számára.

Mi a konstruktivizmus?

A dán kutató által hivatkozott konstruktivizmusról a szakirodalom^[37] azt tartja, hogy óriási befolyása van a mai természettudományos oktatásra-nevelésre. A konstruktivisták a tanulás és a megértés tanulmányozására és segítésére vállalkoznak, azonban egyértelműen elhatárolják magukat a hagyományos tanítás elméletétől éppen úgy, mint az ún. felfedezéses tanítás eszményétől is. Nagy hangsúlyt helyeznek azelőzetesen megszerzett ismereteknek és a meglévő fogalmaknak a tanulási folyamatba való beépítésére, az emberi dimenziók tudatos figyelembevételére. A tanulás megszervezése során a gyermekek egyéni aktivitására építenek; abból indulnak ki, hogy minden tanulónak vannak saját tapasztalatai, és minden olyan tanítási gyakorlat, amely ezeket nem veszi számításba, eleve kudarcra van ítélve.

Az Amerikai Egyesült Államokban egyes szerzők^[38] úgy ítélik meg, hogy a konstruktivizmusnak a pedagógiában ma nagy szakmai ellenfele a multikulturalizmus. Ez az irányzat a tudományos oktatás során elsősorban az embert körülvevő egyedi környezettel kapcsolatos tudásra kíván hagyatkozni, vagyis a helyi, még nem feltétlenül igazolt ismeretek prioritását hirdeti, a stabil, egyetemes jellegűek ellenében. A helyi közösségek tudását, szokásrendszerét helyezi előtérbe az oktatás során, ami a konstruktivista megközelítés szempontjából indifferens. A vita tehát ezúttal elsősorban a tudástartalom körül folyik. Véleménykülönbség van a két irányzat által alkalmazott módszereket illetően is, egyre gyakrabban szót kapnak olyanok is, akiknek bizonyos fenntartásaik vannak a konstruktivizmussal szemben. Szerintük a konstruktivista szemléletben benne rejlik a tévedés veszélye, mert nem vesz tudomást a tudományos haladásról stb.^[39] A harc nem fog egykönnyen eldőlni: úgy tűnik, még sok vitára lesz szükség ahhoz, hogy egy kizárólagos szakmai igazság kikristályosodjék. (Ha egyáltalán létezik ilyen...)

Befejezésül egy hír: ez év novemberében - a Colorado állambeli Denverben - immár hatodik alkalommal rendezik meg a történelem, a filozófia és a természettudományok tanításával foglalkozó nemzetközi konferenciát, hogy a pedagógiai gyakorlat jobbításának szándékával újabb szakmai információkkal segítse a tananyagfejlesztők munkáját.