Για να επιτευχθεί καλύτερο μαθησιακό αποτέλεσμα στη διδασκαλία χρησιμοποιούνται συνήθως έξυπνα τεχνάσματα ή εργαλεία για τις διδακτικές προσεγγίσεις (Κόκκοτας-Βλάχος-Καρανίκας 1995).

Ως τέτοια εργαλεία μπορούν να θεωρηθούν οι ερωτήσεις, οι σωκρα­τικοί διάλογοι, οι μεταφορές, οι αναλογίες, η λύση των προβλημάτων, η γνωστική σύγκρουση, οι σχηματικές αναπαραστάσεις του πλέγματος των εννοιών (Concept Mapping), το δραματικό παιχνίδι, η προσομοίωση στον ηλεκτρονικό υπολογιστή κ.τ,λ.

Οι Ερωτήσεις

Οι ερωτήσεις στη διάρκεια της διδασκαλίας θεωρούνται εργαλεία για την επίτευξη των διδακτικών στόχων. Στα πλαίσια της εποικοδόμησης στοχεύουν στην αποκάλυψη του βαθύτερου πιστεύω του μαθητή με την έκφραση της προσωπικής και της αυθεντικής του γνώμης. Απευθύνονται σ' όλους τους μαθητές, και αποτελούν μια προέκταση της φάσης του προσανατολισμού.

Ακολουθούν ένα μικρό κείμενο, μια εικόνα ή μια σειρά από εικόνες, μια παρατήρηση ή ένα σχόλιο που ακούστηκε στη φάση του προσανατολισμού. Δομούνται συντακτικά κατά τέτοιο τρόπο ώστε να τονίζεται το προσωπικό στοιχείο, η έκφραση γνώμης και το κλίμα ελευθερίας μέσα στο οποίο θα γίνει η συζήτηση.

Οι σωκρατικοί διάλογοι

Ο Σωκράτης, στην προσπάθεια του να εκμαιεύσει τις απόψεις των μαθητών εισήγαγε το διάλογο. Άφηνε τους συνομιλητές του να ομιλούν και μετά ρωτούσε. Με τον τρόπο αυτό διευκόλυνε τη διαπίστωση των αντιφάσεων των συνομιλητών του. Υποστηρίζεται (Βοσνιάδου & Brewer 1988) ότι στο σχολικό επίπεδο, η αναδιοργάνωση των γνώσεων πρέπει να προκύπτει από τις προσπάθειες του δασκάλου να κατευθύνει το παιδί στην οικοδόμηση ενός νέου σχήματος. Στο σωκρατικό μοντέλο ο δάσκαλος κατανοεί τις απόψεις του μαθητή, μπορεί να δημιουργεί τον κατάλληλο προβληματισμό και να τον κατευθύνει στη δημιουργία εννοιολογικά συνετών θεωριών.

Ο δάσκαλος θέτει συνεχώς ερωτήσεις με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε ερώτηση να στηρίζεται στις προηγούμενες, κι έτσι οι μαθητές να καταλήξουν στις απόψεις που επιδιώκει ο δάσκαλος. Σύμφωνα με τη γενική άποψη, η γνώση είναι μια σύνδεση ανάμεσα στις κατάλληλες ερωτήσεις και τις σωστές απαντήσεις. Αυτή η σύνδεση εδώ γίνεται από τον ίδιο το μαθητή και έτσι εξασφαλίζει την κατανόηση της γνώσης.

Η μεταφορά και η αναλογία στη διδασκαλία

Οι μαθητές, όταν προσεγγίζουν έναν τομέα που δεν τους είναι αρκετά οικείος, ανακαλούν στη μνήμη τους ένα πρόβλημα του οποίου γνωρίζουν τη λύση και που το θεωρούν ανάλογο με το προς επίλυση πρόβλημα, δηλαδή ανατρέχουν στον αναλογικό συλλογισμό.

Η μεταφορά μπορεί να θεωρηθεί ως μέσο επικοινωνίας και ως εργαλείο σκέψης αφού με τη χρήση του λόγου συμβάλλει στην επέκταση των δυνατοτήτων μας για επικοινωνία. Διευκολύνει τη δραστηριότητα κωδικοποίησης και ανάκλησης των πληροφοριών από τη μνήμη και βελτιώνει έτσι την ικανότητα του υποκειμένου να θυμάται.

Κατά τον (Ortony 1979), η μεταφορά στον προφορικό λόγο μεταφέρει τα επιπλέον μηνύματα που δεν κωδικοποιούνται στη γλώσσα. Στο γραπτό λόγο όμως, η χρήση της είναι δύσκολη και ίσως σε μερικές περιπτώσεις επικίνδυνη επειδή μπορεί να δημιουργήσει παρανοήσεις. Ο συγγραφέας όμως, εάν γνωρίζει σε ποιον αναγνώστη απευθύνεται, μπορεί να χρησιμοποιήσει μεταφορές που διευκολύνουν τη μάθηση.

Αλλά το πρόβλημα που τίθεται στη μεταφορά είναι αν οι μαθητές γνωρίζουν τη γνώση που υποδηλώνεται στη μεταφορά, δηλαδή όταν το εννοιολογικό πλαίσιο που χρησιμοποιείτο παιδί για να ερμηνεύσει ένα φαινόμενο είναι διαφορετικό από αυτό του δασκάλου. Αν ο δάσκαλος όμως έχει μελετήσει το τι στοχεύει να μάθει ο μαθητής για κάποια συγκεκριμένη έννοια, τότε η μάθηση θα διευκολύνεται με τη μεταφορά.

Ο ρόλος της μεταφοράς είναι πολυδιάστατος στη διδασκαλία και στη μάθηση (Petrie 1986). Μεταφέρει μάθηση και κατανόηση από κάτι που είναι πολύ γνωστό σε κάποιο άλλο που είναι λιγότερο γνωστό, μεταφέρει νοήματα και κατανόηση μέσω της σύγκρισης (Slight 1987). Οι μεταφορές είναι απαραίτητες για τη μάθηση στην οποία η γνώση είναι αποτέλεσμα ριζοσπαστικής αναδιοργάνωσης, βοηθούν στην υπερνίκηση ορισμένων γνωστικών περιορισμών, η χρήση τους υποδηλώνει την ανακάλυψη σχέ­σεων μεταξύ φαινομενικά ξεχωριστών περιοχών και εξερευνά το βαθμό που αυτές σχετίζονται.

Η επίλυση -παν προβλημάτων

Όσοι υποστηρίζουν τη θεωρία της εποικοδόμησης της γνώσης δέχονται ότι η μάθηση μέσω της επίλυσης των προβλημάτων είναι μια πολύ καλή προσέγγιση για τη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών. Δεν εφαρμόζεται μόνο στις Φυσικές Επιστήμες αλλά και σε άλλα μαθήματα όπως στα Μαθηματικά. Τα προβλήματα που χρησιμοποιούνται είναι ανοικτού τύπου, υπάρχει δηλαδή η «καλύτερη» λύση και όχι η μοναδική σωστή λύση.

Η στρατηγική της μάθησης μέσω επίλυσης προβλημάτων εφαρμόζεται σε ομάδες μαθητών και λιγότερο σε μεμονωμένα άτομα. Οι μαθητές είναι υποχρεωμένοι να βρουν μόνοι τους τον τρόπο με τον οποίο θα εργαστούν στα προβλήματα και επειδή αναφέρονται στην καθημερινή ζωή τους προκαλούν το άμεσο ενδιαφέρον. Ο ρόλος του δασκάλου είναι συμβουλευτικός. Αυτός δομεί το υλικό κατά τέτοιο τρόπο ώστε η επίλυση του προβλήματος να προκύπτει ως ένα φυσικό μέρος της διδασκαλίας.

Η προσέγγιση που ακολουθεί είναι παρόμοια με αυτή της εποικοδομητικής μάθησης. Χρησιμοποιεί τις ιδέες των μαθητών και τις δεξιότητες τους, επιβάλλει τη συζήτηση των ιδεών της ομάδας, τις σκέψεις και τις γνώσεις τους. Η ευθύνη της μάθησης μετατίθεται στους μαθητές, αφού είναι δική τους απόφαση ποια θα επιλεγεί ως καλύτερη λύση.

Κατά τους Bentley και Watts 1992, η στρατηγική της επίλυσης προβλημάτων βοηθάει τους μαθητές να γίνουν κάτοχοι ενός έργου μάθησης. Είναι μια μορφή ενεργητικής και ανακαλυπτικής μάθησης στην οποία οι μαθητές μαθαίνουν αποτελεσματικά, όταν μετέχουν ενεργά σε ενδιαφέ­ροντα έργα. Είναι μέσο για τη διδασκαλία πολλών επιστημονικών δεξιοτήτων και για τη διδασκαλία του περιεχομένου της επιστήμης. Παρέχει την ευκαιρία αντιμετώπισης πραγματικών προβλημάτων της ζωής κα» αποτελεί μία από τις υψηλότερες και πολυπλοκότερες μορφές της ανθρώπινης νοητικής δραστηριότητας.

Για την επίλυση ενός προβλήματος το άτομο έχει ένα σκοπό, που για να επιτευχθεί πρέπει να μετατοπίσει ένα «εμπόδιο» δηλαδή ισχύει η σχέση:

Πρόβλημα = σκοπός + εμπόδιο

Οι δραστηριότητες, πνευματικές ή φυσικές, στις οποίες προβαίνει κά­ποιος για την επίτευξη του σκοπού μπορεί να θεωρηθεί ότι αποτελούν τη λύση του προβλήματος. Τα στοιχεία, οι σχέσεις και οι συνθήκες αποτελούν τα δεδομένα του προβλήματος και συνθέτουν την αρχική του κατάσταση.

Το εμπόδιο που εξαρτάται από το λύτη και τη θέση του προβλήματος, τον δυσκολεύει να μετασχηματίσει την αρχική κατάσταση του προβλήματος σ' αυτή που επιθυμεί.

Επίλυση του προβλήματος είναι η ενεργή διαδικασία προσπάθειας να γίνει αυτός ακριβώς ο μετασχηματισμός. Η μεταγνώση, δηλαδή τι γνωρίζουμε για το πώς γνωρίζουμε, τον καθοδηγεί στην επίλυση του προβλήματος. Είναι απαραίτητο ο λύτης να αναγνωρίσει και να καθορίσει το πρόβλημα. Αφού συμβεί αυτό, κάνει ένα «νοητικό χάρτη» των στοιχείων, των σχέσεων και των σκοπών του προβλήματος.

Η πληροφορία εισέρχεται νοητικά και ερμηνεύεται από την αρχική κατάσταση.

Οι εσωτερικές αναπαραστάσεις επιτρέπουν στα άτομα να κατανοήσουν ένα πρόβλημα και να σκεφτούν για τη λύση του. Η επίλυση προβλημάτων αφορά την κατασκευή ενός νοητικού μοντέλου που πολλές φορές αποτελεί τη διαδικασία της συγκεκριμενοποίησης.

Σχηματικές αναπαραστάσεις του πλέγματος των εννοιών των μαθητών

Οι σχηματικές αναπαραστάσεις των εννοιών και των διασυνδέσεων που υπάρχουν μεταξύ τους, είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για το δάσκαλο και αναφέρονται ως «χάρτης εννοιών». Οι έννοιες και η διαπλοκή τους σχετίζονται με τις απαντήσεις των μαθητών όταν περιγράφουν καταστάσεις ή μεταβολές. Η σύγκριση του χάρτη ιδεών των μαθητών και αυτού που στοχεύουμε να έχουν στο τέλος μιας σειράς μαθημάτων, μας επιτρέπει να σχεδιάσουμε τη διδακτική μας πορεία.

Δραματικό παιχνίδι

Ο όρος «δραματικό παιχνίδι» έχει διπλό χαρακτήρα. Από τη μια μεριά είναι «παιχνίδι» που εμπεριέχει τα στοιχεία του αυθορμητισμού, της έκφρασης, της δημιουργίας, της ομαδικότητας και από την άλλη, μια δραστηριότητα «βιωματικής πράξης και αγώνα» (Fare, U. Lascar, S. 1990, Γραμματάς Θ. 1996).

Αναφέρεται στη βιβλιογραφία ως θεατρικό παιχνίδι, δημιουργικό δρά­μα, δημιουργική έκφραση και δραματοποίηση (Σέργη, Λ. 1987, Άλκηστις 1989).

Μέσα από το παιχνίδι και την πράξη η μάθηση αναδύεται αβίαστα, φυσιολογικά και ευχάριστα (Κουρετζής Λ. 1991). Η διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών και το δραματικό παιχνίδι έχουν κοινά στοιχεία. Αυτές είναι η πρόσβαση στην εμπειρική βιωματική μάθηση, η ελευθερία για τις ερωτήσεις του τύπου «τι θα γίνει αν…», η επαφή με διαφορετικές απόψεις, η ενθάρρυνση για υπόθεση, πρόβλεψη, ανάλυση, σύνθεση, ανοχή για την αβεβαιότητα, η απουσία των «σωστών απαντήσεων», αν και οι Φυσικές Επιστήμες συχνά παρουσιάζονται να «έχουν τις απαντήσεις» (Farrow, S., Tate, M. 1992).

Το δραματικό παιχνίδι έχει μια πολύ σπουδαία διάσταση, το ρόλο. «Μέσα από αυτόν το παιδί παύει να υπάρχει και να λειτουργεί στη διάσταση του πραγματικού και εισέρχεται στον κόσμο του φανταστικού ή του διαφορετικού» (Γραμματάς 1996).

Προσφέρεται για τη διδασκαλία εννοιών, για τις οποίες οι μαθητές δεν έχουν εμπειρία. Τέτοιες έννοιες είναι π.χ. η έννοια της φωτοσύνθεσης, το μοντέλο του ατόμου κ.λ.π.

Οι προσομοιώσεις σε ηλεκτρονικό Υπολογιστή

Ο άνθρωπος στην προσπάθεια του να ερμηνεύσει τον κόσμο που τον περιβάλλει, να προβλέψει την αρχή και την εξέλιξη των γεγονότων και των φαινομένων, τη λειτουργία συστημάτων, δημιουργεί νοητικές αναπαραστάσεις ή νοητικά μοντέλα. Με βάση αυτά τα μοντέλα κατασκευάζει ένα νέο τεχνητό κόσμο, που μιμείται, αναπαριστά, ή αναπαράγει την πραγματικότητα (Ράπτης 1997). Επιχειρείται με εικόνες, χάρτες, προπλάσματα κ.λ.π. μια αισθητοποίηση και οπτικοποίηση της πραγματικότητας με στατικό χαρακτήρα. Οι υπολογιστές όμως παρέχουν στο χρήστη πιο δυναμικά μοντέλα μέσα από ειδικά πακέτα λογισμικού, ηλεκτρονικά βιβλία, προγράμματα προσομοίωσης και κίνησης. Στη διδασκαλία των Φυσικών Επιστημών ο υπολογιστής είναι ένα εργαλείο για να κατανοήσει ο μαθητής τους νόμους, τις αρχές, τα φαινόμενα της φύσης και πιο πολύ αυτά του μικρόκοσμου.

Με τη βοήθεια αισθητήρων και απτήρων που είναι συνδεδεμένοι με τον υπολογιστή, παρατηρεί και μελετά τη σταδιακή εξέλιξη ενός φαινομένου.

Είναι δυνατόν επίσης να μεταβάλλει κάποιες παραμέτρους, να εισάγει δεδομένα και να συγκρίνει το ίδιο φαινόμενο σε διαφορετικές καταστάσεις.

Τέτοια προγράμματα βοηθούν στην ενίσχυση των αντιλήψεων του μαθητή, την απόκτηση γνώσεων και τη δημιουργία σαφών αναπα­ραστάσεων.