Dr. Egri Károly

Természettudományos tehetséggondozás
az Arany János Tehetséggondozó Programban

Az Arany János Tehetséggondozó Program immár tizenharmadik éve működik az ország 22 középiskolájában. Létjogosultságát fölösleges ecsetelni, eddigi sikerei önmagukért beszélnek. Ezek közé tartoznak azok az eredmények is, melyeket a természettudományos tehetséggondozás területén sikerült megvalósítani. Eközben olyan nehézségekkel kellett szembenéznünk, melyek nemcsak az AJTP-s iskolák számára jelentenek problémát.

A középiskolás diákok jelentős része számára a reáltárgyak ismeretanyagának elsajátítása mindig is nehézséget jelentett. (Ezzel érdekes ellentmondásban áll a magyar természettudósok és mérnökök nemzetközi elismertsége, amelyet Nobel-díjak sora is jelez.) E paradoxon okaként számos tényezőt lehetne felsorolni, melyek közül csak a legfontosabbakat említem meg:

• A hazai középiskolások – „hagyományosnak mondható”, az utóbbi két évtizedben csak fokozódó – ellenérzéssel viszonyulnak és félelemmel közelednek a természettudományokhoz.
• A reáltantárgyak megértése absztrakt gondolkodást, ugyanakkor fokozott szemléltetést igényel, melyek megvalósítása gyakran objektív és szubjektív akadályokba ütközik.
• A tanultak elsajátítása és alkalmazása gyakran matematikai alapokat igényel, ez újabb „mumust” jelent a diákok számára.
• Az általános iskolából sokszor gyenge és bizonytalan alapokkal érkeznek a tanulók. (Ami a legtöbb esetben nem az ottani pedagógusok hibája, hanem azoknak a mostoha körülményeknek „köszönhető”, amelyekkel a természettudományok oktatása során ott is szembesülniük kell.)
• A legfontosabb probléma a természettudományos tárgyak indokolatlanul és drasz­tikusan lecsökkentetett óraszáma. (Ezúton is vitába bocsátkoznék azzal az egyoldalú és leegyszerűsítő, a médiában is elterjesztett előítélettel, amely szerint csak „érdekesebbé és gyakorlatiasabbá” kellene tenni a fizika-, kémia- és biológiaórákat, és minden probléma – mintegy varázsütésre – megoldódik majd. Az illetékesek azonban megfeledkeznek az ehhez szükséges órakeretről.)
• A közoktatásban megfigyelhető negatív tendenciákkal már közel egy évtizede gyökeresen ellentétes trendek figyelhetők meg a munkaerőpiacon, amely egyre inkább preferálja a természettudományos pályaorientációt.
• A 2012-ben drasztikusan megváltozott felsőoktatási keretszámok is ebbe az irányba taszították a tanulókat. Ennél azonban sokkal szerencsésebb lenne, ha a taszítás helyett a vonzóerő érvényesülne, ebben az AJTP is fontos tényező lehet.

Az AJTP-ben résztvevő iskolák valóban számos lehetőséggel rendelkeznek e kedvezőtlen jelenségek ellensúlyozására. Ugyanakkor azok megvalósítása már itt is problémákba ütközhet, melyek közül csak néhányat említenék meg:

• A heti 1–3 órában oktatott természetismeret az előkészítő évfolyamon mindenképp üdvözlendő. Ha viszont belegondolunk abba, hogy ezen 4–5 tantárgy (fizika, természeti földrajz, kémia, biológia, illetve még a környezetvédelem is) kénytelen osztozni, akkor már nem is olyan „idilli” a helyzet.
• A felzárkóztató és előkészítő foglalkozások még több pluszt jelenthetnének – ha a diákok nem lennének egyébként is leterhelve (például: az ECDL-bizonyítvány, a nyelvvizsgák, a jogosítvány megszerzésével …)
• A bennmaradós hétvégéken szervezett kirándulások a tanulás indirekt, ezáltal a hagyományosnál jóval hatékonyabb formáját biztosítja az ismeretek elsajátításának. Ennek azonban az a feltétele, hogy az adott reáltárgyat tanító pedagógusoknak is legyen beleszólása a hétvégék megszervezésébe és lebonyolításába.
• Az AJTP-ben is egyre több és színvonalasabb verseny szintén segíti a tanulók tudásának és versenyrutinjának fejlesztését. Itt a fő nehézséget az egységes követelményszint és szemléletmód megteremtése jelentheti.

Az Árpád Vezér Gimnázium és Kollégium 2000 óta egyik fontos bázisát jelenti az AJTP-nek a természettudományok tekintetében is. Iskolánkban elsősorban két területen emelném ki a természettudományos tehetséggondozás lehetőségeit: a bennmaradós hétvégék alkalmai során, illetve a természetismeret tanításában az előkészítő évfolyamon. A természetismerethez saját, országosan akkreditált tantervünket, illetve saját kiadású segédtankönyvünket használjuk. (Mindkettő a szerző munkája.)

A bennmaradós hétvégékre havonta egy alkalommal kerül sor. A programok megtervezésénél a helyszín kiválasztásában, az időtartam meghatározásában és a tanulók látásmódjának alakítása tekintetében egyaránt a „koncentrikusan táguló horizont” elvét követjük. Az előkészítő évben elsődleges célunk a „szűkebb pátria”: a Hegyköz, a Zempléni-hegység, a Bodrogköz és az Észak-Alföld megismerése, 1-2 napos túrák során. A 10–12. évfolyamokon már az ország egészére kiterjedő, akár 3–4 napos kirándulások következnek, pl. a Dél-Alföldre, a Dunakanyarba, vagy a Dunántúlra. (Alkalmanként már határon túli területekre, pl. a Felvidékre, vagy Bécs környékére is kiterjed a „portyázás”.) Az utolsó év előtti nyáron meghatározó élményt jelent diákjainknak a londoni nyelvtanulás és az ehhez kapcsolódó nyugat-európai körút, majd a 13. évfolyamon a Székelyföld meglátogatása.

Ezen alkalmak során számtalan, a természettudományokhoz kapcsolódó program kínálkozik. (pl. a Csodák Palotája, Telkibánya, az Aggteleki cseppkőbarlang, az Ipolytarnóci őslénypark, a debreceni Déry Múzeum, a Hortobágy, a londoni Natural History Museum, a parajdi sóbánya, a Gyilkos-tó és a Békás-szoros Erdélyben – hogy csak az AJTP-s tanulóink számára legemlékezetesebb helyszíneket említsem.) Itt a gazdagítás-dúsítás, az anyag- és élménygyűjtés szinte kimeríthetetlen lehetőségei állnak rendelkezésünkre. Módszertani szempontból is gazdag a kínálat, mindegyik esetben élni tudunk az indirekt, élményszerű tanulás, az interaktivitás és a játékosság nyújtotta előnyökkel. A már említett két utolsó, nagy jelentőségű kirándulás a lokalitás-globalitás, a hazafiság és kozmopolitizmus összefüggéseinek megértéséhez és megéléséhez is hozzásegíti a felnőtté érő diákokat.

Az előkészítő évben két, Sárospatak környéki túra közvetlenül is kapcsolódik a természettudományokhoz. Szeptemberben vízparti kirándulásra kerül sor a Keleti-Bodrog („Berek”) holtághoz. Ennek célja a vízi, vízparti élővilág megfigyelése, a különleges, védendő élőhelyek (pl. kubikgödrök) bemutatása, valamint a környezeti problémák és a vízszabályozás történetének és ellentmondásainak megismertetése. Április-májusban gyalogtúrára indulunk a Megyer-hegyi „Tengerszemhez”. Ennek során megtekintjük a páratlan szépségű geológiai-ipartörténeti nevezetességet és bemutatjuk a környék fontosabb ásvány-és kőzettípusait, valamint az érintett erdei ökoszisztémák kora tavaszi aspektusát. Mindkét alkalmat összekötjük az egészséges életmódra neveléssel, a régi mesterségek (halászat, csíkászat, pásztorkodás, malomkőbányászat) és helyi történelmi események felelevenítésével. (A Bereknél például az 1944 októberében a holtágba zuhant B-17-es amerikai nehézbombázó újságcikkekkel dokumentált történetét meséljük el, melynek egykori legénységével a pataki diákok 1995-ben még angolul beszélgethettek. Útban a Tengerszemhez, a gejzírkúpok maradványainak tövében a környéken elfogott huszita rablóvezérek kivégzését említjük meg. A szájhagyomány szerint az 1460-as években egészen idáig dúlták fel a környéket, Rozgonyi Sebestyén verte szét seregüket és a Bot-kő dombon akasztatta fel őket.)

A természetismeretet az előkészítő évben heti két órában tanítjuk. (Ez annyira bevált nálunk, hogy a nyelvi előkészítős osztályokban is bekerült a 9. évfolyam tárgyai közé.) Az AJTP-s diákok bizonyítványába osztályzatok helyett a „dicséretesen megfelelt”, „jól megfelelt”, illetve „megfelelt” minősítés kerülhet be ebből a tantárgyból.

A tantárgy főbb célkitűzései:

• Elsődleges célunk: a gazdagítás, dúsítás, élményadás. A természettudományokat csakis így vihetjük közel a diákokhoz.
• Az alapok megerősítése közvetett formában történik. (Képletek és számítási feladatok itt is sorra kerülnek, de általában csak a nagyobb fejezetek végén.)
• Fontos a komplex szemléletmód kialakítása (nemcsak a természettudományok között, hanem a humán ismeretanyag, a nyelvek viszonylatában is).
• A diákok kifejező- előadókészségének erősítése kiemelt szerepet kap. Ezt segítik elő a tananyaghoz kapcsolódó referátumok, prezentációk. (A választható témákat a tankönyv „Tovább is van, mondjad még!” című fejezetei tartalmazzák az egyes témakörök végén.)
• Az ismeretszerzési technikák fejlesztése nélkülözhetetlen, nemcsak a nyomtatott, hanem az elektronikus információhordozók tekintetében is.

A természetismeret tanításának főbb módszertani jellegzetességei:

• Kísérletezésen, megfigyelésen alapuló, empirikus szemléletmód kialakításával próbáljuk meg érdekessé tenni a diákok számára a tananyagot.
• A kooperatív kiscsoportos tevékenységi formákat preferáljuk. (Ez főként a kísérletek és kirándulások alkalmával kivitelezhető, és ott is a legeredményesebb.)
• A komplex jelleget a tananyag felépítése is tükrözi
  • Négy nagyobb témakör jelenik meg benne: a víz, a fény, a levegő és a kőzetek (Arisztotelész négy „őselemének” mintájára).
  • Az egyes témakörök általában természetföldrajzhoz és fizikához kötődő fejezetekkel kezdődnek, majd kémiai és biológiai jellegű tananyaggal folytatódnak, melyekben a környezetvédelmi tudnivalók is kiemelt szerepet kapnak.
• Fontos az interaktivitás, a tananyag „továbbgondolása”. Ennek érdekében mindegyik tananyagrészhez kapcsolódnak gondolkodtató kérdések, plusz feladatok, amelyek megválaszolása önálló kutatómunkát, kreativitást igényel.

A természetismeret módszertani jellegzetességeinek bemutatása

Az alábbi egyszerű példán keresztül szemléltetem a fent leírtakat, kiemelve a tantárgy empirikus, komplex és interaktív jellegét. A „liftező csigaház” viszonylag egyszerű, és gyakorlatilag bárhol megvalósítható kísérlet. (Általában a tanév legelején szoktuk elvégezni.)

• Kísérlet: egy 250–500 cm³-es, vízzel telt mérőhengerbe üres éticsiga-házat helyezünk, elsüllyesztjük, és egy hurkapálca segítségével szájával lefelé igazítjuk, majd hozzáadunk 10–20 cm³ cc. HCl-oldatot.
• Tapasztalat: a csigaház felszínén buborékok képződnek, a felszínre emelkedik, majd lesüllyed (ez a jelenség akár többször is megismétlődik), fala áttetsző lesz, majd feloldódik.
• Magyarázat: a sósav reakcióba lép a csigaházat alkotó kalcium-karbonáttal (CaCO₃ + 2 HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O), a fejlődő szén-dioxid pedig a felszínre emeli az elvékonyodott héjat. (A gáz távozásával a héj maradéka ismételten lesüllyedhet.)
• Következtetések (kulcsszavakkal és -kifejezésekkel):
  • Természeti földrajz: mészkő, kövületek (Ammoniták);
  • Fizika: felhajtóerő, Archimedes törvénye;
  • Kémia: a sósav és más savak kémiailag oldják a kalcium-karbonátot;
  • Biológia: mészvázas vízi élőlények (egysejtűek, puhatestűek, rákok);
  • Környezetvédelem: a savas esők pusztító hatása.

A kísérlet azért is érdekes, mert sokféle irányban továbbgondolható:

• Biológia: David Attenborough: Life on the Earth c. sorozatának 2. epizódjából (Body Building) egy kb. 10 perces részletet levetítve egyéb lebegő életmódú tengeri puhatestűeket (tutajos csiga, Nautilus, sajkáspolip) is bemutathatunk. Itt rávezethetjük a diákokat arra, hogy a természetben már sok-sok millió éve léteznek hasonló „technikai” megoldások.
• Természeti földrajz: a gyerekek ammonita kövületeket „vadászhatnak” és rögzíthetnek (akár mobiltelefonjuk kamerájával is) a sárospataki Bodrog Áruház vörös márvány járóburkolatában.
• Fizika: egyéb „lifteket” készíthetünk: pl. „szőlőszem-liftet” szénsavas ásvány-vízben, vagy a Cartesius-búvárt is aromás üvegcse és PET-palack segítségével (modellezve a pontyfélék úszóhólyagjának működését).
• Kémia, környezetvédelem: ecet hozzáadása egyéb mésztartalmú állati maradványokhoz és anyagokhoz (pl. kagylóhéj, „szépiacsont”, márvány, rákpáncél, kréta, vakolatdarab stb.), a saverózió hatásának bemutatása.
• Komplex kérdés: Mit hallhatunk egy nagyméretű csigaházat a fülünkhöz szorítva?

Néhány további érdekes módszer és kísérlet leírása

A természetismeret tanításánál, és a felsőbb évfolyamok kémiaóráin, illetve az érettségire előkészítő foglalkozásokon is előszeretettel alkalmazzuk az ún. csempés kísérleteket. Ez a Fodor Erika által kidolgozott félmikro-módszer még kevéssé elterjedt, pedig rengeteg előnnyel jár. A kísérletekhez mindössze csempelap, minimális mennyiségű vegyszer és egy cseppentő szükséges. Gazdaságos, anyag- és időtakarékos eljárás, hiszen a kísérletek előkészítése perceket, a mosogatás pedig mindössze másodperceket vesz igénybe. Emellett környezettudatos is, mert elenyésző szennyvízterhelést okoz, és gyakorlatilag nullára csökkenti a balesetveszélyt. Végül sokféle (például: csapadékos, komplexképződéssel járó, gázfejlődéses, azonosítási és elektrokémiai) kísérlet rendkívül látványosan elvégezhető így.

A gyümölcselemek összeállítása szintén izgalmas kísérlet: ehhez mindössze két különböző fémlemezre, gyümölcsökre, néhány krokodilcsipesszel ellátott vezetékekre van szükségünk. Ezeket egy iskolai voltmérőhöz kapcsolva a műszer mutatója gyakran meglepően nagy feszültséget jelez. A gyümölcsöket és fémlemezeket cserélgetve a kísérlet kvantitatív jellege tovább fokozható. (Itt tulajdonképpen Galvani klasszikus, 18. századi békacomb-kísérletét ismételhetjük meg növényi elektrolitokkal). Dr. Egey Antal „csodalámpájának” elkészítésekor deszkadarabra erősített réz- és cinklemezt kapcsolunk össze egy 2,5 V-os zseblámpaizzóval. A berendezést kénsavas, tömény rézgálic-oldatba mártva az izzó világítani kezd. (Ezzel a Bagdad környékéről előkerült ókori galvánelemeket modellezhetjük. A kis eszközhöz egy Sárospatakhoz kötődő, pedagógiatörténeti anekdota is kapcsolódik. A mindenki által szeretett és tisztelt Tóni bácsi még kezdő tanár korában szerkesztette meg azt egy bemutató órára az „ionvándorlás kimutatására”. A cím megtévesztette a szigorú szakfelügyelőt, aki – az „ión” elnevezés alapján – történelemóra megtekintésére készült.)

Saját fejlesztésű kísérlet a pH „pánsíp” – vöröskáposztával „hangolva”. Ebben több különböző, akár a háztartásban is használt anyag (pl. citrompótló, szódabikarbóna, trisó, NaOH) kémcsövekbe öntött oldatával a vöröskáposzta levében található antocián nevű festékanyag, (mint természetes indikátor) színskálát mutat. Ez a színskála remekül érzékelteti a pH-skálát (egyben az átmenet a kvalitatív és kvantitatív jellegek között). Ha fokozatosan emelkedő folyadékszinteket állítunk be, akkor a kémcsőállvány különleges pánsípként és szórakoztató formában szemlélteti a pH növekedését – a növekvő hangmagasságokkal. (Kellő ügyességgel és előkészítés után akár egy melódiát is eljátszhatunk rajta, még emlékezetesebbé téve a kísérletet.)

Rendhagyó befejezésként 2006-ban érettségizett AJTP-s osztályom tavalyi ötéves találkozóját említeném meg, ahol sok kellemes meglepetés ért. Nemcsak annak lehettem tanúja, milyen komoly és felelősségteljes fiatalokká váltak, hanem az is jóleső érzéssel töltött el, hogy sok diákunk pályája kötődött a természettudományokhoz. Több olyan mérnök is van már közöttük, akiknek még állásinterjúra sem kellett elmenniük, jól menő cégek még egyetemista korukban „lecsaptak rájuk”. Extrém példaként egy olyan hölgyet (!) említenék meg az osztályból, aki jelenleg a honvédség kötelékében szolgál, és az előkerülő régi bombák hatástalanításával foglalkozó, tűzszerész csoport egyik oszlopos tagja. Valószínűleg a természetismeret-órákon „felrobbantott”, időzített Kinder-bombák (= pezsgőtabletták a tojások műanyag kapszuláiba rejtve) adták számára is az inspirációt.