1. Tananyag

A térbeli tárgyak kategóriába az olyan háromdimenziós taneszközök tartoznak, amelyeknek alakja, szerkezete, működési elve, információtartalma, működésének eredménye stb. képezi a tanítás tárgyát, vagy ezen tulajdonságok révén biztosítják a gyakorlati életből származó információkat a tananyaghoz. Alkalmazásuk igen széleskörű, minden korosztály tanításában, tanulásában lényeges szerepet játszanak. Az utánzat, mint oktatási eszköz: két- vagy háromdimenziójú taneszköz, mely az oktatás konkrét v. absztrakt tárgyát, annak elvét, szerkezetét, működését ábrázolhatja. Az utánzat oktatásban használatos alapfajtái: a modell valamilyen tárgynak, szerkezetnek, rendszernek, struktúrának kísérleti v. bemutatási célokat szolgáló nagyított v. kicsinyített mása; a makett valamely építmény, test, gép, szerkezet kicsinyített mása, plasztikus ábrázolása; és a minta, a preparált eredeti egyed. A metszet valóságos tárgyak, alakzatok, képződmények megfelelő síkokkal való elmetszése során keletkezik. Ebben a csoportba tartoznak a tanári és tanulói kísérleti eszközök, sőt a számítógépes szimuláció is.

 

A modell elnevezése Alkalmazásának jellegzetes példája
Statikus modell Városok, épületek, gépek, berendezések, szerkezetek statikus másai
Dinamikus modell Kerekes kút, bánya, kohó, gyár modellje, tellúrium, planetárium
Elvi modell Elektromotor, generátor modellje, ingaóra modell, armilláris szféra
Működő modell Szélmalom, vízkerék, vízturbina-, villanymozdony-, gőzgépmodell
Működő síkmodell Dízelmotor, gőzmozdony működését bemutató karton síkmetszet
Átmetszet és metszet Gőzgép, robbanó-, dízelmotor metszete, fejmetszet, gégemetszet
Komplex modell Szétszedhető, összerakható anatómiai modell, torzók,
virágmodellek
Domborzati modell Földrajzi modellek, a földfelszín megjelenítései, dombortérképek
Szimbolikus modell Atom- és molekulamodellek, kristályszerkezeti és kötés modellek
Testmodell Téridomok és testek, geometriai testek összehajtható palástja
Elektronikus szimulátor Repülőgép, versenyautó, űrhajó irányítása, működtetése,
hibaelhárítás
Transzparens síkmodell Írásvetítővel, diaszkóppal kivetíthető síkmetszet, motor, gépelem
Animációs filmfelvétel Természetrajzi jelenségek, pl. vulkánizmus, dinamikus modell
trükkfilmen
Számítógépes animáció 2D és 3D grafika, animáció, realisztikus v. szimbolikus vizuális
ábrázolás

 

A leggyakrabban használt utánzat a modell. A modell mint oktatási eszköz fő jellemzője, hogy az eredeti (valódi) tárgy, szerkezet, rendszer, jelenség fontos tulajdonságait, lényeges elemeit és struktúráit, valamint viselkedési módjait tükrözi, s ezeket könnyen áttekinthetővé teszi.

 



A modell segítségével történő bemutatás, kísérletezés, szemléltetés a bonyolultabb valóság leegyszerűsítésével jut el az eredményig (elsajátítás, belátás, bizonyítás). Gyakran szemléltető ábrák segítik a működő modelleket.

 

 

Tehát a modell megszerkesztésekor, a megismerés célja szempontjából minden lényegtelentől eltekintenek. Mint ilyenek, bizonyos mértékig működő berendezéseknek tekinthetők, amelyek a fontosabb tulajdonságokat meghatározott keretek között képesek bemutatni.

 



Igen fontos kategóriának kell tekintenünk az ún. logikai modelleket is, amelyeken elsősorban logikai, ill. matematikai műveletek végezhetők, vagy fizikai, természeti, társadalmi jelenségek értelmezhetők, és a hétköznapi gyakorlatból jól ismert analógiákra támaszkodnak, előre rögzítve az érvényességi kört. A logikai modellnek lehet tárgyszerű megjelenési formája, számítógépes szimulációja, vagy jelenthet egy egészében absztrahált struktúrát. Jelenléte nemcsak az oktatásban, hanem a tudományos gondolkodás kialakításában és új eredmények feltárásában is igen jelentős. A modellalkotásnak mint általános megismerési eljárásnak a kialakítása igen fontos valamennyi tanulói korosztály számára. A modellek eltérő specifikus sajátosságaiból fakadóan a tanítási folyamatban való alkalmazásukat össze kell egyeztetni az életkori sajátosságokkal is.

A modellek jellegük és funkciójuk szerint többfélék lehetnek és többféle módon rendszerezhetők. A legjelentősebbek a) dinamikus modellek: pl. működő bánya, kohó, gyár modellje; b) statikus modellek: pl. épületek, gépek, berendezések statikus (nem mozgó, nem funkcionáló) másai; c) elvi modellek: pl. elektromotor generátor modellje, ingaóramodell; d) működő modellek: pl. vízturbina-, villanymozdony-, vasút-, gőzgépmodell; e) sík modellek: pl. dízelmotor működési elvét bemutató síkmetszet - az áttetsző, műanyagból készülteket írásvetítővel kivetítve használják; f) metszetek: pl. robbanó-, dízelmotor, sugárhajtómű metszetek, fejmetszet, gégemetszet (biológiai modellek); g) komplex modellek: több fajtájuk létezik, pl. szétszedhető: virágmodellek, anatómiai szerv modellek, összerakhatók: építőszekrény elvűek, összetettek: emberi műanyag csontváz, emberi torzó; h) domborzati modellek: pl. földrajzi modellek a földfelszín jellemző formáinak és jelenségeinek egyszerűsített és kicsinyített háromdimenziós megjelenítései; i) szimbolikus modellek: pl. atom- és molekulamodellek, strukturális és kötés modellek, kristályszerkezetek; j) testmodellek: pl. geometriai testek; k) hajtogatható modellek: pl. geometriai testek szét- és összehajtható palástja, határoló lapjainak hálózata.

A modellek néhány fontosabb alkalmazási területe tehát, technológiák, objektumok, működési elvek bemutatása tanteremben; jelenségek törvényszerűségeinek szemléltetése, vagy azok feltárása; vizsgálati és elemzési módszerek kimunkálása a tanulók gondolkodásában. A modellek megfelelő feltételek mellett akár demonstrációs célokra, akár kiscsoportos és egyéni ismeretszerzés segítésére is jól használhatók. Hatékonyságuk jelentősen javítható kiegészítő taneszközök együttes alkalmazásával.

A makett mint oktatási eszköz jelentősége az ábrázolttal való nagymértékű hasonlóságában és a szemléletességében rejlik.

 



Elterjedt alkalmazása pl. építmények és tereptárgyak megjelenítése a terepasztalokon, településszerkezetek bemutatása, történelmi és kortörténeti jelentőségű építmények, művészettörténeti emlékek hű ábrázolása. Építményeknek, berendezéseknek, szerkezeteknek, természeti képződményeknek elsősorban a megjelenési formáját szemléltető tárgyak, amelyek az alaki tulajdonságokat, azok egymáshoz való viszonyát szemléltetik. Lehet kicsinyített és nagyított, stilizált formájú, a lényeges jegyeket kiemelő megjelenítése a valóságos tárgynak. Érdekes példaként említjük meg az ún. domborított falitérképet, amely a falikép és a makett néhány fontosabb közös tulajdonságát foglalja magába. A maketteket általában akkor használjuk, ha az eredeti tárgy v. alakzat nem mutatható be, vagy bonyolultsága miatt nem érdemes bemutatni. Elsősorban osztályfoglalkozás során, demonstrációs célokra használjuk az aktuális tananyaghoz kapcsolódó információtartalma miatt.

A minta, többnyire a természet jelenségeiből választott valódi egyed, speciális módon tárolva és láthatóvá téve.

 



Legjellegzetesebb példái az üvegtetővel ellátott fadobozba zárt (ún. dobozos készítmények ) vagy átlátszó műanyagba öntött: növényi termések, kövületek, ásványok és kőzetek; preparált rovarok v. az ezekről készült élethű műanyag másolatok.

 



Az utánzatok különböző fajtái a tanári és tanulói demonstráció és kísérletezés elterjedt eszközei, és noha igen gazdag ma már a technikai alapú egyéb taneszközök kínálata, az alsó és középfokú iskolák szinte valamennyi alaptárgyának oktatásában ma is használatosak, sőt a maguk helyén, a maguk sajátos funkciójával a jövőben is szükségesek lesznek

A metszet valóságos tárgyak, alakzatok, képződmények megfelelő síkokkal való elmetszése során keletkezik.

 

 

Szinte nélkülözhetetlen tanítási segédeszköz számos biológiai, földrajzi, fizikai stb. témakör feldolgozása során. A metszetkészítés maga is igen alapos szakértelmet tételez fel, ami az esetek többségében szintén a tanulás tárgya kell, hogy legyen. Nemcsak a készítéshez, hanem rendszerint a bemutatáshoz is technikai eszközökre van szükség, pl. mikroszkópra, Tv-episzkópra stb. Felhasználása elsősorban egy-egy objektum belső szerkezetének bemutatását, elemzését segíti. Mint szemléltető eszköz, az oktatómunka számára nélkülözhetetlen, hatásában mással nem helyettesíthető, hiszen az objektív valóság közvetlen sajátosságait tárja fel. Jellegéből, méretéből fakadóan elsősorban kiscsoportos és az egyéni ismeretszerzés segédeszközeit képezi.

 



Tanári demonstrációra csak bonyolultabb technikai eszközök igénybevételével alkalmas. Fontos megemlíteni, hogy a metszetek tanítási hatékonyságát jelentősen javíthatjuk más tanítási anyagok egyidejű alkalmazásával (pl. munkalap, feladatlap)

A kísérleti eszköz olyan, elsősorban a természettudományok oktatásában használt taneszköz, amelynek segítségével a természeti jelenségek iskolai körülmények között előidézhetők, bemutathatók és részletesen vizsgálhatók. A természet megismerésének elsődleges módszere a megfigyelés, a kísérleti tapasztalatszerzés, ezért a természettudományok korszerű oktatása az alap- és középfokon elképzelhetetlen kísérleti eszközök nélkül. A tanári és a tanulói kísérleteknek egyaránt fontos, egymással nem pótolható szerepük van, különböző funkciókkal rendelkeznek. A kísérleti eszközök lehetnek a jelenségek bemutatására szolgáló bemutató- vagy demonstrációs eszközök, ill. mérőeszközök.

 



Mind a demonstrációs, mind pedig a mérőeszközök csoportján belül megkülönböztetünk tanári, ill. tanulói kísérleti eszközöket.

 

Feltétlen tanári kísérletezés re van szükség minden olyan esetben, amikor a kísérlet veszélyes v. drága, ill. olyan egyedi céleszközökkel történik, amelyek kezelése speciális eszközismeretet, gyakorlottságot kíván. A kizárólag a tanár által használt kísérleti eszközzel szemben támasztott alapvető követelmény, hogy mérete elegendően nagy, felépítése a lehető legegyszerűbb legyen (ne tartalmazzon felesleges, a tanulók figyelmét a lényegről elterelő részleteket). A bemutatott jelenség látványos, a tanteremben mindenki számára jól észlelhető legyen, a kísérleti eszköz működésének lényegét a diákok könnyen megértsék. A frontális osztálytevékenységet segítő, demonstrációs célú kísérleti eszközök alkalmazásakor kiemelt fontosságú a felhasználási körülmények átgondolt megszervezése. Az elsődleges cél az, hogy a tanulók maguk is legyenek részesei a demonstrált jelenség látványának. Ezért gondoskodni kell arról, hogy a tanulók előre ismerjék meg a rendszer működését, a demonstrált jelenség várható lefolyását. Az előzetesen elemzett működési séma mellett legyen a birtokukban olyan segédanyag (rajz, táblázat, grafikon stb.), amiben a tapasztalatokat egyénileg is rögzíthetik. Ilyen kísérletekre elsősorban természettudományos tárgyak (fizika, kémia, biológia) kerül sor. A demonstrációs eszközök megfelelő elrendezése igen fontos tevékenység, a hatékonyságot jelentős mértékben befolyásoló tényező. Általában egyöntetű, nem zavaró háttér előtt érdemes kísérletezni és bemutatni. Célszerű a színeket úgy megválasztani, hogy a demonstrálandó jelenség jól különüljön el a környezetétől. A fenti igényeket a tanszergyártók speciális céleszközökkel, ill. többfunkciós részegységekből, elemekből összerakható készletekkel igyekeznek kielégíteni.

A tanulói kísérletezés során a diákok tanári útmutatás alapján egyénileg vagy kisebb csoportokban végeznek megfigyeléseket, kísérleteket, egyszerű méréseket. A modern pedagógiának egyik fontos célkitűzése, hogy a természettudományok legalapvetőbb tapasztalatait a tanulók saját kísérleti munkájuk révén szerezzék meg. E törekvésekkel összhangban a tanszergyártó cégek speciális kísérleti eszköz készleteket ( kit) fejlesztettek ki és forgalmaznak. A tanulói munkára készült kísérleti eszközzel szemben támasztott legfontosabb követelmény, hogy jól áttekinthető, könnyen és biztonságosan kezelhető legyen. Kiscsoportos és egyéni ismeretszerzést segítő kísérleti eszközök, alkalmazási körüknél fogva működésükben hasonlítanak a szakterület kutatási feladatait segítő berendezésekhez. Hatékony felhasználásuk egyik fontos kritériuma az, hogy a készülék működési elve és a velük végzett praktikus tevékenység a tanulók számára jól ismert legyen. Más szóval, a tanulás elő fázisában az alkalmazott kísérleti technika megismerése a cél, és csak ezután következhet a szóban forgó jelenség vizsgálata. Előnyös a hosszabb tanítási egységeket úgy szervezni, hogy lehetőleg azonos vagy hasonló berendezésekkel dolgozzanak a tanulók mindvégig. A tanári demonstrációs eszközökkel ellentétben itt a nagy méret nem előny, sőt a tárolás megkönnyítésére (egy-egy kísérleti eszköz sok példányban szükséges) a méretek lekicsinyítése a jellemző.

A mérőeszköz a kísérleti eszközök egyik fajtája, olyan egyszerű eszköz vagy bonyolultabb felépítésű műszer, amelynek segítségével valamely anyagi tulajdonság mennyiségileg jellemezhető. A legegyszerűbb esetekben a mérőeszköz közvetlenül a mértékeket is megjeleníti (pl. méterrúd, súlysorozat stb.). Ekkor a mérés a vizsgált test és a mérőeszköz adott szempontú közvetlen összehasonlítását jelenti. Bonyolultabb esetekben a mérés alapja az, hogy a vizsgált test kölcsönhatásba kerül a mérőeszközzel (műszerrel) és azon jól érzékelhető változást eredményez (pl. az árammérő műszeren átvezetett áram hatására a műszer mutatója kitér, a melegebb testtel érintkező és attól felmelegedett hőmérőben a higany kitágul és felemelkedik a kapillárisban stb.). A jó mérés feltétele a mérőeszközök helyes megválasztása. A választásnál figyelembe kell venni a műszer méréshatárát és az érzékenységét. Az előbbi azt jelöli, hogy milyen tartományon belül használható az eszköz meghibásodás nélkül, az utóbbi arról tájékoztat, hogy mennyire pontos a mérőeszközzel végzett mérés eredménye. A klasszikus higanyos lázmérővel pl. 35-42 °C hőmérséklet-tartományban 0,1 fokos pontossággal mérhetünk. A mérőeszköz kiválasztásánál arra is ügyelnünk kell, hogy a mérés során a mérőeszközzel kölcsönhatásba kerülő test mérendő tulajdonsága a vizsgálat során ne változzék számottevően. A mérőeszköz speciális fajtája a demonstrációs mérőeszköz, amely mérete v. egyéb tulajdonsága révén alkalmas arra, hogy az osztály egésze észlelje.

A kísérleti eszközök közt sajátos helyet foglal el a személyi számítógép. A számítási eredmények képi megjelenítése lehetővé teszi, hogy a számítógépet egyfajta demonstrációra, empirikus ismeretszerzésre, modellezésre használjuk. Alkalmas elektronikus jelátalakítóval kiegészítve mérőműszerként lehet használni. A számítógép kísérleti eszközként való alkalmazása a matematika és a természettudományok tárgykörén túl alapvető a modern vezérléstechnika, automatizálás alapjainak bemutatásában, megértetésében is. A kísérleti eszköz kiválasztásánál, beszerzésénél a pedagógusnak figyelembe kell vennie az isk. profilját, a tanulók életkorát, előismereteit, az elsajátítandó tananyagot, sőt az adott tanulócsoport érdeklődését, absztrakciós szintjét is.

A számítógépet szimulációs eszközként is lehet alkalmazni. Összetett rendszerek és folyamatok vizsgálata a gyakorlati életben igen bonyolult feladat, a jelentkező problémák analitikusan nehezen vagy egyáltalán nem oldhatóak meg. A szimuláció általában kísérlet elvégzését jelenti valamilyen számítógépes modellen. A szimuláció fogalmát a szakirodalom meglehetősen tág értelemben használja. A leggyakrabban használt meghatározás szerint a szimuláció "Egy rendszernek vagy szervezetnek egy másik rendszerre vagy szervezetre való leképezését foglalja magába úgy, hogy az, az eredeti rendszer lényeges viselkedési hasonlóságát tartalmazza. A szimulátor rendszerint egyszerűbb, mint a szimulált rendszer, amely elemzés és kezelés céljaira sokkal alkalmasabb". Ez a definíció két lényeges elemet tartalmaz. Az első szerint a gyakorlatnak olyan szimulációt kell bemutatnia, amely vagy létezik a valóságban, vagy amely tervezett ugyan, de a valóságban is elképzelhető volna. A második elem szerint a gyakorlatban megvalósított szimulációnak működő folyamatot kell alkotnia. A klasszikus demonstráció és az audiovizuális személtetés, leginkább a film és a videó, főként a trükkfilmek alkalmazása mellett szóló érvek, a számítógépes szimulációra is vonatkoztathatók. Kép, rajz, trükkfilm, animáció, modell, makett, metszet, szimuláció szükséges, ha egy eredeti tárgy, jelenség, vagy folyamat megmutatása a tanítás színhelyén, az iskolában, akadályba ütközik, vagy eleve lehetetlen. Mert: túl kicsi (pl. atomi méretek), túl nagy (pl. kozmikus jelenségek), túl gyors (pl. puskalövés), túl lassú (pl. kristályképződés), tehát szabad szemmel nem is látható. Avagy: túl veszélyes, túl bonyolult, nincs hozzá eszköz, etikai akadályai vannak, csak az eredmény látható, az eredmény sem látható, nem állíthatók be pontosan a feltételek, csak egyetlen példányban létezik, vagy egyszerűen túl drága, vagy túl sokszor kellene élőben megmutatni.

Mindez indokolt, de sajnos sokszor előfordul, hogy a természettudományos oktatásban a közvetlen megfigyelés, a mérés, és a sajátos élményt adó kísérletezés rovására, vagy éppen az élő kísérletezés helyett használunk látványos filmeket, videókat, szimulációkat. Az új évezredben a fizika, kémia, biológia tanítása akkor lehet igazán hatékony, ha a vizuális technikák, főként a szimulációk és animációk, a számítógéppel támogatott méréstechnika, a természet közvetlen és műszeres megfigyelése, a kísérletezés, tehát a diákok személyes élményei, közvetlen tapasztalatai, és a számítógépes módszerek által alkotott „virtuális" laboratórium együttesen van jelen. Általános tapasztalat, hogy alapszinten a legegyszerűbb, esetleg házilagosan elkészített eszközzel bemutatott jelenségek gyakran többet mondanak, mint a bonyolult, drága kísérleti eszközzel végzett kísérletek. Ugyanakkor a természettudományok igényes középiskolai oktatásához nélkülözhetetlenek a korszerű, gyári kísérleti eszközök, továbbá a számítógép kísérleti és szimulációs eszközként való használata.