Σοβαρές διαφωνίες για το

«πώς παρουσιάζεται» στο σχολικό βιβλίο

η ΙΔΕΑ για ένα Μικρόκοσμο της Ύλης

Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

( Από την ομιλία στο 12^ο Συνέδριο της Ένωσης Ελλήνων Φυσικών )

α. Πριν από 250 περίπου χρόνια, κληρονομημένη από τη Φιλοσοφία, έκανε την εμφάνισή στην Επιστήμη η ΙΔΕΑ ότι « υπάρχει ένας Μικρόκοσμος της ύλης με αδιάκοπα κινούμενα σωματίδια που το μόνο που κάνουν είναι να κινούνται και να αλληλεπιδρούν». Η ιδέα δεν υιοθετήθηκε αμέσως από τους Ευρωπαίους ερευνητές. Ειδικά μάλιστα οι Γάλλοι αλλά και οι σκληρότεροι θετικιστές – Oswald, Mach- αρνήθηκαν την ύπαρξη ενός τέτοιου Κόσμου θεωρώντας τον ως μια επικίνδυνη όσμωση της Φιλοσοφίας στην Επιστήμη. Οι σοβαρές αντιρρήσεις διατηρήθηκαν επί έναν αιώνα περίπου.

Οι δύο σχετικές θεωρίες μπορούσαν να προωθήσουν ερμηνείες για ορισμένα φαινόμενα, η Ατομική Θεωρία για τη Χημεία, η Κινητική θεωρία για τη Θερμοδυναμική. Μια από τις συνέπειες της τελικής επικράτησης αυτών των ιδεών ήταν η επινόηση αλλά και ανακάλυψη του ηλεκτρονίου – που τρομακτικά σύντομα έγινε το αγαπημένο των χημικών και των ηλεκτρολόγων- και στη συνέχεια η κατάδυση στον πυρήνα της ύλης και η εμφάνιση της Κβαντομηχανικής.

β. Σε όλα τα ευρωπαϊκά Προγράμματα Σπουδών - ή τουλάχιστον σε όσα γνωρίζουμε από αυτά – κατά την τελευταία δεκαετία καταβάλλεται προσπάθεια από τους συντάκτες η ΙΔΕΑ αυτή να μην εμφανίζεται στα μάτια των διδασκομένων ξαφνικά, αδικαιολόγητα και με ύφος ακλόνητης θρησκευτικής αλήθειας,

να καθοδηγούν με άλλα λόγια, όσο γίνεται, τη σκέψη των διδασκόμενων

από τα εμπειρικά γεγονότα

προς την ΙΔΕΑ και τις σχετικές θεωρίες.

γ. Μία καλή σχετικά προσπάθεια γίνεται και στη Χημεία της Β’ Γυμνασίου στην οποία η ΙΔΕΑ για ένα Μικρόκοσμο δεν εμφανίζεται εξ αρχής αλλά ακολουθεί την εμπειρία με τα φαινόμενα τα σχετιζόμενα με το ύδωρ.

δ. Οι Γάλλοι στο δικό τους Πρόγραμμα για μαθητές αυτής της ηλικίας έχουν ιδιαιτέρως βασανιστεί και έχει προκύψει ένα αποτέλεσμα διόλου ευκαταφρόνητο.

Το μάθημα βέβαια είναι Physique Chemie, τα δύο δηλαδή μαθήματα δεν διδάσκονται χωριστά – όπως συμβαίνει στην Ελλάδα – αλλά ο τρόπος με τον οποίο οδηγούν τους διδασκόμενους στον Μικρόκοσμο συνιστά κατά την άποψή μας πρότυπο.

Η εμπειρία με τον αέρα οδηγεί στην Κινητική Θεωρία και στη συνέχεια η εμπειρία με το φαινόμενο καύση οδηγεί στην Ατομική Θεωρία.

FRANCE Classe de quatrième Physique Chemie

ΓΑΛΛΙΑ 13 ετών Φυσική Χημεία

COMPOSITION DE L’ AIR De quoi est composé l’ air que nous respirons ? VOLUME ET MASSE DE L’ AIR L’ air a-t-il un volume propre? a-t-il un masse? UNE DESCRIPTION MOLECULAIRE Un modele particulaire pour interpréter : _ la compressibilité de l ‘ air _ la distinction entre mélange et corps pur pour l’ air et le vapeur d’ eau _ la conservation de mass lors des mélanges en solutions acqueses et des changements d’ état de l’ eau LES COMBUSTIONS Qu’est-ce que brûler ? LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE INTENSITÉ ET TENSION Quelles grandeurs électriques peut-on mesurer dans un circuit ? LA RESISTENCE LA LOI D’ OHM LUMIERE COLORE ET COULEUR DES OBJETS LENTILLES MINCES

Η ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΟΥ ΑΕΡΑ Από τι αποτελείται ο αέρας που αναπνέουμε ; Ο ΟΓΚΟΣ και η ΜΑΖΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ ΜΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΟΡΙΑΚΗ Ένα σωματιδιακό μοντέλο για να ερμηνεύουμε τη συμπιεστότητα του αέρα τη διάκριση -μίγμα και καθαρό σώμα- ανάμεσα στον αέρα και τον υδρατμό τη διατήρηση της μάζας κατά τη διάλυση και κατά τη αλλαγή φάσης στο νερό ΟΙ ΚΑΥΣΕΙΣ Τι είναι η φωτιά; ΤΑ ΑΤΟΜΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΕΤΑΒΟΛΩΝ ΕΝΤΑΣΗ ΚΑΙ ΤΑΣΗ Ποια ηλεκτρικά μεγέθη μπορούμε να μετρήσουμε σε ένα κύκλωμα ; Η ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ OHM ΕΓΧΡΩΜΟ ΦΩΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑ ΤΩΝ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΩΝ ΛΕΠΤΟΙ ΦΑΚΟΙ

ε. Οι Άγγλοι στο ενιαίο μάθημα Science καθοδηγούν τους 13χρονους μαθητές στην κατεύθυνση της ΙΔΕΑΣ για Μικρόκοσμο, με αφετηρία την εμπειρία της πίεσης ενός αερίου, την εμπειρία δηλαδή ότι ένα αέριο έχει πάντα πίεση ανεξάρτητα από το εάν υφίσταται βαρύτητα και ανεξάρτητα από την τιμή του όγκου

ENGLAND secondary school . Year 7 SCIENCE	ΑΓΓΛΙΑ Έτος 7 13 ετών ΕΠΙΣΤΗΜΗ
Solutions and Separating Mixtures Mixtures, Purifying rock salt, distillation Chromatography, dissolving, saturated solutions Solids, Liquids and Gases Gas pressure, Kinetic theory Electricity Revision of ideas from year 5 Simple circuits, dimmer switches, resistance Magnets What can a magnet do? What is a magnet field? Electromagnets.	Διαλύματα και διαχωρισμός μιγμάτων Μίγματα, ορυκτά άλατα, απόσταξη, Χρωματογραφία, Διάλυση, Κορεσμένα διαλύματα Στερεά, Υγρά και Αέρια Πίεση αερίου, Κινητική θεωρία Ηλεκτρισμός Να ξανακοιτάξουμε τις ιδέες από το έτος 5. Απλά κυκλώματα, απλοί διακόπτες, αντίσταση Μαγνήτες Τι μπορεί να κάνει ένας μαγνήτης ; Τι είναι μαγνητικό πεδίο ; Ηλεκτρομαγνήτες

στ. Τι συμβαίνει στο δικό μας Πρόγραμμα για τη διδασκαλία της Φυσικής ;

Εκτιμώ ότι ΔΕΝ υπάρχει χειρότερη προσέγγιση. Η ΙΔΕΑ περί Μικρόκοσμου αποσιωπάται στη μελέτη της ατμοσφαιρικής πίεσης και κάνει ΑΙΦΝΗΣ την εμφάνισή της ΓΙΑ ΠΡΩΤΗ ΦΟΡΑ στο κεφάλαιο για την έννοια Ενέργεια σελίδα 55 με ένα «ΓΝΩΡΙΖΟΥΜΕ ΟΤΙ . . »

Γνωρίζουμε ότι η ύλη αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια όπως τα μόρια, τα άτομα, τους πυρήνες, τα ηλεκτρόνια. Σε κάθε σώμα αυτά βρίσκονται σε διαρκή αλληλεπίδραση ασκώντας δυνάμεις το ένα στο άλλο, ΔΗΛΑΔΗ έχουν δυναμική ενέργεια. Επιπλέον θα γνωρίσουμε ότι ένα από τα βασικά αυτών των σωματιδίων είναι ότι βρίσκονται σε διαρκή κίνηση. ΔΗΛΑΔΗ έχουν κινητική ενέργεια.

Στο κεφάλαιο Θερμότητα εκτίθεται μία εκ νέου παρουσίαση της ΙΔΕΑΣ με επιχείρημα την εμπειρία «άρωμα από ένα μπουκαλάκι»

Όταν ανοίγουμε ένα μπουκαλάκι με άρωμα, η μυρωδιά του κατακλύζει όλο τον γύρω χώρο. Πώς ερμηνεύουμε αυτό το φαινόμενο;

Φανταζόμαστε ότι κάθε αέριο αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια

Θα μπορούσε ένας 13χρονος να αναρωτηθεί. Πώς από το γεγονός της οσμής μπορεί να οδηγήσει τη σκέψη μου στο ότι κάτι μεταφέρεται από το υγρό στη μύτη μου, αλλά γιατί αυτό το κάτι έχει ΑΣΥΝΕΧΕΙΑ, να είναι δηλαδή σωματίδια και όχι κάτι ΣΥΝΕΧΕΣ;

Η σύνδεση με τον Μικρόκοσμο επιχειρείται μέσα από την έννοια ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ χωρίς όμως να πρόκειται για «μύηση» των μαθητών αλλά για αποδοχή της σχετικής Θεωρίας και για ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΒΑΣΕΙ ΑΥΤΗΣ ΤΩΝ ΕΜΠΕΙΡΙΚΩΝ ΦΑΙΝΟΜΕΝΩΝ

Η συνεχής άτακτη κίνηση των δομικών λίθων συνδέεται στενά με τη θερμοκρασία του σώματος. Πράγματι αν θερμάνουμε ένα δοχείο που κλείνει αεροστεγώς με έμβολο, παρατηρούμε ότι το έμβολο κινείται προς τα έξω . Πώς θα εξηγήσουμε το φαινόμενο αυτό με τη βοήθεια των δομικών λίθων του αέρα;

Μπορούμε να υποθέσουμε ότι όσο αυξάνει η θερμοκρασία του αέρα που είναι εγκλωβισμένος μέσα στο δοχείο, τόσο εντονότερη γίνεται η άτακτη κίνηση των δομικών λίθων του αέρα. Δηλαδή αυτοί κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα.

Οι συγκρούσεις των δομικών λίθων με το έμβολο γίνονται σφοδρότερες με αποτέλεσμα αυτό να ωθείται προς τα έξω. Επομένως: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος τόσο μεγαλύτερη κινητική ενέργεια έχουν οι δομικοί του λίθοι λόγω της άτακτης κίνησής τους

Η ΙΔΕΑ ότι «η πίεση ενός αερίου σχετίζεται και με το πλήθος των σωματιδίων και με το πόσο γρήγορα κινούνται» έκανε την εμφάνισή της στην ανθρώπινη σκέψη σχετικά εύκολα δεδομένου ότι λογικά συνδέεται με κάποια ανάλογη εμπειρία Μακρόκοσμου, όπως λόγου χάρη με μπίλιες που κινούνται μέσα σε κάποιο δοχείο.

Η ΙΔΕΑ όμως ότι «το πόσο ζεστό είναι σώμα σχετίζεται ΜΟΝΟ με την κίνηση των σωματιδίων και όχι με το πλήθος τους ή με κάτι άλλο» είναι μια ΙΔΕΑ που δεν απορρέει από ανάλογη εμπειρία. Τι σχέση μπορεί να έχει ένα «ζεστό» αέριο με τα κινούμενα σωματίδια ;

Γι αυτό και για δεκαετίες ολόκληρες η σχετική ΙΔΕΑ δεν έκανε την εμφάνισή και εγκυμονήθηκε αρκετές δεκαετίες μέχρι να έλθει στο φως και να γίνει αποδεκτή.

Στο σχολικό βιβλίο η ΙΔΕΑ παρουσιάζεται με το «μπορούμε να υποθέσουμε» και επιχειρείται να εξηγηθεί το φαινόμενο.

Θα μπορούσε βέβαια κάποιος να σκεφτεί απλά ότι και ένα μεγαλύτερο πλήθος – ανά μονάδα όγκου- σωματιδίων χωρίς αυξημένες τιμές ταχύτητας θα έσπρωχνε επίσης το έμβολο .

Με άλλα λόγια είναι περίπου αυτονόητο ότι – από τη σκοπιά της Διδακτικής - ο καλύτερος τρόπος για να μυήσουμε κάποιον στην

«ΙΔΕΑ για κινούμενα σωματίδια» είναι οι σκέψεις αναφορικά με την ΠΙΕΣΗ ενός αερίου και όχι βέβαια οι σκέψεις για Θερμοκρασία.