Tévképzetek és fogalmi váltások – Hogyan változik a tanulók természettudományos világképe?

A tévképzet fogalmát Korom Erzsébet így határozza meg: „A tévképzetek (misconceptions) a gyerekek vagy akár felnőttek tudásába tartósan beépülő hibás elképzelések, a jelenleg elfogadott tudományos nézetekkel össze nem egyeztethető fogalmak, fogalomrendszerek, a környezet egyes jelenségeiről alkotott modellek, amelyek mélyen gyökereznek, és a tanításnak is ellenállnak” (1998, 149. o.). A kötetet, amely ezt a természettudományos tévképzetekről írt tanulmányt is tartalmazza, recenziójában Nahalka István úgy jellemezte, hogy egy figyelemreméltó, sőt figyelmeztető könyv az iskolai tudásról. „Az egész köteten átsüt az együtt gondolkodás, a problémák értelmezésében végzett együttes munka, a közös módszertani bázis kialakításának erős igénye” (1998, 116. o.). Ilyen módszertani bázis ma még nem elérhető, de találhat segítséget a pedagógus; például Nahalka István és Radnóti Katalin A fizikatanítás pedagógiája című kötetét (2002). Ennek A gyermektudomány elemei a fizikában című fejezete (Uo., 150–173. o.) a fizika és a pedagógia szempontjából is vizsgálja a gyermekek előzetes tudását. A szerzők körüljárják más gyermeki elképzelések szemléletes példáit is, és magyarázataikat követően pedagógusoknak szóló feladatokat fogalmaznak meg. Módszertani ötletekkel segít az említett szerzők A természettudomány tanítása című könyvének több fejezete is (2014). A 2015-ben megjelent A természettudományi tudás online diagnosztikus értékelésének tartalmi keretei című kötet alapján pedig megismerhetjük a természettudományos gondolkodás kognitív műveleteinek fejlődését, a természettudományos tudásalkalmazás fejlesztésének lehetőségeit (Csapó és mtsai, 2015). A kötetben a feltárást segítő feladatokat is találunk különböző tartalmi területek szerinti, valamint 1–2., 3–4. és 5–6. évfolyamos bontásban.

A korai konstruktivista szakirodalom a témában gyakran alkalmazta a ’tévhitek’ kifejezést, de ma már inkább úgy gondoljuk, hogy a gyerekek éppen ezekkel a sajátos gondolkodási sémákkal tudják az ő szintjükön a legjobban megmagyarázni az egyes jelenségeket. „Ezek a struktúrák igenis alkalmasak a feladataik ellátására, adaptívak.” (Radnóti és Nahalka, 2002. 152. o.) Mi a kevésbé ítélkező hangú tévképzet kifejezés alkalmazása mellett döntöttünk.

A tudásváltozásra ugyanakkor természetesen szükség van. Korom Erzsébet arról ír, hogy az iskolából kikerülő diákok jelentős hányada az évszázadokkal ezelőtt élt tudósokhoz hasonlóan – például az arisztotelészi mozgáselmélet szellemében – vélekedik. Innen jut el a kérdéshez: „Vajon sikerül-e a magyar iskolának tökéletesen ellátnia azt a feladatát, hogy felkészítse a diákokat a mindennapi élet természettudományos ismereteket igénylő helyzeteire?” (1998, 150. o.) Korom ugyanitt más szerzőkre is utalva indokolja a kérdés fontosságát, a gyakorlati alkalmazást hangsúlyozó vizsgálatokban ugyanis a magyar tanulók nem nyújtottak kiemelkedő teljesítményt; a tanulók többsége elbizonytalanodik, amikor az iskolában tanultakat hétköznapi jelenségek magyarázatához kellene felhasználnia; a hétköznapi tapasztalatokon alapuló, gyakran a tudományos nézeteknek ellentmondó, hibás ismereteiket használják az iskolában szerzett tudásuk helyett. Malmos és Revákné (2015) szóasszociációs módszerrel igazolták a tévképzeteknek a tanulási folyamatot akadályozó szerepét. Sójáné és Tóth (2017) szintén szóasszociációs módszert alkalmazott a tanulók levegőszennyezéssel kapcsolatos tudásszerkezetének vizsgálata során, s ők is kimutatják a tévképzeteket.

A KÁOKSZI Mérési Központja a „Tudomány a mindennapokban” tudásszintmérő diagnosztikus teszt segítségével életszerű szituációkban alkalmazható, a természettudományos világnézetet formáló tudást, természettudományos műveltséget mért; a tesztet a PISA vizsgálat feladataihoz hasonlító kérdések alkották. Ezt a tesztet 2002 májusában közel 7000 nyolcadik és tizedik évfolyamos tanuló oldotta meg. Az eredményeket bemutató szerző következtetéseit nem lehet figyelmen kívül hagynunk: „Ha elfogadjuk, hogy a nemzetközi szakértők által legitimált PISA 2000 tesztekkel vizsgált természettudományos műveltség feltétele a társadalmi beilleszkedéshez szükséges tudás megszerzésének, és a »Tudomány a mindennapokban« teszt ahhoz hasonló tudást mér, elmondható, hogy a vizsgált tanulók jórészének kis esélye van erre. […] Úgy tűnik, hogy a hétköznapi helyzetek sikeres kezelését lehetővé tevő tudás leggyengébben ható láncszemei az iskolában tanult ismeretek” (B. Németh, 2003, 523. o.).

Visszatérve Korom Erzsébet fent idézett felvetésére: gyanítható, hogy a magyar oktatás nem látja el jól a fenti kérdésben jelzett feladatát. Fontos adalék, hogy „a tanárok általában nem tudnak a diákok előzetes ismereteiről, naiv elméleteiről, vagy feltételezik, hogy a gyerekek már meglevő ismeretei helyesek, amit korábban megtanultak, azt tudják is” (Korom, 1997, 193. o.). 1998-ban pedig Csapó Benő így ír: „Tévképzetek […] nemcsak az iskolai képzés előtt, a naiv elméletekben születhetnek, hanem megjelenésüket az oktatás is segítheti, ha nincs összhang a már meglevő és az új információ között” (1998, 153. o.). Másfél évtizeddel később, a PISA és a TIMSS felmérésekre utalva arról számol be a szerző, hogy tanulóink a legutóbbi adatfelvételeken gyengébben teljesítettek, mint több mint egy évtizeddel korábban (Csapó, 2015, 13. o.).

Fontos megállapítás az is, hogy a kognitív készségekben a legnagyobb mértékű fejlődés 8. osztály környékén történik. Ezt kutatási eredmények és hétköznapi tapasztalataink is alátámasztják. Ennek említése azonban, mint alább látni fogjuk, nem önmagában, hanem az explicit és implicit tanulás különbsége tekintetében érdekes. Az explicit tanulás a hétköznapi értelemben vett tanulást jelenti, amikor az egyén adott ismeretanyagot tudatosan sajátít el, míg az implicit tanulás során az ismeretekre nem tudatosan, konkrét instrukciók nélkül teszünk szert. Az explicit tanulás tudatosan kontrollált, az implicit tanulás automatikus. Pontosan emiatt jelentős a következő megállapítás: „Az implicit szekvencia-tanulás gyermekkorban, 12 éves kor környékén mutatja a legjobb eredményeket, utána a teljesítmény gyengébb ebben az alapvető tanulási folyamatban” (Janacsek, Fiser és Németh tanulmányát idézi Juhász, 2015, 119. o.). Feltételezzük, hogy ebben annak is szerepe lehet, hogy a középiskolai fizikaoktatás nagyobb hangsúlyt helyez a számításos feladatok megoldására, mint a jelenség-magyarázatokra. Megerősíti ezt, hogy kutatásunk során csupán két feladatot találtunk, melyre a 9. évfolyam hozott erősebb javulást. (Az egyik „A testek …, ha erő hat rájuk.” hiányos mondat kiegészítése, a másik az „Ahol nincs levegő, ott súlytalanság lép fel” mondathoz tartozó igaz/hamis állítás kiválasztása.) Ezzel szemben feltűnő például, hogy a vákuum szívóhatásáról tudni vélők száma az évek múltával még növekszik is, a jég és a víz belső energiájának különbségére vonatkozó tévképzetek mennyisége pedig szinte változatlan.

Azt, hogy az induktív gondolkodás fejlődésének mértéke az általános iskolás időszak végére jelentősen mérséklődik, Molnár és Csapó (2003) is alátámasztja. Elemezésükben harmadik osztályosok arányfeladat-megoldásainak közel 0%-os eredménye tizenegyedik osztályra úgy javul 62%-ra, hogy a kilencedik és a tizedik osztály között ütembeli törés mutatkozik.

A tanulói tévképzetek feltárásának fontossága tehát pedagógiai és szaktudományos szempontból is elvitathatatlan. Ugyanis amiről a diákok valamiért nem rendelkez(het)nek tudással, arról inkább elhiszik a számukra ugyan nem érthető, de tudományosnak tűnő magyarázatokat.

II. A VIZSGÁLAT

2017 őszén – két nyolcadikos tanítványom közreműködésével – 4-10. osztályos diákokra (és mellettük felnőttekre) jellemző, a fizikatudást érintő naiv elképzeléseket vizsgáltunk. A kutatás távlati célja az volt, hogy segítse a megoldások keresését a tanulók természettudományos gondolkodásának fejlesztésére. Az alábbi tanulmányban bemutatott vizsgálatok során a következő kérdésekre kerestünk választ:

• Hogyan változik az életkorral a vonatkozó és elérhető tanulmányokban szereplő, illetve további, általunk válogatott tévképzetek előfordulása?
   
• Milyen kapcsolatot mutatnak ezek a változások az induktív gondolkodási képességekkel, illetve az év végi matematikaosztályzatokkal?
   
• A hibás válaszok közt mennyi a definíció szerint valódi tévképzet (amely az oktatásnak annyira ellenáll, hogy még a 10. évfolyamon is a diákok közel felénél előfordul)?
   
• Milyen pedagógiai lehetőségeink vannak arra, hogy segítsük a diákok fogalmi váltásait?

A kérdezésnél abból indultunk ki, hogy a természettudományokat tanító tanárok számára néhány jelenség esetében gyakorlati és elméleti pedagógiai dilemmát jelent, hogy miként ítéljék meg a gyermeki gondolkodást tükröző magyarázatokat. Vannak ezek között, amelyeket tévképzetnek hiszünk, pedig nem felelnek meg a tévképzet fentebb idézett definíciójának. Így pedig nehéz a döntés, hogy melyik szempontot (és mikor) részesítsük előnyben: a tudományos pontosságot, vagy a tanulók komplex és szabad világmagyarázatának jogát, szabadságát. Az iskola természetesen szolgálja az egzakt, jól funkcionáló tudás ügyét, a szabadság ugyanakkor a gyereket önállóbbá teszi, s így ellenállóbbá azon tévképzetek ellen, melyek valódi problémát jelenthetnek. Úgy gondoljuk tehát, a két szempontot egyeztetve kell elgondolkodunk egyes gyermeki tévképzetek hasznáról és káráról – vagyis ezek pedagógiai felhasználhatóságáról.

Vizsgálatunk elején utánanéztünk, hogy a szakirodalomban mely természettudományos területeken azonosítottak a tudományostól eltérő gyermeki, tanulói világképet, jelenségmagyarázatokat. Ezután célunk volt választ kapni arra, hogyan változik előfordulásuk gyakorisága a 4. osztályt kezdőktől a felnőttekig. Kíváncsiak voltunk, megállapításaink hasonlítanak-e majd a „Tudomány a mindennapokban” teszt eredményeihez. (Például ahhoz, hogy nyolcadiktól tizedik osztályig a tévképzetek terén alig történik elmozdulás.)

Radnóti és Nahalka (2002) felsorol néhány tudományos elméletet, amelyeket, vagy amelyekhez nagyon hasonlókat a gyerekek is megkonstruálnak magukban. Ezek indokolják a szakirodalom által már lejegyzett, s kérdőívünkben is szereplő tizenhat alapvető kérdés feltevését:

• „Arisztotelész mozgáselmélete,
• Arisztotelész tanítása a könnyű és nehéz dolgok felfelé és lefelé ’törekvéséről’,
• hőanyagelmélet,
• a vákuum szívóhatása,
• az elektromos fluiduum,
• ptolemaioszi világkép.”^[1](153. o.)

További kilenc kérdést is beépítettünk a kérdőívbe. Ezek az ismeretterjesztésben és a köznapi beszédben gyakran hallott tartalmak értelmezéséhez kapcsolódnak. Ebben a tanulmányban közülük ötnek az eredményeit mutatjuk majd be.^[2]A Radnóti és Nahalka (2002) valamint Csapó és mtsai (2015) alapján vizsgált tizenhat, illetve a további öt tévképzet előfordulásának gyakoriságát felmérjük, és bemutatjuk, hogy 10 és 16 éves kor között (4–10. évfolyamokon) hol és mennyire tér el a természetes gyermeki gondolkodás a tudományostól. A 7–11. évfolyamokat célzó „Tudomány a mindennapokban” tesztnél tehát valamivel szélesebb körben gyűjtöttünk válaszokat; felnőttektől is. A diákok esetében év végi matematikajegyekkel és induktívteszt-eredményekkel való összefüggést is vizsgálunk. Érdekelt minket, hogy magyarázható-e alaptantervünkkel a tévképzetek továbbélése, ezért magyar nyelven tanuló, határainkon kívüli tanulók körében felvett adatokat is elemzünk.

II. 2 A KUTATÁS MÓDSZERE

2167 személytől gyűjtöttünk válaszokat (1. táblázat). A tanulók közül 234 határon túli (erdélyi, vajdasági, felvidéki) magyar. A hazaiak között városokban és kistelepüléseken élők egyaránt szerepelnek.

1. táblázat
A megkérdezettek megoszlása iskolatípus/munkahely, illetve életkor szerint

Az adatfelvétel idején 4. és 5. tanévet kezdő tanulók a megelőző évben környezetismeret tantárgyat tanultak, a 6. vagy 7. tanévüket kezdők természetismeretet, a 8 és 9. tanévüket kezdők fizikát, a 10. osztályosok pedig már középiskolai fizikát. Az elemzéseket ezek szerint az életkori csoportok szerint végeztük.

II. 2. 2. Az adatfelvétel módja

Az adatsorokat a 2017/2018. tanév elején vettük fel. Google-űrlapon helyeztük el az összesen 25 kérdést. A feladatok feleletválasztó típusúak voltak, egy részük olyan állítást tartalmazott, melynek igaz-hamis voltáról kellett dönteni, más részük megkezdett állítást, melyet a hozzá megadott három lehetőség valamelyikével kellett befejezni. A válaszok összegyűjtésében fizika szakos pedagógus kollégák és intézményvezetők segítettek. A link birtokában a kitöltetés osztályok tanóráin vagy napközis foglalkozásokon történt. Ezekből iskolák szerinti adatbázisokat hoztunk létre, melyeket a kapcsolattartók megkaptak (mindenki a sajátját), további tetszőleges használatra. A válaszok teljes mintára vonatkozó összegzését szintén megkapták, hogy saját csoportjuk eredményét azzal össze tudják hasonlítani.

II. 2. 3. Az adatelemzés módja

A diagramokat először a Google szolgáltatással készíttettük el (egy példát az 1. ábra mutat). Ezek első benyomást adtak ugyan, de az elemzéshez Excel-táblázatokba mentettük az adatokat, majd életkor, év végi matematikajegy, induktív gondolkodás szintje és lakóhely szerint szűréseket végeztünk.

1. ábra
Vélemények az anyagszerkezetről (egy a Google-diagramok közül)

Korcsoportonként gyakoriságot szemléltető diagramokon és táblázatokban jelenítettük meg a téves válaszokat; két évfolyamonként; év végi matematikajegyek szerint; határon belüli és kívüli tanulók csoportjában. Az elemzésekben nyolcadikos tanulók segítettek, akik kutatási eredményükről megyei diákszimpóziumon számoltak be.

 

1. Az energia ... (keletkezik és „felhasználódik” / nem keletkezik, és nem fogy el, csak átalakul)
    
2. Az egyforma méretű és alakú testek ... gyorsabban esnek le. (közül a nehezebbek / közül a könnyebbek / egyik állítás sem igaz, mert egyszerre esnek le)
    
3. Ahol nincs levegő, ott súlytalanság lép fel. (I/H)
    
4. A testek ..., ha erő hat rájuk. (csak akkor mozognak / sebessége csak akkor változik / mindkét állítás igaz)
    
5. A gázoknak nincs súlyuk, így a levegőnek se. (I/H)
    
6. Minek van nagyobb belső energiája, 1 kg 0°C-os víznek, vagy 1 kg 0°C-os jégnek? (a víznek / a jégnek)
    
7. A lufi azért emelkedik fel, mert ... a levegőnél. (könnyebb / kisebb sűrűségű)
    
8. Mit mérünk a mérleggel? (tömeget / súlyt)
    
9. Összeöntünk 20 fokos és 50 fokos vizet. A hőmérsékletük biztosan ...(70 fok / 35 fok / 20 és 50 fok között lesz)
    
10. Az elektromos áram egy anyag, ami a vezetékekben folyik. (I/H)
     
11. Az oltóanyag a fecskendőbe ... miatt jut be. (vákuum / légnyomás)
12. A fénynek van sebessége? (I/H)
     
13. Hogyan képzeled el a testek anyagának szerkezetét? (részecskékből áll, amik között hely van / folytonos)
     
14. A Nap a Föld körül kering. (I/H)
     
15. Ha 5 fokos kinti hőmérsékletben kinyitjuk a 20 fokra fűtött épület ajtaját, akkor 25 fokra is változhat bent a levegő. (I/H)

Alább a diákok összes tévképzeteinek arányát szemléltetjük a tizenhat alapvető kérdésben, tanítási szakaszokra bontva (2. táblázat).

2. táblázat
A tizenhat alapvető fizika-kérdésre adható összes téves válasz előfordulási aránya (%) a diákok körében, a legfiatalabbakhoz tartozó adat szerinti csökkenő sorrendben

Egy gyors előzetes pillantást vetve az eredményekre, látható, hogy a tizenhat kérdés között kilenc olyan szerepel, melyre a megkérdezett 3. vagy 4. évfolyamot végzett gyermekek több, mint fele a tudományos gondolkodás szempontjából helytelen választ adott. Hét esetben azonban a kisgyermekek kevesebb, mint fele választott helytelenül. A kérdések többségénél a 7–8. évfolyamokon csökken a legnagyobb mértékben a téves magyarázatok aránya. Ám olyan kérdést is találtunk, melyről szinte azonos a tanulók véleménye 4. osztálytól 10. osztályig. („Minek van nagyobb belső energiája, 1 kg 0°C-os víznek, vagy 1 kg 0°C-os jégnek?” Mind a hazai, mind a határon túli diákok jellemzően azt a hibás választ adják, hogy a jégnek.) Hat olyan kérdésünk van, amelyre még a 10. évfolyamot kezdőknek is körülbelül a fele helytelen választ adott.

III. 2. A közbeszédben gyakran előforduló kérdésekre adott válaszok

Második lépésben kilenc olyan feltett kérdés eredményeit mutatjuk be, amelyek megválaszolásához a fizikát nem elég középiskolás fokon tudni, ugyanakkor rendszeresen (téves) véleményt formálnak róluk a közbeszédben.^[4]

17. „A földet a káros kozmikus sugaraktól az ózonréteg védi meg.” (I/H)

18. „Milyen irányban örvénylik a lefolyóban a víz?” (Az északi féltekén az óramutató járásával megegyező irányban / Az északi és déli féltekén ellentétes irányban a Coriolis-erő miatt / A lefolyó vizének forgásirányát más hatások, véletlenszerűen alakítják)

19. Miért nem célszerű déli napsütésben a növényeket locsolni? (Mert a nagy melegben gyorsan elpárolog a kilocsolt víz, ami csökkenti a víz hasznosulását / Mert a növényeken megtapadó vízcseppek nagyítólencseként összegyűjtik a napfényt, ami kiégeti a leveleket / A hideg víz fagyáshoz hasonló sérüléseket okoz a melegben fölhevült növényeken)

20. Lehet-e kölcsönhatás az elektromos töltéssel rendelkező és a semleges testek között? (Igen, vonzás; Nem; Igen, taszítás)

21. Miért csúszik jól a korcsolya a jégen? (Mert olyan keskeny a korcsolya éle, hogy alig hat rá a jég súrlódása / A vékony korcsolyaél alatt létrejövő nagy nyomás miatt mindig megolvad a jég, s az így keletkező vízfilmen könnyű a csúszás / A korcsolya éle és a jég közti súrlódási hő megolvasztja a jeget, s az így keletkező vízfilmen könnyű a csúszás)

22. El bírnál vinni egy bőröndöt, ha arannyal lenne teli? (Igen; Nem)

23. Melyik a nagyobb mértékegység, a kg/m³, vagy a g/cm³? (A g/cm³ nagyobb; Azonos a két mértékegység; A kg/m³ nagyobb)

24. Melyik test gyorsabb, az 1 km/h, vagy az 1 m/s sebességű? (Az 1 m/s sebességű; Azonos a két sebesség; Az 1 km/h sebességű)

25. Sorba kapcsoltunk két fogyasztót. Több ponton mértük az áramerősséget. Mi a véleményed, mennyit mutattak egymáshoz képest? (Az első fogyasztó előtti a legnagyobb; Mindhárom érték ugyanakkora; A második fogyasztó utáni a legnagyobb)

Alább a diákok összes tévképzeteinek arányát szemléltetjük a kilenc, közbeszédben gyakran előforduló kérdésben, tanítási szakaszokra bontva (3. táblázat).

3. táblázat
A kilenc, közbeszédben gyakran előforduló fizika-kérdésre adható összes téves válasz előfordulási aránya (%)

Vajon a fent bemutatott helytelen válaszok mindannyian eleget tesznek-e a tévképzet fent idézett definíciójának (Korom, 1998., 149.oldal)? A tekintetben feltétlenül, hogy legtöbbjük „ellenáll a tanításnak”. (Gondoljuk csak meg: hat olyan kérdésünk van, amelyre még a 10. évfolyamot kezdőknek is körülbelül a fele helytelen választ adott.) Ugyanakkor az, hogy ezek is – és más hibás válaszok is – „a jelenleg elfogadott tudományos nézetekkel össze nem egyeztethető” fogalmakra épülnének, nem olyan bizonyos. Vizsgáljuk most meg a kérdést, kezdve a leggyakoribbnak mutatkozó, a tudományostól eltérő gyermeki nézetekkel!

IV. 1. Tévképzetek-e a leggyakoribb hibás válaszok?

A 16 kérdés között kilencet találtunk, amelyekkel kapcsolatban a 4–5. osztályt végzett megkérdezetteknek több mint a fele a tudomány szempontjából helytelen meggyőződéssel bír. (A 8. osztály végén ezek száma hat, a 9. osztály végén három.) Nézzük meg ezt a kilenc kérdést, van-e teendőnk velük kapcsolatban?

80 és 59%-os hibaráta: sűrűség vagy tömeg?
A 4–5. osztályosok körében a legnagyobb (a 6–7. osztályosok körében pedig a leggyakoribbtól csak 1%-kal különböző) arányban előforduló tévképzet a kő vízben történő süllyedésének indoklása azzal, hogy a víz könnyebb a kőnél. A 2167 válaszoló közel kétharmada vallja ezt (lásd 2. táblázat, 1. sor).

Sokan tehát nem mérlegelik, hogy egy kődarab tömege nemigen haladhatja meg a tóban lévő vízét. Ám, ha úgy fogalmazunk meg egy hasonló kérdést, hogy abban a felfelé emelkedés magyarázataként a sűrűség szó szerepel mint választható lehetőség, akkor ezt mint helyes választ a megkérdezettek (a kisebbek is) nagyobb arányban felismerik. Így pedig a hibás válasz, 59%-os rátával, a gyakorisági sorban csak a nyolcadik lesz (lásd 2. táblázat, 8. sor).

Magasabb évfolyamokon kisebb arányban fordul elő, hogy a sűrűség és a súly fogalmát nem különítik el. A felnőttek azonban ebben a kérdésben kevésbé figyelmesek, mint a diákok. Mindebből sejthető, hogy a tudomány szempontjából nem elfogadható válaszok mögött nem minden esetben a helytelen értelmezés – azaz nem minden esetben tévképzet – áll, hanem egyszerűen az, hogy megelégszik a válaszoló a hétköznapi nyelvben használt kifejezésekkel. A fenti példákat annál is kevésbé tarthatjuk a szó explicit értelmében tévképzetnek, mert a tanításnak sem állnak ellen igazán. Nem vitatjuk, hogy fontos képessé tenni a tanulót a sűrűség-fogalom megfelelő alkalmazására, azonban nem tartjuk súlyos hibának, ha nem sürgetjük minden esetben a fogalmak tudományos értelemben történő elkülönítését és alkalmazását.

Hasonló hiba, hasonló okok – tömeg vagy súly?
A fentihez hasonló oka lehet a sok hibának a „Mit mérünk a mérleggel?” kérdés esetében (lásd 2. táblázat, 9. sor). Ezért említjük itt, bár a 16 kérdésre adott téves válaszok gyakorisági sorában a 9. helyet foglalja el. A válaszlehetőségek ezek voltak: a) tömeget b) súlyt. Az előbbit tartjuk helyesnek. Radnóti és Nahalka (2002) is megállapítja: a diákok „nem értik a tömeg és a súly mennyiségek közötti különbözőséget és kapcsolatot.” (249. o.). Nehezíti az életüket, hogy a két fogalmat szinonimaként emlegeti a köznyelv. Még az iskolaorvosnál is azt hallják a mérlegre állva, hogy a „súlyukat” mérik, kilogrammban. A helytelen kifejezés használatának előfordulása azonban a 4. osztálytól a 10.-ig folyamatosan csökken.

Hogy valóban a következetlen nyelvhasználat húzódik-e a téves válaszok mögött, arra ez esetben a határon kívüli magyar diákok eredményeiből kívántunk következtetni (4. táblázat). A határon túli tanulók körében később, a 10. osztályra különült el a tömeg és a súly fogalma, de akkor eredményesebben, mint a hazaiak körében. Mivel nyelvhasználatuk és tanterveik is eltérnek a hazaitól, ezért nem tudjuk, melyik okozta az eltérést. 10. osztályra mindenesetre kevesebbet (előtte pedig jellemzően többet) hibáznak, mint a hazai diákok, de az ingadozás olyan nagy, hogy ez további tantervi fókuszú elemzést igényelne.

4. táblázat
A hazai és a határon túli magyar diákok hibás válaszainak aránya (%) a „Mit mérünk a mérleggel?” kérdésnél

Tegyük fel a kérdést: mikor és hogyan avatkozzon be a pedagógus? Radnóti és Nahalka (2002) szerint „Sok-sok példával, gyakorlati esettel ’hozhatjuk középpontba’ a gyerekek intuitív tömegfogalmát” (261. o.). Hozzáteszem: sok-sok változatos megközelítésű példával. A sínen rugóval szétlökhető és terhelhető kiskocsik megfigyelése, karos mérleggel és rugós erőmérővel történő mérések végzése és elemzése, a holdra szálláskor készült filmfelvételek közös értelmezése vezethet a fogalmi váltáshoz. Mindennek később, a 10. osztály környékén jön el az ideje. Addig kár a tömegfogalmat sulykolni, inkább csak annak kialakítását segítjük megfigyelésekkel és ellentmondásmentes magyarázatokkal. Ez nem akadálya annak, hogy a mérőeszközét és a mértékegységét alkalmazzuk. A tömeg és a súly szavak következetes használatának problémáját még komplexebbé teszi, ha tudatosítjuk: nem csak a fizika szempontjából kell fogalmi váltásnak bekövetkeznie a gyermek fejében, hisz a történelem vagy az irodalomórán, más kontextusban ismét mást kell értenie alattuk.

77%-os hibaráta: az energia „keletkezése” és „felhasználása”
A kérdőív egyik feleletválasztós feladata az energia fogalmáról szólt. (A hibás válaszok arányát lásd a 2. táblázat 2. sorában.) A gyerekek az energiáról úgy gondolkodnak, hogy az képes termelődni, átadódni, tárolódni, áramlani, felhasználódni.” (Csapó és mtsai, 2015, 216. o.) Pedig közülük sokan talán még el is tudják mondani az energiamegmaradás törvényét. Ismeretszinten tudják, hogy csak egyik formájából másikba átalakul, de az energia szóval a fizikaórán kívül – és néha lehet, hogy azon belül is – szinte csak olyan szövegkörnyezetben találkoznak, ami a fent idézett hiedelemben erősíti meg őket. Azt hallják, hogy az energiát „termelik”.

Ha azt hiszik a diákok, hogy energiát lehet (úgymond a semmiből) előállítani, akkor a fenntartható fejlődést szolgáló, energiatakarékos megoldásokat kereső, felelős szemléletet nehezebb kialakítani. Ezért fontosnak tartjuk olyan folyamatok elemzését, amelyekben az energiamegmaradás törvényét energiaátalakulások sorozatában figyelhetjük meg. Így, gyakorlati, illetve projektfeladatok végzése során a diákok eljuthatnak az ismeretszintről a megértés és az alkalmazás szintjein keresztül az elemzésig, az értékelésig. Ebben a kérdésben minden helyzetben fontosnak tartjuk a helyes szemlélet kialakulásának megsegítését.

76%-os hibaráta: a szabadesés értelmezése
„Nagyon sokan (iskolai végzettségtől függetlenül kb. az emberek négyötöde) azt mondják, a nehezebb esik le hamarabb.” (Radnóti és Nahalka, 2002, 171. o.)  A diákokat tekintve „Az egyforma méretű és alakú testek … esnek le előbb.” hiányos mondat kiegészítése során a 4–5. évfolyamosok körében mutattunk ki hasonló, 76%-os hibarátát, azaz csak 24%-uk vélte úgy, hogy azonos sebességgel esnek az azonos súlyú testek. Két téves válasz lehetőségét adtuk meg. A „közül a nehezebbek” kifejezést a 10. osztályosok közül ugyanannyian választották, mint a 4–5. osztályosok közül. A vélekedés az 5-6. évfolyamon gyakoribbá vált, majd csökkent. (Az általunk megkérdezettek körében pedig a felnőttek 59,46%-a állította ezt.) Az összes téves válaszok arányának csökkenését nem az okozta, hogy 10. osztályban kevesebben állítanák a nehezebb testek gyorsabb esését, hanem az, hogy a könnyebb testek gyorsabb esését évről évre kevesebben hiszik (5. táblázat).

5. táblázat
A hibás válaszok, aránya (%) „Az egyforma méretű és alakú testek … esnek le előbb” feladatnál

Galilei ejtési kísérletét 7. osztályban mindig megbeszéljük, bemutatjuk. Megállapítjuk, hogy súlyuktól függetlenül, azonos gyorsulással esnek a tárgyak, mégis ilyen sokan válaszolják később is azt, hogy a súlyosabbak gyorsabban esnek. A helyes válasz tartalmától eltérő tapasztalat lehet a téves válasz oka: a közegellenállási erőé. Az implicit tanulás időszakában a tapasztalatokból vonja le a gyermek a következtetéseket. Tehát, hogy tapasztalatait gazdagítsuk, irányítanunk kell a megfigyeléseit. Ne csak papírlap esését hasonlítsa össze a radírjáéval, hanem egy papírgalacsinét is. A kutatási készségek kialakításánál is fontos annak tudatosítása, hogy mindig csak egy feltételt változtathatunk. A radír nehezebb a papírlapnál, de az alakja és keresztmetszete is más. Tegyük tehát a két tárgyat egyformává – gyűrjük radír méretűvé a lapot –, így már csak a súlyuk tér el, s egyszerre esnek le. Bemutatjuk, elmagyarázzuk, megismételtetjük, erővektorokkal lerajzoljuk, gyakran felidéztetjük, s bekövetkezik a fogalmi váltás, kialakul a szabadesés fogalma, melyben a közegellenállás nem játszik szerepet. Később, az absztrakció magasabb szintjén szimbólumokkal, matematikai megközelítéssel is belátják az összefüggést.

72%-os hibaráta: a súlytalanság és a levegő összekapcsolása
Mintánkban még a tizedikeseknek is több mint fele véli, hogy igaz a következő állítás: „Ahol nincs levegő, ott nincs gravitáció, súlytalanság lép fel.” (lásd 2. táblázat, 4. sor). Radnóti és Nahalka is így tapasztalta (2002, 153. o.). Pedig attól, hogy kiszivattyúzzuk valahonnan a levegőt, nem válnak súlytalanná a testek.Az elvont gondolkodás képességének ki kell alakulnia ahhoz, hogy az ok-okozat következtetést megtegyék a diákok. Fontos, hogy olyan felvételeket is mutassunk, ahol nincs levegő, de a testek súlya érzékelhető (akár átlátszó búra alatt légritkított térben). Itt a szemléltető eszközök és a tapasztalati úton megfigyelhető példák sokat segíthetnek.

70% hibaráta: a testek mozgásának „oka”
Még a megkérdezett tizedikeseknek is több, mint fele állítja, hogy a testek akkor mozognak, ha erő hat rájuk. Körükben ez a második leggyakoribb téves válasz (lásd 2. táblázat, 5. sor). „A gyerekek a testek mozgásáról Arisztotelész fizikája szerint gondolkodnak: a mozgásnak mindig oka van, ha nincs mozgást fenntartó tényező, akkor a test megáll.” (Csapó és mtsai, 2015. 249.o.)

A tudományos gondolkodás kialakítása érdekében komolyan kell vennünk: „A mozgásfolyamatok értelmezése kapcsán a közoktatás évfolyamain éppen az a lényeg, hogy a tanulók megértsék, a testek nem hatásra mozognak, hanem a hatás a mozgásállapot megváltoztatásához kell.” (Radnóti és Nahalka, 2002, 270.o.) Ugyanakkor felteszik a kérdést:„Miért tekintjük a gyerekek mozgásokkal kapcsolatos naiv elméletét tévhitnek, amikor szinte teljesen megegyezik azzal, ami az arisztotelészi fizika mondanivalója?” (152. o.) A diákok tapasztalata más, mint amit a tehetetlenség törvénye állít. A súrlódás miatt csak akkor láttak állandó sebességgel mozogni egy testet, ha erő hatott rá. Így a kérdésre választ keresve olyan megfigyelésből indul ki a diák, melyben a testre már hatott egy erő (leggyakrabban a súrlódás). Erre a feltevésre építve már helyes a többség által választott kiegészítés: „csak akkor mozognak”, ha (egy további) erő (is) hat rájuk, ami legyőzi azt. Meg kell értenünk, hogy a diák más vonatkoztatási rendszerben fogalmazza meg állításait. 15 éves kora környékén már képes lehet elvonatkoztatni a gyakorlati megfigyeléseitől. Addig azonban türelemre intjük a tanárokat.

62%-kal a hatodik leggyakoribb hiba – a gázoknak nincs súlyuk
„A gázoknak nincs súlyuk, így a levegőnek se.” Elég sokan gondolják ezt igaznak. Még a hetedikes gyerekek egy részének is problémát okoz a gázokhoz tömeget rendelni” (Csapó és mtsai, 2015, 205. o.). Radnóti és Nahalka (2002) szerint: „A levegő tömegével, illetve súlyával kapcsolatban a fejlődés lassúnak tekinthető. A levegő súlyát sokáig a térfogatával arányosnak tekintik a gyerekek, továbbá háromnegyedük még 12 éves korában is negatív súlyúnak vagy súlytalannak képzeli a levegőt.” Mi 2017-ben ennél lényegesen kevesebb hibát tapasztaltunk (lásd 2. táblázat, 6. sor).

Mint látható, a hibaarány folyamatosan csökken, ám a 10. osztályosok negyede még ugyanígy hiszi, hogy a gázoknak nincs súlyuk. Egyszerű mérésekkel alacsonyabb évfolyamokon előkészíthetnénk ennek a tévképzetnek az eloszlatását.

IV. 2. Ahol az iskolaévek nem hoznak változást

A legfiatalabbak körében a hibaarányt tekintve (61%) a hetedik leggyakoribb – „Minek van nagyobb belső energiája, 1 kg 0°C-os víznek, vagy 1 kg 0°C-os jégnek?” – kérdésben nem csökken a tévképzetek aránya a magasabb évfolyamokon. A diákok közel 2/3-a úgy gondolja, hogy a jég belső energiája nagyobb, pedig a vízé az. (A felnőttek még többen tudják rosszul.) Pedig elég csak arra gondolni, hogyan lesz a jégből víz: energiát vesz fel a környezetétől. A tévképzetek közül mégis ez bizonyult a legmakacsabbnak. Előfordulásának aránya is magas. A matematikában eltérő mértékben sikeres tanulók válaszai közt igen kicsi a szórás, s határainkon túl se jobb a helyzet (6. táblázat).

6. táblázat
Téves válaszok aránya (%) a „Minek van nagyobb belső energiája, 1 kg 0°C-os víznek, vagy 1 kg 0°C-os jégnek?” kérdésnél életkor, év végi matematikajegyek és lakóhely szerint

Radnóti és Nahalka (2002., 153. o.) körvonalazták a tanulók téves nézetét: „a szilárd anyagok nagyobb energiával rendelkeznek, mint a folyadékok vagy a gázneműek”. Másrészt a diákok a hétköznapokban azt tapasztalják, hogy a jég készítéséhez energiát szoktak felhasználni. Ha az energiát változtató képességként értelmezik, akkor abban igazuk van, hogy egy 0°C fokos jégkocka nagyobb mértékű hőmérséklet-változást tud létrehozni egy pohár italban, mint a 0°C fokos víz. Csak a változás irányára nincsenek tekintettel a téves választ adók; azaz arra, hogy az ital energiáját nem növeli a jég.  Ennek tudatosítását fontosnak tartjuk – az energia fogalmának kialakításával együtt, amelyről már esett szó. Tapasztalati úton, megfigyelésekkel és mérésekkel megalapozni minél korábban, majd az elmélet segítségével.

Itt értünk végére a tizenhat kérdés közül azon kilenc elemzésének, melyekre a 4-5. osztályos gyerekek több mint fele a tudományostól eltérő választ adott. A további 7-ben a gyermekek többsége a tudományossal megegyező naiv hittel rendelkezik, de közülük eggyel foglalkoznunk kell. Azért, mert esetében egyre nő a tévképzetek előfordulási aránya.

IV. 3. Amikor az iskolaévek alatt nő a téves válaszok aránya

Az évek múltával folyamatosan, 42-ről 70%-ra nő „Az oltóanyag a fecskendőbe … miatt jut be” nyitott mondat kiegészítésére a „a vákuum szívóhatása” kifejezést „a külső levegő nyomása” helyett választók aránya (7. táblázat). Pedig semmivel sem könnyebb így magyarázni az oltóanyag fecskendőbe jutását, és tanulják, hogy a folyadékok és a gázok mindig a kisebb nyomású hely felé mozdulnak el. A köznyelv azonban gyakran a vákuummal magyaráz, s erre az évek múlásával a diákok egyre nyitottabbak, még a matematikából jól teljesítők is.

7. táblázat
A vákuum szívóhatásában hívők aránya (%) életkor, év végi matematikajegyek, valamint életkor és lakóhely szerint

Radnóti és Nahalka (2002) így írnak: „A nyomáskülönbségekkel összefüggésben még 16 éves korban is nagy arányban találhatók gyerekek, akik a vákuum szívó hatásában hisznek. A külső légnyomás hatásának figyelembe vétele lassan alakul ki, 16 éves korukra is csak harmadukban” (168. o.). A mi felmérésünk szerint nemcsak jelen van 16 éves korban a tévképzet, hanem jelentős mértékben nő (a hazai diákok körében folyamatosan). Úgy tűnik, nincs más választásunk, mint alkalmazkodni a kognitív képességek érési folyamatához.

IV. 4. Ahol az évek múltával a legjelentősebb a fejlődés

A fejlődés mértékének csökkenő sorrendjében soroljuk most fel azokat a feladatokat, ahol az iskolaévek alatt már a 6. évfolyam kezdetére jelentősen nő a helyes válaszok aránya (8. táblázat).

A következő három kérdés hibarátája csak a 8. évfolyam kezdetére, vagy csak 10. évfolyam kezdetére csökken (9. táblázat).

Eredményünk hasonlóságot mutat a természettudományos műveltséget mérő „Tudomány a mindennapokban” teszt eredményeivel. A különbség kicsi a 8. és 10. évfolyam közt. „[A] nyolcadikosok 55 és a tizedikesek 58 százalékpontos összteljesítményéről első közelítésben csupán annyit állapíthatunk meg, hogy azok a 100 százalékpontos maximumhoz viszonyítva nem túl magasak.” (B. Németh, 2003, 514. o.) „Szembetűnő, hogy a teljesítmények a 8. és a 10. évfolyamok között mindhárom vizsgált szinten alig fejlődnek.” (Uo., 516. o.) A mi mintánkban is nagyobb a változás a 7–8. osztályban.

8. táblázat
Kérdések, ahol már 12 éves korra csökken a téves válaszok aránya (%), a 10. osztályra elért fejlődés mértékének csökkenő sorrendjében

9. táblázat
Kérdések, ahol csak 14, illetve 16 éves korra kezd csökkenni a téves válaszok aránya (%), a fejlődés mértékének csökkenő sorrendjében

A 2. ábrán a kérdőívünkben feltett kilenc „hétköznapi” kérdés közül öttel kapcsolatban mutatjuk egy-egy tévhit előfordulásának arányát.

Ahol 10. osztályra megnő a hibaarány
Nagymértékben nőtt a hibás válaszok aránya a 10. osztály végére a diákok körében a „Miért nem célszerű déli napsütésben a növényeket locsolni?”, a „Lehet-e kölcsönhatás az elektromos töltéssel rendelkező és a semleges testek között?” és „A földet a káros kozmikus sugaraktól az ózonréteg védi meg.” feladatoknál. Nem számítottunk arra, hogy magasabb évfolyamon jelenik meg több tévképzet. A tévképzetek arányának növekvő tendenciája ezeknél a feladatoknál a felnőttek körében is folytatódik (2. ábra).

Egyre inkább hisznek a diákok abban, hogy a vízcseppek nagyítóként működve égési sérüléseket tudnak okozni. Talán „eléggé tudományosnak” hangzik számukra a magyarázat, s a fénytannal, ezen belül a nagyítólencsével megismerkedve tovább erősödik a hit.

Az elektrosztatikus vonzást a diákok tapasztalják, amikor megdörzsölt vonalzójukkal hajat vagy papírt emelnek. Akkor is, amikor a lányok műszálas szoknyája a harisnyás lábukhoz tapad. Mégis, minél magasabb életkorban tettük fel a kérdést, annál nagyobb arányban nyilatkoztak úgy, hogy nem lehet kölcsönhatás az elektromos töltéssel rendelkező és a semleges testek között. Pedig 8. osztályban bemutatjuk és értelmezzük az elektrosztatikus jelenségeket. Ilyenkor felidézhetnék régebbi, implicit tanulás során szerzett tapasztalataikat is!

A kozmikus sugárzás jelentésének leszűkítése az ultraibolya sugárzásra is egyre gyakoribb a magasabb évfolyamokon. Pedig az elektromágneses spektrummal már a 8. osztályos fénytan bevezetésekor ismerkedni kezdünk.

2. ábra
Egyes tévképzetek előfordulási aránya (%) öt gyakori fizika-kérdésre adott válaszokban, a legfiatalabbak tévedéseinek előfordulási aránya szerint csökkenő sorrendben

Ahol először csökken, majd nő a hibaarány
Lépjünk tovább. A 6. és a 8. osztályra folyamatosan csökken a „Milyen irányban örvénylik a lefolyóban a víz?”  kérdésben a tévképzetek aránya – majd a 10. évfolyam kezdetére ismét nő. Hasonló a trend a „Miért csúszik jól a korcsolya a jégen?” kérdésben. (lásd 2. ábra).

A felső tagozatosok kevesebbet hibáznak. Úgy gondoljuk, hogy azért, mert az ennél magasabb évfolyamra járó tanulók a tudományosabbnak tűnő magyarázatokra nyitottabbak – a felnőttek pedig még inkább. Eredményeink megerősítik a már többször említett „Tudomány a mindennapokban” teszteredmények elemzésének megállapításait arról, hogy a középiskola nem erősíti a gyakorlati alkalmazás képességét.

V. ÖSSZEFÜGGÉSEK – TÉVKÉPZETEK GYAKORISÁGÁT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK

Összesen 1879 tanuló esetében vizsgáltuk az összefüggést téves válaszaik és év végi matematikajegyük között. A határon túli diákok eredményeit nem tudtuk figyelembe venni, mivel az osztályozásuk eltér a hazaitól.

Az osztályzatok átlaga: 3,78. A hazai diákok átlagosan 12 helytelen választ adtak a 25 kérdésre.

A matematikából előző tanév végén 1-est kapott tanulók csoportlétszáma nagyon alacsony a többihez képest, ezért hozzájuk képest nem vizsgáljuk az eltéréseket. A 2-es és a 3-as tanulók válaszarányai között nem volt szignifikáns a különbség, a 4-es és az 5-ös tanulók átlagukban a náluk gyengébb eredményűeknél szignifikánsan kevesebb téves választ adtak.

Az 5-ös tanulók mindenkinél kevesebb téves választ adtak (-1 t=0,699; -2 t=0,242; -3 t=0,195; -4 t=0,185 p<0,001)

Az 4-es tanulók szignifikánsan kevesebb téves választ adtak, mint a 2-es (t=0,243); 3-as (t=0,197), de többet, mint az 5-ös (t=0,185) tanulók.

A 3-as tanulók szignifikánsan több téves választ adnak, mint a 4-es (t=0,197) és 5-ös tanulók (t=0,195 p<0,001).

A 2-es tanulók szignifikánsan több téves választ adnak, mint a 4-es (t=0,243; p<0,05) és az 5-ös tanulók (t=0,242 p<0,001)

A matematikából jobb eredményt elérő tanulók sikeresebben kerülték el a fizika által vizsgált jelenségekkel kapcsolatos tévképzeteket. A gondolkodási képességek szerepét vizsgálva gondoljunk ezekre az állításokra: „A Nap a Föld körül kering.” „Ha 5 fokos kinti hőmérsékletben kinyitjuk a 20 fokra fűtött épület ajtaját, akkor 25 fokra is változhat bent a levegő.” Egyszerű, gyakran megfigyelhető, tapasztalati összefüggés alapján megválaszolható feladványok. Mégis, a helyes válaszok arányát tekintve jelentős különbség van a matematikából eltérően teljesítők között (10. táblázat).

10. táblázat
Téves válaszok aránya (%) a matematikából eltérően teljesítőknél, egyszerűen megfigyelhető jelenségek megítélésekor

Vajon arról van-e szó, hogy a jobb megfigyelők és érdeklődőbbek matematikából jobban teljesítenek? Úgy véljük, igen. Tehát nem azt állítjuk, hogy a matematikában elért jobb eredmény az (egyik) oka volna a természettudományos jelenségek sikeresebb magyarázatának, hanem azt, mindkettőhöz jó megfigyelési képesség, érdeklődés szükséges. A jó matematikai és természettudományos teljesítményhez is jó problémamegoldó képességre, absztrakt gondolkodásra és a problémák megoldásához szükséges kognitív műveletek megfelelő fejlettségi szintjére van szükség.

V.2. Összefüggés az induktív gondolkodás szintjével

Korom Erzsébet (1998, 164. o.) szerint az induktív gondolkodást mérő tesztekkel nagyon kismértékű az alkalmazást mérő tesztek eredményeinek összefüggése. Ezért választ kerestünk arra a kérdésre is, hogy az induktív gondolkodás fejlettsége mennyire jelentős a tévképzetek továbbélésében. Ehhez a mintát 40 fő 8. osztályos tanuló szolgáltatta. Az ő induktív gondolkodásuk vizsgálatához az MTA-SZTE Képességfejlődés Csoportja Szegedi Iskolai Longitudinális programjának országos reprezentatív mintájában alkalmazott teszteket használtuk. A 7. évfolyam végén mértünk. Vizsgáltuk a diákok teszten elért (3 és 33 közötti) pontszáma, valamint téves válaszaik (4 és 18 közti) száma közötti összefüggést. Szinte ugyanazt tapasztaltuk, mint az év végi matematikajegyek esetében (3. ábra). Tehát vizsgált mintánkra is igaz azt MTA-SZTE vizsgálatának megállapítása: „Adataink szerint azok a tanulók, akiknek az induktív gondolkodása fejlettebb, eredményesebben alkalmazzák ismereteiket a tanulási kontextustól eltérő problémakörnyezetben.” (B. Németh, 2003, 522. o.)

3. ábra
Egy induktív gondolkodás-teszt eredményeinek és a téves válaszok arányának összefüggése 8. osztályos diákoknál

A téves válaszok száma és az induktív gondolkodás teszten elért pontszám között közepes negatív irányú kapcsolat mutatkozik (N=40, Pearson Correlation, r= -0,440 p<0,01). Azok adnak több téves választ, akik alacsonyabb pontszámot értek el az induktív gondolkodást mérő teszten.

VI. ÖSSZEGZÉS ÉS KONKLÚZIÓ

A 4–7. osztályosok szignifikánsan több téves választ adnak, mint a 8-10. osztályosok (t=18,445, p<0,001). Tehát miután a diákok természettudományos tárgyakat, köztük fizikát tanultak, szignifikánsan csökkent a téves válaszok száma. A tudományos szemléletű tanulás megjelenése mellett a természetes módon bekövetkezett érés is befolyásolta a válaszok arányát, erről se feledkezhetünk meg.

Évfolyamonként is megvizsgáltuk a változást. A 2017-8. tanév elején válaszoltak a tanulók a kérdésekre, ennek figyelembevételével érdekes megállapítást tehetünk. A 4., a 6. és a 8. évfolyam szignifikáns javulást hozott a tanulóknak a tudományoséhoz közelítő gondolkodásában. Különösen a 8. évfolyamon bekövetkezett változás kiugró mértékű. A 13–14 éves gyermekek gondolkodása és ismeretei a várthoz képest nagyobb mértékben fejlődtek.

A 4. évfolyamosok szignifikánsan több téves választ adtak, mint az 5. évfolyamosok (t(306)=3,582; p<0,001).

Az 5. és a 6. osztályosok között nincs szignifikáns különbség (t(600)= -0,116; p>0,05).

A 6. évfolyamosok szignifikánsan több téves választ adtak, mint a 7. évfolyamosok (t(656)=5,813; p<0,001).

A 7. és a 8. osztályosok között nincs szignifikáns különbség (t(636)= 0,992; p>0,05).

A 8. évfolyamosok szignifikánsan több téves választ adtak, mint az 9. évfolyamosok (t(682)=7,857; p<0,001).

A 9. és a 10. osztályosok között nincs szignifikáns különbség (t(615)= -0,784; p>0,05).

Érdemes lenne nagyobb számú mintán felvenni válaszokat, mert a páros és páratlan évfolyamokon bekövetkező változások ciklikusságát nem tudjuk magyarázni (s nem tudjuk, megjelenne-e több tanuló válaszainak esetében is). Talán a 6. és a 8. évfolyamokon írt kompetenciamérésekre készülve következhetnek be ezek a kiugró mértékű fejlődések. Az is lehetséges, hogy a páratlan évfolyamokon túlterhelik a diákokat a változások (5.-ben a felső tagozat, 9.-ben a középiskola hirtelen megnövekedett tananyaga más tanulási szokásokat és több időt követel).

Ezeknek a fejlődéseknek a természete kettős, hiszen egyben rávilágítanak arra is, hogy alapvetően milyen nehezen változtathatók a tévképzetek. Korom Erzsébet (1998) is hoz olyan példát, amely erre világít rá: „Anderson és Smith (1987) vizsgálatában 113 ötödikes diáknak [tettek fel egy] a fénnyel és a látással foglalkozó kérdést, egy öthetes, e témával foglalkozó témakör előtt és után. A téma tanulásának megkezdése előtt a diákoknak 5%-a adott helyes választ, míg az öthetes téma megtanulása után is csak 24%” (162. o.). (Lásd még: Dudás, Farsang és Kádár, 2012)

A mi pedagógusi tapasztalataink is hasonlóak. Egy példa: a gravitációval ismerkedtető fizikaórán a fizikaterem 5 méter magasan lévő ablakpárkányáról ejtett le az egyik tanuló egy-egy azonos méretű, de különböző súlyú (acél és műanyag) golyót. Az osztálytársakkal az udvaron felkészülten vártuk a testek leérkezését. Mindenkinek tippelnie kellett, melyiknek a koppanását halljuk meg először. Meglepődtek, akik az acélgolyóra szavaztak. Megismételtük a megfigyelést úgy is, hogy mindenki a mobiltelefonjába épített stopperórával mérte az esés idejét (visszaszámlálásra indultak a golyók és a stopperek). Felmentünk a terembe, és feljegyeztük, hogy 5 méterről 1 másodperc volt az esési idő. Ennek ellenére már az adott óra végén is többen voltak azok, akik azt állították, hogy a nehezebb testek jobban gyorsulnak!

Korom Erszébet 2002-ben így ír: „nehéz eldönteni, hogy egy rosszul értelmezett fogalom mögött ténylegesen mélyen gyökerező tévképzet húzódik-e meg, és nem csak a tárgyi tudás hiányáról van szó.” Egy korábbi tanulmányában több vizsgálatra utalva megerősítette, hogy a tévképzetek stabilak, mélyen gyökereznek, és nagy részüket a hagyományos tanítás sem tudja megszüntetni (Korom, 1997). Izgalmas kérdésnek tartja Csapó Benő is, miért olyan „stabil, az oktatásnak ellenálló képződmények a tévképzetek” (1998, 166. o.).

Ugyanakkor mi olyan képzetekre is rábukkantunk, melyek 2017-ben már közel sem tűnnek annyira stabilnak, oktatásnak ellenállónak. A vizsgáltak között a négy legkevésbé gyakorinál a hibás válaszok aránya a 4–5. osztályosok körében 40% alatt volt, 10. osztályra pedig minden esetben 15% alá csökkent. Nem sokan gondolják már, hogy „a fény nem anyagi jellegű, ezért nem is terjedhet”, nem sokan vallják a ptolemaioszi (földközéppontú) világképet, vagy azt, hogy a hőmérséklet összeadódik, és nem kiegyenlítődik. Csapó és mtsai (2015) szerint: „Ebben az életkori szakaszban még számos esetben tapasztalható a folytonos anyagkép és a részecskemodell keveredése” (269.o.). Ez a megállapítás az 5–6. osztályos tanulókról szól, a jelenség gyakorisága ebben az életkorban azonban a mi adatfelvételünk szerint 26%. Az idézett műben, a 3–4. osztályosokról szóló fejezetben ezt olvashatjuk: „a gyerekek tapasztalataik alapján folytonosnak képzelik az anyagot.” A mi mintánkban ennek a képzetnek az előfordulási aránya nem éri el a 40%-ot, 10. évfolyamon pedig 14%-ra csökken. Nem neveznénk tévképzeteknek ezeket ezért sem, hisz nem állnak ellen a tanításnak. Előfordulásuk 4. és 10. osztály közt általában jelentősen – legalább a negyedével – csökken.

Határainkon túli magyar tanulók körében túlnyomórészt a hazaihoz hasonló tendenciákat tártunk fel. Ez arra utalhat, hogy nem tanterven alapul a tévképzetek megjelenése. Ugyancsak igaznak tűnik, hogy bár a gondolkodásfejlesztés nem helyettesíti a tapasztalati tanulást, segíthet az ítéletalkotásban. Erre a matematika-eredményekkel és az induktív gondolkodási szintekkel kimutatott összefüggésekből következtetünk.

VI. 2 Pedagógiai feladataink

A tanulmány bevezetésében így írtunk: „amiről a diákok valamiért nem rendelkez(het)nek tudással, arról inkább elhiszik a számukra ugyan nem érthető, de tudományosnak tűnő magyarázatokat.” Ezért kell olyan helyzeteket teremteni, amikor arra ösztönözzük a tanulókat, hogy kételkedjenek, kérdezzenek.

Ehhez először is a tananyagot közelítenünk kell a valóság jelenségeihez. Még akkor is, ha elfogadjuk B. Németh Mária véleményét (2002): „Valószínűsíthető, hogy a műveltségjellegű tudás jórészt iskolán kívüli tanulásból származik, és elsősorban a tapasztalatok gyarapodásával és képességek fejlődésével magyarázható. ” Sőt, épp ezért. Mivel ma azt tapasztaljuk, hogy iskolán kívül egyre kevesebb jelenség-megfigyelést végeznek a tanulók, még nagyobb jelentőséggel bír az iskolai tanulás. Tegyük hozzá azt is, hogy a felnőttek segítségével megfogalmazott jelenség-magyarázatok fejlesztő hatásáról se győzött meg minket adatfelvételünk. Kimutattuk, hogy a legalább érettségivel rendelkező felnőtteknél a tévképzetek általában gyakoribbak, mint a 10. évfolyamot kezdő diákoknál.

A tévképzetek feloldódását – a már meglevő és az új információ közötti összhang kialakulását – gátolja a hétköznapi nyelv és az oktatás nyelvhasználata közötti eltérés. A tanároktól hallott és tankönyvekben szereplő megfogalmazások is nehezíthetik a tudományos modelleknek megfelelő elképzelések és meggyőződések kialakulását. A tankönyvírást vállalók felelőssége emiatt is jelentős. Ügyelnie kell minden pedagógusnak is, hogy helyes kifejezéseket használjon. Bár egyetértünk Hanczár Gergellyel és Blum Szilárddal, amikor arról írnak: tekintetbe kell venni, mennyire mást jelent néhány szó – energia, fény, rezgés stb. – a tudomány és – mondjuk – az ezotéria számára. Utóbbi világértelmezése során más jelentést rendel ezekhez a szavakhoz, s az abban a rendszerben megfogalmazott következtetések és a jelenleg érvényes tudomány állításai között már nem biztos, hogy épp akkora az ellentmondás: „nyitottnak kell lenni a szavakat újraértelmezni.” (Hanczár és Blum, 2010, 32. o.) Tudatosítsuk hát a gyerekekben a hétköznapi és a tudományos nyelvhasználat eltéréseit!

Fentebb a kételkedés, kérdezés szükségességéről beszéltünk. Radnóti és Nahalka (2002) ezzel kapcsolatban figyelmeztet: ha a gyerekek ahhoz szoknak hozzá, hogy tévedéseik, hibáik valamiféle megtorlást vonnak maguk után, akkor egy idő után már meg sem fogalmazzák gondolataikat. A konstruktív pedagógia ezzel összefüggésben is a tévedések, hibák pedagógiai folyamatban való tudatos kihasználására ösztönöz. A gyerekeket úgy tudjuk hozzásegíteni a megértés szempontjából alapvető gondolkodási rendszerük megváltoztatásához, ha bátran megfogalmazhatják elképzeléseiket, és konkrét problémákat vitatnak meg együtt. Ennek jó kerete a tanár által irányított beszélgetés. Téves tanulói értelmezés esetén pedig érdemes valahogy így reagálni: „örülök a válaszodnak, mert ez alapján meg tudjuk beszélni, hogy is van ez”. A pedagógusok minősítési kézikönyve elvárásként fogalmazza meg ugyanezt (3.9 indikátor): „A gyermekek, a tanulók hibázásait, tévesztéseit a tanulási folyamat szerves részeinek tekinti, és a megértést elősegítő módon reagál rájuk.” (Útmutató, 2013)

Az élményalapú, tevékenykedtető tantárgyközi projektek hasznosak, és lehetőséget adnak arra (sőt, elkerülhetetlenné teszik), hogy a tanárok egymástól tanuljanak. Kiderülhet például, hogy azért kell annyit küzdeni a súrlódási erőnek a felület nagyságától való függetlenségével, mert technikaórán a tőle való függését tanítják a diákoknak. A szemléltetésnek intenzívebbé kell válnia: a víznek a jéghez képest több belső energiáját akár animációkkal, akár egyszerű, a változás irányát is megjelenítő rajzos ábrákkal mutatni érdemes. Ennél is meggyőzőbb lehet további érzékszerveket bevonni a tapasztalásba. Például a jégkockát a diákok bőréhez érintve tudatosítani, hogy épp testüktől kerül energia a vízzé váló jéghez. Így szó szerint a saját bőrükön tapasztalják meg a jelenséget. A Malmos és Revákné (2015), valamint a Sójáné és Tóth (2017) által bemutatott szóasszociációs elemzéssel pedig „megállapíthatjuk a tanulók hibás elképzeléseinek jellegét, felfedhetjük a hibák forrását, így a módszer a tévképzetek korrigálásában is nagy segítséget jelenthet”.

A tanulás segítése és a tanítás módszertana mellett figyelmet igényel a tanulók értékelése. Ma „a tanulói tudás iskolai minősítésében nem szempont az életszerű problémák sikeres kezelését biztosító műveltségjellegű tudás” – állapítja meg B. Németh Mária (2002, 140–142. o.). Ma sem magas azoknak a tanároknak a száma, akik teljes értékű jeggyel értékelnek gyakorlati feladatot vagy természettudományos tapasztalatokat leíró tanulói portfóliót.

Korom Erzsébet következtetése a diákokról szól: „Tanulási kedvük és tudásuk minősége is javulhatna, ha tudományos igényű, de a gyakorlathoz kissé közelibb, hétköznapokhoz könnyebben kapcsolható lenne a természettudományos tananyag” (1998., 173. o.). Hanczár Gergely (2007) pedig így ír a tanár szerepéről: „Ha a tanáraink nem egy lezárt, befejezett, minden kétséget eloszlatott tudományként adnák át a fizika vagy matematika általunk eddig megismert törvényszerűségeit, akkor talán más lenne a tudományképe az embereknek.” Mindkettő komoly kritika a jelenlegi helyzetre, ugyanakkor ne ostorozzuk magunkat, oktatási rendszerünket vagy módszereinket a tévképzetek tartóssága miatt. Gondoljunk arra, hogy 1687 óta kevésnek bizonyultak az évszázadok ahhoz, hogy Newton I., a tehetetlenségről szóló törvénye bekerüljön a köztudatba, pedig hány tanterv és módszertan szolgálta a tudományos magyarázatok megismertetését! Mélyen gyökerező oka van annak, hogy a kérdezettek majdnem háromnegyede gondolja úgy, hogy erőre a mozgásnak nem (csak) a megváltoztatásához van szükség, hanem a fenntartásához (is).

Agyi képalkotó eljárások révén kapott eredmények is alátámasztják, hogy „a 12 év alatti gyermekeknél valószínűleg hatékonyabb lenne az implicit, nem tudatos tanulásra alapozva oktatni” (Juhász, 2015, 122. o.). Sőt, magasabb évfolyamokban is – tehetnénk hozzá –, hisz a tévképzeteket illetően jelentős a szórás az azonos életkorú gyerekek közt. S ne felejtsük el: az implicit tanulásra bizonyos mértékben már most is jól építünk – ezt igazolja, hogy 12–13 éves korban csökken legnagyobb mértékben a tévképzetek aránya.

Azt reméljük, hogy a tanulást segítő pedagógiai megközelítésekről való gondolkodáshoz is hozzájárultunk.^[5]Elgondolkodtunk azon, hogy mely tévképzeteket kell eloszlatni, és milyen módon. Hogy melyek azok a nézetek, modellek, melyekhez bizonyos életkorban inkább ne nyúljon a tanár. S hogy hasznosabb-e, ha nem csak a bevált (esetleg túlhaladott) modelleket közvetítjük, hanem azok érvényességének kereteiről is meg akarunk győződni. Ideértve nemcsak a vizsgált természettudományos, hanem a pedagógiai és módszertani modelleket is.

Footnotes

1. ^{^} A tizenhat alapvető feladat felsorolását lásd a III. fejezet elején, a 2. ábrán.
2. ^{^} Az öt további feladat – illetve a téves válaszok – felsorolását lásd a III. fejezet végén, a 3. ábrán.
3. ^{^} A sorszámok nem a kérdőív kérdéssorrendjét tükrözik. A válaszlehetőségek közül a helyes választ félkövérrel jelöltük.
4. ^{^} A sorszámok nem a kérdőv kérdéssorrendjét tükrözik. A válaszlehetőségek közül a helyes választ félkövérrel jelöltük.
5. ^{^}  Felmérésünk adatait fizika-tantárgypedagógiai szempontból is elemeztük, s az eredményeket a Fizikai Szemlében a fizikát tanítókkal megosztjuk (a szöveg megjelenés előtt áll).