Μια
νέα προσέγγιση στη διδασκαλία STEM
Θα διαβάσετε στο άρθρο αυτό κάτι πολύ νέο για τη χώρα μας. Αν αναζητήσετε «θεωρία γνωστικού φορτίου» θα βρείτε 5 με 6 αναφορές στα ελληνικά. Αν όμως αναζητήσετε τη σχέση με τη μεθοδολογία του STEM δεν θα βρείτε ούτε μία πηγή. Οι πληροφορίες που παρουσιάζουμε προέρχονται από μελέτη επιστημονικών άρθρων και μπορούν να αποτελέσουν κίνητρο για δημοσίευση επιστημονικού άρθρου.
Η εκπαίδευση STEM εξελίσσεται διαρκώς, καθώς η επιστημονική κοινότητα ψάχνει τρόπους που θα επιτρέψουν στους μαθητές να κατανοούν πιο αποτελεσματικά πολύπλοκες έννοιες της Επιστήμης, της Τεχνολογίας, της Μηχανικής και των Μαθηματικών. Τα τελευταία χρόνια, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η σύνδεση της γνωστικής νευροεπιστήμης με τη διδακτική των STEM, ένας τομέας που συχνά περιγράφεται με τον όρο NeuroSTEM. Πρόκειται για μια σύγχρονη διεπιστημονική προσέγγιση, η οποία αξιοποιεί τα ευρήματα της νευροεπιστήμης προκειμένου να κατανοήσει καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος κατά τη διάρκεια της μάθησης και πώς αυτή η γνώση μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία αποτελεσματικότερων μαθησιακών περιβαλλόντων.
Βασική παραδοχή του NeuroSTEM είναι ότι η διδασκαλία δεν μπορεί να βασίζεται αποκλειστικά στο περιεχόμενο της ύλης ή στη διδακτική εμπειρία του εκπαιδευτικού. Είναι εξίσου σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη οι γνωστικοί μηχανισμοί που ενεργοποιούνται όταν ένας μαθητής επεξεργάζεται νέες πληροφορίες, λύνει προβλήματα ή συνεργάζεται με τους συμμαθητές του. Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών επιτρέπει τον σχεδιασμό δραστηριοτήτων που αξιοποιούν αποτελεσματικότερα τις δυνατότητες του εγκεφάλου, ενώ παράλληλα μειώνουν τους παράγοντες που δυσχεραίνουν τη μάθηση.
Στο σημείο αυτό αποκτά ιδιαίτερη σημασία η Θεωρία του Γνωστικού Φορτίου (Cognitive Load Theory), η οποία διατυπώθηκε από τον John Sweller και αποτελεί σήμερα μία από τις σημαντικότερες θεωρίες της σύγχρονης εκπαιδευτικής ψυχολογίας. Η θεωρία αυτή υποστηρίζει ότι η εργαζόμενη μνήμη του ανθρώπου διαθέτει περιορισμένη χωρητικότητα. Όταν ο μαθητής καλείται να επεξεργαστεί ταυτόχρονα υπερβολικά πολλές πληροφορίες, η γνωστική του επιβάρυνση αυξάνεται σε τέτοιο βαθμό ώστε δυσκολεύεται να οργανώσει τη νέα γνώση και να τη μεταφέρει στη μακρόχρονη μνήμη.
Η πραγματικότητα αυτή εμφανίζεται συχνά στα μαθήματα STEM. Ένας μαθητής μπορεί να χρειάζεται να διαβάσει οδηγίες, να παρατηρήσει ένα διάγραμμα, να πραγματοποιήσει μαθηματικούς υπολογισμούς, να χειριστεί ένα λογισμικό προσομοίωσης και ταυτόχρονα να συνεργαστεί με την ομάδα του. Αν όλες αυτές οι απαιτήσεις παρουσιαστούν χωρίς σωστό παιδαγωγικό σχεδιασμό, ο εγκέφαλος αδυνατεί να τις επεξεργαστεί αποτελεσματικά. Το αποτέλεσμα δεν είναι απαραίτητα έλλειψη ικανότητας, αλλά υπερφόρτωση των γνωστικών πόρων του μαθητή.
Το NeuroSTEM αξιοποιεί τα ευρήματα της γνωστικής νευροεπιστήμης για να μειώσει αυτήν την υπερφόρτωση. Ο εκπαιδευτικός οργανώνει το μάθημα σε μικρότερα διαδοχικά βήματα, χρησιμοποιεί οπτικές αναπαραστάσεις που υποστηρίζουν την κατανόηση, συνδέει τη νέα γνώση με ήδη γνωστές εμπειρίες και παρέχει σταδιακή καθοδήγηση μέχρι ο μαθητής να αποκτήσει αυτονομία. Γίνεται δηλαδή κάτι ανάλογο με την υπολογιστική σκέψη. Με τον τρόπο αυτό, η γνωστική προσπάθεια κατευθύνεται στην ουσιαστική κατανόηση των εννοιών και όχι στη διαχείριση της πολυπλοκότητας του ίδιου του μαθησιακού περιβάλλοντος.
Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα μπορεί να προέρχεται από τη διδασκαλία της ηλεκτρικής ενέργειας. Αν ο εκπαιδευτικός παρουσιάσει ταυτόχρονα τους νόμους του ηλεκτρικού κυκλώματος, τις μαθηματικές εξισώσεις, τη χρήση αισθητήρων, τον προγραμματισμό ενός μικροελεγκτή και την κατασκευή του κυκλώματος, οι περισσότεροι μαθητές θα δυσκολευτούν να οργανώσουν τις πληροφορίες. Αντίθετα, όταν η διδασκαλία εξελίσσεται σταδιακά, ξεκινώντας από την παρατήρηση ενός απλού κυκλώματος και συνεχίζοντας με πειραματισμό, μέτρηση και τελικά με τη μαθηματική ερμηνεία των αποτελεσμάτων, η μάθηση γίνεται ουσιαστικότερη και πιο σταθερή.
Οι σύγχρονες ψηφιακές τεχνολογίες ενισχύουν σημαντικά αυτήν την προσέγγιση. Μέσω συστημάτων Learning Analytics, εφαρμογών τεχνητής νοημοσύνης και προσαρμοστικών μαθησιακών περιβαλλόντων, είναι δυνατόν να εντοπίζονται οι στιγμές στις οποίες ο μαθητής παρουσιάζει αυξημένο γνωστικό φορτίο. Το εκπαιδευτικό σύστημα μπορεί τότε να προσαρμόσει δυναμικά τη δυσκολία των δραστηριοτήτων, να παρέχει πρόσθετη υποστήριξη ή να προτείνει εναλλακτικές μορφές παρουσίασης της πληροφορίας. Έτσι, η τεχνολογία δεν λειτουργεί ως αυτοσκοπός αλλά ως εργαλείο που υποστηρίζει τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος μαθαίνει.
Η σύνδεση του NeuroSTEM με τη Θεωρία του Γνωστικού Φορτίου αναδεικνύει μια σημαντική μετατόπιση στη φιλοσοφία της εκπαίδευσης. Η επιτυχία της διδασκαλίας δεν εξαρτάται μόνο από το τι διδάσκεται, αλλά και από το πώς οργανώνεται η μαθησιακή εμπειρία ώστε να συμβαδίζει με τις γνωστικές δυνατότητες των μαθητών. Καθώς η έρευνα στη γνωστική νευροεπιστήμη και στις εκπαιδευτικές τεχνολογίες προχωρά, το NeuroSTEM αναμένεται να διαδραματίσει ακόμη σημαντικότερο ρόλο στη διαμόρφωση καινοτόμων, εξατομικευμένων και επιστημονικά τεκμηριωμένων πρακτικών διδασκαλίας, συμβάλλοντας στη βελτίωση της ποιότητας της εκπαίδευσης STEM και στην αποτελεσματικότερη ανάπτυξη των δεξιοτήτων του 21ου αιώνα.
Για
την υπολογιστική σκέψη 1:
http://sv1ahh1.blogspot.com/2018/04/computational-thinkingct.html
Για
την υπολογιστική σκέψη 2: