Kiss Csilla

A konstruktivista tanuláselmélet bemutatása a mechanika példáján keresztül

A tanulás sok tudományág egyik fontos fogalma. A teljesség igénye nélkül, csak felvillantva azon tudományágakat, amelyekben ez az egyik legfontosabb koncepció, a következő felsorolás bizonyíthatja a fogalom pontos megértésének, részletes analízisének, a tudomány legújabb kutatási eredményei figyelembevételének szükségességét: pszichológia, genetika, mesterséges intelligenciakutatás, kommunikációelmélet, kultúrelméletek, fiziológia, genetika, pszichológia és pszichiátria, etológia.

A pedagógia a fent említett segédtudományokra támaszkodva többek között a tanulás tudománya is. A jelenleg folyó teoretikus és experimentális alapokon nyugvó kutatások egyik csomópontja a konstruktivista ismeretelméletre alapozva a pedagógia néhány alapvető kérdésének megfogalmazása, illetve az azokra adható válaszok tudományos kutatása. A konstruktivista ismeretelmélet napjainkban kibontakozó paradigmarendszerének alapja egy tudományfilozófiai megismerés-elmélet.

A konstruktivista ismeretelmélet

Az alábbi vázlatos ismertetés Glasersfeld munkái nyomán mutatja be a konstruktivista ismeretelmélet alapvető motívumait.(1),(2) Az ismeretelméletek két alapvető típusát különbözteti meg: az objektivista ismeretelméleteket és a konstruktivista ismeretelméletet.

1. Az objektivista ismeretelméletek

Minden eddigi tudományos vizsgálat tárgyaként megismert ismeretelméletben közös tulajdonságok alapján az objektivista ismeretelméletek alapvető tulajdonságait a következőkben jelöli meg:

• A tudás a minket körülvevő valóság objektív tükrözési folyamata.
• Az ismeretelméletek központi kérdése a valóság és a reprezentáció közti megfeleltetés objektív felállítása. Ez szükségszerűen egy kölcsönös hozzárendelés, vagyis ekvivalencia-függvény.

• A különböző ismeretelméletek közötti fő különbség az ekvivalencia-függvény megadásában van. (Érdekes belegondolnunk, hogy eszerint az empirizmus és a racionalizmus is objektivista ismeretelmélet, az eltérés mindössze egy egy-egyértelmű leképezés mibenlétében mutatkozik meg.)
• A tudás igazságának léteznek kritériumai, a megismerés, a leképezés objektív módon ellenőrizhető.

1. A konstruktivista ismeretelmélet

• A megismerhetőséget definiálatlan fogalomként kezeli, aximoatikus felépítést ad rá.
• A tudást konstrukció eredményeként vizsgálja, a kognitív struktúra szerves részeként, a belső világ elemeinek, és komplexitásának analízisével.
• Kiemeli a konstrukció, a konstruálás folyamatát. Ennek eszközeiként a befogadást, az értelmezést, a szervezést, és az előrejelzést jelöli meg.
• A felépülő elméletre vonatkozó fő kérdés annak adaptivitása. Így megkérdőjelezi a tudás objektív igazságának létezését.
• Az új információra vonatkozó fő kérdés annak összhangja a jelenlevő kognitív struktúrával.

A tanulás konstruktivista felfogásáról

“A gyakorlatnak nemcsak hogy szüksége van a jó elméletre, hanem az is igaz, hogy nincs is semmiféle gyakorlat valamilyen elmélet, előrejelzés, modellek működtetése nélkül.” mondja ki Nahalka István Konstruktív pedagógia - egy új paradigma a láthatáron (3) című cikkében a konstruktivista megközelítés alapgondolatát. Fontos megvizsgálni, hogy a kérdéskör mai kutatói milyen definíciót fűznek az elmélethez, mint koncepcióhoz. A gyakorlathoz elengedhetetlenül szükségesnek deklarált elméletek nem feltétlen felelnek meg a ma tudományosan elterjedt elméleteknek, sőt a legegyszerűbb, megfigyeléseken nyugvó “kis világnézetek” is megfelelőek lehetnek a mindennapokban. A pedagógiai szakirodalom ezeket az elképzeléseket már hosszabb ideje tüzetes vizsgálatok tárgyaként kezeli. Korom Erzsébet a Magyar Pedagógia folyóirat 97. évfolyam 1. számában, Naiv elméletek és tévképzetek a természettudományos fogalmak tanulásakor (4) című cikkében ezen tudásstruktúra analizáló bemutatását adja közre. Alapvetően az alábbi megközelítési módok, és terminusok a legelterjedtebbek:

• alternatív fogalom (alternative conception) - Ez az az elnevezés, amely a leginkább illeszkedik a konstruktivizmus állításaihoz. A tudás megszerzését a tanuló aktív tevékenységeként értelmezi, lehetőséget hagy ugyanazon információ következtében egymástól eltérő világképek, fogalmak kialakításának. Legismertebb kutatói: Osborn, Wittrock, Hewson, Clement.
• tévképzet (misconception) - Olyan fogalom, amely eltér az általánosan elfogadottól. Kutatói: Griffiths, Preston, Carrascosa.
• naiv elképzelés (naive belief)
• prekoncepció (preconception) - A tanítás előtt a témakörben kialakult fogalom, vagy fogalmi rendszer.
• intuitív elmélet (intuitive theory) - A hétköznapi tapasztalatokon kialakult, egységes fogalmi rendszer.
• gyermektudomány (children’s science) - “ A gyermekek azon ismeretei a világról, amelyeket az iskolai tanulmányok előtt megszereztek. A gyermeki tudomány tükrözi a gyerekek tapasztalatait, aktuális tudását, fogalmi készletét. A gyermeki tudomány mellett megkülönböztetünk még tudós tudományt (scientist’s science) és tantervi tudományt (curricular science) is. (Osborn, Bell és Gilbert, 1983)”
• egy olyan fogalom, amely eltér az általánosan elfogadott természettudományos nézettől (conceptual idea). Kutatói Griffiths és Preston

A modern tanuláselméletek a pedagógiai célban nem emléknyomok kialakítását, hanem a gondolkodás mélyrétegeinek strukturálását jelölik meg.

A tudás konstrukciójának eszközeiként Glasersfeld (2) a befogadást, az értelmezést, a szervezést, és az előrejelzést nevezte meg. Ezen lépések közül az első három adja a tanulás folyamatát.

A kognitív pszichológia megismerésről állított törvényszerűségeivel parallel a konstruktivista tanulásfelfogás. A tanulás a belső világ folyamatos építése, strukturálása. Szükségszerűen tehát egy innátánista felfogásról van szó. Az előzetes tudás (prior knowledge) szerepe kiemelt. Ennek használata, az előrejelzés aktusa vezethet el az előzetes koncepciórendszer feladásának, vagy megváltoztatásának szükségessége felismeréséhez, s így a tanulás folyamatához.

Ezek szerint a tanulás induktív folyamatként való felfogását is revízió alá kell vennünk. Az új ismeret, a ”felfedezendő összefüggés” fölött mindig ott van az értelmező kognitív struktúra. A megismerő tudat tehát mindig egy értelmezési keretekből álló szűrő működtetésével alakulhat csak. Ez hagyományosan deduktív folyamatértelmezés.

Az értelmezési keretek alakítása a tanuló felelősége. Csakis a tanuló tevékenysége részeként formálódhat a kognitív rendszer. (Gondoljunk itt arra, hogy egy előadást “passzívan “ követő hallgató is aktív tevékenységet folytat, amennyiben az elhangzottakat mérlegeli, megfontolja. A reformpedagógiák szemléletéhez képest radikális különbséget vehetünk itt is észre. A tanulói szabadság értelmezésének egy merőben új formája ez.) Vagyis a külső körülmények NEM vezérelhetik a tanulási folyamatot.

“ A konstruktivista tanulásszemlélet szerint a belső értelmező rendszerek, valamint a ‘tanulnivaló’ találkozásakor dinamikus folyamatok zajlanak le. “

A konstruktivizmus hazai képviselője, Nahalka István öt szempont szerint vizsgálja a tanulási formákat (3). A fő kérdések, amelyek alapján a különböző típusok szeparációját végzi, az alábbiak:

• Van-e ellentmondás az új információ, és az értelmező rendszer között?
• Megkísérli-e a tanuló az új információ értelmezését, feldolgozását?
• Megtörténik-e a tudáselem lehorgonyzása a régi rendszerhez?
• A lehorgonyzás milyen változtatást jelent?
• Lényegi-e a belső értelmező rendszer változása?

E kérdések alapján különbözteti meg az alábbi típusokat:

1. Problémamentes tanulás

A feldolgozó rendszer és az új információ között nincs ellentmondás, és feldolgozás történt.

2. Konceptuális váltás

A felvett információ és az értelmező kognitív struktúra között ellentmondás áll fenn. Az ellentmondás feloldása a kognitív struktúra drámai, radikális megváltozása. Ez az a tanulási forma, amely a modern pedagógia által meghatározott cél felé vezető út egy lépése. A pedagógusok célja, s egyben (mindössze csak) lehetősége ezen tanulási forma körülményeinek megteremtése.

A gyakorló pedagógusok is a konceptuális váltások sorozatát szeretnék, és vélik előidézni tanítványaik oktatásakor- nevelésekor. A hagyományosan tanulásnak nevezett esetek között mégis számtalanszor találkozunk olyan formákkal, melyek nem érintik a kívánatos tanulási típusok lényegét. Nahalka a következő formákat különbözteti meg:

3. Kreatív mentés

Az információ felvétele, az ellentmondás jelentkezése, a feldolgozás aktusa után a kognitív struktúrában lévő változás nem lényegi. Ilyenkor mellékmagyarázatokat keresünk, a kis kiigazítás az új információ rögzíthetőségét szolgálja. Az új információ beillesztéséről van csupán szó.

4. Magolás

Az elsajátított tudásnak a meglévő ismeretrendszerrel nagyon laza a kapcsolata. Ez megnehezíti az előhívást, és az alkalmazást, a logikai ellentmondás miatt nagyon hamar elfelejtjük az információt. Tipikusan a begyakoroltatás, az algoritmikus használat formájában ismerjük ezt a jelenséget. Nagyon nehéz megkülönböztetni a tanulás kívánt formáitól, és oktatási gyakorlatunkban jellemzően nem jelentkezik igény erre a különbségtételre.

A modell kimeneti oldalán megjelenik néhány, tanulásnak hagyományosan sem nevezett aktus, melyekkel gyakran találkozunk a gyakorlatban. Ezek most új megközelítésben jelennek meg, gazdagítva tudományos leírásukat.

5. Teljes közömbösség

Az új információ ellentmondásban van az értelmező rendszerrel, nem történik feldolgozás.

6. Kizárás

Az új információ ellentmondása a meglévő kognitív struktúrával oly mértékű, hogy befogadása lehetetlen.

7. Meghamisítás

A konceptuális váltásról

A kognitív pszichológiai kutatásokra alapozva Carey és Spelke (5) a tudásterület-specifikus észlelés alapgondolatából indultak ki.

“A tudás eredeti rendszere nem dönthető meg semmilyen tapasztalat alapú indukcióval, ugyanis csakis a rendszerrel konform objektumok érhetők el a rendszer számára.” A paradoxon feloldását a kereszttérképezés folyamatában jelölik meg. A világlátás alapstruktúráját alkotó elemek radikális átalakulását értik alatta. Nem csak hasznosnak, hanem relevánsnak tartják a tudomány történetében bekövetkezett konceptuális váltások részletes analízisét.

Konceptuális váltás bekövetkezésének lehetséges módjaként vetik fel a meglévő alapelvek fogalomrendszerének fokozatos differenciálódását, a “szülő-fogalmak” elpusztulását. Ezt nevezik tanulásnak. A tantervi rendszert a konceptuális váltások hálójaként értelmezik újjá.

A természettudományi tantárgyak körében sokkal több kutatás zajlott, és zajlik ma is a világnézetek elterjedtségét illetőleg. A következő részben ezen kutatásokból merítek. Kiemelendő, hogy ezen kutatások nem jellemzően konstruktivista megközelítésben vizsgálják a kérdéses problémakört, a kialakulóban lévő konstruktivista pedagógia, és didaktika kutatásai számára mégis felhasználhatóak. A fogalmi rendszereknek egy olyan komplex analízisét adják, mely kiindulópontja lehet további konstruktivista vizsgálatoknak.

A gyermekek elképzelései a világról nagy mértékben hasonlítanak a tudományok történetében létezett elméletek alapjaihoz. A feltűnő hasonlóságot alapul véve a jelenséget James Novak, Rosalind Driver, valamint hazánk képviseletében Nahalka István vizsgálták konstruktivista megközelítésben. Az objektivista filozófiákon alapuló pedagógiák kutatási területeiként felhasznált eredmények elsősorban a 80-as években születtek. A tévképzetek vizsgálatában Gardner, Nußbaum, Preston, Erickson, Clement, McCloskey és Green, valamint a magyar kutatók munkái közül Csapó Benő (9) és munkatársai vizsgálatainak konstruktivista kontextusban is releváns eredményeit használom fel. A kiválasztott témakör a fizika tárgykörén belül a mechanika konceptuális rendszereit tárja fel.

A peripatetikus és a klasszikus mechanika modell kultúrtörténeti megközelítésben

Az Arisztotelészi (peripatetikus) mechanika modell

A tudományban közel kétezer évig uralkodó modellről van szó. Az emberiség csak egy erőteljes, radikális lépéssel tudott átlépni. A mozgások mibenlétére vonatkozó világkép totális átalakítására volt szükség. A modell alapja empirikus és experimentális: mindennapos megfigyeléseken alapul, józan megfontolások figyelembevételével épül fel.

A mozgásoknak két csoportját különbözteti meg, amelyekre alapvetően más törvényeket fogalmaz meg. Az egyik csoport az égi szférák mozgása az örök rend szerint (motus a se).A másik a földi mozgások csoportja. Ennek részei az

élőlények mozgása (motu a se), a természetes mozgások (motus naturalis), és a kényszerített mozgások (motus violentis).

A kozmoszban egy adott rendet feltételez. A nehéz testek lenn, a könnyűek fenn, az égitestek az égben vannak a helyükön. Így a testek léte határozza meg a test által végezhető mozgást. Ez a mozgás folyamatjellegét, és nem állapotjellegét támasztja alá. Minden mozgáshoz egy ható ok (mai fogalmi rendszerünk szóhasználatával élve erő) feltétlen szükségességét állítja. (Omne quod movetur ab alio movetur.) A mozgáshoz csatlakozó mozgató (motor conjunctus) léte axiomatikus.

A Newtoni (klasszikus) mechanika-modell

A mozgások vizsgálatának alapfogalma a mozgásállapot. Ennek objektív, számszerűsíthető megközelítése a mozgásmennyiség (impulzus, lendület). Kiszámítási módja: a test tömegének és sebességének szorzata. (Ahogyan a középiskolai oktatásból ismerjük: I = m v)

Erő fogalmán az impulzus változási gyorsaságát értjük: .

Ez nem más, mint az impulzus-vektor idő szerinti első deriváltja.

A két legproblémásabb törvény (melyek valójában axiómák) a következő:

Newton első törvénye: Inerciarendszerben magára hagyott test megőrzi mozgásállapotát (nyugvó helyzetét vagy egyenesvonalú egyenletes mozgását), ha a ráható erők (vektori) eredője nulla.

Figyeljük meg, hogy ez a ‘törvény’, valójában a mozgás állapotként történő értelmezésének kifejezése.

Newton második törvénye: A mozgásmennyiség megváltozása arányos a ható erővel: .

Ennek közismert speciális esete az állandó tömegre vonatkozó F = ma, ahol az a definíció szerint a sebesség idő szerinti első deriváltja, neve gyorsulás.

Ha jól megfigyeljük a ‘törvény’ nem más, mint az erő definíciója. Egyértelmű ebből tehát, hogy erő a mozgásállapot megváltoztatásához szükséges.

A modellek adaptivitásáról

A klasszikus mechanika-modellben szereplő első ‘törvény’ ténylegesen konstrukció eredménye. A konstrukció folyamata extrapolációs eljárás. A ‘törvény’ gyakorlatilag soha nem érvényesül.

A modell működtetésével levont következtetések egyeznek a tapasztalattal úgy mindennapos megfigyeléseink során, mint az egyszerűbb, kis sebességtartományban végzett kísérletek eredményeit tekintve is. Ez egy széleskörűen adaptív modell, amely tanterveink szerint a középfokú oktatásban részesültek sajátja kell legyen.

A későbbiekben ismertetett kutatási eredmények viszont egyértelműen azt támasztják alá, hogy a klasszikus mechanika modell nem jellemzi a fizikával különösebben nem foglalkozók világképét. A kutatások a peripatetikus mechanika modell nagyfokú elterjedtségét bizonyítják. Természetesen ez nem jelenti sem a tudomány történetének ismeretét, sem a modell konkrét, objektív ismeretét. A modell nevével jelzett világszemlélet, koncepcióegyüttes tetten érhető, eddigi felmérések útján vizsgált alapgondolata: a mozgás fenntartásához szükséges erő létének axiómája.

A peripatetikus modell tévképzetnek tekintő objektivista kutatásokban az erő és a lendület fogalmának nem tiszta elkülönülése, illetve ezek felcseréléseként értelmezik a problémát. Mivel a gyakorlatban nem találkozunk olyan esetekkel, amikor a közegellenállási erő és a mozgások során fellépő erő is nulla, a peripatetikus mechanika adaptivitása nem kérdéses. A tapasztalatok szerint tehát a magára hagyott test megáll (a klasszikus értelmezés szerint a közegellenállási és a csúszási súrlódási erő miatt), a mozgás fenntartásához (az említett erőtípusok hatásának ellensúlyozásához) erőre van szükség