Investigatia - FOCUS - Stiintele si nu numai!

Domeniul stiintific, exterior scolii

Etape ale investigatiei

Domeniul didactic

Un geolog descopera o padure de cedri uscati pe coasta Pacificului

-observare

La inceput de an scolar, elevii observa ca celor trei copaci din curtea scolii nu le cad frunzele in acelasi ritm - unul si-a pierdut complet frunzele,  un al doilea are multe frunze galbene, ultimul este inca verde.

De ce s-au uscat cedrii?

Toti copacii s-au uscat in aceeasi perioada?

Este de vina activitatea vulcanica (prezenta in zona)?

Cauza poate fi inundarea solului cu apa sarata a oceanului?

-manifestarea curiozitatii

-formularea intrebarilor pornind de la cunostinte anterioare

-avansarea ipotezelor

De ce sunt copacii diferiti? Ei aratau absolut la fel inainte de sosirea toamnei!

Copiii avanseaza mai multe raspunsuri: fenomenul are legatura cu soarele/ cu excesul de apa/ cu lipsa apei/ cu solul otravit/ cu varsta copacilor/ cu insecte parazite/ cu anotimpul.

La datarea cu Carbon 14, a rezultat ca toti copacii au fost distrusi  cu aprox. 300 ani in urma. Analiza de sol a infirmat existenta unor depozite vulcanice. In plus trunchiurile nu erau carbonizate - proba ca padurea nu fusese atinsa de lava. 

-colectarea de probe

Copiii s-au impartit in grupe fiecare explorand una din ipotezele de mai sus. Verificarea facturilor de cumparare a copacilor a evidentiat ca au aceeasi varsta si ca sunt identici ca soi. Observarea umiditatii solului a aratat ca pomul desfrunzit are radacinile mereu in apa, cel cu frunze galbene le are adesea in apa, cel cu frunze verzi  nu le are niciodata in apa desi solul in care se afla este umed.

In 1964, un cutremur din Alaska a provocat inundarea mai multor paduri de pe coasta si distrugerea lor din cauza apei sarate. Padurea de cedri uscati se afla intr-o zona de subductie similara celei din Alaska

-folosirea cercetarilor anterioare

Profesoara a oferit grupului care investiga influenta apei o brosura despre cresterea plantelor. Elevii au aflat ca daca radacinile sunt inconjurate de apa, planta se ineaca in absenta aerului.

Analiza sedimentelor din padurea de cedri confirma existenta unui strat de nisip intre doua straturi de sol argilos si bogat. In nisip au fost gasite fosile provenind din ocean. Concluzia este ca a avut loc un cutremur major chiar inainte de sosirea pionierilor pe coasta de Vest

-propunerea unei explicatii posibile

Deci pomul desfrunzit era in situatie de inec, cel cu frunze galbene era aproximativ inecat, iar cel cu frunze verzi era in afara pericolului.

Ingrijitorul uda curtea de 3 ori pe saptamana, dar solul fiind in panta, apa era retinuta in zona copacului desfrunzit.

Publicarea rezultatelor investigatiei a condus la noi norme de seismicitate in constructii pentru statele din zona cercetata in vederea asigurarii cladirilor in caz de cutremur major.

-impact asupra comunitatii

Copiii au scris o scrisoare ingrijitorului comunicandu-i rezultatele investigatiei. Acesta le-a multumit si a modificat procedurile de aspersare. La inceputul anului scolar urmator, toti copacii erau inca verzi.

Precizari metodice

Activitatea elevilor

(Sarcini de lucru, organizarea activitatii, comunicarea rezultatelor)[5]

Procesul cognitiv: ANTICIPARE-PLANIFICARE

Momentele

(a)   Observare;

(b)   Manifestarea curiozitatii (evocarea experientelor personale);

(c)   Formularea intrebarilor (pe baza cunostintelor anterioare);

(d)   Selectarea intrebarii de investigat;

(e)   Avansarea ipotezelor (preliminare)[6];

(f)     Evaluarea ipotezelor.

Scenariul lectiei

Elevii:

(1)   definesc conceptul (evoca alternanta zi-noapte);

(2)   cauta mijloace de explicare (intrebari despre cauze);

(3)   fac o prima incercare de explicare (reprezinta interactiuni Soare-Pamant);

(4)   fac a doua incercare de explicare (avansarea unor ipoteze).

Rolul celui ce preda

inlesneste formularea intrebarilor;

comunica prin intrebari, in special, divergente;

nu accepta raspunsuri scurte sau simple;

se abtine sa dea raspunsuri.

Intrebarea de investigat cere, in momentul aparitiei, o evaluare didactica necesara ajustarii proiectului didactic, si anume, daca intrebarea de investigat este convergenta:

cu nevoile de invatare ale elevilor?

cu tema in curs?

cu structurile notionale propuse de programa?

cu obiective particulare?

cu formarea abilitatii de a investiga?

Elevii evalueaza intrebarea de investigat pe baza unor criterii precum:

explicatie necunoscuta (interesanta);

fapte sau opinii (natura stiintifica);

accesibila/ legata de tema (relevanta);

cere activitati variate (productivitate);

ofera variate cauze posibile de analizat (complexitate).

(1)   Lucrand in perechi, elevii evoca in diverse feluri (oral, in scris, prin desene, joc de rol, experimente etc.) observatii, experiente si intamplari personale privind fenomene periodice naturale (drumul Soarelui pe cer, miscarea umbrelor produse de Soare, alternanta zi-noapte, aspectul Soarelui in diferite momente ale zilei, aspectul Lunii si Pamantului luminate de Soare, rolul Soarelui in producerea lor etc.);

(2)   Lucrand in grupuri - cu lanterne, globuri geografice, mingi diferite intr-o sala semiobscurizata - elevii modeleaza interactiuni Soare-Pamant-Luna (Pamantul primeste lumina de la Soare; Soarele produce lumina si umbra pe Pamant; Luna si Pamantului se pot umbri reciproc; Soarele, Pamantul si Luna se rotesc in jurul axelor proprii; axa Pamantului trece prin Polul Nord si Polul Sud etc.; Luna se roteste in jurul Pamantului, Pamantul in jurul Soarelui etc.);

(3)   Lucrand in perechi, elevii formuleaza intrebari despre fenomenele naturale produse de Soare. (De ex.: De ce, cand Soarele apune, apa marii nu incepe sa fiarba? De ce este zi si noapte pe Pamant?[7] Cum se misca Soarele? Unde merge Soarele noaptea la culcare? Din ce este facut Soarele? Cum putem afla ora, observand Soarele? Dar directia in care mergem? Si altele.), prezinta clasei produsele realizate si intrebarile formulate, apoi selecteaza intrebarea interesanta (care va ghida investigatia, sa zicem: "De ce este zi si noapte pe Pamant?"[8]

(4)   Lucrand in perechi, elevii reexamineaza intrebarea aleasa (pentru a o clarifica si intelege mai bine: "Te-ai gandit vreodata la asta? Ai si alte intrebari? Tu cum ai raspunde?"), formuleaza raspunsuri la intrebare (pe baza a ceea ce stiu sau consultand diferite surse) si prezinta clasei variantele de raspuns; apoi, * compara intrebarile lor cu cele ale colegilor de clasa, evalueaza care dintre raspunsurile lor sunt explicatii posibile (testabile), care sunt simple descrieri sau enuturi de opinie, comunica punctele lor de vedere.

Precizari metodice

Activitatea elevilor

(Sarcini de lucru, organizarea activitatii, comunicarea rezultatelor)

Procesul cognitiv: ANALOGIA CU ANTICIPAREA UNUI EFECT

Momentele

(a)   Reperarea sarcinii/ problemei;

(b)   Analogie cu situatiile cunoscute;

(c)   Proiectarea investigatiei

(d)   Documentare (examinarea a ceea ce se cunoaste deja);

(e)   Colectarea probelor (preliminare);

(f)     Formularea concluziei (preliminare).

Scenariul lectiei

Elevii:

(1)   repereaza o explicatie posibila la intrebare (pe care decid s-o verifice);

(2)   cauta mijloace (cognitive si materiale) care vor permite verificarea;

(3)   experimenteaza unul dintre aceste mijloace;

(4)   constata daca este eficient sau nu;

(5)   experimenteaza un nou mijloc (daca precedentul nu a fost eficient).

Rolul celui ce preda

inlesneste constituirea echipelor de lucru pentru verificarea ipotezelor;

sprijina reperarea sarcinii/ problemei in cadrul grupului;

incurajeaza elevii sa interactioneze direct unii cu altii;

evita sa intervina, sa medieze, sa judece ceea ce spun elevii;

se abtine sa dea definitii si solutii;

nu rezuma discutiile elevilor.

Argumentarea raspunsurilor/ explicatiilor posibile poate avea durate diferite. Colectarea probelor poate fi extinsa in afara orelor de clasa.

(1)   In functie de raspunsul dat la intrebare sau de preferinte, elevii alcatuiesc grupuri de lucru pentru verificarea ipotezelor/ variantelor de raspuns (de ex., ca explicatii ale alternantei zi-noapte pe Pamant, elevii ar putea considera: a) rotatia Soarelui in jurul axei proprii (precum oglinda unui far); rotatia Soarelui in jurul Pamantului (ceea ce se vede); b) rotatia Pamantului in jurul axei sale; c) rotatia Pamantului in jurul Soarelui etc.); * denumesc grupurile de lucru proprii (folosind expresii sugerate de alegerile efectuate, de caracteristicile grupului de lucru etc.);

(2)   In grupurile de lucru alcatuite, prin discutii intre ei, respectiv, cu invatatorul, elevii:

proiecteaza investigatia (detaliile problemei, sarcini personale, procurarea materialelor, planificarea etapelor etc.);

expun ideile lor in fata clasei (pentru a rafina proiectul propriu, a se documenta suplimentar, a analiza daca alte tehnici, procedee propuse in clasa nu ar fi mai eficiente etc.);

colecteaza probe pentru argumentarea raspunsului (pe baza conexiunilor/ analogiilor cu experientele proprii, intre informatii din surse variate etc.);

(3)   In grupurile de lucru alcatuite, elevii modeleaza experimental ipotezele avansate pentru explicarea alternantei zi- noapte intr-un anumit loc de pe Pamant (folosind lanterne, bile, mingi, globuri geografice sau corpul propriu):

i.       "Soarele se roteste in jurul axei proprii" (Lumineaza Pamantul ca un far?);

ii.      "Pamantul se roteste in jurul Soarelui" (In timp de un an!);

iii.     "Soarele se roteste in jurul Pamantului" (globul mentinut fix este luminat de lanterna care se roteste in jurul globului; locul este insemnat pe glob cu o bulina);

iv.    "Pamantul se roteste in jurul axei sale" (lanterna este fixa si lumineaza globul care se roteste in jurul axei proprii; locul este insemnat pe glob cu o bulina);

(4)   In grupurile de lucru, elevii organizeaza datele in moduri diverse (desene, tabele, scheme, scurte eseuri etc.), formuleaza noi intrebari, inainte de a efectua alte investigatii, schimba planul de lucru sau colecteaza alte date, daca este necesar, reorganizeaza grupele de lucru, daca si-au incheiat activitatea, orientandu-se catre grupurile ale caror investigatii sunt in curs de desfasurare.

Precizari metodice

Activitatea elevilor

(Sarcini de lucru, organizarea activitatii, comunicarea rezultatelor)

Procesul cognitiv: INDUCTIA

Momentele

(a)   Sinteza datelor colectate;

(b)   Idealizarea (simplificarea) observatiilor;

(c)   Distingerea unor reguli/ paternuri in datele colectate;

(d)   Compararea explicatiilor alternative;

(e)   Propunerea unei explicatii preliminare.

Scenariul lectiei

Elevii:

(1)   sintetizeaza probele colectate;

(2)   elaboreaza o prima explicatie (o prima regula de producere a fenomenului);

(3)   observa exemple si contraexemple ale explicatiei (alternanta zi-noapte se explica atat prin rotirea Soarelui in jurul Pamantului, cat si prin rotirea Pamantului in jurul axei proprii);

(4)   a doua elaborare a regulii (ca ea sa convina exemplelor si sa nu contravina contraexemplelor).

Rolul celui ce preda

invita elevii sa sintetizeze observatiile;

sprijina elevii sa defineasca notiunile noi;

introduce termenii noi.

(1)   In grupurile de lucru, prin discutii intre ei, respectiv, cu invatatorul, elevii sintetizeaza datele obtinute, modeleaza rotatia proprie a Pamantului cu ajutorul unui titirez, disting reguli/ paternuri in datele colectate etc., apoi expun in fata clasei informatiile colectate, produsele realizate (modele experimentale, tabele, desene, copii dupa documente, postere etc.) si concluziile obtinute;

(2)   In grupurile de lucru, prin discutii intre ei, respectiv, cu invatatorul, elevii analizeaza datele credibile (Ce date pastram, ce date eliminam?) si evalueaza rezultatele proprii si procedurile folosite (Ce concluzii pastram, ce concluzii eliminam? Este acest model potrivit pentru aceasta investigatie? Ce explicatii sunt sustinute de probe? Este o explicatie mai buna decat alta?);

(3)   In grupurile de lucru, prin discutii intre ei, respectiv, cu invatatorul, elevii compara explicatiile alternative (rotatia proprie terestra si revolutia Soarelui in jurul Pamantului) si cauta argumente pentru fiecare. De ex., experimenteza cum, prinzandu-se in perechi de maini si rotindu-se unul in jurul altuia, pot avea "controlul" asupra miscarii celuilalt, daca sunt mai grei (Elevii mai grei se rotesc in jurul celor mai usori sau invers? Corpurile mai grele se rotesc in jurul celor mai usoare sau invers? Are loc in realitate revolutia Soarelui in jurul Pamantului?);

(4)   Prin discutii in colectiv cu invatatorul, elevii revizuiesc cunostintele anterioare, in lumina noilor experiente si formuleaza explicatia: alternanta zi-noapte se produce datorita rotatiei Pamantului in jurul axei proprii.

Precizari metodice

Activitatea elevilor

(Sarcini de lucru, organizarea activitatii, comunicarea rezultatelor)

Procesul cognitiv: DEDUCTIA

Momentele

(a)   Includerea altor cazuri particulare in demonstrarea explicatiei;

(b)   O privire sceptica asupra explicatiei (confruntarea cu noi probe, din surse diverse);

(c)   Revizuirea si consolidarea explicatiei, in lumina noilor probe colectate: "Ce este si ce nu este acest lucru?";

(d)   Verificarea unor previziuni pe baza explicatiei (interpolari, extrapolari);

(e)   Comunicarea rezultatelor (un test final al explicatiei).

Scenariul lectiei

Elevii:

(1)   observa o regula/ o explicatie a conceptului sau produsului de realizat;

(2)   creeaza exemple particulare care convin acestei reguli si expliciteaza caracteristici ale exemplelor care sunt sau nu conforme cu regula;

Rolul celui ce preda

incurajeaza elevii sa interactioneze direct unii cu altii;

intervine, mediaza, judeca ceea ce spun elevii;

inlesneste formularea intrebarilor;

comunica prin intrebari, in special, divergente;

se abtine sa dea raspunsuri imediate.

Pe masura ce diferite grupuri isi prezinta rapoartele in fata clasei, elevii invata ca:

unele probe colectate nu explica observatiile initiale;

altele ar putea sustine partial obervatiile;

exista explicatii alternative si trebuie aleasa cea adevarata sau cea corecta.

(1)   Lucrand in grupuri, elevii testeaza explicatia pe alte cazuri particulare ("Daca asta pare sa fie explicatia, atunci trebuie mai bine aprofundata!"). De ex.:

unii investigheaza cu mijloace proprii intrebari care au aparut mai devreme: "De ce, in lume, Anul Nou se sarbatoreste la ore diferite?", "Pamantul se roteste complet in jurul axei proprii in timp de o zi" sau "De ce, cand Soarele apune, apa marii nu incepe sa fiarba?" si altele.;

altii formuleaza intrebari despre rezultatele altor lucrari stiintifice;

altii evoca (prin desene, eseuri scurte) experientele proprii, in lumina noilor cunostinte, ca aplicatii ale rezultatelor obtinute (programul de activitate propriu in functie de pozitia Soarelui pe cer sau intr-o zi fara soare);

altii construiesc ceasuri care masoara durate mai mici de o zi (ceas "cu umbre" - dintr-un bat infipt in pamant, notand orele pe diferite directii ale umbrelor, anticipand orele urmatoare; clepsidra, observand curgerea nisipului intr-o clepsidra - "Egiptenii foloseau clepsidra noaptea. De ce? Ce puteau utiliza ziua?"), definesc unitati de masura pentru timp, calculeaza durate si altele.

(2)   In grupurile de lucru, prin discutii intre ei, respectiv, cu invatatorul, elevii:

intocmesc un scurt raport (oral, scris) privind rezultatele investigatiei proprii ("Acum stii de ce Pamantul are zile si nopti. Datorita rotatiei in jurul axei proprii, ca un titirez!");

prezinta produsele realizate si rapoartele de lucru in fata clasei si modereaza discutiile intre elevi.

Precizari metodice

Activitatea elevilor

(Sarcini de lucru, organizarea activitatii, comunicarea rezultatelor)

Procesul cognitiv: ANALOGIA CU ANTICIPAREA UNUI MIJLOC

Momentele

(a)   Analogie cu situatiile cunoscute;

(b)   Informarea publicului/ a celor ce decid cu privire la rezultatele obtinute;

(c)   Impactul rezultatelor obtinute (asupra nevoilor proprii si ale comunitatii - invatare, cunoastere, protectia mediului etc.).

Scenariul lectiei

Elevii:

(1)   imagineaza o prima incercare a produsului de realizat (pe baza a ceea ce stiu deja sa faca);

(2)   analizeaza reusitele, comparand cu incercarile altor elevi (prima reprezentare a produsului de realizat);

(3)   fac a doua incercare;

(4)   observa si analizeaza noile criterii de evaluare indeplinite (a doua reprezentare a produsului de realizat).

Rolul celui ce preda

incurajeaza elevii sa interactioneze direct unii cu altii;

intervine, mediaza, judeca ceea ce spun elevii;

inlesneste formularea intrebarilor;

comunica prin intrebari, in special, divergente.

(1)   Lucrand in grupuri, prin discutii intre ei, respectiv, cu invatatorul, elevii investigheaza consecintele explicatiei gasite:

unii compara argumentele proprii (heliocentrice) cu alte conceptii istorice despre Sistemul Solar (geocentrica), cu alte credinte (carti de povesti), cu informatii publicate in ziare, reviste (cei care calatoresc cu avionul sunt afectati de fusele orare) etc.;

unii construiesc machete, jucarii ("busola" din ceasul de mana; ceas "din razele soarelui" - pozitiile razelor pe peretii camerei de lucru, asociate cu activitati din programul propriu al unei zile; ceas cu apa - dintr-o galeata gradata in ore, minute; ceas dintr-o lumanare cu bolduri infipte - "De ce boldurile trebuie infipte in lumanare la distante egale? Ce fel de lumanare este mai potrivita pentru a masura o durata mare?"; un ceas "floral"- "La ce ore se deschid si se inchid anumite flori) si altele;

altii experimenteaza orientarea si masurarea timpului cu ajutorul Soarelui etc.;

altii inregistreaza observatii ale unor fenomene naturale care depind de pozitiile Soarelui pe cer, de alternanta zi-noapte (heliotropismul, periodicitati ale activitatii si repausului unor plante si animale, ritmuri biologice zilnice ale activitatii unor organe interne, orarul din timpul unei zile - "Momentele zilei te ajuta sa-ti organizezi timpul. Fa o lista de activitati pe care faci in fiecare zi, pe ore"), fenomene care pot influenta starea de sanatate si altele;

(2)   Individual sau in grup, elevii:

expun produsele realizate (planse, desene, machete etc.) in expozitii scolare, intalniri cu responsabili ai administratiei locale si modereaza discutiile;

informeaza factori de decizie cu privire la masuri necesare de protectie a mediului, a propriei persoane (organizarea programului unei zile de lucru, orele potrivite pentru plaja) si altele.