Μια διδακτική πρόταση για την Αστροχημεία - Αστροβιολογία

Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών

Πρόταση διπλωματικής εργασίας:

«Μια διδακτική πρόταση για την Αστροχημεία - Αστροβιολογία»

Δημήτρης Παπαματθαιάκης

Επιβλέπουσα Καθηγήτρια: κα Σταμπάκη Δέσποινα

Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα ΔΙΧΗΝΕΤ

Περίληψη

Η παραγωγή επιστημονικής γνώσης ήταν πάντα και εξακολουθεί να είναι μια διαρκής πρόκληση. Όμως η διδασκαλία της απαιτεί ένα βήμα παραπάνω. Ειδικότερα σήμερα ο ρόλος του δασκάλου έχει κατά πολύ υπερβεί το επίπεδο του τεχνίτη που ακολουθούσε προδιαγεγραμμένες αρχές και εφάρμοζε απλά δεδομένες και σταθερές τεχνικές διδασκαλίας. Το ζητούμενο είναι ο δάσκαλος να ενεργεί ως επιστήμονας παιδαγωγός που είναι σε θέση να συνθέτει και να αναλύει συστηματικά τη διδασκαλία, να ερευνά και να αναστοχάζεται με κριτική διάθεση, να αμφισβητεί και να αιτιολογεί με τεκμηρίωση τις επιλογές του.  Ο δάσκαλος διαρκώς αναβαθμίζει την τεχνική του και είναι σε θέση να φέρνει καινοτόμες και ρηξικέλευθες μεθόδους στη διδασκαλία του, προκειμένου να κάνει το μάθημα ελκυστικό και να εμπνέει τον ενθουσιασμό στους μαθητές του.

Ένα καλό παράδειγμα είναι η Αστροχημεία – Αστροβιολογία. Πρόκειται για ένα νέο, διεπιστημονικό[1] πεδίο συνάντησης της Χημείας, της Φυσικής, της Βιολογίας, της Γεωλογίας και της Αστρονομίας. Όλες οι επιστημές μαζί συνεισφέρουν στην κατανόηση του κόσμο μας και μας παρέχουν πρακτικές λύσεις στα προβλήματα της καθημερινότητας. Στο πεδίο της Αστροχημείας και της Αστροβιολογίας συναντώνται όλα τα κοινά σημεία των παραδοσιακών επιστημών δημιουργώντας ένα δίκτυο που μας επιτρέπει να συνδυάζουμε τις επιστημονικές γνώσεις για τη φύση, τον πλανήτη μας και άλλους πλανήτες, ενώ μέχρι πρόσφατα αυτές ήταν κατακερματισμένες. Η Αστροχημεία μελετά τη σύνθεση μορίων στο διάστημα και τη σημασία τους στον καθορισμό των ιδιοτήτων της διαστρικής ύλης. Η Αστροβιολογία πραγματεύεται τις πρώιμες συνθήκες που ευνόησαν τη δημιουργία της ζωής, προκρίνοντας την πορεία της εξέλιξης των ειδών ως μια σταδιακή διαδικασία διαφοροποίησεων ή μεταλλάξεων (Lafleur, 1941). Μάλιστα το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας δεν είναι προκαθορισμένο αλλά θέμα τύχης. Το σημείο συνάντησης της αστροχημείας και της αστροβιολογίας μπορεί να συνοψιστεί στην πρόταση: «Η ζωή είναι μέρος του φυσικού κόσμου και τα δομικά υλικά της ζωής είναι οι χημικές ενώσεις».

Περιεχόμενο μαθήματος

Η διδασκαλία της Αστροχημείας όπως και της Αστροβιολογίας δεν είναι φυσικά εύκολη. Υπάρχουν αρκετοί περιορισμοί, όπως η διαχείριση και ενσωμάτωση ξεχωριστών γνωστικών αντικειμένων στη διδασκαλία ενός μαθήματος. Η σημαντικότερη δυσκολία είναι η ενσωμάτωση ενός μαθήματος που αγγίζει πολλές από τις παραδοσιακές επιστήμες στο αναλυτικό πρόγραμμα. Ένα δεύτερο μεγάλο πρόβλημα είναι τι και πως μπορεί να παρουσιαστεί ένα πλαίσιο αναπάντητων ερωτημάτων στο οποίο οι μαθητές έχουν πολλές αμφιβολίες, κακή πληροφόρηση και παρανοήσεις. Στις προτάσεις για το περιεχόμενο κάθε μαθήματος πρέπει να συνυπολογίζονται αυτές οι δύο παράμετροι.

Η βασικότερη από τις επιστημονικές μεθόδους που χρησιμοποιούνται στην Αστροχημεία και την Αστροβιολογία είναι η φασματοσκοπία. Στην ύλη της χημείας γ λυκείου γίνεται αναφορά στη φασματοσκοπία ως μεθόδου που χρησιμοποιήθηκε για να επικυρωθούν οι υποθέσεις των επιστημόνων για το ατομικό πρότυπο. Αν και από τη δεκαετία του 40 είχαν ανιχνευθεί κάποια μόρια στο διάστημα, με πρώτη τη ρίζα CH (1937), μόλις στα τέλη της δεκαετίας του 60 ανιχνεύτηκε CO σε μορφή ξηρού πάγου, ενώ το 1970 ξεκίνησε εντατικά η παρατήρηση μορίων σε διάφορες περιοχές του διαστήματος, με φασματοσκοπία. Οι πιο διαδεδομένες μέθοδοι είναι φασματοσκοπία μικροκυμάτων και IR. Οι παρατηρήσεις ανόργανων στοιχείων αλλά και οργανικών μορίων όπως το οξικό οξύ και η γλυκίνη αλλά και μεγαλύτερα συμπλέγματα όπως τα φουλερένια έχουν γίνει γνωστές τα τελευταία είκοσι χρόνια, όμως αυτό που ενδιαφέρει τους επιστήμονες είναι:

- τι πληροφορία μπορούμε να πάρουμε από αυτά τα μόρια, καθώς τα μόρια παρέχουν ενδείξεις για τις συνθήκες που επικρατούν στις περιοχές που ανιχνεύονται

- πως σχηματίζονται οι πλανήτες, τα αστέρια, τα κβάζαρ και άλλα αστρικά σώματα (σύνδεεται με την ύλη της αστρονομίας β λυκείου)

- ποιά στοιχεία, πως σχηματίστηκαν, κάτω από ποιές συνθήκες

- ποιες ενώσεις υπάρχουν στην ατμόσφαιρα ή το φλοιό των πλανητών (σχετίζεται με τη γεωλογία)

- πως δημιουργήθηκε και εξελίχτηκε η ζωή στον πλανήτη μας σε «αφιλόξενα» για τη ζωή (όπως τη γνωρίζουμε σήμερα) περιβάλλοντα. 

Στην ύλη της Χημείας α λυκείου υπάρχει το κεφάλαιο Πυρηνικής χημείας, στο οποίο γίνεται λόγος για τις αντιδράσεις α και β ραδιενεργού διάσπασης σε πυρήνες ηλίου, μια αντίδραση που πραγματοποιείται στην πύρινη ατμόσφαιρα των άστρων όπως ο δικός μας ήλιος.

Γενικοί στόχοι

Οι γενικοί στόχοι του μαθήματος συνοψίζονται στους εξής:

- Εξοικείωση με τεχνικές της επιστημονικής έρευνας

- Να αποκτήσουν στάσεις απέναντι στη γνώση, στη ζωή, το φυσικό κόσμο

- Να διευρύνουν τους ορίζοντές τους οι μαθητές

- Δημιουργία ελκυστικού μαθήματος και ενθουσιωδών μαθητών

Διδακτικές μέθοδοι

Η κύρια μέθοδος για τις Θ.Ε. είναι η Ερβαρτιανή με έμφαση στην αυθεντία του καθηγητή και χωρίς να εφαρμόζονται διεξοδικά όλα τα στάδια της διδασκαλίας. Το υπάρχον αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών και η γενικότερη στάση της κοινωνίας, αποτρέπουν τους εκπαιδευτικούς από την εφαρμογή πιο σύγχρονων μεθόδων. Μια από τις σύγχρονες μαθητοκεντρικές μεθόδους διδασκαλίας είναι η μέθοδος Dewey. Η μέθοδος βασίζεται στην ενεργό συμμετοχή του μαθητή και όχι στη μετάδοση γνώσεων και «αποθήκευση γνώσεων». Η διδασκαλία είναι συμμετοχική και λαμβάνει υπόψη την αλληλεπίδραση των παιδιών μεταξύ τους, αλλά και με το δάσκαλο. Σε αυτή τη μέθοδο στηρίζεται η ανακαλυπτική-διερευνητική πρόταση διδασκαλίας καθώς και η διαθεματική διδακτική προσέγγιση.

Ενδεικτική βιβλιογραφία

•      Dariusz, L., C., Goldsmith, P., F., "Modeling of the continuum and molecular line emission from the Sagittarius B2 molecular cloud". Astrophysical Journal, Part 1 356, 195–210, (1990)

•      Fluri, D., “Molecular Universe”, HS, ETH Zurich, (2009)

•      Lafleur, L., J., “Astrobiology”, Astronomical Society of the Pacific. 143, 333-340, (1941)

•      Nussbaum, J., “The Earth as a cosmic book”, Open University Press, Milton Keynes, (1985)

•      Rodrigues, Τ., Carrapiço, F., “How can we teach Astrobiology and survive?”, Proc. of SPIE, 63, 0R1-5, (2009)

•      Shaw, M., A., "Astrochemistry: From Astronomy to Astrobiology", Wiley (2006)

•      Χαλκιά, Κ., “Το ηλιακό σύστημα μέσα στο σύμπαν - Η διαδρομή από την επιστημονική στη σχολική γνώση”,  ΠΕΚ, (2006)

---

[1] Η χρήση του όρου «διαθεματικότητα» στον τίτλο του νέου Προγράμματος Σπουδών για το Δημοτικό Σχολείο και το Γυμνάσιο, καθώς και η παράλληλη χρήση του όρου διεπιστημονικότητα, χωρίς επιστημονικό ορισμό ούτε της διαθεματικότητας ούτε της διεπιστημονικότητας, δημιούργησαν μια εκτεταμένη σύγχυση. Στην ιστορία της εκπαίδευσης στις Η.Π.Α. χρησιμοποιήθηκαν οι όροι inter-disciplinarity (ή multi-disciplinarity ή cross-disciplinarity) και curriculum integration (ή thematic teaching ή cross curricular themes) οι οποίοι μεταφράζονται ως διεπιστημονικότητα και διαθεματικότητα αντίστοιχα στη χώρα μας. Το Παιδαγωγικό Ινστιτούτο και κάποιοι φιλόλογοι φαίνεται να καταλήγουν τελευταία στην διεπιστημονική προσέγγιση για το interdisciplinarity / interdisciplinary approach και στη διαθεματική προσέγγιση για το cross-curricular, το οποίο αυτοί αποδίδουν ως cross-thematic.