Csak hiszed! – Hibás tanulói elképzelések a csillagászati földrajzban

A téves és hiányos képzetek, téveszmék felmérése

Napjainkban az oktatás folyamatában egyre gyakrabban találkozunk hibás tanulói elképzelésekkel. A fiatalok felgyorsult, globalizálódó világunkban egyre több olyan informális csatornát vehetnek igénybe, amelyek hamis információkat terjesztenek tudományos „megalapozottsággal”. Mivel ezek a csatornák nem kerülnek szűrésre, így a tanulók gyakran esnek abba a hibába, hogy beépítik tudástárukba ezeket az igaznak vélt információkat, megalkotják önmaguk hibás elképzeléseit. Az iskolába kerülő diákok meglévő világképet hoznak magukkal, ami nem tudományos alapokon nyugszik, hanem az őket körülvevő világ megfigyeléseiből és azokból levont következtetésekből (Pine, K. et al. 2001). A téves elképzelések már gyermekkorban beépülhetnek a diákok tudatába, és tartósan ottmaradva a későbbiekben megakadályozhatják az információk megfelelő felhasználását. Kisgyermekkorban ezek a hibás elképzelések egyszerű módon is kialakulhatnak, mint például a Föld és a Nap kapcsolatáról, hiszen a szülők arra tanítják a gyermeküket, hogy a Nap felkel és lenyugszik egy nap során, ezzel – akaratukon kívül – a geocentrikus világképet erősítik a gyermekeikben. De mik is a téves és hiányos képzetek?

Meghatározásként a következőt látom használhatónak: a téves elképzelés és téveszme alapvetően a gyerekek (és felnőttek) tudásába beépült olyan elképzelés, ami a mostani tudományos eredményekkel nem egyeztethető össze, mégis tudományosnak hitt megalapozottsággal használják az érintettek. A hiányos képzet valamilyen megértési akadály, avagy információhiány által kialakult, a téves elképzeléshez hasonló jelenség.

A tanulási folyamat sikerességéhez szükséges, hogy az új információk hibátlanul beépüljenek a diákok már meglévő információ- és tudásrendszerébe. Ebbe a folyamatba ékelődik be az informális csatornákon érkező nem megfelelő adatsokaság. Ezek okozzák azokat a téveszméket és a hibás elképzeléseket, amelyek később megjelennek (Malmos E. – Revákné Markóczi I. 2015). A tanítás és tanulás egyik célja az előismereti rendszer helyes rögzítése és a belső fogalmi rendszer sikeres átalakítása a meglévő, bizonyított természettudományi ismereteknek megfelelően (Kádár A. – Farsang A. 2015).

A téveszmék feltárása fontos szerepet játszik az oktatási folyamatban (Tóth Z. – Bárány Zs. 2017). A téveszmék ismeretével válik egyértelművé a pedagógusok számára, hogy melyek azok a területek, amelyekre különösen nagy súlyt kell fektetni a tanítás során, hiszen azokban a tanult információkat a közvetlen tapasztalatok helyettesítik (Máth J. 2014). Ezek nem csupán tudáshiányt jelentenek, hanem kognitív akadályt jeleznek, ami mélyen gyökerezik a tanulók belső fogalmi rendszerében (Kádár A. et al. 2018).

A téveszmék megjelennek a csillagászati földrajzban is. A hagyományos középiskolai oktatás réseket hagy a témakörön belül, amiket a szülőktől, illetve a médiából szerzett információkkal próbálnak kitölteni a tanulók. Ezek a csatornák (sok esetben csupán rossz asszociációk okán is) könnyen vezethetnek téves elképzelések kialakulásához. Mivel a csillagászati földrajzi tananyag is a környezet által történő tapasztalásból építi fel az ismereteket, ezért sok olyan terület van, amelyhez nem tudnak képzetet társítani, ilyen például a Nap mérete vagy a Föld Holdjának „túlsó” oldala. Ezeknél a területeknél különösen fontos odafigyelni a helyes információkra (Hargitai H. 2008).

A kutatás bemutatása

Ezen kutatás előzményei közé tartozott egy 2017-ben megkezdett, a csillagászati földrajz alapismereteire is kiterjedő felmérés, amiben a megkérdezett diákok nagy részénél megjelent a napfogyatkozás jelenségével kapcsolatos hibás elképzelés. Az akkor megkérdezett tanulók 32%-a úgy gondolta, hogy a napfogyatkozás az a jelenség, melynek során a Nap térfogata jelentősen lecsökken. Ennek az adatnak a tükrében megkíséreltem összegyűjteni azokat a csillagászati földrajzi területeket, amelyek a hiányos és téves elképzeléseket illetően problémásnak bizonyulhatnak. A feladatot gyakorló, földrajzot oktató pedagógusok segítségével végeztem el. Három fő vizsgálandó tartalom körvonalazódott: a holdfázisok, a napfogyatkozások, illetve a tengerjárás jelensége. Ezekről feladatlapot állítottam össze 11. évfolyamos diákok számára, aminek kitöltetése és értékelése után még három (földrajz érdemjegyeikben szignifikánsan különböző) 10. évfolyamos tanulóval készítettem interjút.

Az eredmények

A mindennapi tapasztalatokkal egybecsengően a kutatás is rámutatott a csillagászati földrajz megértési nehézségei és hiányosságai, valamint a tantárgyközi kapcsolatok felhasználásának elégtelensége miatt kialakult hibás és hiányos elképzelésekre. A teljes minta 234 főt foglalt magába, közülük 114 nő, 89 férfi volt (31 diák nem jelölt be nemet), területi megoszlásban 63 fő budapesti, míg 171 debreceni volt; utóbbi különbség részben az eltérő osztálylétszámnak, részben az egy évfolyamon lévő eltérő osztályszámnak köszönhető. Az egyes iskolák tanulóinak válaszai között nem tapasztaltam szignifikáns különbségeket.

Az első feladatban fikciós és eldöntendő kérdéseket kaptak a diákok. A kérdések az alábbiak voltak:

Mint az alábbi ábrán látható, a legtöbb esetben nagy volt a különbség a jó és rossz válaszok aránya között. Az egyedüli kivétel a bolygóbesorolásra vonatkozó adat, amit több dolog is előidézhetett. Közülük az egyik az lehet, hogy a bolygók egymáshoz viszonyított méretét és tömegét kézzelfogható, primer ismeret hiányában nem érzékelik megfelelően a tanulók, aminek következtében nem képesek annak felmérésére sem, hogy egy tömegnövekedés mennyiben befolyásolja a bolygó besorolási helyzetét a szilikát-gáz kategorizálási rendszerbe. Egy másik az, hogy a diák nem ismeri a bolygók kategorizálásának rendszerét; ez nem feltétlenül jelez hibás elképzelést, hanem inkább primer ismerethiányból adódó, fikciós jellegű téves elgondolásként értelmezhető. (Szerkesztői megjegyzés: a hibás válaszok részben a kérdések pontatlan megfogalmazásából is eredhettek, továbbá abból, hogy két válaszlehetőség közül kellett a tanulóknak választaniuk, ami kevés volt.)

A vizsgálat másik területe a holdfázisok és az e mögött rejlő megértési nehézségek, illetve a valóságban történő elképzelés hiányai voltak. Ennek kapcsán kimutatható volt, hogy a tanulók körülbelül kétharmad része nem érti, miért változik a Hold képe folyamatosan a Földről nézve. Ezt alátámasztja az első és harmadik holdciklus felismerésére adott jó és inverz válaszok hasonló aránya, illetve a telihold és újhold jelenségére vonatkozó helyes válaszok alacsony szintje.

A harmadik vizsgált terület az árapályjelenség volt. Erre érkezett a legtöbb rossz válasz és itt voltak megfigyelhetők a legrosszabb válaszok is. Az apály és a dagály között eltelt időre adott válaszokat tekintve a megkérdezett tanulók mintegy 17%-a tudta, hogy 6 óránként követi egymást az apály és a dagály egy adott felszíni pontban. Ha ehhez azokat a tanulókat is hozzáadjuk, akik esetleg félreértelmezték a kérdést, megközelítőleg 32%-ot kapunk. A tengerjárás jelensége egy összetett folyamat, melyben szerepet játszik a Föld tengely körüli forgása, a Föld, illetve a Hold közös tömegközéppontjának a vándorlása és a Hold irányából érkező gravitációs erő. A hármas hatás együttes érvényesülésének átlátása, vizualizálása és megértése komoly problémákat okozott a tanulóknak.

A diákok több mint fele nincs tudatában annak, hogy melyik két égitest egymásra ható vonzása okozza az árapályjelenségét. A tanulók nem tudják megérteni, hogy a Föld és a Hold közös tömegközéppontja a Föld belsejében, a középpont közelében található; ez is szerepet játszhat az eredmény magyarázatában. Továbbá a tanulók érezhetik úgy, hogy a Nap igen erős gravitációs ereje miatt a tengerjárás hátterében is csillagunk erős tömegvonzási ereje áll. Ugyanis a csillagászati földrajzzal kapcsolatosan a vízburok témakörön belül kerül magyarázatra a szökőár és vakár jelensége, amely különleges dagályfajták a Nap, a Föld és a Hold együttesének speciális egymáshoz viszonyított elhelyezkedései következtében alakulnak ki. Emiatt érezhetik úgy a tanulók, hogy a tengerjárás létrejöttében pontosan a Nap és a Hold játszik főszerepet (utóbbi a Föld és Hold közös tömegközéppontja miatt). Ezzel ellentétben ezek az égitestek egymáshoz viszonyított helyzete csak a vakár és szökőár tekintetében kiemelendő.

A tengerjárás kialakulásának okának megmagyarázására az alábbi feladat szolgált.

Alapvetően mi okozza az árapályjelenség alapját jelentő gravitációs erőt? Jelöld a megfelelő választ! (Szerkesztői megjegyzés: a kérdésfeltevés pontosabb lenne ekképp: Főként mi határozza meg az árapályjelenség alapját jelentő erőhatás mértékét?)

• A két égitestnek…
  a. eltérő a mérete, b. eltérő a sűrűsége, c. eltérő a tömege.
• A két égitest közös pontjának átellenes pontjában melyik erő a domináns? Jelöld a megfelelő választ! (A kérdésben szándékosan nem szerepelt a tömegközéppont kifejezés, hogy az ne adjon segítséget az előző kérdés megválaszolásához.) a. gravitációs erő, b. centrifugális erő, c. tömegvonzási erő

Az összesített eredmények arra engednek következtetni, hogy a holdfázisok, a napfogyatkozás, illetőleg az árapályjelenség nem minden oka és részlete egyértelmű a diákok számára. Azonban érdemes annak a vizsgálata is, hogy ezeken a témakörökön belül a válaszok között milyen kapcsolat figyelhető meg.

A vizsgálat fontos része volt a szignifikanciaszint – amely megmutatja, hogy a vizsgált csoportok között nagyobb-e az átlagérték különbsége, mint amit a véletlen idézhet elő – megállapítása. Mint a táblázatból látható, a válaszok között nem mindenhol lelhető fel szignifikáns kapcsolat, s az előre feltételezett összefüggések nem bizonyultak igaznak minden esetben. A napfogyatkozás jelensége és az újhold fázisa leírás alapján való felismerésének kapcsolata nem mutatott erős összefüggést. A napfogyatkozás jelensége és a leírása között azonban fellelhető szignifikáns összefüggés, ami viszont igencsak gyenge, tehát nincsen szoros kapcsolat közöttük. Itt megkérdőjelezhető a tanulók gondolkodási módszere is. A kapcsolatuk lineáris, tehát minél jobban tudtak válaszolni a napfogyatkozás jelenségének leírására, annál jobban felismerték, amikor eldöntendő kérdésként szerepelt. Ugyanez elmondható az árapályjelenség kapcsán is, az égitestek megnevezésére, illetve a tömegközéppont ellenpontjában fellépő erő kapcsolatára is. Minél inkább tudták a tanulók jól megnevezni az égitesteket – tehát tudták az alapvető kiváltó okokat –, annál jobban ismerték az erőt is. Ebben az esetben is egy gyengébb összefüggésről beszélhetünk.

A beérkezett válaszok összegzése az alábbi ábrán látható. A válaszok alapján feltehető, hogy a közös tömegközéppont kialakulásáért felelős eltérő égitesttömeget megértik a diákok, azonban a középpont ellenpontjában kialakuló erő megnevezése, nehéz számukra, illetve az árapály kialakulási folyamata ezen részének, a nadírdagálynak a megértése akadályokba ütközik.

A kutatás kérdőívezési fázisa után az interjúk elkészítése következett. Ennek során a vizsgálatba bevont három diák (jelölésük a fenti táblázatban 1, 2 és 3) először 10 perces időkeretben kitöltötte feladatlapot, majd egyesével szóbeli beszélgetés történt, amiről a beleegyezésükkel hangfelvétel is készült. A kettő együttes elemzésével születtek meg az eredmények.

Az interjú készítése közben összesen tízszer változtatták meg válaszaikat a tanulók. A 10. évfolyamos diákok a legtöbb eldöntendő kérdésre jól válaszoltak. Tehát ők elvetették eredetileg hibás vagy hiányos elképzeléseiket. Összesített pontszámuk 20 pont volt a 28-ból, ami magasabb érték, mint a 11. évfolyamos diákok esetében. A válaszok mögötti gondolkodás felméréséhez az interjúk elemzése jelentett támpontot. Egyes feladatmegoldásoknál különböző magyarázatokkal jutottak a diákok jó, illetve rossz válaszokhoz. Több válasznál is jelennek meg hibás elképzelések és téveszmék. Az egyik a Nap körüli keringési időt alakító faktoroknál jelenik meg. A 3. megkérdezett tanuló a bolygók forgási idejét azonosította be keringési időként. A holdfázisokhoz fűzött magyarázatok azonban nagyjából helyesnek tekinthetők, nem jelenik meg bennük téves elképzelés. A tengerjárás kapcsán több kritikus pont is van. Ilyen például, hogy a Föld kering a Hold körül, nem pedig a két égitest közös tömegközéppontja közül. A diákok válaszai nem tértek el szignifikánsan a 11. évfolyamos diákok válaszaitól, azonban felsőbb éves társaik többsége több esetben rosszul értelmezték a csillagászati folyamatokat.

A kutatás eredményeinek összegzése

Az eredmények fényében a kutatás elején megfogalmazott hipotézisek megválaszolása az alábbi módon lehetséges.

Hipotézis 1. A diákok direkt és eldöntendő kérdések által kiszűrik hibás képzeteiket, tehát azok nem jelentkeznek a rövidebb kérdések esetén, ha válaszlehetőségként ellentmondó információk szerepelnek.

Az első feladatban szereplő kérdésekre a tanulók általában véve jól válaszoltak. Ez azt mutatja (egy kérdés kivételével), hogy a hibás válaszaikat kiszűrik a rövidebb, eldöntendő kérdések. A feltételezés tehát igaznak bizonyult. Az eredmény pozitív, azonban fontos kiemelni azt is, hogy ezekkel a feladatokkal nem mérhető fel teljes mértékben a diákok témakörökben történő jártassága.

Hipotézis 2. A holdfázisokról meglévő ismeretrendszerbe nem tud sikeresen beépülni az az új információ, mely a jelenségek magyarázataként szolgál.

A diákok nagy része nem tudja egyértelműen beazonosítani rajz alapján a holdfázi- sokat. Sem felismerni nem tudják azokat a rajzok alapján, sem beilleszteni egy ábrába a leírtak alapján a megfelelő égitestet. Tehát a diákokban keverednek a holdfázisok, azok fogalmai és megjelenési formái. A feltételezés tehát igaznak bizonyult.

Hipotézis 3. Azok a diákok, akik az árapályjelenség kiváltó tényezőjét és okát ismerik, értik az egész folyamatot.

Habár azok a diákok, akik tudták, melyik két égitestnek köszönhető a tényező, nagyobb arányban tudtak jól válaszolni a többi kérdésre, szignifikáns különbség nem mutatkozott köztük. Ebből adódóan nem igaz, hogy akik az árapályjelenség kiváltó tényezőjét ismerik, értik az egész jelenséget. A feltételezés tehát hamisnak bizonyult.

Az eredmények alapján érzékelhető, hogy számos olyan terület van a csillagászati földrajzon belül, aminek megértése a diákok számára problémás, és így téves elképzelésekhez vezethet. A holdciklusok, illetve a tengerjárás is ilyen témakörnek számítanak.

Ezeknek a hiányos és téves elképzeléseknek a megléte nem függ a tanulók életkorától, évfolyamától. A rosszul beágyazódott információ hosszú távon nem korrigálja önmagát, s így később is hibásan jelenhet meg. Ezeknek a megváltoztatásához elsősorban a Nap, a Föld és a Hold kapcsolati rendszerének és egymáshoz viszonyított helyzetének alaposabb szemléltetésére van szükség. Emellett természetesen a holdfázisok rendszerébe helyesen kell beépíteni a nap- és holdfogyatkozások jelenségét. A Föld és a Hold gravitációs erejének, közös tömegközéppontjának és a vízburokra gyakorolt hatásának mélyebb megértése is feltétlenül szükségszerű a téveszmék kivédéséhez. A szóbeli interjúkból is látható, hogy ezek a területek (főként az apály kialakulásának jelensége) nem teljesen érthetők a diákok számára.

A tanulók számos hibás elképzeléssel és téveszmével rendelkeznek, amelyek kialaku- lása rendkívül sok tényező együttes hatása. Részben maguk az információk a tanítási-tanulási folyamat során nem megfelelően szilárdultak meg, részben pedig a külső hatások (média, kortársak) torzíthatták ezeket. A téves és hibás képzetek stabilak, könnyű, feleletválasztós kérdésekkel nehezen lehetett felfedezni azokat. A változatos feladatok azonban segítettek ebben. A kutatás megerősítette, hogy a földrajzi téveszmék vizsgálata indokolt, mert bár a hibás elképzelések orvoslására még nincsen elfogadott és hatékony módszer, azonban a hiányos és hibás területek felmérésével közelebb kerülhetünk a probléma megoldásához. Ezeknek a területeknek a feltárása és gyakorló pedagógusoknak történő bemutatása segítheti olyan módszerek kidolgozását, amelyekkel a hamis hiedelmeket nagyobb esélyünk van megváltoztatni. A cél érdekében a legfontosabb, hogy a belső fogalmi rendszert kiegészítsük és megszilárdítsuk azokkal az új információkkal, melyek a jelenségeket magyarázzák.