A fizikatanítás pedagógiája című felsőoktatási tankönyv(letölthető ...

6-8.ábra Az áramerősség és a feszültség fogalmai értelmezésének problémáiból fakadó tanulási
nehézségek diagnosztizálására szolgáló másik feladat ábrája
A gyerekek döntő többsége - ha már tanulta az itt szereplő fogalmakat - pontosan
fordítva ítéli meg a kapcsoló kivezetésein meglévő feszültségeket, mint ahogy azt a fizika
teszi. A nyitott kapcsolónál 0 V-ot mondanak, a zárt kapcsolónál 1,5 V-ot.
A két feladatban elkövetett „hibáknak” közös a gyökerük. A tanulók a feszültség
fogalmával ismerkedve, magukban nem a tudományos elképzeléseknek megfelelően
konstruálják meg e fogalmat, hanem lényegében azonosítják az áramerősséggel. A
feszültség az ő szemükben ugyanúgy az „áram erősségére”, energiájára, „hatékonyságára”
jellemző mennyiség, mint az áramerősség, sőt, az Ohm-törvénnyel még meg is
erősítjük bennük a két mennyiség azonosítására vonatkozó elképzelést.
A feszültség tehát az áram tulajdonsága, s lényegében azonosul az áramerősséggel.
A nyitott áramkör esetén nincs áram, tehát a feszültség is 0 V, ha zárjuk az áramkört,
akkor pedig az 1,5 V-os elem miatt 1,5 V lesz a kapcsoló kivezetésein a feszültség,
hiszen ebben az esetben van áram. Logikus! Nem? Tényleg logikus, ismét egy
illusztrációját láthatjuk annak, hogy a gyerekek valójában logikusan szemlélik maguk
körül a világot, csak ennek a logikának a kiindulópontjai különbözhetnek sokszor
nagyon lényegesen a tudományos nézőpontoktól.
Foglaljuk össze, milyen gondolkodási folyamat okozhatja a fent bemutatott
feladatok megoldása során a problémákat?
1. A tanuló az elektromos jelenségeket a vezetőkben folyó árammal, az elektronok
mozgásával azonosítja.
2. A tanulók többsége ezt a mozgást arisztotelészi módon szemléli, az elektronok azért
mozognak egyenletesen, mert hat rájuk a telep feszültsége, s ez minél nagyobb,
annál nagyobb az áramerősség, vagyis az elektronok sebessége.
3. A folyamatokat azonban az elektronáram határozza meg egy szekvenciális modell
keretében, lokálisan kifejtve az áramköri elemekre a hatását.
4. A feszültség és az áramerősség között arányosság van, de ez nem az Ohm törvény
miatt van (a törvény tanulása során csak megerősödik a tanuló elmélete).
A tanítás során jobb megoldásnak látszik az elektromos mező fogalmából kiindulni.
Ez nem nagy felfedezés, a tankönyvek egy része már régóta ezt teszi, s természetesen az
elektromosságtan magasabb szintű felépítései (egyetem, főiskola) is így járnak el. A
gyerekek az elektromos jelenségeket az áramhoz kötik nagyon erősen, itt egy
mechanikai modell, az elektronok vezetőkben való áramlásának modellje szolgál a
megértés keretéül. Pedig az elektronáram valójában „következmény”, a primér
jelenségek az elektromos mező (vagy erőtér) jelenségei. Számos kutató tett javaslatot
arra, hogy a közoktatás minden szintjén – ahol egyáltalán szerepel – a feszültség
fogalma szerepeljen előbb, s csak utána az áramerősség (Psillos és mts. 1988, von
Rhoneck 1984, Cohen 1984, Cohen és mts. 1983).
A jelenség példa továbbá a differenciálatlan fogalomegyüttesek jelenlétére is.
Hiszen a gyermeki gondolkodásban a töltés, áram, áramerősség, feszültség fogalmak
valószínűleg rendkívül nehezen differenciálódnak, kezdetben nagyjából ugyanazt
jelentik. Nehezíti a megértést az is, ha a tanuló még arisztotelészi mozgásképet birtokol,
165